聚四氟乙烯衬里工艺及其应用

刘慈军詹小军

（多氟多化工股份有限公司)

聚四氟乙烯衬里工艺及其应用

刘慈军*詹小军

（多氟多化工股份有限公司)

介绍了四氟材料的性能及衬里工艺，分析了衬四氟设备损坏的原因，提出了相应的预防措施。

聚四氟乙烯 衬里工艺 衬里设备 氟塑料性能 耐腐蚀性

0 前言

四氟衬里设备是多氟多化工股份有限公司近几年使用比较多的设备，尤其是随着无机氟化物项目的建设，四氟衬里设备的应用越来越多。衬里的好坏直接影响到生产的连续稳定均衡，因此如何选用四氟设备是一个极为重要的问题。

1 金属基材表面复合氟塑料的材料选择

1.1 氟塑料材料的物理、化学、力学性能

金属材料具有较高的刚性、强度和其他力学性能，而氟塑料则具有十分优异的耐腐蚀、抗粘着、减摩、降噪等工程特性，二者有机地结合起来而得到的金属基氟塑料复合材料将具有广泛的工业应用前景。

目前，常用的氟塑料有十余种，它们都具有较高的耐腐蚀性 （绝大部分酸、碱、盐及有机溶剂均不能对其产生腐蚀）、优良的电绝缘性、特别突出的抗粘着性 （几乎所有物质均不能粘附其表面）、很高的耐大气老化性和不燃性、优异的动静态摩擦特性、自润滑性 （所有固体材料中摩擦系数最低的物质）和较高的热稳定性 （各种塑料材料中长期稳定使用温度最高的物质）。

1.2 氟塑料性能比较及应用

各种氟塑料均具有非常优异的耐腐蚀性、不粘性、耐候性、电绝缘性，这些性能是一般金属材料无法比拟的，但又是很多应用场合不可缺少的。然而，相对于金属而言，氟塑料的刚度和强度较低，一般要低一个数量级以上 （Q235的屈度强度为235 MPa，H62铜合金的拉伸强度为400 MPa以上，奥氏体不锈钢的拉伸强度大于500 MPa，超高强度钢的拉伸强度大于1200 MPa，而氟塑料的拉伸强度仅为15~50 MPa）。因此，氟塑料一般不能作为工程构件的主体材料，而主要作为表面复合材料使用 （涂覆于刚性高的金属材料或无机非金属材料表面）。

（1）耐腐蚀性

氟塑料均具有十分优异的耐化学介质腐蚀性和耐候性，不仅远远超过金属材料，而且在有机高分子材料中也属最佳，因而被广泛用于化学工业、机械工业、电子电气工业中的防腐涂层和密封件。

（2）不粘性

氟塑料均具有十分优异的表面不粘性，对水、油和大多数有机溶剂的非浸润性，对固体材料的低摩擦性，这些优异的表面性能使其能够广泛应用于各种工业及日常用品中。

（3）力学性能

相对于金属材料或无机非金属材料而言，氟塑料的弹性模量很低 （拉伸弹性模量4×102MPa左右），仅为钢铁材料的五十分之一，其强度也很低，仅为钢铁材料的十分之一，但其韧性十分优异，延伸率比钢铁高一个数量级以上。

（4）长期使用性

氟塑料的热稳定性在各种高分子材料中也是最高的，但相对于金属材料和无机非金属材料而言则是最低的。造成其高温性能下降的主要原因是重结晶、热软化变形和热分解。氟塑料在很低的温度下还会发生冷脆甚至龟裂，这又限制了其最低使用温度。各种氟塑料中，F4具有最为宽广的长期使用温度 （-250～260℃）

（5）其他性能

氟塑料均具有优异的电绝缘性，可作为电气构件或元件的涂装材料而广泛应用，其中F4和F46性能最优。氟塑料的线膨胀系数较一般金属材料约大三个数量级，为5×10-5～1.9×10-4℃-1。尽管氟塑料具有良好的塑性,可以容纳较大程度的胀缩变形，但尽量选用较小线膨胀系数的氟塑料作为金属或非金属的表面涂层材料，对提高涂层表面质量和冷热疲劳寿命均具有重要的意义。

2 化工设备衬里材料及成型技术

目前国内化工设备衬里技术主要有以下几种。

2.1 聚四氟乙烯衬里焊接成型技术

将四氟板料、型材用可溶性聚四氟乙烯（PFA）焊接在需衬里的工件型腔内。虽然该工艺简单，但其密封性不可靠，衬里材料不均匀，机械、化学性能不一致，不可避免地会出现内鼓现象。

2.2 缠绕成型技术

将四氟棒料加工成薄带，缠绕在模具上，再烧结成型，然后压入需衬里的工件型腔内。该工艺成型技术复杂，衬里表面杂质含量高，耐腐蚀性差，适合于温度低的工况。

2.3 等压成型技术

采用弹性模具成型，工件腔内衬里部位的内外壁在等压差条件下，弹性模具充分利用其弹性使型腔内已装好的四氟粉料压缩并紧贴在衬里壁上，而且四氟衬里厚度保持一致，完全解决了复杂形状工件内腔的制模技术难题及衬里厚度不一致的问题,可防止局部应力集中引起裂纹。同时克服了烧结过程固化反应速度不一致导致局部应力集中而带来裂纹产生的后果，但是它不能完全解决负压问题。

聚四氟乙烯衬里等压成型技术可应用于几何形状和结构复杂的阀门 （球阀、闸阀）型腔成型，拓宽和提高了同类产品使用温度范围及耐腐蚀性、耐磨损性、密封可靠性，广泛应用于石油、化工、农药、染料、制药、军工等腐蚀性严重的场合以及管路系统或物料输送系统。

2.4 衬里三维旋转成型技术

将高流动性的工程塑料放在一个待加工衬里的模具里，加热工件，同时使模具绕旋转轴和公转轴旋转，使工件内腔内表面涂上一层均匀无缝的熔融工程塑料。该工艺俗称滚塑，它使用的四氟也局限于F40或F46。该工艺用于阀门衬里，可极大地提高衬氟阀门的密封性能、耐腐蚀性能和使用寿命。

2.5 带金属网格的成型技术

四氟中央含有金属网格，不仅对制品有强化作用，而且克服了单一四氟衬里使用时由于温度变化而损坏、由于冷流性而变形的致命弱点，保证了产品的质量和使用效果。在制造方法上，对现有单一四氟制品的制造方法做了相应改进，将缠绕F4薄带分二次进行，在二次缠绕步骤之间，增加铺设金属网格步骤，使四氟制品理想化。由于钢丝网与四氟的巨大膨胀性能差别以及翻边处易裂开等缺陷，因而其使用寿命无法保证。

2.6 光板松衬

将四氟板辅以压力或真空成型于工件腔内，工艺简单，价格低廉。因四氟焊接性差，搭接焊缝和翻边等二次成型对产品质量有一定影响，不耐负压和较高正压。

2.7 复合成型技术

将四氟棒料车削成薄带并缠绕在金属模具表面，在其外侧缠绕无碱玻璃纤维，烧结成型，脱模后经高温热处理并自然冷却以消除内应力。采用奈钠溶液处理四氟衬里表面，进行衬里表面化学改性，用有机溶剂清洗污垢，再涂氟化物粘接剂，以提高四氟衬里同金属构件复合的附着力，然后再将金属构件内的衬里两端加热翻边成型。最后采用水蒸气和压缩空气混合气体充气增压，高温塑化，使四氟衬里与钢件复合。该工艺成型复杂，能有效地解决负压、高温等工况下衬里吸扁起皱等问题，但对操作要求严格，一旦操作者把握不好就可能带来次品。

3 四氟设备损坏的原因分析

（1）四氟设备使用不好其原因有多方面，其中最主要的还是四氟衬里的质量问题。由于四氟与钢壳复合技术都是手工操作、人工控制的，还没有达到机械或自动控制的程度，因此在四氟衬里的过程中，操作人员对温度的把握是不一样的，把握不好就会产生四氟材料的浪费，当然也会影响衬里层的质量，只要有一个点复合不好就会产生质量隐患，甚至成为以后的泄漏点。因此选择较好的加工企业可以延长设备使用寿命，并降低成本。

（2）使用单位对工况的控制、对工艺参数的把握，也会影响设备的使用寿命。一般四氟设备的损坏大都发生在温度较高的部分，高温、负压等工况会造成四氟内鼓，时间长了自然就会产生泄漏。四氟材料虽然可耐250℃的高温，但衬到钢件里后，四氟在高温下会变软，并且发生膨胀，时间一长就会产生内鼓、产生裂纹。因此使用时应控制温度在200℃以下。据了解，目前国内的四氟衬里技术还没有能做到耐温在200℃以上的，所以为了延长四氟设备使用寿命，对工艺参数的把握、对工况的控制以及现场操作都要逐步摸索、总结经验。

（3）四氟设备价格昂贵，因此对其安装也有一定的要求。在安装和检修过程中，要时刻注意设备的衬里层，一旦碰坏是不能修补的。

对于四氟设备的损坏，要先客观地进行分析，从使用温度、工艺操作、设备加工质量等各方面寻找原因，然后采取适当的措施进行改造，这样才能用好四氟衬里设备。

4 结论

四氟设备使用的好坏牵涉到很多方面。笔者认为，要用好四氟设备应该注意以下几个方面：

（1）选型是关键。在采购四氟设备时应充分考虑到所使用的工况，对介质、温度、压力等要充分了解，选择合适的加工工艺，确保产品质量。

（2）中标要合理。便宜没好货在这里体现得很充分。应根据实际工况选择合适的工艺、合理的价位，确保产品的质量。对于管道等非关键部位可以选择低价中标。

（3）操作很重要。工艺科要把好工艺控制关，对各车间操作人员要经常检查，杜绝超高温操作。有的时候由于系统原因带来很多粉尘，形成酸渣，造成堵塞。有的车间操作比较野蛮，直接用钢筋去捣料，一捣一个窟窿，一台设备就报废了。这些都是应该设法避免的。

（4）安装要谨慎。四氟衬里设备的四氟层比较软，容易被金属刮伤碰损，因此要求安装时一定要保护好翻边部分的衬里层。

（5）原因要查清。在使用过程中一旦出现设备泄漏，一定要查清原因，写出事故报告，召开事故分析会，并作出处理和存档，杜绝下次再犯。

Technics of PTEF Lining and Its Application

Liu Cijun Zhan Xiaojun

Introduces the functions and lining technics of PTEF,analyzes damage reasons of equipment with PTEF lining,and puts forward the corresponding prevention measures.

PTEF;Lining technics;Lining equipment;Fluoroplastic function;Corrosion resistance

TQ 050.4

2012-02-25）

*刘慈军，男，1972年生，助理工程师。焦作市，454191。