聚四氟乙烯襯里工藝及其應用

劉慈軍詹小軍

（多氟多化工股份有限公司)

聚四氟乙烯襯里工藝及其應用

劉慈軍*詹小軍

（多氟多化工股份有限公司)

介紹了四氟材料的性能及襯里工藝，分析了襯四氟設備損壞的原因，提出了相應的預防措施。

聚四氟乙烯 襯里工藝 襯里設備 氟塑料性能 耐腐蝕性

0 前言

四氟襯里設備是多氟多化工股份有限公司近幾年使用比較多的設備，尤其是隨著無機氟化物項目的建設，四氟襯里設備的應用越來越多。襯里的好壞直接影響到生產的連續穩定均衡，因此如何選用四氟設備是一個極為重要的問題。

1 金屬基材表面復合氟塑料的材料選擇

1.1 氟塑料材料的物理、化學、力學性能

金屬材料具有較高的剛性、強度和其他力學性能，而氟塑料則具有十分優異的耐腐蝕、抗粘著、減摩、降噪等工程特性，二者有機地結合起來而得到的金屬基氟塑料復合材料將具有廣泛的工業應用前景。

目前，常用的氟塑料有十余種，它們都具有較高的耐腐蝕性 （絕大部分酸、堿、鹽及有機溶劑均不能對其產生腐蝕）、優良的電絕緣性、特別突出的抗粘著性 （幾乎所有物質均不能粘附其表面）、很高的耐大氣老化性和不燃性、優異的動靜態摩擦特性、自潤滑性 （所有固體材料中摩擦系數最低的物質）和較高的熱穩定性 （各種塑料材料中長期穩定使用溫度最高的物質）。

1.2 氟塑料性能比較及應用

各種氟塑料均具有非常優異的耐腐蝕性、不粘性、耐候性、電絕緣性，這些性能是一般金屬材料無法比擬的，但又是很多應用場合不可缺少的。然而，相對于金屬而言，氟塑料的剛度和強度較低，一般要低一個數量級以上 （Q235的屈度強度為235 MPa，H62銅合金的拉伸強度為400 MPa以上，奧氏體不銹鋼的拉伸強度大于500 MPa，超高強度鋼的拉伸強度大于1200 MPa，而氟塑料的拉伸強度僅為15~50 MPa）。因此，氟塑料一般不能作為工程構件的主體材料，而主要作為表面復合材料使用 （涂覆于剛性高的金屬材料或無機非金屬材料表面）。

（1）耐腐蝕性

氟塑料均具有十分優異的耐化學介質腐蝕性和耐候性，不僅遠遠超過金屬材料，而且在有機高分子材料中也屬最佳，因而被廣泛用于化學工業、機械工業、電子電氣工業中的防腐涂層和密封件。

（2）不粘性

氟塑料均具有十分優異的表面不粘性，對水、油和大多數有機溶劑的非浸潤性，對固體材料的低摩擦性，這些優異的表面性能使其能夠廣泛應用于各種工業及日常用品中。

（3）力學性能

相對于金屬材料或無機非金屬材料而言，氟塑料的彈性模量很低 （拉伸彈性模量4×102MPa左右），僅為鋼鐵材料的五十分之一，其強度也很低，僅為鋼鐵材料的十分之一，但其韌性十分優異，延伸率比鋼鐵高一個數量級以上。

（4）長期使用性

氟塑料的熱穩定性在各種高分子材料中也是最高的，但相對于金屬材料和無機非金屬材料而言則是最低的。造成其高溫性能下降的主要原因是重結晶、熱軟化變形和熱分解。氟塑料在很低的溫度下還會發生冷脆甚至龜裂，這又限制了其最低使用溫度。各種氟塑料中，F4具有最為寬廣的長期使用溫度 （-250～260℃）

（5）其他性能

氟塑料均具有優異的電絕緣性，可作為電氣構件或元件的涂裝材料而廣泛應用，其中F4和F46性能最優。氟塑料的線膨脹系數較一般金屬材料約大三個數量級，為5×10-5～1.9×10-4℃-1。盡管氟塑料具有良好的塑性,可以容納較大程度的脹縮變形，但盡量選用較小線膨脹系數的氟塑料作為金屬或非金屬的表面涂層材料，對提高涂層表面質量和冷熱疲勞壽命均具有重要的意義。

2 化工設備襯里材料及成型技術

目前國內化工設備襯里技術主要有以下幾種。

2.1 聚四氟乙烯襯里焊接成型技術

將四氟板料、型材用可溶性聚四氟乙烯（PFA）焊接在需襯里的工件型腔內。雖然該工藝簡單，但其密封性不可靠，襯里材料不均勻，機械、化學性能不一致，不可避免地會出現內鼓現象。

2.2 纏繞成型技術

將四氟棒料加工成薄帶，纏繞在模具上，再燒結成型，然后壓入需襯里的工件型腔內。該工藝成型技術復雜，襯里表面雜質含量高，耐腐蝕性差，適合于溫度低的工況。

2.3 等壓成型技術

采用彈性模具成型，工件腔內襯里部位的內外壁在等壓差條件下，彈性模具充分利用其彈性使型腔內已裝好的四氟粉料壓縮并緊貼在襯里壁上，而且四氟襯里厚度保持一致，完全解決了復雜形狀工件內腔的制模技術難題及襯里厚度不一致的問題,可防止局部應力集中引起裂紋。同時克服了燒結過程固化反應速度不一致導致局部應力集中而帶來裂紋產生的后果，但是它不能完全解決負壓問題。

聚四氟乙烯襯里等壓成型技術可應用于幾何形狀和結構復雜的閥門 （球閥、閘閥）型腔成型，拓寬和提高了同類產品使用溫度范圍及耐腐蝕性、耐磨損性、密封可靠性，廣泛應用于石油、化工、農藥、染料、制藥、軍工等腐蝕性嚴重的場合以及管路系統或物料輸送系統。

2.4 襯里三維旋轉成型技術

將高流動性的工程塑料放在一個待加工襯里的模具里，加熱工件，同時使模具繞旋轉軸和公轉軸旋轉，使工件內腔內表面涂上一層均勻無縫的熔融工程塑料。該工藝俗稱滾塑，它使用的四氟也局限于F40或F46。該工藝用于閥門襯里，可極大地提高襯氟閥門的密封性能、耐腐蝕性能和使用壽命。

2.5 帶金屬網格的成型技術

四氟中央含有金屬網格，不僅對制品有強化作用，而且克服了單一四氟襯里使用時由于溫度變化而損壞、由于冷流性而變形的致命弱點，保證了產品的質量和使用效果。在制造方法上，對現有單一四氟制品的制造方法做了相應改進，將纏繞F4薄帶分二次進行，在二次纏繞步驟之間，增加鋪設金屬網格步驟，使四氟制品理想化。由于鋼絲網與四氟的巨大膨脹性能差別以及翻邊處易裂開等缺陷，因而其使用壽命無法保證。

2.6 光板松襯

將四氟板輔以壓力或真空成型于工件腔內，工藝簡單，價格低廉。因四氟焊接性差，搭接焊縫和翻邊等二次成型對產品質量有一定影響，不耐負壓和較高正壓。

2.7 復合成型技術

將四氟棒料車削成薄帶并纏繞在金屬模具表面，在其外側纏繞無堿玻璃纖維，燒結成型，脫模后經高溫熱處理并自然冷卻以消除內應力。采用奈鈉溶液處理四氟襯里表面，進行襯里表面化學改性，用有機溶劑清洗污垢，再涂氟化物粘接劑，以提高四氟襯里同金屬構件復合的附著力，然后再將金屬構件內的襯里兩端加熱翻邊成型。最后采用水蒸氣和壓縮空氣混合氣體充氣增壓，高溫塑化，使四氟襯里與鋼件復合。該工藝成型復雜，能有效地解決負壓、高溫等工況下襯里吸扁起皺等問題，但對操作要求嚴格，一旦操作者把握不好就可能帶來次品。

3 四氟設備損壞的原因分析

（1）四氟設備使用不好其原因有多方面，其中最主要的還是四氟襯里的質量問題。由于四氟與鋼殼復合技術都是手工操作、人工控制的，還沒有達到機械或自動控制的程度，因此在四氟襯里的過程中，操作人員對溫度的把握是不一樣的，把握不好就會產生四氟材料的浪費，當然也會影響襯里層的質量，只要有一個點復合不好就會產生質量隱患，甚至成為以后的泄漏點。因此選擇較好的加工企業可以延長設備使用壽命，并降低成本。

（2）使用單位對工況的控制、對工藝參數的把握，也會影響設備的使用壽命。一般四氟設備的損壞大都發生在溫度較高的部分，高溫、負壓等工況會造成四氟內鼓，時間長了自然就會產生泄漏。四氟材料雖然可耐250℃的高溫，但襯到鋼件里后，四氟在高溫下會變軟，并且發生膨脹，時間一長就會產生內鼓、產生裂紋。因此使用時應控制溫度在200℃以下。據了解，目前國內的四氟襯里技術還沒有能做到耐溫在200℃以上的，所以為了延長四氟設備使用壽命，對工藝參數的把握、對工況的控制以及現場操作都要逐步摸索、總結經驗。

（3）四氟設備價格昂貴，因此對其安裝也有一定的要求。在安裝和檢修過程中，要時刻注意設備的襯里層，一旦碰壞是不能修補的。

對于四氟設備的損壞，要先客觀地進行分析，從使用溫度、工藝操作、設備加工質量等各方面尋找原因，然后采取適當的措施進行改造，這樣才能用好四氟襯里設備。

4 結論

四氟設備使用的好壞牽涉到很多方面。筆者認為，要用好四氟設備應該注意以下幾個方面：

（1）選型是關鍵。在采購四氟設備時應充分考慮到所使用的工況，對介質、溫度、壓力等要充分了解，選擇合適的加工工藝，確保產品質量。

（2）中標要合理。便宜沒好貨在這里體現得很充分。應根據實際工況選擇合適的工藝、合理的價位，確保產品的質量。對于管道等非關鍵部位可以選擇低價中標。

（3）操作很重要。工藝科要把好工藝控制關，對各車間操作人員要經常檢查，杜絕超高溫操作。有的時候由于系統原因帶來很多粉塵，形成酸渣，造成堵塞。有的車間操作比較野蠻，直接用鋼筋去搗料，一搗一個窟窿，一臺設備就報廢了。這些都是應該設法避免的。

（4）安裝要謹慎。四氟襯里設備的四氟層比較軟，容易被金屬刮傷碰損，因此要求安裝時一定要保護好翻邊部分的襯里層。

（5）原因要查清。在使用過程中一旦出現設備泄漏，一定要查清原因，寫出事故報告，召開事故分析會，并作出處理和存檔，杜絕下次再犯。

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）

*劉慈軍，男，1972年生，助理工程師。焦作市，454191。