CN105465478B - 氟塑料-金属阀芯及其成型工艺方法 - Google Patents

氟塑料-金属阀芯及其成型工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种氟塑料‑金属阀芯及其成型工艺，氟塑料‑金属阀芯包括阀芯金属基体及附着在金属基体顶部的氟塑料，阀芯金属基体包括阀头及阀杆，利用本发明的成型工艺使阀头部分内部充满经熔融后的氟塑料。氟塑料与金属基体之间制备了一层紧扣于金属基体的氟塑料过渡层后，采用热压成型的工艺方法，保证其相互间的粘接强度，粘接强度达到17MPa以上，具备可靠的密封性能。

Description

氟塑料-金属阀芯及其成型工艺方法
技术领域
本发明属于塑料成型工艺及机械制造技术领域，涉及一种氟塑料-金属阀芯的制造技术。
背景技术
火箭发动机所用的耐介质阀门中，阀芯部分大多采用耐腐蚀性较强的氟塑料嵌入金属基体的设计结构，目前氟塑料嵌入金属基体的方法分为冷挤法和热压法两种。冷挤法是将氟塑料塑料块在未经加热的情况下挤入阀芯阀头部分，以聚四氟乙烯冷挤阀芯为例，冷挤后聚四氟乙烯填充在阀头部分后，其与金属之间只能冷粘再滚边收口后成型阀芯，制造过程中依靠氟塑料的冷流性进行填充，氟塑料无法与金属基体密切嵌合，氟塑料与金属基体间存在缝隙，容易出现液体渗透等现象，可靠性较差。热压法是将经喷砂、清洗、晾干的阀芯金属基体放入热压模具中，加入氟塑料后置于热压机，再经熔融、冷压定型、脱模等工艺制备，以聚全氟乙丙烯-金属阀芯为例，该过程中，处于粘流态的聚全氟乙丙烯熔体粘度较大，无法将树脂熔体完全浸润至金属喷砂面沟槽内，因此无法得到粘接强度高的氟塑料-金属粘接面。朱军等人(CN201510050686)通过涂覆助粘接剂的方法提高氟塑料-金属的粘接强度，但使用该粘接剂制备的阀芯，在耐酸碱水溶液及偏二甲肼等介质方面可靠性较差。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种粘接良好，粘接强度高的氟塑料-金属阀芯成型工艺方法。
本发明提供一种氟塑料-金属阀芯成型工艺，其生产的氟塑料-金属阀芯包括阀芯金属基体及附着在金属基体顶部的氟塑料，所述阀芯金属基体包括阀头及阀杆，该氟塑料-金属阀芯成型工艺包括：步骤一，将所述阀芯金属基体分别用汽油、无水乙醇清洗以除去金属基体表面杂质；步骤二，用20-60目石英砂对所述阀芯金属基体的阀头粘接面进行喷砂，压缩空气气流压力为0.5～0.75MPa，并对喷砂后金属边缘的毛刺进行打磨；步骤三，清洗喷砂面：将喷砂后的所述阀芯金属基体用汽油浸泡24小时后，分别用毛刷蘸汽油和酒精清洗喷砂面2-3遍，自然晾干后保存在干燥器中；步骤四，氟塑料过渡层喷涂：将所述阀芯金属基体喷砂面朝上，摆放在基体固定工装上转移至烧结炉内，烧结炉升温至设定温度以上后，将烧结后的所述阀芯金属基体及其固定工装取出，采用压缩空气法，将氟塑料分散液均匀喷涂在喷砂面上，喷涂时间为1-5秒；步骤五，氟塑料过渡层烧结：将喷涂后的所述阀芯金属基体连同固定工装一起转移至烧结炉内，升温烧结至设定温度后，取出所述阀芯金属基体及固定工装，重复喷涂烧结1-3次后，随炉冷却至室温，将烧结后的阀芯产品取出，用修边刀除去阀芯喷涂面侧面的氟塑料后，保存在干燥器中；步骤六，热压：将烧结后的阀芯金属基体喷涂面朝上，置于成型模具中，在阀头部分添加1～3g氟塑料；将装好塑料的模具及压柱置于热压机中，升温至设定温度后恒温3～10min，氟塑料熔融；步骤七，冷压：所述压柱置于成型模具中，并将模具移至冷压机，加压力4～10MPa，保压模具温度接近室温时，脱模并用修边刀除去多余塑料毛边后得到阀芯毛坯；和步骤八，精加工：采用仪表车床，将阀芯毛坯加工成阀芯的预制品，对预制品氟塑料部分进行表面研磨，使塑料表面粗糙度达到0.6以上，得到阀芯成品。
优选所述的氟塑料分散液为聚偏氟乙烯分散液、聚三氟氯乙烯分散液或聚全氟乙丙烯分散液；
优选当所述氟塑料分散液为聚偏氟乙烯分散液时，所述氟塑料为聚偏氟乙烯，当所述氟塑料分散液为聚三氟氯乙烯分散液时，所述氟塑料为聚三氟氯乙烯，当所述氟塑料分散液为聚全氟乙丙烯分散液时，所述氟塑料为聚全氟乙丙烯。
优选当所述氟塑料为聚偏氟乙烯时，所述设定温度为210±10℃，当所述氟塑料为聚三氟氯乙烯时，所述设定温度为220±10℃，当所述氟塑料为聚全氟乙丙烯时，所述设定温度为315±10℃。
优选所述成型模具包括套筒、压柱和底座，所述套筒侧面设有测温孔。
优选所述的氟塑料-金属阀芯，包括阀芯金属基体及附着在金属基体顶部的氟塑料，所述阀芯金属基体包括阀头及阀杆。
优选所述的阀头为带排气孔燕尾槽形、无排气孔燕尾槽形、带排气孔环形燕尾槽形、无排气孔环形燕尾槽形、台阶形、带排气直孔槽形或无排气直孔槽形。
本发明具有如下优点
1.本发明所提供的成型工艺方法，适用于阀头形状为带排气孔燕尾槽形、无排气孔燕尾槽形、带排气孔环形燕尾槽形、无排气孔环形燕尾槽形、台阶形、带排气直孔槽形、无排气直孔槽形等各种氟塑料-金属阀芯的制造。
2.本发明所提供的成型工艺方法中，喷涂工序可将200纳米左右氟塑料微粉均匀分散于喷砂面沟槽内，经烧结后形成氟塑料薄膜。该薄膜可与金属基体间紧密咬合，提高了氟塑料-金属基体间的粘接性能。
3.本发明所提供的成型工艺方法中，氟塑料过渡层可充当粘接剂，粘接强度达到17MPa以上，有效提高了氟塑料-金属基体间的粘接性能。从而使阀芯具备良好的密封性能。
附图说明
图1(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)为本发明阀芯金属基体的示意图；
图2(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)为本发明阀芯毛坯图；
图3为本发明成型模具示意图；
图4为本发明阀芯成型工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种氟塑料-金属阀芯成型工艺，氟塑料-金属阀芯包括阀芯金属基体及附着在金属基体顶部的氟塑料两部分阀芯金属基体包括阀头及阀杆，阀头位于阀芯顶端，阀头部分充满经熔融后的氟塑料。
阀芯金属基体具有图1的(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)所示的带排气孔燕尾槽形、无排气孔燕尾槽形、带排气孔环形燕尾槽形、无排气孔环形燕尾槽形、台阶形、带排气直孔槽形或无排气直孔槽形的各种形状。
图2的(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)分别对应上述各形状的阀芯毛坯。
下面通过实施例对本发明的阀芯成型工艺进行具体的描述(如图4所示)，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明包括范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
实施例1
(1)阀芯金属基体清洗：阀芯金属基体分别用汽油、无水乙醇清洗，以除去金属基体表面杂质；
(2)喷砂：用20-60目石英砂对阀头及底面进行喷砂，压缩空气气流压力为0.5MPa，并对喷砂后金属边缘的毛刺进行打磨；
(3)清洗喷砂面：将喷砂后阀芯金属基体用汽油浸泡24小时后，分别用毛刷蘸汽油和酒精清洗喷砂面2遍，自然晾干后保存在干燥器中；
(4)聚全氟乙丙烯过渡层喷涂：将阀芯金属基体喷砂面朝上，摆放在基体固定工装上转移至烧结炉内，烧结炉升温至310℃后，将烧结后的阀芯金属基体及其固定工装取出，采用压缩空气，将聚全氟乙丙烯分散液均匀喷涂在喷砂面上，喷涂时间为1秒；
(5)聚全氟乙丙烯过渡层烧结：将喷涂后的阀芯金属基体连同固定工装一起转移至烧结炉内，烧结至聚全氟乙丙烯熔融，重复喷涂烧结1次后，随炉冷却至室温，将烧结后的阀芯产品取出，用修边刀除去阀芯喷涂面侧面的聚全氟乙丙烯后，保存在干燥器中；
(6)热压：将烧结后的阀芯金属基体喷涂面朝上，置于成型模具中，在阀头部分添加1g聚全氟乙丙烯树脂；将模具及压柱置于热压机中，升温至保温温度后恒温3min，聚全氟乙丙烯熔融；
(7)冷压：压柱置于成型模具(如图3所示)中，并将模具移至冷压机，加压力4MPa，保压模具温度接近室温时，脱模并用修边刀除去多余塑料毛边后得到阀芯毛坯；
(8)精加工：采用仪表车床，将阀芯毛坯加工成阀芯的预制品，对预制品氟塑料部分进行表面研磨，使塑料表面粗糙度达到0.6以上，得到阀芯成品。
实施例2
(1)阀芯金属基体清洗：阀芯金属基体分别用汽油、无水乙醇清洗，以除去金属基体表面杂质；
(2)喷砂：用20-60目石英砂对阀头及底面进行喷砂，压缩空气气流压力为0.75MPa，并对喷砂后金属边缘的毛刺进行打磨；
(3)清洗喷砂面：将喷砂后阀芯金属基体用汽油浸泡24小时后，分别用毛刷蘸汽油和酒精清洗喷砂面3遍，自然晾干后保存在干燥器中；
(4)聚三氟氯乙烯过渡层喷涂：将阀芯金属基体喷砂面朝上，摆放在基体固定工装上转移至烧结炉内，烧结炉升温至210℃后，将烧结后的阀芯金属基体及其固定工装取出，采用压缩空气，将聚三氟氯乙烯分散液均匀喷涂在喷砂面上，喷涂时间为5秒；
(5)聚三氟氯乙烯过渡层烧结：将喷涂后的阀芯金属基体连同固定工装一起转移至烧结炉内，烧结至聚三氟氯乙烯熔融，重复喷涂烧结3次后，随炉冷却至室温，将烧结后的阀芯产品取出，用修边刀除去阀芯喷涂面侧面的聚三氟氯乙烯后，保存在干燥器中；
(6)热压：将烧结后的阀芯金属基体喷涂面朝上，置于成型模具中，在阀头部分添加3g聚三氟氯乙烯树脂；将模具及压柱置于热压机中，升温至保温温度后恒温10min，聚三氟氯乙烯熔融；
(7)冷压：压柱置于成型模具(如图3所示)中，并将模具移至冷压机，加压力10MPa，保压模具温度接近室温时，脱模并用修边刀除去多余塑料毛边后得到阀芯毛坯；
(8)精加工：采用仪表车床，将阀芯毛坯加工成阀芯的预制品，对预制品氟塑料部分进行表面研磨，使塑料表面粗糙度达到0.6以上，得到阀芯成品。
实施例3
(1)阀芯金属基体清洗：阀芯金属基体分别用汽油、无水乙醇清洗，以除去金属基体表面杂质；
(2)喷砂：用20-60目石英砂对阀头及底面进行喷砂，压缩空气气流压力为0.6MPa，并对喷砂后金属边缘的毛刺进行打磨；
(3)清洗喷砂面：将喷砂后阀芯金属基体用汽油浸泡24小时后，分别用毛刷蘸汽油和酒精清洗喷砂面3遍，自然晾干后保存在干燥器中；
(4)聚偏氟乙烯过渡层喷涂：将阀芯金属基体喷砂面朝上，摆放在基体固定工装上转移至烧结炉内，烧结炉升温至210℃后，将烧结后的阀芯金属基体及其固定工装取出，采用压缩空气，将聚偏氟乙烯分散液均匀喷涂在喷砂面上，喷涂时间为3秒；
(5)聚偏氟乙烯过渡层烧结：将喷涂后的阀芯金属基体连同固定工装一起转移至烧结炉内，烧结至聚偏氟乙烯熔融，重复喷涂烧结2次后，随炉冷却至室温，将烧结后的阀芯产品取出，用修边刀除去阀芯喷涂面侧面的聚偏氟乙烯后，保存在干燥器中；
(6)热压：将烧结后的阀芯金属基体喷涂面朝上，置于成型模具中，在阀头部分添加2g聚偏氟乙烯树脂；将模具及压柱置于热压机中，升温至保温温度后恒温6min，聚偏氟乙烯熔融；
(7)冷压：压柱置于成型模具(如图3所示)中，并将模具移至冷压机，加压力7MPa，保压模具温度接近室温时，脱模并用修边刀除去多余塑料毛边后得到阀芯毛坯；
(8)精加工：采用仪表车床，将阀芯毛坯加工成阀芯的预制品，对预制品氟塑料部分进行表面研磨，使塑料表面粗糙度达到0.6以上，得到阀芯成品。
以上对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施例。对本领域的技术人员来说，在权利要求书所记载的范畴内，显而易见地能够想到各种变更例或者修正例，当然也属于本发明的技术范畴。

Claims (7)

1.一种氟塑料-金属阀芯成型工艺，其生产的氟塑料-金属阀芯包括阀芯金属基体及附着在金属基体顶部的氟塑料，所述阀芯金属基体包括阀头及阀杆，其特征在于，包括：
步骤一，将所述阀芯金属基体分别用汽油、无水乙醇清洗以除去金属基体表面杂质；
步骤二，用20-60目石英砂对所述阀芯金属基体的阀头粘接面进行喷砂，压缩空气气流压力为0.5～0.75MPa，并对喷砂后金属边缘的毛刺进行打磨；
步骤三，清洗喷砂面：将喷砂后的所述阀芯金属基体用汽油浸泡24小时后，分别用毛刷蘸汽油和酒精清洗喷砂面2-3遍，自然晾干后保存在干燥器中；
步骤四，氟塑料过渡层喷涂：将所述阀芯金属基体喷砂面朝上，摆放在基体固定工装上转移至烧结炉内，烧结炉升温至设定温度以上后，将烧结后的所述阀芯金属基体及其固定工装取出，采用压缩空气喷涂法，将氟塑料分散液均匀喷涂在喷砂面上，喷涂时间为1-5秒；
步骤五，氟塑料过渡层烧结：将喷涂后的所述阀芯金属基体连同固定工装一起转移至烧结炉内，升温烧结至设定温度后，取出所述阀芯金属基体及固定工装，重复喷涂烧结1-3次后，随炉冷却至室温，将烧结后的阀芯产品取出，用修边刀除去阀芯喷涂面侧面的氟塑料后，保存在干燥器中；
步骤六，热压：将烧结后的阀芯金属基体喷涂面朝上，置于成型模具中，在阀头部分添加1～3g氟塑料；将装好塑料的模具及压柱置于热压机中，升温至设定温度后恒温3～10min，氟塑料熔融；
步骤七，冷压：所述压柱置于成型模具中，并将模具移至冷压机，加压力4-10MPa，保压至模具温度接近室温时，脱模并用修边刀除去多余塑料毛边后得到阀芯毛坯；
步骤八，精加工：采用仪表车床，将阀芯毛坯加工成阀芯的预制品，对预制品氟塑料部分进行表面研磨，使塑料表面粗糙度达到0.6以上，得到阀芯成品。
2.根据权利要求1所述的氟塑料-金属阀芯成型工艺，其特征在于：所述的氟塑料分散液为聚偏氟乙烯分散液、聚三氟氯乙烯分散液或聚全氟乙丙烯分散液。
3.根据权利要求2所述的氟塑料-金属阀芯成型工艺，其特征在于：当所述氟塑料分散液为聚偏氟乙烯分散液时，所述氟塑料为聚偏氟乙烯；当所述氟塑料分散液为聚三氟氯乙烯分散液时，所述氟塑料为聚三氟氯乙烯；当所述氟塑料分散液为聚全氟乙丙烯分散液时，所述氟塑料为聚全氟乙丙烯。
4.根据权利要求3所述的氟塑料-金属阀芯成型工艺，其特征在于：当所述氟塑料为聚偏氟乙烯时，所述设定温度为210±10℃，当所述氟塑料为聚三氟氯乙烯时，所述设定温度为220±10℃，当所述氟塑料为聚全氟乙丙烯时，所述设定温度为315±10℃。
5.根据权利要求1所述的氟塑料-金属阀芯成型工艺，其特征在于：所述成型模具包括套筒、压柱和底座，所述套筒侧面设有测温孔。
6.一种氟塑料-金属阀芯，其特征在于：是利用权利要求1-5中任意一项所述的工艺制造的氟塑料-金属阀芯，其包括阀芯金属基体及附着在金属基体顶部的氟塑料，所述阀芯金属基体包括阀头及阀杆。
7.根据权利要求6所述的氟塑料-金属阀芯，其特征在于，所述的阀头为带排气孔燕尾槽形、无排气孔燕尾槽形、台阶形、带排气直孔槽形或无排气直孔槽形。
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