CN103231486B - 传递模塑成型方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传递模塑成型方法及设备。所述传递模塑成型方法，根据可熔融塑料特性，采用挤出机加温将塑料融体直接挤入贮料缸保温，具体工艺流程包括：将准备好的塑料原料采用挤出机加温挤出塑化并将塑料融体直接挤入贮料缸保温；将准备好的模具放入烘箱加温、保温后，转入压注位置；通过压注系统进行锁模、压注和保压；待保压冷却后退模取出制品，经检验后入库。所述传递模塑成型设备，包括单螺杆挤出机、贮料缸、压注系统和电器控制系统。本发明通过小设备的有机组合来解决大型化工防腐蚀性介质输送管路中管件、阀门及各种型号泵体衬里的制作问题，实现了连续化生产，提高工效30-60倍，可以实现自动化作业。

Description

传递模塑成型方法及设备

技术领域

本发明涉及化工部件的制作方法及制作设备，特别是一种传递模塑成型方法及设备。

背景技术

随着化工工业的迅猛发展，用于输送化工腐蚀性介质的各种管道及配套的衬里管件、阀门、泵体的需求量也不断上升。众所周知，由于化工介质中各种酸碱溶液及化学试剂腐蚀性极强，普通金属材料无法抗腐，而含钛等稀有元素的金属材料其价格昂贵，投资大。为降低化工腐蚀性介质输送管路制造成本，根据国内外采用分类处理的办法，得到了较合理的解决，即：Ⅰ类系介质温度≤70℃、管程压力≤0.5Mpa的一般腐蚀性介质的输送管路。众多化工企业均选用全塑PP、PVC管路，其管路、管件、阀门均可由挤出、注塑、模压等加工成型方法获得。加工方便投资成本低。Ⅱ类系介质温度﹥70℃且≤150℃、管程压力≤0.5Mpa的强腐蚀性介质的输送管路。虽工况条件苛刻，而众多企业选用耐高温，抗腐蚀的PTFE（聚四氟乙烯）材料制品可满足使用需求。但加工成型时，仅能通过推压与等压烧结获得，成型工序复杂，功效低。随着科学技术发展，新材料的开发，如：可熔融加工氟塑料PFA（四氟乙烯和全氟烷基乙烯基醚的共聚物）、FEP（四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物）的商品化，彻底改进了过去的成型方法，简化了加工程序。只要通过挤出、模压、注射等成型方法均可获得全塑的管程及管程配件，缩短了加工周期，提高了生产效率，并得到广泛的应用。Ⅲ类系介质温度≤70℃、管程压力﹥0.5Mpa具有一定的腐蚀性。Ⅳ类系介质温度﹥70℃、管程压力﹥0.5Mpa的腐蚀性强的化工介质输送管路。当金属材质无法抗击腐蚀，全塑制品又不能承受管程压力的情况下，人们选用金属外壳承受管程压力，而选用不同材质和品级塑料粘附在内表面来抵抗各种介质腐蚀而衍生的衬里（衬塑）制品。

现有技术中，申请号为200910247667.0的中国发明专利申请公开了一种低密度树脂传递模塑成型工艺及其配套生产设备，低密度树脂传递模塑成型工艺,首先制造浸渍液,还包括如下步骤:1)在搅拌浸渍液时,加入受热后可迅速膨胀的发泡材料原体,混合均匀后,形成自发泡浸渍液;2)将预成型纤维增强材料坯置入模具中;3)抽出模具内的空气;4)通过注入机,将自发泡浸渍液注入到模具里;5)对模具进行加热,固化成型;6)对模具进行快速冷却;7)脱模,取出产品,清理模具。低密度树脂传递模塑成型生产设备,包括注入机、模具,还包括用于混合发泡材料和浸渍液的混合系统,还包括一用于提供发泡材料原体发泡的温度环境的温度控制系统。申请号为201110412331.2的中国发明专利申请公开了一种树脂传递模塑成型装置及成型方法，所述装置包括：加热桶、原料缸、伺服电动缸、静态混合器、阀、温度传感器、控制系统，其中，所述加热桶与所述原料缸连接；所述伺服电动缸与所述原料缸连接；所述控制系统与所述加热桶、所述伺服电动缸、所述阀连接；所述加热桶、原料缸、伺服电动缸、阀、温度传感器组成注射单元；所述控制系统控制所述阀、所述伺服电动缸，使得多种原料通过多个所述注射单元进入所述静态混合器混合，冷却后，得到所需复合材料。上述现有技术，均可进一步改进。

按照GB2035-80“塑料术语及定义”传递模塑（英译名为Transfer Moulding）系热固性塑料的一种成型方法，即：模塑时先将塑料在加热室内软化，然后压入被加热的模腔内熟化成型。同时在我国也有企业将可熔融加工塑料（如PP、PVC等）加入贮料缸进行加温塑化，然后压入加热的模腔内，冷却后卸去夹具获得制品。此法受贮料缸熔融料量的限制，虽方法简单，其缺点是因温差关系，贮料缸中心的塑料难以塑化，造成塑化不匀，严重影响产品质量而制约了推广与应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种传递模塑成型方法及设备，其能通过利用小设备的有机组合，解决大型化工防腐蚀性介质输送管路中管件、阀门及各种型号泵体衬里的制作问题，并能实现连续化生产。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案: 所述传递模塑成型方法，根据可熔融加工塑料特性，采用挤出机加温将挤出的塑料融体直接挤入贮料缸保温，再将塑料融体注入模具内进行成型；具体工艺流程包括：

（A）将准备好的塑料原料采用挤出机加温挤出塑化并将塑料融体直接挤入贮料缸；

（B）对挤入贮料缸的塑料融体进行保温；

（C）将准备好的模具放入烘箱加温、保温后，转入压注位置；

（D）通过压注系统进行锁模、压注和保压：锁模后，将上述贮料缸中的塑料融体压入上述步骤（C）所述的模具内并进行保压；

（E）待保压冷却后退模取出制品，经检验后入库。

所述塑料原料优选FEP。所述贮料缸采用可装卸的活动结构，其规格分大中小三种；在进行步骤（A）、（B）的同时进行步骤（C）。

    在上述方法中，所述挤出机加温方式可以采用电阻加热，所述挤出机的温度可按挤出机结构分三段控制：第一段优选为180~220℃、第二段优选为220~280℃、第三段优选为280~340℃；所述贮料缸的缸体、位于缸体中的柱塞和位于缸体下的注嘴的温度均优选为300~340℃；所述模具温度优选为300~320℃。

所述传递模塑成型方法还可包括挤出机运行及压注系统的调控与设定、温度设定及各工作阶段的时间设定；其操作程序设有点动、手动与自动压注三种操作方法；所述点动、手动用于一般操作程序，所述自动压注用于被压注融体充满模具后由于融体冷却收缩而需要继续补料保压的情形。

在上述传递模塑成型方法中，根据原材料的流动性、热稳定性、流动温度和热分解温度来确定其加工温度范围；根据衬里制品的结构形式大小与衬里壁厚来选择进料口和设定锁模力、压注压力、保压压力、注料时间与保压时间；根据衬里制品的模具结构、冷却方式及散热速度来确定卸模时间；通过调整压注压力、增加模具温度与融体温度、保压压力、保压时间和增加压注口来制作表面无流痕的衬里；通过以下办法来制作无开裂的衬里：a.选择融指小、分子量大耐应力开裂品级的材料,b.减少衬里制品的直角与急弯、增加平整面,c.对内衬产品进行后热处理消除内应力。

所述传递模塑成型设备，用来实施上述传递模塑成型方法，包括单螺杆挤出机、贮料缸、压注系统和电器控制系统；所述单螺杆挤出机与贮料缸相联接，所述压注系统包括机架和液压系统，所述贮料缸固定于压注系统的机架上，所述液压系统和电器控制系统设置在贮料缸侧旁。

所述单螺杆挤出机包括螺杆和料筒，所述螺杆和料筒的材料采用镍基合金GH131材料。所述传递模塑成型设备可用于防腐管路中钢衬管件、阀门及防腐泵体衬里的制作；所述贮料缸包括缸体、位于缸体中的柱塞和位于缸体下的注嘴；所述贮料缸上端为圆桶、下端为Y形，所述单螺杆挤出机与贮料缸下端联接，并在进口处安装滚动阀；所述柱塞在贮料缸中采用“浮动”方式设置；所述注嘴根据压注量大小、衬里壁厚的不同而设置有不同的可更换的型号；所述注嘴的口径优选为衬里壁厚的三倍；所述贮料缸采用可装卸的活动结构，其规格分大中小三种。所述液压系统包括由控制阀控制且能各自独立工作的上油缸和下油缸，上油缸用于压注与保压，下油缸用于合模支撑与锁模。

所述传递模塑成型设备可用于防腐管路中钢衬管件、阀门及防腐泵体衬里的制作；所述钢衬管件是三通、四通、弯头或变径联接件，所述阀门为截止阀或球阀。

本发明通过利用小设备的有机组合进行大型化工防腐蚀性介质输送管路中管件（三通、四通、弯头及变径联接件）、阀门（球阀、截止阀、阀体）及各种型号泵体衬里的制作，并实现连续化生产。其根据可熔融加工塑料特性，采用挤出机加温将挤出的塑料融体（本发明以FEP为例）直接挤入贮料缸保温，实现设备连续运转，且适应不同规格、品种与品级的产品制作，提高工效30-60倍，是衬里制品加工成型发展的方向，可以实现自动化作业。

附图说明

图1是本发明传递模塑成型方法的工艺流程示意图；

图2是本发明传递模塑成型设备的示意图。

其中：1、单螺杆挤出机， 2、贮料缸， 3、机架， 4、上油缸,  5、柱塞，6、滚动阀，7、下油缸。

具体实施方式

如图1所示，所述传递模塑成型方法，根据可熔融加工塑料特性，采用挤出机加温将挤出的塑料融体（本发明以FEP为例）直接挤入贮料缸保温，再将塑料融体注入模具内进行成型，实现设备连续运转，且适应不同规格、品种与品级的产品制作，提高工效30-60倍，是衬里制品加工成型发展的方向，可以达到自动化作业，具体工艺流程包括：（A）将准备好的塑料原料采用挤出机加温挤出塑化并将塑料融体直接挤入贮料缸；（B）对挤入贮料缸的塑料融体进行保温；（C）在进行上述步骤的同时，将准备好的模具放入烘箱加温、保温后，转入压注位置；（D）通过压注系统进行锁模、压注和保压：锁模后，将上述贮料缸中的塑料融体压入上述步骤（C）所述的模具内并进行保压；（E）待保压冷却后退模取出制品，经检验后入库。

在上述方法中，所述挤出机加温方式采用电阻加热，所述挤出机的温度按挤出机结构分三段控制：第一段为180~220℃、第二段为220~280℃、第三段为280~340℃；所述贮料缸的缸体、位于缸体中的柱塞和位于缸体下的注嘴的温度均为300~340℃；所述模具温度为300~320℃。

如图2所示，所述传递模塑成型设备，用来实施上述传递模塑成型方法，包括单螺杆挤出机1、贮料缸2、压注系统和电器控制系统；所述单螺杆挤出机1与贮料缸2相联接，所述压注系统包括机架3和液压系统，所述贮料缸2固定于压注系统的机架3上，所述液压系统和电器控制系统设置在贮料缸2侧旁。

下面对本发明的有关技术作进一步说明。

一、本发明传递模塑成型设备构造的关键技术

1、单螺杆挤出机1改造与结构参数的选择

单螺杆挤出机1的螺杆与料筒一般为38GrMoA，本专利产品衬里优选为FEP，由于熔融时释放强腐蚀性气体HF，造成严重腐蚀螺杆、料筒，故应选择镍基合金GH131（俗称新3#钢）材料。根据实际需要确定单螺杆挤出机技术要求及结构参数。

2、贮料缸2与进料口的设计

贮料缸2的结构对整个设计与工艺效果都十分关键。它既要贮存单螺杆挤出机1的塑化融体并进行保温，又要阻缓塑料融体经联接体返回造成对螺杆的反压力。本发明采用贮料缸2上端为圆桶，下端为Y形，单螺杆挤出机头与贮料缸2下端联接，并在进口处安装滚动阀6，避免了压注时给螺杆的压力，保证压注后，单螺杆挤出机1无外力负荷顺利启动。

3、柱塞5设计与传递料量测控

本发明设计重点是柱塞5在贮料缸2中采用“浮动”方式，利用挤入贮料缸融体增加时产生的挤胀力，平稳地将柱塞5抬起，根据融体的体积密度一般为制品密度1/2换算关系及柱塞5的抬起高度，准确测算进入贮料缸2的料量。

4、注嘴设计

为适应压注量大小不等、壁厚不等的衬里制品，注嘴应可方便更换。同时应考虑FEP熔融时粘度大，要满足压注时，短时间融体能迅速充满型腔，并克服FEP融体在高压高速流动时分子间摩擦而发生的融体破裂，因此本发明通过反复试验的结果是，注嘴的口径应为衬里壁厚的三倍。

5、压注系统设计

众所周知，注射成型设备的锁模力大于注射压力，但在传递模塑中，模具四周已经用螺栓紧固，除浇口外，实际是一个封闭体。压注时强大的融体挤胀力与模具刚度及接口处的螺栓锁紧力相抵消，故可简化锁模机构。本发明压注系统包括机架3和液压系统，所述液压系统包括上油缸4和下油缸7，上油缸4和下油缸7由控制阀控制，能各自独立工作，上油缸4完成压注、保压，下油缸7则完成合模支撑与锁模，根据实际需要确定相应的技术参数。

6、运行控制设计

根据传递模塑机组的结构及衬里制品成型的操作步骤，分别设有挤出机运行、压力系统调控与设定（压注压力、锁模压力、保压压力）、温度设定及各工作阶段的时间设定。另外，为便于传递模塑成型工艺过程的控制，操作程序设有点动、手动与自动压注三种操作方法。点动、手动为一般操作所需要，自动压注是为满足压注融体充满模腔后，由于融体在冷却过程中不断收缩，需要继续补料保压，待内衬定型即可卸压。操作方便、简捷，适应范围广。

二、本发明传递模塑成型方法的关键技术

1、衬里材料的选用

在可熔融加工氟塑料中，FEP适应于传递加工。根据GB9351-88“模塑和挤塑用聚全氟乙丙烯树脂”的规定，按成型方法和熔融指数（MI）可分为三个级别；E1为普通挤塑料MI：4~12；E2为耐热应力开裂挤塑料MI：2.1~4.0；Mi为耐应力开裂模塑料MI：0.8~2.0。在实践中，衬塑制品尺寸小，结构简单，形状不复杂的产品可选用E2级。对制品较大，形状较复杂宜选用Mi级树脂，其原因是：随MI数值减小，树脂分子的聚合度增加，分子量增大，产品成型收缩率减小，耐应力开裂增强，即适应于大型衬里制品的制作。

2、挤出、压注工艺参数的确定

原材料品级确定以后，应正确分析影响传递模塑加工的因素：①材料的流动性、热稳定性、流动温度、热分解温度，正确选择其加工温度范围；②根据衬里制品的结构形式大小与衬里壁厚正确选择进料口，合理设定锁模力、压注压力、保压压力、注料时间与保压时间；③根据衬里制品的模具结构、冷却方式及散热速度确定卸模时间。根据实际情况确定挤出、压注等工艺参数。

三、质量分析与技术难点的解决方法

由于传递模塑成型的衬里制品规格繁多，形状复杂及压注料量大小不一，往往给加工成型带来不少难点，本发明采用如下方法解决。

1、贮料缸采用可装卸（活动）结构，规格分大中小。提高了融体计量的准确性，克服了用大缸生产小衬里产品造成缸内贮量过大，剩料受热时间过长，保证了内衬制品色泽均匀。

2、衬里表面出现流痕。传递模塑成型类似注射成型，易产生制品表面不光滑的质量问题，其解决方法可通过调整压注压力，增加模具温度与融体温度、保压压力与保压时间均可获得衬里表面光滑的制品。由于融体流动距离过长，在传递模塑成型时可通过增加压注口均可获得合格产品。

3、衬里开裂的处理。可熔融加工氟塑料FEP在挤出、模压加工成型时，往往稍有不慎则易发生制品开裂等质量问题。而传递模塑加工成型则是FEP贴附在金属壳体内表面，由于FEP线膨胀系数比金属大一个数量级，在高温下成型后冷却至室温，FEP内衬层的收缩要比金属大，往往因收缩而产生的收缩内应力造成衬里层开裂，解决的办法：①选择融指（MI）小，分子量大耐应力开裂品级的材料。②尽量减少衬里制品存在直角与急弯，增加平整面。③对内衬产品进行后（热）处理消除内应力，可获得无开裂、质量优良的制品。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种传递模塑成型方法，采用传递模塑成型设备进行成型，所述传递模塑成型设备包括单螺杆挤出机（1）、贮料缸（2）、压注系统和电器控制系统；所述单螺杆挤出机（1）与贮料缸（2）相联接，所述压注系统包括机架（3）和液压系统，所述贮料缸（2）固定于压注系统的机架（3）上，所述液压系统和电器控制系统设置在贮料缸（2）侧旁；

所述传递模塑成型设备用于防腐管路中钢衬管件、阀门及防腐泵体衬里的制作；所述贮料缸（2）包括缸体、位于缸体中的柱塞(5)和位于缸体下的注嘴；所述贮料缸（2）上端为圆桶形、下端为Y形，所述单螺杆挤出机（1）与贮料缸（2）下端联接，并在进口处安装滚动阀(6)；所述柱塞(5)在贮料缸（2）中采用“浮动”方式设置；所述注嘴根据压注量大小、衬里壁厚的不同而设置有不同的可更换的型号；所述注嘴的口径为衬里壁厚的三倍；所述贮料缸采用可装卸的活动结构，其规格分大中小三种；

所述液压系统包括由控制阀控制且能各自独立工作的上油缸（4）和下油缸(7)，上油缸(4)用于压注与保压，下油缸(7)用于合模支撑与锁模；

根据可熔融加工塑料特性，采用挤出机加温将挤出的塑料融体直接挤入贮料缸保温，再将塑料融体注入模具内进行成型；具体工艺流程包括：

（A）将准备好的塑料原料采用挤出机加温挤出塑化并将塑料融体直接挤入贮料缸；

（B）对挤入贮料缸的塑料融体进行保温；

（C）将准备好的模具放入烘箱加温、保温后，转入压注位置；

（D）通过压注系统进行锁模、压注和保压：锁模后，将上述贮料缸中的塑料融体压入上述步骤（C）所述的模具内并进行保压；

（E）待保压冷却后退模取出制品，经检验后入库；

所述挤出机加温方式采用电阻加热，所述挤出机的温度按挤出机结构分三段控制：第一段为180~220℃、第二段为220~280℃、第三段为280~340℃；所述贮料缸的缸体、位于缸体中的柱塞和位于缸体下的注嘴的温度均为340℃；所述模具温度为320℃；

所述塑料原料为FEP；所述贮料缸采用可装卸的活动结构，其规格分大中小三种；在进行步骤（A）、（B）的同时进行步骤（C）；

所述传递模塑成型方法还包括挤出机运行及压注系统的调控与设定、温度设定及各工作阶段的时间设定；其操作程序设有点动、手动与自动压注三种操作方法；所述点动、手动用于一般操作程序，所述自动压注用于被压注融体充满模具后由于融体冷却收缩而需要继续补料保压的情形。

2.根据权利要求1所述的传递模塑成型方法，其特征是：根据原材料的流动性、热稳定性、流动温度和热分解温度来确定其加工温度范围；根据衬里制品的结构形式大小与衬里壁厚来选择进料口和设定锁模力、压注压力、保压压力、注料时间与保压时间；根据衬里制品的模具结构、冷却方式及散热速度来确定卸模时间；通过调整压注压力、增加模具温度与融体温度、保压压力、保压时间和增加压注口来制作表面无流痕的衬里；通过以下方法来制作无开裂的衬里：a.选择融指小、分子量大耐应力开裂品级的材料,b.减少衬里制品的直角与急弯、增加平整面,c.对内衬产品进行后热处理消除内应力。

3.一种传递模塑成型设备，用来实施权利要求1所述的传递模塑成型方法，其特征是：所述传递模塑成型设备包括单螺杆挤出机（1）、贮料缸（2）、压注系统和电器控制系统；所述单螺杆挤出机（1）与贮料缸（2）相联接，所述压注系统包括机架（3）和液压系统，所述贮料缸（2）固定于压注系统的机架（3）上，所述液压系统和电器控制系统设置在贮料缸（2）侧旁；

所述传递模塑成型设备用于防腐管路中钢衬管件、阀门及防腐泵体衬里的制作；所述贮料缸（2）包括缸体、位于缸体中的柱塞(5)和位于缸体下的注嘴；所述贮料缸（2）上端为圆桶形、下端为Y形，所述单螺杆挤出机（1）与贮料缸（2）下端联接，并在进口处安装滚动阀(6)；所述柱塞(5)在贮料缸（2）中采用“浮动”方式设置；所述注嘴根据压注量大小、衬里壁厚的不同而设置有不同的可更换的型号；所述注嘴的口径为衬里壁厚的三倍；所述贮料缸采用可装卸的活动结构，其规格分大中小三种；

所述液压系统包括由控制阀控制且能各自独立工作的上油缸（4）和下油缸(7)，上油缸(4)用于压注与保压，下油缸(7)用于合模支撑与锁模。

4.根据权利要求3所述的传递模塑成型设备，其特征是：所述单螺杆挤出机（1）包括螺杆和料筒，所述螺杆和料筒的材料采用镍基合金GH131材料。

5.根据权利要求3所述的传递模塑成型设备，其特征是：所述传递模塑成型设备用于防腐管路中钢衬管件、阀门及防腐泵体衬里的制作；所述钢衬管件是三通、四通、弯头或变径联接件，所述阀门为截止阀或球阀。