CN108822453A - 一种高强度聚四氟乙烯材料及其制备的针型截止阀 - Google Patents

一种高强度聚四氟乙烯材料及其制备的针型截止阀 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度聚四氟乙烯材料及其制备的针型截止阀。按质量百分比计，该材料由90‑98％可溶性聚四氟乙烯、1‑5％的液晶性全芳香族聚酯树脂和1‑5％的帕拉橡胶组成。本申请以可溶性聚四氟乙烯为基体，可溶性聚四氟乙烯具有良好的耐高低温性能和耐化学性能，成型加工性能优异；进一步在可溶性聚四氟乙烯基体中添加了液晶性全芳香族聚酯树脂，液晶性全芳香族聚酯树脂不仅具有优异的耐热性能和成型加工性能，而且具有规整的纤维状结构，使得本申请的高强度聚四氟乙烯材料具有十分优异的强度；本申请还在可溶性聚四氟乙烯基体中添加了帕拉橡胶，帕拉橡胶能够掺入液晶性全芳香族聚酯树脂的纤维状结构中，进一步增强制品的强度。

Description

一种高强度聚四氟乙烯材料及其制备的针型截止阀
技术领域
本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种高强度聚四氟乙烯材料及其制备的针型截止阀。
背景技术
针型截止阀是电站、炼油、化工装置和仪表测量管路中的一种先进连接方式的阀门，随着钢铁、航天、化工、炼油、煤化以及造船等行业的飞速发展，气体流量控制调节在应用中越来越重要，对针型截止阀使用上的便捷、安全、稳定性的需求大大提高。
常见的针型截止阀如申请号为CN201520363158.5的中国实用新型专利申请所示，包括密封连接的上阀体和下阀体，上阀体和下阀体之间形成有阀腔；下阀体上开设有水平设置的进气口和出气口、以及竖直设置的控制通道，该控制通道的其中一端通过出气通道与出气口相连通，另一端开口正对阀腔且与阀腔相连通，进气口与阀腔之间连接有进气通道；
所述的上阀体内滑动配合有与控制通道处于同一竖直线上的阀杆，阀杆的头部带有用于阻断控制通道的阀芯，阀杆的尾部与上阀体之间设有用于驱使阀杆上下滑动的驱动机构。
不过现有的针型截止阀一般采用钢制、铜质、陶瓷阀门等材料制作成型，但上述材料的耐化学腐蚀性、耐候性不良，在运输强酸强碱溶液或氯化氢、氟化氢等强腐蚀气体时会被腐蚀，导致使用寿命大大缩短。
虽然对钢材进行改进制造合金能够改善材料的耐化学腐蚀性能，但金属合金的造价较为昂贵，成本太高。
发明内容
本申请的发明目的是提供一种耐腐蚀性能强的高强度聚四氟乙烯材料，以及利用该高强度聚四氟乙烯材料制备的、具有优良耐腐蚀性和强度的针型截止阀。
为实现上述发明目的，本申请的技术方案如下：
一种高强度聚四氟乙烯材料，按质量百分比计，由90-98％可溶性聚四氟乙烯、1-5％的液晶性全芳香族聚酯树脂和1-5％的帕拉橡胶组成。
聚四氟乙烯材料本身不仅具有良好的耐高低温性能，而且耐化学性能也十分优秀，可溶性聚四氟乙烯的性能与聚四氟乙烯相似，但可溶性聚四氟乙烯的熔融粘结性增强，熔体粘度下降，便于采用注射成型的方式进行加工。
本申请在可溶性聚四氟乙烯基体中添加了液晶性全芳香族聚酯树脂，液晶性全芳香族聚酯树脂不仅具有优异的耐热性能和成型加工性能，而且具有规整的纤维状结构，使得本申请的高强度聚四氟乙烯材料具有十分优异的强度。
本申请还在可溶性聚四氟乙烯基体中添加了帕拉橡胶，帕拉橡胶能够掺入液晶性全芳香族聚酯树脂的纤维状结构中，进一步增强制品的强度。
作为优选，按质量百分比计，上述的高强度聚四氟乙烯材料由95％可溶性聚四氟乙烯、3％的液晶性全芳香族聚酯树脂和2％的帕拉橡胶组成。
本申请还提供了一种针型截止阀，该针型截止阀包括阀体和阀芯，所述的阀体和阀芯均采用所述的高强度聚四氟乙烯材料注射成型。采用本申请的高强度聚四氟乙烯材料制备针型截止阀的阀体和阀芯，使得针型截止阀不仅具有优良的耐高低温性能和耐化学性能，而且具有十分优异的强度。
本申请还提供了所述的针型截止阀的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)将可溶性聚四氟乙烯和帕拉橡胶分别置于100-120℃下干燥25h以上，将液晶性全芳香族聚酯树脂置于140-160℃下干燥4-6h；
(2)按预设的质量百分比，将可溶性聚四氟乙烯、聚醚醚酮、帕拉橡胶和液晶性全芳香族聚酯树脂混合均匀，放入螺杆式成型机中成型，获得阀体和阀芯；
成型参数为：
料筒后段温度220-240℃、料筒中段温度240-260℃、料筒前段温度260-280℃，喷嘴温度260-280℃；
模具温度80-100℃、注塑压力30-50MPa、保压压力10-20MPa、螺杆背压2-5MPa，注射速度200-300mm/s，螺杆转速60-80r/min；
(3)利用成型的阀体和阀芯组装成所述的针型截止阀。
本申请还提供了所述的针型截止阀在输送强腐蚀性流体中的应用。
为实现上述发明目的，本申请的技术方案如下：
本申请的高强度聚四氟乙烯材料以可溶性聚四氟乙烯为基体，可溶性聚四氟乙烯具有良好的耐高低温性能和耐化学性能，而且成型加工性能优异；但用于制备针型截止阀时，可溶性聚四氟乙烯制品的强度稍显不足，因此本申请在可溶性聚四氟乙烯基体中添加了液晶性全芳香族聚酯树脂，液晶性全芳香族聚酯树脂不仅具有优异的耐热性能和成型加工性能，而且具有规整的纤维状结构，使得本申请的高强度聚四氟乙烯材料具有十分优异的强度；本申请还在可溶性聚四氟乙烯基体中添加了帕拉橡胶，帕拉橡胶能够掺入液晶性全芳香族聚酯树脂的纤维状结构中，进一步增强制品的强度。
附图说明
图1为本发明一种针型截止阀的爆炸图；
图2为本发明一种针型截止阀的组装图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例一种针型截止阀，包括阀体1和阀芯2。其中，阀体1内设有阀腔11，阀体1上开设有水平设置的进气口12和出气口13以及竖直设置的控制通道14，进气口12和出气口13均带有内螺纹；控制通道14的其中一端通过出气通道15与出气口13相连通、另一端开口与阀腔11相连通，进气口12与阀腔11之间连接有进气通道16；阀体1内还设有与阀腔11相连通的容置腔，容置腔包括相互连通的第一容置腔17和第二容置腔18，其中第一容置腔17与阀腔11相连通，第二容置腔18大于第一容置腔17，从而在阀体1内壁形成限位台阶19；阀芯2包括阀杆21，阀杆21的头端与第一容置腔17滑动配合，阀杆21的头部呈球头型，用于阻断控制通道14；阀体1上还设有用于将阀杆21限制在容置腔内的阀盖3，阀盖3与阀体1外壁螺纹配合；阀盖3中央开设有供阀杆21穿过的通孔31，该通孔31内壁又与阀杆21外壁螺纹配合；阀杆21外壁上带有处于限位台阶19和阀盖3之间的密封环22，该密封环22与第二容置腔18滑动密封配合；阀杆21伸出阀杆21的尾端固定有手轮4。
本实施例中，阀体1是一次性注射成型的，阀芯2也是一次性注射成型的；本实施例针型截止阀的制备方法包括以下步骤：
(1)将可溶性聚四氟乙烯和帕拉橡胶分别置于100-120℃下干燥25h以上，将液晶性全芳香族聚酯树脂置于140-160℃下干燥4-6h；
(2)将90％的可溶性聚四氟乙烯、5％帕拉橡胶和5％液晶性全芳香族聚酯树脂混合均匀，放入螺杆式成型机中成型，分别获得阀体和阀芯；
成型参数为：
料筒后段温度220-240℃、料筒中段温度240-260℃、料筒前段温度260-280℃，喷嘴温度260-280℃；
模具温度80-100℃、注塑压力30-50MPa、保压压力10-20MPa、螺杆背压2-5MPa，注射速度200-300mm/s，螺杆转速60-80r/min；
(3)利用注射成型的阀体和阀芯组装成本实施例的针型截止阀。
实施例2
本实施例的针型截止阀的构造与实施例1相同，但本实施例的针型截止阀的制备方法包括以下步骤：
(1)将可溶性聚四氟乙烯和帕拉橡胶分别置于100-120℃下干燥25h以上，将液晶性全芳香族聚酯树脂置于140-160℃下干燥4-6h；
(2)将93％的可溶性聚四氟乙烯、4％帕拉橡胶和3％液晶性全芳香族聚酯树脂混合均匀，放入螺杆式成型机中成型，分别获得阀体和阀芯；
成型参数为：
料筒后段温度220-240℃、料筒中段温度240-260℃、料筒前段温度260-280℃，喷嘴温度260-280℃；
模具温度80-100℃、注塑压力30-50MPa、保压压力10-20MPa、螺杆背压2-5MPa，注射速度200-300mm/s，螺杆转速60-80r/min；
(3)利用注射成型的阀体和阀芯组装成本实施例的针型截止阀。
实施例3
本实施例的针型截止阀的构造与实施例1相同，但本实施例的针型截止阀的制备方法包括以下步骤：
(1)将可溶性聚四氟乙烯和帕拉橡胶分别置于100-120℃下干燥25h以上，将液晶性全芳香族聚酯树脂置于140-160℃下干燥4-6h；
(2)将95％的可溶性聚四氟乙烯、3％帕拉橡胶和2％液晶性全芳香族聚酯树脂混合均匀，放入螺杆式成型机中成型，分别获得阀体和阀芯；
成型参数为：
料筒后段温度220-240℃、料筒中段温度240-260℃、料筒前段温度260-280℃，喷嘴温度260-280℃；
模具温度80-100℃、注塑压力30-50MPa、保压压力10-20MPa、螺杆背压2-5MPa，注射速度200-300mm/s，螺杆转速60-80r/min；
(3)利用注射成型的阀体和阀芯组装成本实施例的针型截止阀。
实施例4
本实施例的针型截止阀的构造与实施例1相同，但本实施例的针型截止阀的制备方法包括以下步骤：
(1)将可溶性聚四氟乙烯和帕拉橡胶分别置于100-120℃下干燥25h以上，将液晶性全芳香族聚酯树脂置于140-160℃下干燥4-6h；
(2)将98％的可溶性聚四氟乙烯、1％帕拉橡胶和1％液晶性全芳香族聚酯树脂混合均匀，放入螺杆式成型机中成型，分别获得阀体和阀芯；
成型参数为：
料筒后段温度220-240℃、料筒中段温度240-260℃、料筒前段温度260-280℃，喷嘴温度260-280℃；
模具温度80-100℃、注塑压力30-50MPa、保压压力10-20MPa、螺杆背压2-5MPa，注射速度200-300mm/s，螺杆转速60-80r/min；
(3)利用注射成型的阀体和阀芯组装成本实施例的针型截止阀。
采用上述实施例列举的方法可以制成公称直径(DN)在10-150的针型截止阀。
对比例1
本实施例的针型截止阀的构造与实施例1相同，但本实施例的针型截止阀的制备方法包括以下步骤：
(1)将可溶性聚四氟乙烯置于100-120℃下干燥25h以上；
(2)将干燥后的可溶性聚四氟乙烯放入螺杆式成型机中成型，分别获得阀体和阀芯；
成型参数为：
料筒后段温度220-240℃、料筒中段温度240-260℃、料筒前段温度260-280℃，喷嘴温度260-280℃；
模具温度80-100℃、注塑压力30-50MPa、保压压力10-20MPa、螺杆背压2-5MPa，注射速度200-300mm/s，螺杆转速60-80r/min；
(3)利用注射成型的阀体和阀芯组装成本实施例的针型截止阀。
对比例2
本实施例的针型截止阀的构造与实施例1相同，但本实施例的针型截止阀的制备方法包括以下步骤：
(1)将可溶性聚四氟乙烯和帕拉橡胶分别置于100-120℃下干燥25h以上；
(2)将95％的可溶性聚四氟乙烯和5％帕拉橡胶混合均匀，放入螺杆式成型机中成型，分别获得阀体和阀芯；
成型参数为：
料筒后段温度220-240℃、料筒中段温度240-260℃、料筒前段温度260-280℃，喷嘴温度260-280℃；
模具温度80-100℃、注塑压力30-50MPa、保压压力10-20MPa、螺杆背压2-5MPa，注射速度200-300mm/s，螺杆转速60-80r/min；
(3)利用注射成型的阀体和阀芯组装成本实施例的针型截止阀。
对比例3
本实施例的针型截止阀的构造与实施例1相同，但本实施例的针型截止阀的制备方法包括以下步骤：
(1)将可溶性聚四氟乙烯置于100-120℃下干燥25h以上，将液晶性全芳香族聚酯树脂置于140-160℃下干燥4-6h；
(2)将95％的可溶性聚四氟乙烯和5％液晶性全芳香族聚酯树脂混合均匀，放入螺杆式成型机中成型，分别获得阀体和阀芯；
成型参数为：
料筒后段温度220-240℃、料筒中段温度240-260℃、料筒前段温度260-280℃，喷嘴温度260-280℃；
模具温度80-100℃、注塑压力30-50MPa、保压压力10-20MPa、螺杆背压2-5MPa，注射速度200-300mm/s，螺杆转速60-80r/min；
(3)利用注射成型的阀体和阀芯组装成本实施例的针型截止阀。
对一次注射成型的阀体或阀芯的各项性能进行测试，测试结果见表1。
对一次注射成型的阀体或阀芯的耐腐蚀性能进行测试，测试结果见表2。
耐腐蚀试验：将阀体或阀芯分别置于王水、氢氧化钠(3M)和氟化氢气体环境中12h后取出，测试阀体或阀芯的力学性能。
对组装成的针型截止阀进行抗压试验，抗压试验：测试各针型截止阀经过1.5倍最大工作压力(最大工作压力为600MPa)的强度试验后的状态；观察发现实施例1-4的针形截止阀经抗压试验后，阀门壳体及各连接处，无结构损伤，无可见泄露。而对比例1-3的针形截止阀经抗压试验后，有轻微泄露。
表1
编号 密度/g/cm3 拉伸强度/MPa 断裂伸长率/％
实施例1 2.97 59 190
实施例2 2.86 55 185
实施例3 2.73 49 178
实施例4 2.41 38 167
对比例1 2.10 24 150
对比例2 2.59 31 147
对比例3 2.78 34 158
表2

Claims (5)

1.一种高强度聚四氟乙烯材料，其特征在于，按质量百分比计，由90-98％可溶性聚四氟乙烯、1-5％的液晶性全芳香族聚酯树脂和1-5％的帕拉橡胶组成。
2.如权利要求1所述的高强度聚四氟乙烯材料，其特征在于，按质量百分比计，由95％可溶性聚四氟乙烯、3％的液晶性全芳香族聚酯树脂和2％的帕拉橡胶组成。
3.一种针型截止阀，包括阀体和阀芯，其特征在于，所述的阀体和阀芯均采用如权利要求1或2所述的高强度聚四氟乙烯材料注射成型。
4.如权利要求3所述的针型截止阀的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将可溶性聚四氟乙烯和帕拉橡胶分别置于100-120℃下干燥25h以上，将液晶性全芳香族聚酯树脂置于140-160℃下干燥4-6h；
(2)按预设的质量百分比，将可溶性聚四氟乙烯、聚醚醚酮、帕拉橡胶和液晶性全芳香族聚酯树脂混合均匀，放入螺杆式成型机中成型，获得阀体和阀芯；
成型参数为：
料筒后段温度220-240℃、料筒中段温度240-260℃、料筒前段温度260-280℃，喷嘴温度260-280℃；
模具温度80-100℃、注塑压力30-50MPa、保压压力10-20MPa、螺杆背压2-5MPa，注射速度200-300mm/s，螺杆转速60-80r/min；
(3)利用成型的阀体和阀芯组装成所述的针型截止阀。
5.如权利要求3所述的针型截止阀在输送强腐蚀性流体中的应用。
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