CN114318240B - 一种管道内壁聚对二甲苯镀膜方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种管道内壁聚对二甲苯镀膜方法，其中镀膜设备包括作为沉积室的被镀膜管道工件，蒸发炉、裂解炉、工艺阀和第一管道对接机构依次连通，被镀膜管道工件的两端分别与第一管道对接机构和第二管道对接机构密封连接，第二管道对接机构、前级阀、低温冷阱和真空泵依次连通，被镀膜管道工件的外部设有管道冷却罩，真空泵还通过辅抽阀与第二管道对接机构连通，第二管道对接机构上设有放气阀。本发明通过利用被镀膜管道工件自身作为设备的沉积室部分，替代原设备沉积室的功能，实现对管道内壁进行镀膜的生产需求，解决了大型镀膜设备建造的问题，提高了材料利用率，完全去掉了常规镀膜后对沉积室内壁进行清理的工艺环节，降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于真空镀膜技术领域，具体涉及到一种管道内壁聚对二甲苯镀膜方法，尤其适用于长管道内壁聚对二甲苯镀膜。
背景技术
聚对二甲苯是一种保护性高聚物材料，聚对二甲苯膜层通过真空气相沉积方法制备。聚对二甲苯材料涂层具有很好的热性能、化学稳定性，可抵御酸碱、盐雾、霉菌各种腐蚀性气件的侵害，被广泛应用于航空航天、电子工业、海洋环境等方面的表面防护应用。聚对二甲苯材料膜层被誉为最优秀的三防材料，具有广泛的市场前景和经济效益。
常规聚对二甲苯真空镀膜设备，由蒸发室、裂解室、沉积室、低温冷阱和真空泵5部分组成，其工艺方法及过程是，首先通过真空泵获得所需的真空度；然后对蒸发室加热到150℃将放置在蒸发室内的固体聚对二甲苯材料蒸发；接着对裂解室加热到650℃以上，蒸发后通过裂解室的材料被裂解成单体分子；最后经过裂解的单体分子在25℃左右的沉积室内涂敷到基材表面生成保护性薄膜；对于没有在沉积室内被利用的材料则被低温冷阱表面捕获。
由于常规方法中被镀膜工件需要放置在沉积室内完成镀膜，受到沉积室容积大小的制约，对于长管道特别是长金属管道内壁有耐腐蚀性需求的镀膜产品，就需要建设价格昂贵的特大型沉积室，同时这种庞大的设备也不便于长管道产品就近施工现场进行镀膜生产的需求；其次在聚对二甲苯镀膜过程中，沉积室内所有的裸露表面包括除需要被镀膜产品的有效内表面外，管道外表面、沉积室内壁、应用工装等都会生成薄膜，大大降低了材料的利用率；最后，不需要被镀膜的部分包括沉积室内壁、应用工装等都需要大量的人工去清理。综上常规镀膜设备对于有长管道镀膜需要，不仅需要建造昂贵的大型设备，而且也不利于批量生产和降低生产成本，造成聚对二甲苯这种优质的保护膜层在处理管道内部防护的工艺不能被广泛应用。
发明内容
为了解决目前长管道内壁聚对二甲苯镀膜的设备和应用推广的局限性，提高材料的利用率，降低生产成本等难题，本发明提出一种管道内壁聚对二甲苯镀膜方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种管道内壁聚对二甲苯镀膜方法，所述方法利用管道内壁聚对二甲苯镀膜设备对管道工件进行镀膜；
所述管道内壁聚对二甲苯镀膜设备用于在管道工件的内壁形成聚对二甲苯薄膜，包括作为沉积室的被镀膜管道工件，还包括蒸发炉、裂解炉、工艺阀、工艺真空规、第一管道对接机构、第一密封胶圈、管道冷却罩、第二密封胶圈、第二管道对接机构、本底真空规、前级阀、低温冷阱、真空泵、辅抽阀、放气阀和控制系统；
所述蒸发炉、所述裂解炉、所述工艺阀和所述第一管道对接机构依次连通，所述第一管道对接机构通过所述第一密封胶圈与所述被镀膜管道工件的一端密封连接，所述被镀膜管道工件的另一端通过所述第二密封胶圈与所述第二管道对接机构密封连接，所述第二管道对接机构、所述前级阀、所述低温冷阱和所述真空泵依次连通，所述被镀膜管道工件的外部设有所述管道冷却罩，所述真空泵还通过所述辅抽阀与所述第二管道对接机构连通，所述第二管道对接机构上设有所述放气阀；
所述控制系统用于采集所述工艺真空规和所述本底真空规的真空度数据，以及控制所述工艺阀、所述前级阀、所述辅抽阀和所述放气阀的开度，还用于控制所述蒸发炉、所述裂解炉和所述管道冷却罩的工作温度以及控制所述低温冷阱和所述真空泵的工作状态；
所述方法包括以下步骤：
步骤1：控制系统启动，并进行设备状态自检测；
步骤2：选择与被镀膜管道工件匹配的第一密封胶圈和第二密封胶圈，并将第一密封胶圈和第二密封胶圈安装在被镀膜管道工件的两端；
步骤3：将被镀膜管道工件的一端和第一管道对接机构预紧，将被镀膜管道工件的另一端和第二管道对接机构预紧；
步骤4：将聚对二甲苯材料放置到蒸发炉的物料舟内；
步骤5：打开工艺阀和前级阀；
步骤6：启动真空泵，显示本底真空规的真空度数据；
步骤7：当本底真空规的真空度数据低于第一真空度阈值时，启动低温冷阱开始制冷；
步骤8：当低温冷阱的温度低于第一预设温度时开始对蒸发炉升温，并控制蒸发炉和裂解炉的温度在工作温度范围内；
步骤9：维持蒸发炉在工作温度范围内，完成第一次镀膜过程，所述第一次镀膜过程的时长为镀膜总时长的1/2；
步骤10：关闭工艺阀和前级阀，暂停镀膜过程，打开放气阀充入大气；
步骤11：将被镀膜管道工件取下并且两端反转后再分别通过第一密封胶圈、第二密封胶圈与第一管道对接机构、第二管道对接机构预紧；
步骤12：关闭放气阀，打开辅抽阀，恢复被镀膜管道工件内部真空；
步骤13：当本底真空规的真空度数据低于第二真空度阈值时，依次打开前级阀、关闭辅抽阀、打开工艺阀，完成第二次镀膜过程，所述第二次镀膜过程的时长为镀膜总时长的1/2；
步骤14：关闭工艺阀和前级阀，停止镀膜；
步骤15：关闭蒸发炉、裂解炉加热，停止低温冷阱制冷；
步骤16：当低温冷阱的温度回升到第二预设温度以上，停止真空泵运行；
步骤17：当蒸发炉、裂解炉温度低于第三预设温度后，打开放气阀充入大气，取下完成镀膜的被镀膜管道工件；
步骤18：控制系统关闭，镀膜工艺结束。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所提出的管道内壁聚对二甲苯镀膜设备，通过利用被镀膜管道工件自身作为设备的沉积室部分，替代原有镀膜设备沉积室的功能，实现对管道内壁进行镀膜的生产需求，不仅解决了大型镀膜设备建造的问题，突破镀膜对沉积室尺寸的局限，同时至少提高材料50％以上的有效利用率，并且完全去掉了常规镀膜后对沉积室内壁进行清理的工艺环节，降低了成本，并且镀膜设备采用分体结构，可以灵活移动，更便于转移和配合就近工程现场应用；常规镀膜设备的沉积室内被镀膜产品温度会逐渐升高，造成成膜速率逐渐降低，针对这一问题，本发明在被镀膜管道工件的外部增加了管道冷却罩，便于在镀膜过程中实施对被镀膜管道工件的降温，从而大幅度提高成膜速率，压缩生产时间，可大大降低镀膜生产成本。本发明的管道内壁聚对二甲苯镀膜方法采用上述镀膜设备实现对管道工件特别是长管道工件内壁聚对二甲苯镀膜，通过将被镀膜管道工件的两端进行反转互换，保证了被镀膜管道工件镀膜的均匀性，提高了产品的镀膜质量。
附图说明
图1为本发明所述的一种管道内壁聚对二甲苯镀膜设备的结构示意图；
附图标记说明：1、蒸发炉，2、裂解炉，3、工艺阀，4、工艺真空规，5、第一管道对接机构，6、第一密封胶圈，7、被镀膜管道工件，8、管道冷却罩，9、第二密封胶圈，10、第二管道对接机构，11、本底真空规，12、前级阀，13、低温冷阱，14、真空泵，15、辅抽阀，16、放气阀。
具体实施方式
下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
一种管道内壁聚对二甲苯镀膜设备，该镀膜设备用于在管道工件特别是长管道工件的内壁形成聚对二甲苯薄膜，如图1所示，本发明的镀膜设备包括被镀膜管道工件7，被镀膜管道工件7是要镀膜的产品，它在镀膜设备中起到沉积室的作用，和其它部分共同组成一个完整的聚对二甲苯镀膜设备；本发明的镀膜设备还包括蒸发炉1、裂解炉2、工艺阀3、工艺真空规4、第一管道对接机构5、第一密封胶圈6、管道冷却罩8、第二密封胶圈9、第二管道对接机构10、本底真空规11、前级阀12、低温冷阱13、真空泵14、辅抽阀15、放气阀16和控制系统。
具体地，蒸发炉1、裂解炉2和工艺阀3依次连通，且工艺阀3通过第一管道对接机构5和第一密封胶圈6与被镀膜管道工件7的一端密封连接，被镀膜管道工件7的另一端通过第二管道对接机构10和第二密封胶圈9与前级阀12密封连接，前级阀12、低温冷阱13和真空泵14依次连通，被镀膜管道工件7的外部设有管道冷却罩8，真空泵14还通过辅抽阀15与第二管道对接机构10连通，第二管道对接机构10上设有放气阀16。
其中，蒸发炉1内部设置有用于放置聚对二甲苯的物料舟，蒸发炉1在工作温度150℃下对固体聚对二甲苯材料进行蒸发；蒸发炉1和裂解炉2相连通，裂解炉2控温到工作温度范围为650℃-680℃，实现将气化后的聚对二甲苯材料裂解成单体；裂解炉2通过工艺阀3和第一管道对接机构5相连通，工艺真空规4设置在第一管道对接机构5上，用来监测第一管道对接机构5位置的裂解真空度，第一管道对接机构5和被镀膜管道工件7的一端(A端)相连通，并且通过第一密封胶圈6和被镀膜管道工件7真空密封，第二管道对接机构10和被镀膜管道工件7的另一端(B端)相连通，并且通过第二密封胶圈9和被镀膜管道工件7真空密封，本底真空规11设置在第二管道对接机构10上，用来监测第二管道对接机构10位置的沉积室真空度；被镀膜管道工件7的外部安装有管道冷却罩8，并且管道冷却罩8上设有冷却气路接口，外部的气体冷却源通过冷却气路接口将冷却气体充入管道冷却罩8与被镀膜管道工件7之间的空隙，从而实现对被镀膜管道工件7的快速降温，提高成膜速率，从而提高生产效率；第二管道对接机构10、前级阀12、低温冷阱13和真空泵14依次连通，真空泵14还通过辅抽阀15与第二管道对接机构10连通，真空泵14通过辅抽阀15和第二管道对接机构10连接形成旁路，用于在低温冷阱13和真空泵14不停机的情况下恢复被镀膜管道工件7的真空度，完成镀膜工艺，低温冷阱13用于捕获未完成镀膜的残留分子，以起到对真空泵14的保护作用，真空泵14用来实现镀膜设备所需要的真空环境；放气阀16设置在第二管道对接机构10上，用于镀膜设备的放气。
控制系统用来统一控制镀膜设备的逻辑执行，使镀膜设备的各个部件有序运行，完成镀膜过程。控制系统主要用于采集工艺真空规4和本底真空规11的真空度数据，以及控制工艺阀3、前级阀12、辅抽阀15和放气阀16的开度，还用于控制蒸发炉1、裂解炉2和管道冷却罩8的工作温度以及控制低温冷阱13和真空泵14的工作状态(停止/启动)。
本发明中的控制系统可以采用现有技术中已有的镀膜设备的逻辑控制系统实现。例如，具体的控制系统可以采用PLC或者单片机实现，由PLC或者单片机统一控制镀膜设备的各个部件的逻辑执行。
进一步地，本发明提供一种控制系统的具体实现方式，控制系统包括PLC和与PLC通信的触摸屏，PLC具体包括数据采集模块、参数设置模块、数据处理模块和通信模块，其中：
数据采集模块用于采集工艺真空规4和本底真空规11的真空度数据；
参数设置模块用于通过通信模块接收触摸屏输入的参数，并将参数发送至数据处理模块；
数据处理模块用于根据参数控制工艺阀3、前级阀12、辅抽阀15和放气阀16的开度，还用于控制蒸发炉1、裂解炉2和管道冷却罩8的工作温度以及控制低温冷阱13和真空泵14的工作状态，并控制触摸屏显示工艺真空规4和本底真空规11的真空度数据，工艺阀3、前级阀12、辅抽阀15和放气阀16的开度，蒸发炉1、裂解炉2和管道冷却罩8的工作温度以及低温冷阱13和真空泵14的工作状态(停止/启动)；
通信模块用于实现数据处理模块与触摸屏之间的数据交互。
本发明的管道内壁聚对二甲苯镀膜设备的工作原理如下：
通过增加第一管道对接机构5和第一密封胶圈6，以及第二管道对接机构10和第二密封胶圈9，分别和被镀膜管道工件7进行连接和密封组成整体，以被镀膜管道工件7自身作为沉积室部分应用，替代了原有镀膜设备沉积室的功能，满足对被镀膜管道工件7的内壁直接进行镀膜的需求，提高了材料利用率，同时去掉了对沉积室维护的工作环节。
本发明的管道内壁聚对二甲苯镀膜设备具有以下有益效果：
(1)本发明所提出的管道内壁聚对二甲苯镀膜设备，通过利用被镀膜管道工件自身作为设备的沉积室部分，替代原有镀膜设备沉积室的功能，实现对管道内壁进行镀膜的生产需求，不仅解决了大型镀膜设备建造的问题，突破镀膜对沉积室尺寸的局限，同时至少提高材料50％以上的有效利用率，并且完全去掉了常规镀膜后对沉积室内壁进行清理的工艺环节，降低了成本；
(2)本发明所提出的管道内壁聚对二甲苯镀膜设备采用分体结构，可以灵活移动，更便于转移和配合就近工程现场应用；
(3)常规镀膜设备的沉积室内被镀膜产品温度会逐渐升高，造成成膜速率逐渐降低，针对这一问题，本发明在被镀膜管道工件的外部增加了管道冷却罩，便于在镀膜过程中实施对被镀膜管道工件的降温，从而大幅度提高成膜速率，压缩生产时间，可大大降低镀膜生产成本。
相应地，本发明还提出一种利用前述镀膜设备对管道工件进行镀膜的管道内壁聚对二甲苯镀膜方法，该镀膜方法根据膜厚需求，将镀膜均分为总时长1/2的2次镀膜过程，通过调换被镀膜管道工件7两端的位置分别进行1/2总时长的镀膜，提高层膜的均匀性。首先设置好如图1所示的管道内壁聚对二甲苯镀膜设备，接下来利用镀膜设备对被镀膜管道工件7进行镀膜，镀膜工艺的具体步骤如下：
步骤1：控制系统启动，并进行设备状态自检测；
步骤2：选择与被镀膜管道工件7匹配的第一密封胶圈6和第二密封胶圈9，并将第一密封胶圈6和第二密封胶圈9安装在被镀膜管道工件7的两端；
步骤3：将被镀膜管道工件7的一端(A端)和第一管道对接机构5预紧，将被镀膜管道工件7的另一端(B端)和第二管道对接机构10预紧；
步骤4：将聚对二甲苯材料放置到蒸发炉1的物料舟内；
步骤5：打开工艺阀3和前级阀12；
步骤6：启动真空泵14，显示本底真空规11的真空度数据；
步骤7：当本底真空规11的真空度数据低于第一真空度阈值(例如100Pa)时，启动低温冷阱13开始制冷；
步骤8：当低温冷阱13的温度低于第一预设温度(例如-70℃)时开始对蒸发炉1升温，将蒸发炉1升温至70℃-90℃左右，然后将裂解炉2升温至工作温度(650℃-680℃)；
步骤9：维持裂解炉2在其工作温度，对蒸发炉1继续升温并维持在其工作温度(例如150℃)，完成第一次镀膜过程，第一次镀膜过程的时长为镀膜总时长的1/2；
步骤10：关闭工艺阀3和前级阀12，暂停镀膜过程，打开放气阀16充入大气；
步骤11：将被镀膜管道工件7取下并且两端反转后再分别通过第一密封胶圈6、第二密封胶圈9与第一管道对接机构5、第二管道对接机构10预紧，即被镀膜管道工件7的B端通过第一密封胶圈6和第一管道对接机构5预紧，A端通过第二密封胶圈9与第二管道对接机构10预紧；
步骤12：关闭放气阀16，打开辅抽阀15，恢复被镀膜管道工件7内部真空；
步骤13：当本底真空规11的真空度数据低于第二真空度阈值(例如1Pa)时，依次打开前级阀12、关闭辅抽阀15、打开工艺阀3，完成第二次镀膜过程，第二次镀膜过程的时长为镀膜总时长的1/2；
步骤14：完成有效镀膜后，关闭工艺阀3和前级阀12，停止镀膜；
步骤15：关闭蒸发炉1、裂解炉2加热，停止低温冷阱13制冷；
步骤16：当低温冷阱13的温度回升到第二预设温度(例如30℃)以上，停止真空泵14运行；
步骤17：当蒸发炉1、裂解炉2温度低于第三预设温度(例如50℃)后，打开放气阀16充入大气，取下完成镀膜的被镀膜管道工件7；
步骤18：控制系统关闭，镀膜工艺结束。
本发明所提出的管道内壁聚对二甲苯镀膜方法除具有管道内壁聚对二甲苯镀膜设备所具有的优点之外，通过将被镀膜管道工件的两端进行反转互换，保证了被镀膜管道工件镀膜的均匀性，提高了产品的镀膜质量。同时，通过增加管道内壁聚对二甲苯镀膜设备并行机构，可实现流水线生产，进一步提高生产效率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (3)
1.一种管道内壁聚对二甲苯镀膜方法，其特征在于，利用管道内壁聚对二甲苯镀膜设备对管道工件进行镀膜；
所述管道内壁聚对二甲苯镀膜设备用于在管道工件的内壁形成聚对二甲苯薄膜，包括作为沉积室的被镀膜管道工件(7)，还包括蒸发炉(1)、裂解炉(2)、工艺阀(3)、工艺真空规(4)、第一管道对接机构(5)、第一密封胶圈(6)、管道冷却罩(8)、第二密封胶圈(9)、第二管道对接机构(10)、本底真空规(11)、前级阀(12)、低温冷阱(13)、真空泵(14)、辅抽阀(15)、放气阀(16)和控制系统；
所述蒸发炉(1)、所述裂解炉(2)、所述工艺阀(3)和所述第一管道对接机构(5)依次连通，所述第一管道对接机构(5)通过所述第一密封胶圈(6)与所述被镀膜管道工件(7)的一端密封连接，所述被镀膜管道工件(7)的另一端通过所述第二密封胶圈(9)与所述第二管道对接机构(10)密封连接，所述第二管道对接机构(10)、所述前级阀(12)、所述低温冷阱(13)和所述真空泵(14)依次连通，所述被镀膜管道工件(7)的外部设有所述管道冷却罩(8)，所述真空泵(14)还通过所述辅抽阀(15)与所述第二管道对接机构(10)连通，所述第二管道对接机构(10)上设有所述放气阀(16)；
所述控制系统用于采集所述工艺真空规(4)和所述本底真空规(11)的真空度数据，以及控制所述工艺阀(3)、所述前级阀(12)、所述辅抽阀(15)和所述放气阀(16)的开度，还用于控制所述蒸发炉(1)、所述裂解炉(2)和所述管道冷却罩(8)的工作温度以及控制所述低温冷阱(13)和所述真空泵(14)的工作状态；
所述方法包括以下步骤：
步骤1：控制系统启动，并进行设备状态自检测；
步骤2：选择与被镀膜管道工件(7)匹配的第一密封胶圈(6)和第二密封胶圈(9)，并将第一密封胶圈(6)和第二密封胶圈(9)安装在被镀膜管道工件(7)的两端；
步骤3：将被镀膜管道工件(7)的一端和第一管道对接机构(5)预紧，将被镀膜管道工件(7)的另一端和第二管道对接机构(10)预紧；
步骤4：将聚对二甲苯材料放置到蒸发炉(1)的物料舟内；
步骤5：打开工艺阀(3)和前级阀(12)；
步骤6：启动真空泵(14)，显示本底真空规(11)的真空度数据；
步骤7：当本底真空规(11)的真空度数据低于第一真空度阈值时，启动低温冷阱(13)开始制冷；
步骤8：当低温冷阱(13)的温度低于第一预设温度时开始对蒸发炉(1)升温，然后将裂解炉(2)升温至工作温度；
步骤9：维持裂解炉(2)在其工作温度，对蒸发炉(1)继续升温并维持在工作温度，完成第一次镀膜过程，所述第一次镀膜过程的时长为镀膜总时长的1/2；
步骤10：关闭工艺阀(3)和前级阀(12)，暂停镀膜过程，打开放气阀(16)充入大气；
步骤11：将被镀膜管道工件(7)取下并且两端反转后再分别通过第一密封胶圈(6)、第二密封胶圈(9)与第一管道对接机构(5)、第二管道对接机构(10)预紧；
步骤12：关闭放气阀(16)，打开辅抽阀(15)，恢复被镀膜管道工件(7)内部真空；
步骤13：当本底真空规(11)的真空度数据低于第二真空度阈值时，依次打开前级阀(12)、关闭辅抽阀(15)、打开工艺阀(3)，完成第二次镀膜过程，所述第二次镀膜过程的时长为镀膜总时长的1/2；
步骤14：关闭工艺阀(3)和前级阀(12)，停止镀膜；
步骤15：关闭蒸发炉(1)、裂解炉(2)加热，停止低温冷阱(13)制冷；
步骤16：当低温冷阱(13)的温度回升到第二预设温度以上，停止真空泵(14)运行；
步骤17：当蒸发炉(1)、裂解炉(2)温度低于第三预设温度后，打开放气阀(16)充入大气，取下完成镀膜的被镀膜管道工件(7)；
步骤18：控制系统关闭，镀膜工艺结束。
2.根据权利要求1所述的一种管道内壁聚对二甲苯镀膜方法，其特征在于，所述第一预设温度为-70℃，所述第二预设温度为30℃，所述第三预设温度为50℃，所述第一真空度阈值为100Pa，所述第二真空度阈值为1Pa。
3.根据权利要求1所述的一种管道内壁聚对二甲苯镀膜方法，其特征在于，所述管道冷却罩(8)上设有冷却气路接口，用于对所述被镀膜管道工件(7)进行降温的冷却气体从所述冷却气路接口进入所述管道冷却罩(8)与所述被镀膜管道工件(7)之间的空隙。
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