CN103921386A - 一种聚四氟乙烯节门塞模具、模压成型制作方法和烧结成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种聚四氟乙烯节门塞模具、模压成型制作方法和烧结成型方法，包括以下步骤：(1)制作节门塞的外模套、中模套和内模芯杆、主体上下模具；(2)将内模芯杆套上中模套放到产品成型的外模套并放到下主模具里，主体模具合模，填充PTFE粉料后，用液压压力机床模压内模芯杆下行使产品受模压即成型；(3)然后开外模脱模，反向外模套压下不锈钢内模芯杆，打开不锈钢外模套及中模套，产品模压成半成品，根据生成的产品各部位实际厚度及吻合程度的实际情况，可进行外模的小修补。(4)定型后，把一批模压成型的毛坯装入电热炉内烧结，经过低温、保温、中温、保温、高温、保温六个阶段的烧结，缓慢冷却到250℃以下后开炉，最后烧结好的产品经过机械加工，钻孔及组装产品就完成了。

Description

一种聚四氟乙烯节门塞模具、模压成型制作方法和烧结成型方法

技术领域

本发明涉及一种聚四氟乙烯节门塞模具、模压成型制作方法和烧结成型方法。 

背景技术

聚四氟乙烯(PTFE)是一种高分子材料，流动性差，极易分解，415℃高温下分解时会产生腐蚀性剧毒气体。宜严格控制成型温度，温度控制不当而导致氟化氢分解逸出，会致使2平方公里范围内的动物及人类中毒，该材料是一次性完成没有回收余地。烧结是四氟乙烯制品成型加工过程中的一个重要环节，它将引起聚四氟乙烯制品性能发生根本的变化。烧结温度、冷却速度等工艺条件的不同直接影响到制品的分子量、结晶度和孔隙率，而这三者又对制品的物理、机械和电气性能发生影响，同时烧结过程完成得好坏，还影响到制品中残余应力的大小与分布，故烧结工艺控制不当将导致制品翘曲、变形乃至开裂、严重会导致剧毒产生，污染环境。 

模压成型是聚四氟乙烯(PTFE)目前采用最多的成型加工方法。模压成型工艺是将一定的模压用料(粉料、粒料、纤维状料等)放入金属模具中，在一定温度、压力下挤压下成型的一种方法。模压成型的主要特点是成本低，设备简单、投资少、不受所加工的氟塑料的分子质量太高，流动性极差，在其他加工方法不成熟的情况下，世界各国主要采用模压成型来加工PTFE产品。 

PTFE树脂生产的制品一般有管、棒、板、膜、异型件等5大类。现有的化学实验室节门塞大多是采用玻璃制造，工艺流程长，难以加工，制造工序复杂成品率低等缺点，尤其是玻璃器具极容易破碎，而聚四氟乙烯(PTFE)节门塞最大的优点就是不易破碎，耐强酸、强碱、耐腐蚀。 

发明内容

本发明的目的是为了解决现有玻璃节门塞难以成型，难以加工制造工序复杂成品率低等因素，提供一种采用聚四氟乙烯高分子材料的节门塞模具、模压成型制作方法及烧结成型方法。 

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是： 

一种模压定型节门塞的模具，包括： 

外模套，所述外模套上端具有填充模压开口，所述外模套包括两个半外模套，所述两个 半外模套扣合在一起形成若干个阀本体型腔； 

与所述阀本体型腔数量相适应的中模套，所述中模套设在所述阀本体型腔内，且中模套包括两个半中模套，所述两个半中模套扣合在一起形成一个能够容纳节门塞的阀芯圆锥空腔，阀芯圆锥空腔开口向上； 

内模芯杆，所述内模芯杆能够穿过所述外模套伸入到所述阀芯圆锥空腔内，且内模芯杆与中模套的阀芯圆锥空腔大小相适应。 

根据本发明的模具是特殊的成型模具，省料、省工，每次能够成型若干个模压产品。本发明的模具不但可以每次成型多个产品，还通过外模套、中模套和内模芯杆的组合，阀芯圆锥空腔按节门塞的长度竖向放置，使用锥形的内模芯杆对PTFE粉料压力增强，密度增加，得到的产品更加稳定。本发明的模具工作时，内模芯杆下部套上两块中模套，一并将内模芯杆和中模套放入外模套中，当外模套上端开口填充满聚四氟乙烯粉料时，才能使主模具上、下模合模，内模芯在合模的情况下，在使内模芯杆从顶端下压，使得受压膨胀，达到成型的密度达到2.1g／cm³以上，放置时主体下模型腔与外模套相匹配吻合能够定位。只有开模情况下，才能放置，脱模后才能拔出。 

所述外模套、中模套和内模芯杆均由不锈钢制成。 

所述阀本体腔为16个。，能够将外模套放置在阀本体腔内，并与之吻合，当开模时，首先将外模套翻转180°，将内模芯杆反向压出，将中模套反向压出来取下，最后把外模套分开取出阀本体。 

所述阀本体空腔的直径为10mm～28.8mm，所述内模芯杆的直径为1.5mm～10mm。 

所述中模套的外表面具有拔模角度，并与主体上、下模具相同一致匹配吻合。 

所述内模芯杆设有1∶10-1∶5的圆锥度角度。 

本发明还提供一种聚四氟乙烯节门塞模压成型制作方法，包括以下步骤： 

(1)制作或准备预先制作好的节门塞的外模套、中模套和内模芯杆：根据节门塞的尺寸按1∶1制成不锈钢外模套和中模套，中模套的内表面为拔模需要具有一定拔模角度，外模套具有填充粉料模压开口；然后用激光将外模套和中模套切开成两半；内模芯杆用不锈钢材质制作成内模实心杆，内模芯杆的锥度角度与中模套的内表面的锥度角度相一致； 

(2)安装模具：将内模芯杆和中模套套在一起，然后放到产品成型的外模套内；具体说来，外模套放入下主模具的空腔中，内模芯杆上端与上主模具相连，并突出一小段，以用于下压使得与圆锥体相对应的圆锥孔膨胀饱和；下主模具和上主模具即分别为是模压成型中的上半模和下半模，是上、下分体的多组阀本体型腔的组合。 

(3)模压成型：把聚四氟乙烯粉末料由填充管路送进成型外模套模具里，不断将粉末填 入；待装好PTFE粉料后，上、下主模具合模，用压力机床再度下压内模芯杆，使得聚四氟乙烯粉末料在内模芯杆(圆锥杆)下压膨胀受力压缩中成型，等待到压力达到一定程度30MPa～35MPa，则模压产品即成型；模压控制：压力30～35MPa，保压时间1～10min； 

(4)开模：将上主模具提升脱模，脱模后将外模套翻转180°，用一细轴将内套芯杆反向压，并取出内模芯杆，打开两半的外模套和中模套，制得模压半成品。 

本方法还包括：步骤(4)后根据生成的产品各部位实际厚度及阀芯圆锥体吻合程度的实际情况，可进行半成品的修补。 

所述PTFE原料是悬浮树脂，颗粒平均直径在20～600μm。 

本方法还包括：步骤(5)后还包括将半成品烧结和PTFE棒料的阀芯杆经过机械加工车削和钻孔等步骤。 

本发明另外提供一种聚四氟乙烯节门塞的烧结方法，包括以下步骤： 

(1)模压定型后，把一批模压成型的毛坯装入电热炉内烧结，升温到低温260℃，保温2个小时； 

(2)继续升温到中温300℃，保温2个小时； 

(3)继续升温到高温380～390℃，保温4小时； 

(4)缓慢冷却到250℃以下，然后开炉自然冷却。 

所述步骤(1)、(2)、(3)或(4)中升温或降温采用20～100℃／h的速度。 

所述升温速度60℃／h；降温速度40℃／h。 

制品在260℃低温保温2小时，在300℃中温下保温2个小时，在高温下385℃下保温4小时；随着制品的阀体厚度的增加大约厚度增加1mm，每一阶段需延长烧结升温时间约5分钟。以便烧结通透温度平衡。 

由于PTFE的热导率仅为0.25LW／mk，传热很慢，刚到烧结温度时，制品仅表面塑化，其内部并未达到烧结温度，因此，必须在烧结的温度下保持一定的时间，即恒温，使制品各个部分充分塑化，达到温度基本一致。烧结时间的控制以制品变成全透明为度，并随规格不同而异。通常以棒的直径大小、管的壁厚大小和制件的大小为依据来确定烧结时间的长短。制品越大越厚则升、降温速度越慢，恒温时间需越长。过快的升、降温速度会使制品膨胀、收缩不均匀，从而导致制品变形或开裂。如没有用100％全新优质原料做成，则产品无光泽，没有烧熟透，成型压力不够，则性能将大大下降，则聚四氟乙烯以上优点将无法保证。节门塞主要用于滴定管与玻璃杆相接，是实验室理想的检测工具。 

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。 

附图说明

本发明的上述和／或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中： 

图1是本发明的节门塞总成主体结构剖视图； 

图2是本发明的节门塞阀体结构剖视图； 

图3是本发明节门塞全开时的结构剖视图； 

图4是本发明节门塞全关时的结构剖视图； 

图5是本发明节门塞的阀芯结构剖视图； 

图6阀芯模具结构示意图； 

图7烧结工艺流程图。 

附图标记说明：1、阀本体；2、阀芯旋塞；3、出口玻璃滴定管；4、底卡；5、进口端；6、阀锥体；7、阀扳手；8、阀芯通径；11、内模芯杆；12、外模套；13、中模套；14、内模芯杆下压位置；15、填料位。 

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。 

下面参照图1-7描述根据本发明实施例的一种聚四氟乙烯节门塞主要由阀本体1、阀芯旋塞2、出口玻璃滴定管3、底卡4、进口端5、阀锥体6、阀扳手7、阀芯通径8所组成。该节门塞通孔直径有1.5mm～10mm；外径尺寸由10mm～28.8mm有8种规格。所述的进口端连接方式有多种包括内螺纹口，内插式，可以与玻璃管直接连接，阀门有两通的和三通之分的。节门塞通常配高硼硅玻璃外壳合成为滴定管产品。如图3～图6所示，阀门内通孔阀芯通径8，是根据尺寸大小规格不同，孔径加工有不同的要求，通常是机械加工钻孔得到的。出口玻璃滴定管、阀扳手、底卡是附件需要最后组装在一体的。图5中上端孔是安装旋塞圆杆的，阀芯通径8是旋塞流量的通径；旋转到不同位置流量会变小或变大打开，这两个孔是机械加工钻孔得到的，整个阀芯杆是棒料加工而成的。 

下面参照图6说明本实施例的模压定型节门塞的模具，包括不锈钢制成的外模套12、中模套13和内模芯杆11。 

外模套12上端具有填充模压开口，所述外模套12包括两个半外模套，所述两个半外模套扣合在一起形成16个阀本体型腔；中模套13与所述阀本体型腔数量一一对应，也为16个。所述中模套13设在所述阀本体型腔内，阀本体型腔与中模套13的形状大小相吻合。中模套13包括两个半中模套，所述两个半中模套扣合在一起形成一个能够容纳节门塞的阀芯圆锥空 腔，阀芯圆锥空腔开口向上。所述中模套13的外表面具有拔模角度，并与主体上、下模具相同一致匹配吻合。内模芯杆11能够穿过所述外模套12伸入到所述阀芯圆锥空腔内，且内模芯杆11与中模套13的阀芯圆锥空腔大小相适应，为1∶10-1∶5的圆锥度角度。所述阀本体空腔的直径为10mm～28.8mm，所述内模芯杆11的直径为1.5mm～10mm。 

发明的模具不但可以每次成型多个产品，还通过外模套12、中模套13和内模芯杆11的组合，阀芯圆锥空腔按节门塞的长度竖向放置，使用锥形的内模芯杆11对PTFE粉料压力增强，密度增加，得到的产品更加稳定。本发明的模具工作时，内模芯杆11下部套上两块中模套13，一并将内模芯杆11和中模套13放入外模套12中，当外模套12上端开口填充满聚四氟乙烯粉料时，才能使主模具上、下模合模，内模芯在合模的情况下，在使内模芯杆11从顶端下压，使得受压膨胀，达到成型的密度达到2.1g／cm³以上，放置时主体下模型腔与外模套12相匹配吻合能够定位。只有开模情况下，才能放置，脱模后才能拔出。 

下面说明本实施例的节门塞的聚四氟乙烯节门塞模压成型制作方法，包括以下步骤： 

(1)制作节门塞的外模套12、中模套13和内模芯杆11：根据节门塞的尺寸按1∶1制成不锈钢外模套12和中模套13，中模套13的内表面为拔模需要具有一定拔模角度，外模套12具有填充粉料模压开口；然后用激光将外模套12和中模套13切开成两半；内模芯杆11用不锈钢材质制作成内模实心杆，内模芯杆11的锥度角度与中模套13的内表面的锥度角度相一致；根据实际情况，外模套12内腔主要是阀门本体外径段。中模套13是阀芯圆锥体；内模芯杆11主要是中间的模压阀芯杆，是按1∶10；1∶5的锥度角度做成的阀芯锥度，阀芯采用304不锈钢实心做成阀芯内模直径段。其余部分待烧结后由机械加工钻孔及车底卡平面等，阀芯由PTFE棒料机加工而成。 

(2)安装模具：将内模芯杆11和中模套13套在一起，此时内模芯杆11的下端和中模套13内腔形成一空腔，用于在填料位15处，填料。然后放到产品成型的外模套12内，形成下主模具，内模芯杆11上端与上主模具相连；下主模具和上主模具即分别为是模压成型中的阴模和阳模。 

(3)模压成型：把聚四氟乙烯粉末料(PTFE原料是悬浮树脂，颗粒平均直径在20～600μm。)由填充管路送进成型外模套12模具里，不断将粉末填入；待装好PTFE粉料后，装到一定深度，保证容量和模压成型的压缩比，达到成型后密度达到2.1g／cm³以上。上、下主模具合模，用压力机床再度下压内模芯杆11，下压至内模芯杆下压位置14，使得聚四氟乙烯粉末料在内模芯杆11(圆锥杆)下压膨胀受力压缩中成型，等待到压力达到一定程度30MPa～35MPa，则模压产品即成型；普通模具为节门塞侧方向模压，PTFE粉料受力面积大，单位面积压力相对较小，则使制得产品质量不过关。另外16个组合则提高工效20倍以上。模压控制： 压力30～35MPa，保压时间1～10min； 

(4)开模：将上主模具提升脱模，脱模后将外模套12翻转180°，用一细轴将内套芯杆反向压，并用细心轴杆压出内模芯杆11，打开两半的外模套12和中模套13，制得模压半成品。采用外模套12翻转180°，用细心轴杆压出内模杆和中模套13，因为锥度反过来，如同锥柄钻套轻敲一下就掉下来了。 

(5)根据生成的产品各部位实际厚度及阀芯圆锥体吻合程度的实际情况，可进行半成品的修补。 

(6)然后，还可以包括将半成品烧结和PTFE棒料的阀芯杆经过机械加工车削和钻孔等步骤。 

下面参照图7说明本实施例的节门塞的聚四氟乙烯节门塞模压成型后的烧结方法，包括以下步骤： 

(1)模压定型后，把一批模压成型的毛坯装入电热炉内烧结，升温到低温260℃，保温2个小时； 

(2)继续升温到中温300℃，保温2个小时； 

(3)继续升温到高温380～390℃，保温4小时； 

(4)缓慢冷却到250℃以下，然后开炉自然冷却。 

所述步骤(1)、(2)、(3)或(4)中升温或降温采用20～100℃／h的速度。 

所述升温速度60℃／h；降温速度40℃／h。 

制品在260℃低温保温2小时，在300℃中温下保温2个小时，在高温下385℃下保温4小时；随着制品的阀体厚度的增加大约厚度增加1mm，每一阶段需延长烧结升温时间约5分钟。以便烧结通透温度平衡。 

通常采用20～100℃／h的速度升、降温速度。最后烧结好的产品经过机械加工，钻孔、铣端面等，组装一起后产品就完成了。 

所述的烧结工艺温度控制流程如图7所示。 

所述的聚四氟乙烯PTFE材料的节门塞烧结工艺受升、降温速度，烧结温度和烧结时间的影响，其曲线呈阶梯式。制品越大，升、降温速度越慢，烧结时间越长。悬浮树脂的烧结温度高于分散树脂；在通常情况下，升温速度快于降温速度。同一烧结炉中，纯料制品不同规格制品不能混装；不同烧结条件的制品不能混装；不同原料成型的制品不能混装。 

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的青况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。 

Claims (10)

1.一种模压定型节门塞的模具，其特征在于，包括：

外模套，所述外模套上端具有填充模压开口，所述外模套包括两个半外模套，所述两个半外模套扣合在一起形成若干个阀本体型腔；

与所述阀本体型腔数量相适应的中模套，所述中模套设在所述阀本体型腔内，且中模套包括两个半中模套，所述两个半中模套扣合在一起形成一个能够容纳节门塞的阀芯圆锥空腔，阀芯圆锥空腔开口向上；

内模芯杆，所述内模芯杆能够穿过所述外模套伸入到所述阀芯圆锥空腔内，且内模芯杆与中模套的阀芯圆锥空腔大小相适应。

2.根据权利要求1所述的模压成型节门塞的模具，其特征在于，所述阀本体形腔为16个，能够将外模套放置在阀本体型腔内，并与之吻合。

3.根据权利要求1所述的模压成型节门塞的模具，其特征在于，所述外模套的外表面和内表面具有拔模角度，并与主体上、下模具相同一致匹配吻合。

4.根据权利要求1所述的模压成型节门塞的模具，其特征在于，所述内模芯杆设有1∶10、1∶5的锥度角度。

5.一种聚四氟乙烯节门塞模压成型制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制作或准备预先制作好的节门塞的外模套、中模套和内模芯杆：根据节门塞的尺寸按1∶1制成不锈钢外模套和中模套，中模套的内表面为拔模需要具有一定拔模角度，外模套具有填充粉料模压开口；然后用激光将外模套和中模套切开成两半；内模芯杆用不锈钢材质制作成内模实心杆，内模芯杆的锥度角度与中模套的内表面的锥度角度相一致；

(2)安装模具：将内模芯杆和中模套套在一起，然后放到产品成型的外模套内；

(3)模压成型：把聚四氟乙烯粉末料由填充管路送进成型外模套模具里，不断将粉末填入；待装好PTFE粉料后，上、下主模具合模，用压力机床再度下压内模芯杆，使得聚四氟乙烯粉末料在内模芯杆下压膨胀受力压缩中成型，等待到压力达到一定程度30MPa～35MPa，则模压产品即成型；模压控制：压力30～35MPa，保压时间1～10min；

(4)开模：将上主模具提升脱模，脱模后将外模套翻转180°，用一细轴将内套芯杆反向压，并取出内模芯杆，打开两半的外模套和中模套，制得模压半成品。

6.根据权利要求5所述的聚四氟乙烯节门塞模压成型制作方法，其特征在于，所述PTFE原料是悬浮树脂，颗粒平均直径在20～600μm。

7.根据权利要求5所述的聚四氟乙烯节门塞模压成型制作方法，其特征在于，步骤(4)后还包括将半成品烧结和经过机械加工钻孔等步骤。

8.一种聚四氟乙烯节门塞的烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)模压定型后，把一批模压成型的毛坯装入电热炉内烧结，升温到低温260℃，保温2个小时；

(2)继续升温到中温300℃，保温2个小时；

(3)继续升温到高温380～390℃，保温4小时；

(4)缓慢冷却到250℃以下，然后开炉自然冷却。

9.根据权利要求8所述的烧结方法，其特征在于，所述步骤(1)、(2)、(3)或(4)中升温或降温采用20～100℃／h的速度。

10.根据权利要求9所述的烧结方法，其特征在于，所述升温速度60℃／h；降温速度40℃／h。