CN102873860B - Ptfe板焊接方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种PTFE板的焊接方法和装置，其焊接后的焊缝强度、断裂伸长率不得低于原板的物理力学性能80％。该方法是把两块PTFE板对接，对对接区加热使之熔融，然后冷却，在加热的同时对对接区加压，加热区的熔体能够在承受压力的条件下在垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上自由流动。该装置包括用于固定一块PTFE板的固定装置，对对接区进行加热的加热装置，用于夹紧另一块PTFE板的夹紧装置，包括悬挂配重的绳索及滑轮在内的加压装置，所述绳索经过滑轮与夹紧装置相连，配重使得被夹紧的PTFE板沿垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上压紧另一块固定的PTFE板。
Description
技术领域
本发明涉及PTFE板的焊接方法及装置。
背景技术
随着世界工业技术的进步，尤其是航空航天、电子半导体、化工化学、环保工程、流体机械等工业快速发展，这些工业领域越来越离不开防腐材料。而今各种先进的防腐材料不断推陈出新，其中聚四氟乙烯(PTFE)以其优异的化学稳定性、耐高温和防腐蚀性、不粘性、优异的润滑性能等特性越来越受到人们的重视。PTFE作为一种特殊的防腐材料已经被许多工业领域所接受。
由于PTFE的不粘性，PTFE与PTFE之间的粘接一直没有得到真正解决，人们用了很多方法试图将PTFE于PTFE牢固粘接在一起，例如钠荼溶液处理粘接法，钠的液氨溶液处理粘接法等。其效果和粘接后拉伸强度都不达到原材料的力学性能的50％，效果很不理想。而且是焊接后焊缝不平整。不能满足当今环保、流体工程所要求的技术性能指标。
从理论上讲，对两块PTFE板的对接区采用加热至一定温度使之熔融、然后对熔体加压到一定压力并保温保压一段时间使得两块的对接区融合在一起，再冷却即可完成对接焊的焊接(粘接)过程。可现有技术有为何没有有关PTFE板对接焊的报导？也许在于经反复次试验后，仍无法得到物理力学性能优秀的焊缝。
发明内容
本发明的目的是提供一种PTFE板的焊接方法，其焊接(粘接)后的焊缝强度、断裂伸长率不得低于原板的物理力学性能80％。
本发明的PTFE板焊接方法，是把两块PTFE板对接，对对接区加热使之熔融，然后冷却，在加热的同时对对接区加压，加热区的熔体能够在承受压力的条件下在垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上自由流动。
本发明的有益效果：申请人在反复试验中发现，如何对熔体加压是保证焊缝性能的关键因素。申请人分析认为，也许两块PTFE板加热区的PTFE熔融并相互融合的过程，PTFE的体积可能会有或多或少的变化，如果只是对加热区施加一定的压力，而熔体在垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上不能自由流动，则PTFE的融合过程可能会受到或多或少的限制，从而导致对接缝(焊缝)的物理力学性能不能满足要求，焊缝不平整。
申请人正是发现了对接焊产生问题的原因，并采用加热区的熔体能够在承受压力的条件下在垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上自由流动的方法，解决了该问题，使得焊接后的焊缝的物理力学性能不低于原板的80％，并且焊缝平整。本发明比传统的焊接工艺及技术省时、省工、省材料，更重要的是传统工艺技术不满足原材料性能拉伸、断裂伸长率等强度的50％。本发明的PTFE热焊接技术非常好的解决了PTFE与PTFE之间的粘接问题，将原来的有限尺寸产品通过热焊接技术把产品做成无限大，完全可以满足环保及防腐工程的需求，而且保证粘接后的强度、断裂伸长率不得低于原板材或管材的物理力学性能80％。
上述的焊接方法，对接区加热温度为350℃-390℃，压力为20-50MPa/cm2。
上述的焊接方法，实现加热区的熔体在垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上自由流动的方法是：通过夹紧装置夹紧一块PTFE板，夹紧装置或被夹紧的PTFE板可沿垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上相对于另一块固定的PTFE板来回滑动；悬挂配重的绳索经过滑轮与夹紧装置相连，配重使得被夹紧的PTFE板沿垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上压紧另一块固定的PTFE板。由于夹紧装置或被夹紧的PTFE板可以相对于另一块PTFE板来回移动(滑动)，所以，两块PTFE板之间的PTFE熔体如果体积增大，则被夹紧的PTFE板就可移动而远离另一块PTFE板；两块PTFE板之间的PTFE熔体如果体积减小，则被夹紧的PTFE板就可移动而靠近另一块PTFE板；实现了加热区熔体的自由流动。同时，配重又使得被夹紧的PTFE板对另一块PTFE板产生一定的压力，从而使得对接区受压，加热区的熔体承受一定的压力。另外，这样加压方法还有一个好处，就是压力大小容易控制。申请人在试验中发现，如果在PTFE熔体处设置压力传感器来检测熔体的压力，压力传感器始终不能准确的检测出熔体的压力(有很大的偏差)，这可能是由于熔体的状态不是稳定的状态，而是一个逐渐熔融、状态不断变化的过程。所以以压力传感器来检测熔体的压力并以检测的压力数值不断调整压力的焊接试验，试验总是以失败(拉伸强度、断裂伸长率不得低于原板材或管材的物理力学性能50％)告终。以本加压方法实现加热区的熔体在承受压力的同时实现在垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上自由流动，简单巧妙，很容易实现。
我们知道，PTFE板具有优异的润滑性能，所以夹紧装置如何夹紧PTFE板也是个不容忽视的问题。普通的夹紧装置是靠两块压板夹紧PTFE板的。压板与润滑性能较好的PTFE板之间容易相对滑动；加上夹紧装置夹紧PTFE板的夹紧区一般靠近PTFE板的对接区(加热区)，由于热的传导，加热区的热量也会传导至夹紧区，导致夹紧区的PTFE板变软，在两块压板的初始夹紧力的作用下被夹紧的PTFE板会变薄，所以会出现初始状态被夹紧的PTFE板，随着加热区的加热，由于逐渐变软变薄而压板不能继续夹紧PTFE板了。为此，上述的焊接方法，夹紧装置夹紧PTFE板的方法是：在PTFE板上下两侧有相对的两块压板，在一块压板与PTFE板之间设置弹簧，通过两块压板的相对移动压缩所述弹簧，使得PTFE板被弹簧夹紧在弹簧与另一块压板之间。采用这样夹紧方法的效果：当夹紧区的PTFE板随着加热区的加热逐渐变软变薄时，被压缩的弹簧能够自动能够伸长，从而对PTFE板的厚度变化进行补偿，使得PTFE板仍能够被弹簧压紧。
优选弹簧为两个以上。
优选在PTFE板的夹紧区与对接区之间具有冷却区，通过冷却装置对冷却区进行冷却。通过冷却装置对PTFE板进行冷却，能够有效的防止加热区的热量传导到夹紧区，进一步保证了夹紧装置对PTFE板夹紧的可靠性。
本发明同时提供了一种PTFE板焊接装置，使用该焊接装置焊接的PTFE板的焊缝强度、断裂伸长率不得低于原板的物理力学性能80％。
本PTFE板焊接装置，包括机架，
固定装置，设置在机架上，用于固定一块PTFE板；
加热装置，设置在机架上，设置在需要对接焊的两块PTFE板的对接区的上下两侧，以对对接区进行加热；
夹紧装置，夹紧装置在沿垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上滑动在机架上，用于夹紧另一块PTFE板；
加压装置，设置在机架上，包括悬挂配重的绳索及滑轮，所述绳索经过滑轮与夹紧装置相连，配重使得被夹紧的PTFE板沿垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上压紧另一块固定的PTFE板。
本焊接装置使用时，一块PTFE板固定在固定装置上，另一块PTFE板被夹紧装置夹紧，两块PTFE板对接，加热装置在两块PTFE板的对接区的上下两侧对对接区进行加热。夹紧装置可在沿垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上滑动。加热装置对对接区加热，使得加热区的PTFE熔融。加压装置中的配重通过绳索带动夹紧装置移动，使得及被夹紧的PTFE板与另一块固定的PTFE板接触。由于夹紧装置可以相对于另一块PTFE板来回移动(滑动)，所以，两块PTFE板之间的PTFE熔体如果体积增大，则被夹紧的PTFE板就可移动而远离另一块PTFE板；两块PTFE板之间的PTFE熔体如果体积减小，则被夹紧的PTFE板就可移动而靠近另一块PTFE板；实现了加热区熔体的自由流动。同时，配重又使得被夹紧的PTFE板对另一块PTFE板产生一定的压力，从而使得对接区受压，加热区的熔体承受一定的压力。也就是说，本焊接装置能够在加热的同时对对接区加压，加热区的熔体能够在承受压力的条件下在垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上自由流动。等加热区的熔体保温保压一定时间后，两块PTFE板的加热区PTFE融合在一起，然后冷却。这样就完成了PTFE板的焊接(粘接)。本焊接装置是对加热区施加一定的压力，并保证熔体在垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上能狗自由流动，PTFE的融合过程不受限制，从而保证对接缝(焊缝)的物理力学性满足要求。
上述的焊接装置，夹紧装置包括可相对移动的两块压板，在一块压板相对于另一个压板的相对面上设置压簧。由于夹紧装置夹紧PTFE板的夹紧区一般靠近PTFE板的对接区(加热区)，由于热的传导，加热区的热量也会传导至夹紧区，导致夹紧区的PTFE板变软，这样在压簧的压紧下PTFE板会变薄，但是被压缩的弹簧能够自动能够伸长，从而对PTFE板的厚度变化进行补偿，使得PTFE板基本上仍能够被弹簧压紧。优选，压簧为两个以上。
上述的焊接装置，还包括对对接区侧部的PTFE板进行冷却的、通有冷媒(如水)的冷却装置。通过冷却装置对PTFE板进行冷却，能够有效的防止加热区的热量传导到被夹紧装置夹紧的夹紧区，进一步保证了夹紧装置对PTFE板夹紧的可靠性。为了进一步简化结构，加热装置包括上下相对的两块加热板，加热板内设置有通电的电阻丝，在加热板的两侧设置有通入冷媒的冷却通道；所述通入冷媒的冷却通道即为所述冷却装置。一块加热板固定，另一块加热板与可带动其相对于固定的加热板移动的移动装置相连。通过移动装置(例如油缸)带来加热板移动，可以把位于两块加热板之间的PTFE板压紧，使得加热板对PTFE板的加热效果更好。
PTFE与PTFE通过该设备热焊接后，抗拉强度、断裂伸长率都与原PTFE板材性能基本一样(即≥80％)，真正满足了环保、流体工程用PTFE大尺寸的要求。
附图说明
图1是本焊接装置的示意图。
图2是定板装置、动板装置、导向装置、加压装置等的俯视示意图。
图3是动板装置的侧视示意图。
图4是焊接好的产品的拉伸样条示意图。
图5是原PTFE板的拉伸样条示意图。
具体实施方式
1、原材料的选用
选用材质为PTFE M-111、PTFE TFM1700、PTFE TFM1705、PTFE TFM1600的PTFE板，分别对同一种材质的PTFE板作焊接试验。
2、焊接装置。
参见图1、2所示的PTFE板焊接装置，包括机架(100)，定板装置(固定装置)1、动板装置(夹紧装置)2、加热装置3、导向装置4、加压装置5、冷却装置6、油缸(移动装置)7等。
定板装置1与动板装置(夹紧装置)2结构相同，均包括上压板11、下压板12、多个压簧13、螺栓14、与螺栓14配合的螺母15等。压簧13设置在与下压板12相对的上压板11的下表面上。上压板11、下压板12的两侧各开有螺栓孔，螺栓14穿过螺栓孔孔把上压板与下压板相连。左边的一块PTFE板99放置在定板装置1的下压板12上，右边的一块PTFE板98放置在动板装置2的下压板12上。通过拧紧螺栓14，压簧13被压缩，PTFE板被压簧压紧在压簧13与下压板12之间。当然，松开螺栓14，可以把上压板(和压簧)取下。
定板装置1的下压板12固定在机架上，而动板装置2是通过导向装置4滑动设置在机架上的。导向装置4包括滚轮41、滚轮架42、固定在机架上的导轨43。滚轮41通过滚轮架42连接在动板装置2的上下压板的两侧，滚轮41与导轨43配合，以对滚轮的滚动起到导向作用。在导向装置4的导向下，夹紧装置2可带动被夹紧的PTFE板98在沿垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上滑动。
加压装置5包括两个配重51和两根绳索52及设置在机架上的两个定滑轮53。绳索52的一端与配重51相连，另一端绕经定滑轮53后与动板装置2的上压板11相连。定滑轮53与动板装置2的上压板11之间的绳索垂直于对接缝并与PTFE板平行。在配重的带动下，动板装置及PTFE板98具有向着PTFE板99移动的趋势，从而使得PTFE板98沿垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上压紧PTFE板99。
加热装置3包括上下相对的两块加热板31、32，两块加热板内均有平行于对接缝的电阻丝腔34，电阻丝腔34内设置有电阻丝33。下加热板32固定在机架上，上加热板31与可带动其相对于下加热板上下移动的油缸7相连。油缸7的缸体固定在机架上。
在每块加热板上的电阻丝腔34的两侧具有冷却通道61。循环的冷却水通入冷却通道61。冷却通道61、冷却水等构成了冷却装置6。
使用本焊接装置对PTFE板焊接时，把一块PTFE板99放置在地板装置1中夹紧，把一块PTFE板98放置在动板装置2中夹紧。安装配重，配重的重量以使得对接区的压力为20-50MPa为宜(各实施例的具体压力参见表1)。动板装置移动，使得PTFE板98与PTFE板99对接，两块PTFE板的对接区97均在下加热板32上。通过油缸7带动上加热板31向下移动，把两块PTFE板的对接区97夹紧在上下加热板之间。PTFE板的对接区97的外侧是冷却区96，上下加热板内是上下相对的冷却通道61位于冷却区96处。压簧夹紧PTFE板的夹紧区95在冷却区96的外侧。
表1
冷却装置启动，冷却水通入冷却通道。然后对电阻丝通电，对对接区进行加热至PTFE的熔点之上，使得PTFE板对接区成熔融的胶状状态，温度一般为350℃-390℃(各实施例的具体温度参见表1)，保温为3-5分钟。加热区的熔体在该温度和压力下融合在一起，形成焊缝94。然后断电，停止加热。带加热区冷却后，卸下配重，油缸7回退，松开定板装置和动板装置，取下焊接好产品即可。
3、测试：
PTFE焊接处的质量好坏一般取决于它的粘合强度。检测粘合强度的一个方法就是在焊接好的产品上裁切拉伸样条8，参见图4，焊接线(焊缝)94在拉伸样条的中心位置。在加热区的不同焊接压力20、30、40、50MPa下制得的产品上分别制取拉伸样条8。同样，在原PTFE板上制取规格相同的拉伸样条9，参见图5。参照ASTM D-638板材对拉伸样条8、9作拉伸试验来判断拉伸强度和伸长率，结果见表1。
选用不同的其它PTFE材料，按照上述的方法焊接并测试，结果见表1。可见，焊接后产品的拉伸强度和断率伸长率均达到了原材料的80％以上。而且，焊接后外观平整。
当然，本发明中，PTFE板99与PTFE板98也可以是一块PTFE板的需要对接的两侧边。
Claims (3)
1.PTFE板焊接方法，是把两块PTFE板对接，对对接区加热使之熔融，然后冷却，其特征是：在加热的同时对对接区加压，加热区的熔体能够在承受压力的条件下在垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上自由流动；
实现加热区的熔体在垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上自由流动的方法是：通过夹紧装置夹紧一块PTFE板，夹紧装置或被夹紧的PTFE板可沿垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上相对于另一块固定的PTFE板来回滑动；悬挂配重的绳索经过滑轮与夹紧装置相连，配重使得被夹紧的PTFE板沿垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上压紧另一块固定的PTFE板；
夹紧装置夹紧PTFE板的方法是：在PTFE板上下两侧有相对的两块压板，在一块压板与PTFE板之间设置弹簧，通过两块压板的相对移动压缩所述弹簧，使得PTFE板被弹簧夹紧在弹簧与另一块压板之间；
夹紧装置夹紧PTFE板的夹紧区靠近PTFE板的对接区；
在PTFE板的夹紧区与对接区之间具有冷却区，通过冷却装置对冷却区进行冷却。
2.如权利要求1所述的焊接方法，其特征是：对接区加热温度为350℃-390℃，压力为20-50 MPa；
3.PTFE板焊接装置，包括机架，
固定装置，设置在机架上，用于固定一块PTFE板；
加热装置，设置在机架上，设置在需要对接焊的两块PTFE板的对接区的上下两侧，以对对接区进行加热；
其特征是它还包括：
夹紧装置，夹紧装置在沿垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上滑动在机架上，用于夹紧另一块PTFE板；所述夹紧装置包括可相对移动的两块压板，在一块压板相对于另一个压板的相对面上设置压簧；
加压装置，设置在机架上，包括悬挂配重的绳索及滑轮，所述绳索经过滑轮与夹紧装置相连，配重使得被夹紧的PTFE板沿垂直于对接缝并与PTFE板平行的方向上压紧另一块固定的PTFE板；
它还包括对对接区侧部的PTFE板进行冷却的、通有冷媒的冷却装置；
加热装置包括上下相对的两块加热板，加热板内设置有通电的电阻丝，在加热板的两侧设置有通入冷媒的冷却通道；所述通入冷媒的冷却通道即为所述冷却装置。
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Address after: 211162 Jiangsu, Jiangning District, Binjiang Development Zone, No., Copper Road, No. 18 Patentee after: Nanjing Kent composites Limited by Share Ltd Address before: 211162 Nanjing City, Jiangning Province town, the town of copper, Copper Road, No. 18 Patentee before: Nanjing Kente Composite Material Co., Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address |