[doc] 聚四氟乙烯螺旋管的成型技術研究

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1、聚四氟乙烯螺旋管的成型技術研究 上?；? ShanghaiChemicalIndustry Vo1.34No.8 Aug.2009 聚四氟乙烯螺旋管的成型技術研究 邵漫江 上海市塑料研究所(上海200090) 摘要介紹了聚四氟乙烯螺旋管的產品設計和工藝設計,包括技術要求,成型工藝,設備及模具,產品性能及應用 蓰等. 關鍵詞聚四氟乙烯分散樹脂螺旋管二次成型加工.一 中圖分類號TQ320.66_ 聚四氟乙烯樹脂是美國杜邦公司于1938年首 先研制出來的,1949年進行工業(yè)化生產,至今已有 60年的應用史.由于聚四氟乙烯具有不可比擬的優(yōu) 異性能,因而在各種工業(yè)尖

2、端領域得到了迅速應用 并顯示了強大的生命力.現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展,要求 聚四氟乙烯材料的種類和形狀迅速增加,從而對聚 四氟乙烯成型加工技術也提出了各種不同的要求. 聚四氟乙烯螺旋管(簡稱F4螺旋管)是聚四氟 乙烯管的二次加工成型產品之一,具有質量輕,耐高 低溫,耐化學品,耐老化,使用壽命長,介電性能好等 優(yōu)點,并且具有良好的繞曲柔軟性.因此,適用于環(huán) 境條件比較惡劣,走向比較復雜場所的電線電纜和 線纜束的保護套管或低壓液,氣介質的傳輸導管. 1主要性能和技術指標 F4螺旋管應達到下列主要性能和技術指標: (1)工作條件 使用溫度:一50～+210℃;工作壓力:0.15M

3、Pa; 使用介質:滑油或液壓油. (2)外觀及尺寸 表面應光滑,不允許有氣泡,裂紋和變形. 外徑和偏差:D=13.8mm0.513,1m 內徑和偏差:d=9.6mill4-0.3mm 螺距和偏差:A=3.9mm4-0.5mm 壁厚和偏差:8=O.6mm4-0.1Film 長度(L)≤3000ram+50mm 外形應符合圖1的規(guī)定. (3)物理機械性能 F4螺旋管的物理機械性能指標應符合表1的 規(guī)定 圖1F4螺旋管的外形尺寸 2原料與設備 2.1原料 (1)聚四氟乙烯分散樹脂 型號:T6C; 技術指標: 拉伸強度≥19MPa,斷裂伸長率≥200%,相對 密

4、度:2.15～2.19; 生產廠家:杜邦公司. (2)助擠劑 型號:200溶劑油; 技術指標: 外觀:透明,無懸浮物和機械雜質及不溶解水; 餾程:初餾點≥140oC,98%餾出溫度~<200℃; 生產廠家:江蘇泰州石化公司. (3)著色劑 炭黑,選用不導電的中超微粒粉狀炭黑. 型號:V7; 技術指標: 加熱減量≤0.2%; 生產廠家:中橡集團炭黑工業(yè)研究設計院. 2-2設備 預成型壓機,Y71—20T; 作者簡介:邵漫江女1967年生_12程師主要從事氟塑料產品的研究和應用_T-作曾發(fā)表文章1篇 第8期邵漫江:聚四氟乙烯螺旋管的成型技術研究 推壓擠出機

5、,自制; 燒結爐,自制; 淬火爐,自制; 螺旋成型機,自制. 3工藝流程 螺旋管是由檢驗合格的聚四氟乙烯分散樹脂經 混料,糊膏狀擠出,燒結成聚四氟乙烯直管(也稱坯 管),再通過二次螺旋成型加工而制成的.簡要工藝 流程如下: 4模具設計 4.1擠出成型模具 4.1.1結構特點 聚四氟乙烯直管的擠出成型模具主要由口模, 芯模和定位套3部分組成.口模和芯模的錐角一般 要保持一致,且均要有一定長度的直行段,從而使毛 坯被推壓擠出模具時成管狀.定位套則是在毛坯被 推壓擠出成型口的最初階段用以調節(jié)管子的同心 度.其簡要結構如圖2所示. 圖2擠出成型用模具 4.1.2材

6、料選擇 要求模具材料在承受管子擠出成型壓力時不變 形.為防止銹蝕和避免管子的污染,口模的內表面和 芯棒的外表面與樹脂接觸的表面需要鍍硬鉻,且表 面的光潔度達7一v8級. 選用45鋼進行調質和電鍍處理. 4.1.3尺寸設計 由于螺旋管的壁厚僅為0.6mm,比日常生產軟 管的壁厚要小(50%左右),因此在直管成型過程中 確保管壁厚度的均勻一致極為重要.如壁厚不均勻, 在二次加工時,會造成螺旋的形狀不均勻,甚至破 裂,故直管成型時的口模和芯模的精度要求較高,通 常成型段粗糙度選擇0.4級. 管子的致密程度決定了直管的性能和螺旋管的 內徑和外徑.致密程度受剪切力影響,剪切力

7、是由管 子的擠出壓縮比,成型模具的角度及其長徑比決定. 當推壓機的噸位,管子的內外徑確定后,則壓縮比也 確定. 直管擠出模具,一般擠出錐角取30.;口模的 長徑比取4:l,且考慮到內管燒結淬火后的收縮情 況(一般收縮0.5mm),對于該型螺旋管所用的直管 (14-3mm/西13.1mm),擠出模具尺寸的設計計算 如下: 擠出芯模外徑=直管內徑+0.5=13.1+0.5= 13.6mm 擠出口模內徑=直管外徑+O.5=14.3+0.5= 14.8mm 4.2螺旋成型模具 4.2.1結構特點 F4螺旋管成型模具主要由口模和芯模兩部分 組成.口模包括預熱段,成型段和出

8、料段3部分,通 過內六角螺釘固定連接為一個整體.芯模由可旋轉 的螺旋芯棒和直形圓棒連接組成.其簡要結構如圖 3所示. 圖3螺旋成型結構示意圖 4.2.2材料選擇 (1)口模:根據耐高溫和耐腐蝕要求,選用45 鋼進行調質和電鍍處理. ? 2O?第34卷 (2)芯模:根據結構和加工特點,選用銅材或不 銹鋼. 4.2.3尺寸設計 (1)口模 預熱段主要是對于進行螺旋成型的聚四氟乙烯 直管進行加熱和導向作用,出料段主要是對已經螺 旋成型的F4螺旋管起輸出導向作用. 一 般情況下,預熱段的內徑比聚四氟乙烯直管 的外徑大23l/ira,出料段的口徑比F4螺旋管的外

9、徑大2～4mm. 成型段是螺旋成型的關鍵部分,其尺寸的大小 涉及到產品的尺寸是否符合產品的技術要求,經多 次試驗獲得的經驗計算公式如下: 口模底徑:芯模峰徑+2倍壁厚+設計間隙 口模峰徑=螺旋管內徑+2倍壁厚一F4管收縮 奎 口模螺距=2倍波紋寬度+2倍(壁厚+設計間 隙) 其中,口模螺距一般取3～5mlTl;設計間隙一般 為0.3～3mm;F4管收縮率一般為0.3～1.5mm,與 壁厚有關.壁薄二次成型時收縮率相對偏小,壁厚則 收縮率相對偏大. 根據已知的螺旋管內外徑尺寸可得: 口模底徑=13.0+20.6+1.8=16.0IYlm 口模峰徑:9.6+20.6—

10、0.9=9.9mm 口模螺距=3.5mm (2)芯模 芯模的作用主要是增加F4直管在螺旋成型時 的剛性,其螺旋部分的長度根據螺旋管內徑的大小, 一 般取150～500mm.由于螺旋成型時,首先需要把 直管套在芯模上進行操作,故為使芯模便于插入直 管內,既不損傷內管,又可使直管隨芯模共同前進, 因此,在設計芯模峰徑時須考慮到與直管內徑之間 保持一定的間隙量(通常取0.2～0.4mm),其余尺寸 的計算如下: 芯模峰徑=螺旋管外徑一2倍壁厚+F4管收縮 驀薹=13.8—20.6+0.4:13.0mill 芯模底徑=口模峰徑一2倍壁厚一設計間隙 =9.9—2x0.6—0

11、.5=8.2mm 芯模螺距應與口模匹配. 由于F4螺旋管是在較高的溫度下成型,在設計 模具時必須考慮制品的冷卻收縮率. 5成型工藝 5.1原料選擇及其配比的確定 F4螺旋的原料選用聚四氟乙烯分散樹脂,著色 用炭黑采用不導電的中超微粒粉狀炭黑. 直管糊狀擠出成型時采用200溶劑油作為助 擠劑.添加助擠劑的目的主要有兩個,一是助擠劑與 分散聚合樹脂混合后成糊狀物,以便經剪切力作用 能將樹脂的球狀分子拉伸成直線纖維狀結構;二是 起潤滑作用,減小樹脂與模具,樹脂顆粒本身之間的 摩擦力.若單純用樹脂進行推壓,不但易于粘模,而 且因無潤滑性而造成阻力大,不僅破壞分子結構,甚

12、至擠不出管子.可作助擠劑的物質很多,主要是有機 溶劑.本產品助擠劑選用200#溶劑油是因為用其加 工的管子性能優(yōu)越,柔軟,不易斷. 原料,溶劑油,炭黑配比合理與否,將決定螺旋 管的物理機械性能,例如:拉伸強度,斷裂伸長率,相 對密度,介電強度等.故三者的質量比約為100: (17～25):(0.1～0.3). 5_2配料 由于聚四氟乙烯分散樹脂負電性強,易吸附雜 質,在樹脂生產廠的運輸和長期存放中可能帶來雜 質.氣候影響也會造成吸濕結塊,從而在混料時使樹 脂分布不均勻,引起直管表面粗糙和燒結不透明等. 故采購驗收的樹脂應存放在低于19的環(huán)境中,使 其盡可能呈松散狀態(tài).

13、另外,在配料時由于需要添加 助擠劑,也會造成一小部分結塊,所以在配料前后進 行過篩是必要的.配料的工藝要求: (1)配料室溫度應保持在19cC以下; (2)人員,環(huán)境,使用器具和設備要保證清潔; (3)配料前后樹脂用10目不銹鋼篩網過篩,炭 黑配料前用200目不銹鋼篩網過篩; (4)混料機混料時間不宜過長,正反旋轉混合 各6～8rain為宜,以免破壞樹脂顆粒的纖維,使擠 出物斷裂或剪切過勞; (5)混合料需在低溫(約30℃)烘箱內存放8h 以上方可使用,使溶劑油充分擴散到樹脂顆粒中. 5.3預成型 預成型過程是將樹脂粉料壓制成套筒形型坯, 使助擠劑不易揮發(fā),且相對于

14、粉料加料,可以提高生 產效率.預成型單位壓力一般在24MPa范圍內,具 體根據型坯大小而定.該產品選擇預成型的壓力為 第8期邵漫江:聚四氟乙烯螺旋管的成型技術研究 3.5MPa.預成型的工藝要求: (1)預成型室環(huán)境溫度應保持在28cc4; (2)人員,環(huán)境,使用器具和設備要保證清潔; (3)加料要均勻,密實趨于一致; (4)緩隉而均勻加壓,不允許沖擊式加壓,要給 予一定的保壓時間,以保證壓力傳遞到樹脂各部分; (5)施壓過程中,要注意做好放氣工作,力求經 2～3次放氣使樹脂顆粒間空氣排盡; (6)預成型坯料要小心存取,且注意及時投入 使用,防止毛坯內溶劑油揮發(fā).

15、5.4擠出成型 擠出成型原理:將樹脂與助擠劑混合,預壓成坯 后,放人推壓機的料腔中,通過活塞下降使坯體通過 有一定錐角的口模,由于剪切力的作用,將樹脂由球 狀拉伸成直線纖維狀結構,經直管口芯模擠出形成 直管的坯管(未燒結的直管). 根據直管規(guī)格大小可確定擠出成型的速度,一 般原則是:規(guī)格大的管子擠出速度稍慢,規(guī)格小的管 子擠出速度稍快.F4螺旋管成型速度一般在1～5 m/rain的范圍內進行調節(jié).擠出成型的工藝要求: (1)擠出成型室環(huán)境溫度應保持在25℃3 cc: (2)人員,環(huán)境,使用模具和設備要保證清潔; (3)裝料時注意去除毛坯上的雜質和熟皮等, 防止對產品

16、性能產生影響; (4)檢查和調整口芯模的同心度,使擠出管子 的同心度符合產品要求; (5)擠出成型時活塞進入料腔末端或擠出物中 出現(xiàn)回頭料時應立即停車,且應仔細觀察設備與產 品有否異?，F(xiàn)象產生,以便立即采取措施; (6)F4未燒結管需在室溫環(huán)境下放置14～72 h,以使管中大部分溶劑油揮發(fā). 5.5燒結與冷卻 燒結與冷卻的基本原理:聚四氟乙烯是一種高 聚物,其晶體熔點為327qC.當升溫到327以上, 產品內部將產生物理化學變化,晶體開始熔融,晶格 結構從結晶型轉化到無定型.當溫度降低到327℃ 以下,又從無定型向結晶型轉化.結晶度的大小與冷 卻速度有關,在327～

17、260cI二范圍內,冷卻速度快,其 結晶度小.冷卻速度慢,結晶度大. 根據上述原理以及坯管的壁厚較薄,燒結時易 達到熔融狀態(tài)的特點,制定坯管的燒結和冷卻工藝: 升溫速度:以27rain內升高32℃的速度升溫 至160cI二,保溫15min,然后以4min內升高5℃ 的速度升溫至210,保溫1h,最后以1℃/min的 速度升溫至360℃5.【二; 燒結溫度:360℃5℃; 保溫時間:30rain2rain; 降溫速度:燒結結束后直接空氣淬火. 5.6螺旋管成型 5.6.1螺旋成型原理 螺旋成型的主要原理是:把燒結后的直管加熱 到一定的溫度,使其分子鏈有一定的熱運動性,

18、在受 到外力作用時,分子鏈問會產生滑移而被拉伸或壓 縮,此時的外力就是模具的牽引力.直管在模具的引 導下進行螺旋成型,經脫模冷卻后,成為具有穩(wěn)定形 態(tài)的,帶螺旋狀的螺旋管.由于分子鏈問的結構發(fā)生 了變化,一般情況下螺旋管的外形是不可回復到原 直管狀態(tài)的. 5.6.2螺旋成型溫度的確定 聚四氟乙烯螺旋成型除了模具外,成型溫度是 相當重要的工藝參數之一.溫度偏高或偏低,都對螺 旋的成型有很大影響.通過工藝摸索,最后確定250 ℃20℃為最佳螺旋成型溫度. 5.6-3螺旋管成型工藝 成型前,先將直管套在芯棒上.直管的長度一般 大于所需F4螺旋管長度的15%,芯棒的長度一般

19、 大于所需F4螺旋管長度的25%,因為直管在加工 過程中有可能伸長或縮短.芯棒的一頭用夾具固定 在能正反向旋轉的設備上,其轉速一般控制在50～ 100r/min之間.將口模與芯模保持在同一軸線上. 成型時,通過加熱圈對芯模和口模進行加熱.達 到溫度后,將芯模插入口模,順時針旋轉芯棒,使直 管隨著芯棒進入口模.當口模行進到芯模的4/5長 度時,停止旋轉,然后反向旋轉芯棒,使口模從芯模 中退出,同時F4螺旋管也從芯模上退出.當F_l模退 到接近芯模端部時,停止旋轉,重新把直管和芯模插 人口模.如此循環(huán)操作,逐段生產出成型的聚四氟乙 烯螺旋管.目前上海市塑料研究所已基本上建立

20、了 一 套完整成熟的F4螺旋管設計和生產規(guī)范. 6性能測試 按照上述工藝和控制參數試制的F4螺旋管的 實測性能如表1所示. ? 22?第34卷 表19.6mml13.8mm螺旋管性能實測結果 直一 管 螺 旋 管 拉伸強度/IⅥPa 斷裂伸長率(%) 介電強度/(kV*mm一) 相對密度 耐油性:滑油150℃,4h 液壓油20qC,2h 最小彎曲半徑 7應用 30奄 260 22.9 2,l6 無變化 無變化 無損壞 37.9 26 315.6 2.薹吞 無變化 無變化 無損壞 上海市塑料研究所試制成功的F4螺旋管,具

21、有質量輕,耐高低溫,耐化學品,耐老化,使用壽命 長,介電性能好等優(yōu)點,并且具有良好的繞曲柔軟 性. F4螺旋管可應用于:(1)環(huán)境條件比較惡劣, 走向比較復雜場所的信號,控制等線纜和線纜束的 保護套管,如航空發(fā)動機部位的信號線和控制線纜 的護套管.(2)航空發(fā)動機部位和主減速器的余油 排放管.(3)與其他材料組合制成的螺旋管組件,可 用于環(huán)境條件比較惡劣,走向比較復雜場所低壓液 氣,介質的傳輸導管等. 聚四氟乙烯螺旋管作為上海市塑料研究所開發(fā) 的一種新材料,符合當前高新技術項目的需要,填補 了國內的空白,具有一定的社會價值.由于聚四氟乙 烯螺旋管所具有的優(yōu)點,一定會有

22、廣闊的應用前景. 收稿日期:2009年6月 StudyonPost-Formix嚷Technology|I| PTFECorrugatedTube|| ShooManjiang.. Abstract:Thisarticledescribestheproductdesignandprocessdesigncorrugatedtube,including technicalspecification,post-formingprocess,:formingdeviceanddie,productpropeniesandapplicationranges. Keywords:鼉EDis

23、persionresin;Corrugatedtube;. Secondaryprocessin琶I 專g乏茗娶零乏三蔓;;乏薔:苔暑乏乏苫專乏乏笞;:髫笞零g薔 國際油漆與英國勞氏船級社攜手完成第100個PSPC差距分析項目 國際油漆公司與英國勞氏船 級社最近宣布,其攜手合作的第 100個保護涂層性能標準(PSPC) 差距分析項目已順利完成,該項目 是為法國圣納澤爾STXFrance CruiseSA公司所實施的.PSPC差 距分析項目開始于兩年前,當時, 國際油漆與勞氏船級社攜手為一 家中國造船廠完成了它們的首個 PSPC分析項目. 來自勞氏船級社,國際油漆和

24、 STXFranceCruiseSA的工作人 員著手為期兩天的評估,根據 PSPC的標準對該造船廠的涂裝工 藝進行了差距分析.隨后,勞氏船 級社和國際油漆共同為該造船廠 的高級管理人員和部門經理們進 行了一次專題演講,這是整個分析 項目中的一個重要環(huán)節(jié),旨在幫助 造船廠掌握符合PSPC要求的訣 竅,同時最大程度提高造船效率. 除了涂裝部門,設計,采購,質檢, 鋼結構,舾裝以及生產的所有部門 也必須參與. 國際油漆業(yè)務發(fā)展部經理 MikeHindmarsh先生表示:”我們 非常高興把這個證書頒發(fā)給STX FranceCruiseSA.因為它具備世 界級的造船水平.同時通過我們與 勞氏!級社的合作,也顯示了共同 努力,相互學習可以在造船效率, 質量和安全等方面產生積極影 響.”(涂閩) . 揪揪黼 . 一猢～一一