（机械电子工程专业论文）钢衬ptfe液压加压自动控制系统的研制.pdf

摘要 摘要 聚四氟乙烯以其优异的性能广泛应用于航空航天、石油化工、机械、电子电 器、建筑、纺织等诸多领域。在化工设备中，聚四氟乙烯衬里的加工存在着较大 的缺陷，易出现失效。钢一氟一体带压烧结工艺首次成功地将聚四氟乙烯层直接 烧结在容器、管道的钢制件的内壁，实现“钢一氟”一体化，“钢一氟”之间不 残留空气，并具有很强的粘结强度。此工艺技术路线中关键的工序就是填充耐温 粉层。本文的研究内容就是设计填充耐温粉层工序的系统。 第一章详细综述了聚四氟乙烯的特点及应用，总结了聚四氟乙烯的成型方 法，尤其是化工设备衬里方面的国内外成型加工，着重阐述了带压烧结工艺的特 点及技术路线。 第二章根据衬里参数及控制要求设计了三种总体方案设计。方案一中升降动 作和转动动作均由液压系统完成，升降动作是由埋入地下的液压缸完成，转动动 作由液压马达通过齿轮完成；方案二中简化了液压系统，转动动作由电机完成方 案三中仍然是液压系统只完成升降动作，但是升降动作是通过液压马达通过丝杆 升降机完成的，转动动作可以由棘轮和丝杆配合完成，也可以由超低速电机单独 完成。最后通过三种方案的比较，最终选择方案三作为实施方案。 第三章对钢衬f r f e 液压加压自动控制系统的机械结构进行了设计。升降部 分采用的是双导向防转防尘丝杆升降机，保证了丝杆的稳定性；旋转部分采用了 自行设计的导电滑环，而且设计了易拆装的联接结构；地坑部分主要是安装丝杆 升降机和日常维护工作的作业空间，它的合理设计要符合人机工程学。 第四章是液压系统的设计，它为丝杆升降机提供动力，并且是自动控制的基 础。液压回路是一个典型的有级调速和无级调速相结合的双速节流液压系统。它 分为高速进给和低速压制两个工况，在这两个工况里又可以在一定范围进行连续 调速。从泵站出来的压力油驱动液压马达，液压马达再驱动双导向防转防尘丝杆 升降机动作，升降机带动压架给粉料施压。通过调整泵站的压力值调整粉料层的 内压力。为了保证泵站工作的稳定性，设计安装了水冷器。 第五章对钢衬p t f e 液压加压自动控制系统的控制系统进行了周密的安全考 虑。采用p l c 控制整个循环过程，实现上升、下压、旋转带刮粉三个动作，压力 的调整通过调整电接点压力表完成将压力信号传输到p l c 上；还设计了手动控 制部分，可让工人在必要时进行手动控制，为了防止p l c 在压制过程中出现意外， 另外设计了低压电器手动控制部分，保证了每个工件的顺利生产。为了防止丝杆 脱出，设计了报警程序，在丝杆走到尽头时停止前进并报警，直到开始缩回才停 止报警。给各操作按钮设计了互锁，在工人发生任何误操作时系统都不会出现意 外。 最后对全文做了总结，对今后该课题的进一步开展作了展望，提出了对钢衬 p 1 r i 砸液压加压自动控制系统改进的三个方向。相信随着研究的进一步深入，该 系统整体性能更上一楼。 关键词：p r 兀礓，衬里成型，钢氟一体化带压烧结工艺，机械结构，导电滑环， 丝杆升降机，双速液压系统，自动控制，安全设计 n a b s t r a c t p r i 吧i sa p p l i e dt oag r e a td e a lo ff i e l d ss u c ha sa e r o s p a c e p e t r o c h e m i c a l i n d u s t r y ，m a c h i n e r y ，e l e c t r o n i ca p p a r a t u s ，a r c h i t e c t u r e ，t e x t i l ee x t e n s i v e l yw i t hi t s e x c e l l e n tp e r f o r m a n c e i nt h ec h e m i c a li n d u s t r ye q u i p m e n t ，t h et r a d i t i o n a le x t r u s i o n o fp 砸l i n i n gh a v eg r e a t e rd e f e c t , e a s yt oa p p e a rl o s i n ge f f i c i e n c y t h ef l i t t i n gc r a f t o fs t e e l y 毫w i t hp r e s s u r es u c c e e di nk e e p i n gp r 琶d i r e c t l yo nt h ei n n e ro f c o n t a i n e ro rp i p e l i n ef o rt h ef i r s tt i m e t h e r ei sn oa i rm m i n i n gb e t w e e n ”t h e s t e e l p r n 吧”s t e e la n dp n 砸h a sv e r ys t r o n gb o n d i n gi n t e n s i t y t h ek e yp r o c e s so f t h i st e c h n o l o g yr o u t ei st op a c kw a r n lp o w d e rl a y e r t h er e s e a r c hc o n t e n t sh e r e i na r e t o d e s i g n f m i s h i n g b e i n g p a c k e d t h e w a r m p o w d e rs y s t e m o f o n e l a y e r o f p r o c e s s e s c h a p t e ro n ed e t a i l e ds u m m a r i z et h ec h a r a c t e r i s t i ca n da p p l i c a t i o no fp 吼a n d s u m m a r i z et h em e t h o d so ft h ep r o c e s s , e s p e c i a l l ya b o u tt h el i n i n ge x t r u s i o no f c h e m i c a li n d u s t r i a le q u i p m e n t ，a n de x p l a i nt h ec h a r a c t e r i s t i ca n dt e c h n o l o g i c a lr o u t e o ff l i t t i n gc r a f te m p h a t i c a l l y t h r e ek i n d so fo v e r a l lp r o j e c t sa r ed e s i g n e da c c o r d i n gt ot h el i n i n gp a r a m e t e r a n dc o n t r o lr e q u e s ti nc h a p t e rt w o h o i s to rl o w e rm o v e m e n ta n dr o t a t em o v e m e n ti s f i n i s h e db yh y d r a u l i cs y s t e mi np r o j e c to n e i ti st of i n i s hf r o mt h eh y d r a u l i cc y l i n d e r w h i c he n t e r st h eu n d e r g r o u n dt oh o i s to rl o w e rm o v e m e n t s i tf i n i s h e st h r o u g ht h e g e a rw h e e lb yt h eh y d r a u l i cm o t o rt or o t a t em o v e m e n t s ；p r o j e c tt w os i m p l i f y h y d r a u l i cs y s t e m ，a n dr o t a t em o v e m e n ti sf i n i s h e db ym o t o r p r o j e c ct h r e er e m a i n s h y d r a u l i cs y s t e mf i n i s h i n gm o v e m e n to fg o i n gu pa n dd o w no n l y , b u ti t f i n i s h e s t h r o u g ht h es i l kp o l el i f tt h r o u g ht h eh y d r a u l i cm o t o rt oh o i s to rl o w e rm o v e m e n t s ， r o t a t em o v e m e n tc a nf i n i s hb yr a t c h e tw h e e la n ds i l kp o l e ，o rb ys u p e rl o w s p e e d m o t o ra l o n et o o t h r o u g ht h ec o m p a r i s o no ft h r e ek i n d so fp r o j e c t s , w ec h o o s et h e t h i r da st h ei m p l e m e n t i n gp r o j e c tf i n a l l y a u t o m a t i ch y d r a u l i ce x t r u s i o ns y s t e mf o rp n 吧l i n i n gi sd e s i g n e di nc h a p t e r t h r e e t h ep a r to fu pa n dd o w na d o p t sl e a d i n ga n dn o - r o t a t i n ga n dd u s t p r o o fs i l kp o l e l i f t , g u a r a n t e e i n gs i l kp o l el i f ts t a b i l i t y t h er o t a t i o np a r th a sa d o p t e dt h es e l f - d e s i g n e d e l e c t r i cs l i pr i n g , a n dh a sd e s i g n e dt h eh o o k u ps t r u c t u r eo fd i s a s s e m b l ya n da s s e m b l y o fe x c h a n g i n g ；g r o u n dh o l ep a r ti st oi n s t a l ls i l kp o l el i f ta n dr e g u l a rm a i n t e n a n c e w o r ks p a c e ，a n di t sr a t i o n a ld e s i g ns h o u l da c c o r dw i t hm a n - m a c h i n ee n g i n e e r i n g c h a p t e rf o u ri sad e s i g no fh y d r a u l i c , a n di to f f e r sm o t i v ef o r c ef o rs i l kp o l el i f t , i ! i a n di ti st h ea u t o m a t i c a l l yc o n t r o l l e df o u n d a t i o n h y d r a u l i cc i r c u i ti sat w of l o w v e l o c i t yc o m p o u n d e ds y s t e m t h a th a st w ov e l o c i t yo ff l o w , a n dh a sg r a d e st i m i n g a n ds m o o t ht i m i n g s p e e dr e g u l a t i o nr a p i d l yt oa d j u s tr e d u c ee x p e n d i t u r eh y d r a u l i c s y s t e mr a p i d l yt y p i c a l i t d i v i d ei n t oh i g ha n dl o ws p e e de n t e ra n dg i v e i tc a nb e t i m e ds p e e dc o n t i n u o u s l yi nac e r t a i nl i m i ti nt w oo p e r a t i n gm o d e p r e s s u r e0 i lf r o m p u m pd r i v e st h eh y d r a u l i cm o t o r w h i c hd r i v e sl e a d i n ga n d n o - r o t a t i n ga n dd u s t p r o o f s i l kp o l el i f tu pa n dd o w n ，a n dt h el i f td r i v e st h es h e l ft op r e s sm a t e r i a lo fp o w d e r t h e i n t e r i o rp r e s s u r eo fs t o r e yo fm a t e r i a lo fp o w d e ri sc h a r g e dt op r e s s u r ev a l u eo f a d j u s t i n gp u m ps t a t i o n i no r d e r t og u a r a n t e et h es t a b i l i t yo ft h ew o r ko fp u m ps t a t i o n t h ew a t e rc o o l i n gd e v i c ei sd e s i g n e da n di n s t a l l e d i nc h a p t e rf i v et h ec o n t r o ls y s t e mi nt h i ss y s t e mi sc o n s i d e r e dc a r e f u lo ns e c u r i t y u s i n gp l cc o n t r o lw h o l ec y c l i c a lp r o c e s s ，r e a l i z i n gr i s e ，p r e s s ，r o t a t ea n db l o w p o w d e rf o u rm o v e m e n t s ，a d j u s t m e n to fp r e s s u r et h r o u g ha d j u s t e l e c t r i cj o i n t m a n o m e t e rf i n i s h ，a n dt h ep r e s s u r es i g n a li st r a n s m i t t e dt op l c ；a l s om a n u a l c o n t r o lp a r ti sd e s i g n e dt op r e s e n ta c c i d e n tt h a tm a y b et h ec i r c u l a t i o ni so u to fw o r k i na d d i t i o nt h el o w - v o l t a g ee l e c t r i ca p p a m t u sm a n u a lp a r ti sd e s i g n e dt op r e s e n tt h e p i eo u to f w o r k t h ed e s i g n sh a v eg u a r a n t e e das m o o t he a c hw o r k p i e c et op r o d u c e i no r d e rt op r e v e n tt h es i l kp o l ef r o md e v i a t i n gf r o m ，t h ew a r n i n gp r o g r a mi s d e s i g n e d ，w h e nt h es i l kp o l ei si nt h el o n g e s tp o s i t i o n ，i th a l t sa n dt h ea u n u n c i a t e r w o r k w h e nt h es i l kp o l eg o e sd o w n , i tw i l ls t o pw a r n i n g t h eb u t t o n sl o c k i n ge a c h o t h e rg a l la v o i da c c i d e n t sw h e nw o r k e r so p e r a t eb ym i s t a k e f i n a l l yab r i e fs u m m a r yo nr e s e a r c hw o r ko ft h i st h e s i si sp r o v i d e d ，a n dg i v e t h r e ed i r e c t i o n sa b o u tt h es y s t e m a l s os o m er e s e a r c h e st h a tn e e dt od ob yn e x ts t e p a r ep o i n t e do u t k e y w o r d ：m e ，t h ep r o c e s s so fl i n i n g , ，m e c h a n i c a ls t r u c t u r e ，t h ef l i t t i n gc r a f to f s t e e l - p h ：ew i t hp r e s s u r e 1 e a d i n ga n di l o - r o t a t i n ga n dd u s t p r o o fs i l kp o l e l i f t ，e l e c t r i cs l i pr i n g ，p a i r so fs p e e dh y d r a u l i cs y s t e m ，a u t o m a t i c a l l y c o n t r o l ，s a f ed e s i g n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盘鎏盘茎或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名扩 签字日期 蒯年 钿纱日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿盘鲎有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权澎姿盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：缈 签字日期别年角p 日 州訇华 签字日期：多肋年占月，。日 第一章绪论 第一章绪论 1 1聚四氟乙烯的特点及应用 1 9 3 8 年，美国d up o n t 公司试制聚四氟乙烯( 简称p t f e ) ，1 9 4 5 年投产。 2 0 世纪5 0 年代，英国、苏联、联邦德国、意大利和日本也实现了p t f e 的工业 生产。国内上海合成橡胶研究所( 现为上海市有机氟材料研究院) 于1 9 6 5 年 完成投产。p t f e 的特点“1 如下： ( 1 ) 素称“塑料王”，具有高度的化学稳定性，对强酸、强碱、强氧化剂，有 机溶剂均耐腐蚀，只有对熔融状态的碱金属及高温下的氟元素不耐蚀。 ( 2 ) 有异常的润滑性，具有极低的动、静摩擦因数，对金属的摩擦因数为0 0 7 - - 0 1 4 ，自摩擦因数接近冰，p v 值极限值为0 6 4 x l o s p a m s ( 3 ) 可在2 6 f f c 长期连续用，也可在一2 5 f f c 的低温下满意地使用。 ( 4 ) 优异的绝缘性。 ( 5 ) 耐大气老化性能好。 ( 6 ) 突出的表面不粘性，几乎所有的粘性物质都不能附在它的表面上。 ( 7 ) 其缺点是强度低、刚性差，冷流性大，必须冷压烧结法成型，工艺较麻烦。 聚四氟乙烯的用途如下： ( 1 ) 作耐腐蚀化工设备及其衬里与零件。 ( 2 ) 作减摩自润滑零件，如轴承、活塞环、密封圈与零件。 ( 3 ) 作电绝缘材料与零件1 。 p t f e 广泛应用于航空航天、石油化工、机械、电子电器、建筑、纺织等诸 多领域。目前全球氟树脂的消费量约为1 2 万吨，其中7 0 左右为p t f e ，目前全 球p t f e 生产厂家约为2 0 余家，遍布世界十几个国家和地区，生产与消费主要集 中在西方发达国家和地区，国际上著名的p t f e 生产企业主要有：美国杜邦公司、 英国i c i 公司、日本大金公司、德国的d y n e o n 公司”、意大利的a u s i m o n t 公司、 俄罗斯的基洛夫化学联合企业等，其中杜邦公司、i c i 公司、d y n e o n 和大金公司 第一章绪论 四家企业生产能力约占全球总生产能力的8 0 左右，2 0 0 2 年全球p t f e 的生产能 力约为1 l 万t a ，预计2 0 0 5 年全球生产能力将达到1 4 万t a 左右卅“。 我国p i t e 生产与研究起步较早，但是由于多种因素制约生产规模和工艺技 术整体水平比较低，国内主要生产厂家有上海三爱富新材料股份有限公司、济南 三爱富有限公司、晨光化工研究院二分厂、阜新化工厂等，年生产能力约为7 0 0 0 t a 。进入2 l 世纪我国的p t f e 工业开始步人快速发展的阶段，由于我国生产p t f e 的基础原料氟石资源丰富，约占世界总储量的三分之一“”，除了得天独厚的资源 优势外，我国对p t f e 的需求快速增加，因此近年来国内部分企业计划引进技术 建设规模装置，另外国外多家跨国公司在或计划在中国建设氟树脂项目，如浙江 巨化引进俄罗斯技术合资建设年产数千吨的聚四氟乙烯装置。常熟国际氟化工园 建成后，阿托菲纳公司进驻投资外；日本大金公司投资1 3 亿元在园区内投资建 设聚四氟乙烯装置于2 0 0 3 年投产；另外许多公司也纷纷提出入驻的意向。可以 预计未来我国p t f e 工业将迎来快速发展阶段。 1 2p t f e 难成型的特殊性 p t f e 是热塑性塑料，但它却难以用普通热塑性塑料的成型方法来加工，它的 “难加工性”来自于它特殊的成型性，如p t f e 的熔融粘度大、剪切敏感、大的收 缩性蠕变性以及低的摩擦因数。 ( 1 ) 熔融粘度极高 p t f e 的摩尔质量很大，用一般的方法难以测定，人们曾利用在聚合时将示踪 原子引入聚合物分子末端基中的一种极复杂的特殊方法测定过，p t f e 的摩尔质量 一般介于5 x 1 0 5 - 一5 0 x 1 0 5g m o l 之间。同时，由于p t f e 分子链中没有支链，氟 原子紧密地排布在碳一碳骨架的周围，氟一碳键又是很强的化学键。由此造成了 p t f e 极高的熔融粘度。在3 8 0 时，熔融粘度为1 x 1 0 1 0p a s 。这比普通热塑性 塑料要高一百万倍。在熔融状态下，它仍能保持原来的形状，即使加热至i 4 1 5 ， 它也不会从高弹态变成粘流态。 ( 2 ) 剪切比较敏感 熔体破裂时出现的剪切速率称为临界剪切速率，它与聚合物的相对质量成反 比。p r f e 的相对分子质量极高，因此它的临界剪切速率就很低。在挤出过程中， 2 第一章绪论 当剪切稍大，对剪切敏感的p t f e 材料就会出现竹节、鲨鱼片等缺陷。p t f e 的这种 性质将影响加工的压力、挤出速度等工艺条件。同时，它对模具的要求也就较高 了。 ( 3 )较大的收缩性和蠕变性 当p t f e 受到一定的挤压作用时，就会产生较大的蠕变，并且蠕变的大小取决 于载荷的大小、作用时问的长短和温度的高低，如图1 3 “1 所示。 n5，ol j2 02 s 期辑壤瘟l i ，薯 图1p t f e 应力一瞬时压缩应变曲线 由于p t f e 的这种性质，如果用螺杆挤 出的方法对其进行加工，压力大时体积 的收缩较为重，而压力较小时体积变化 不大，这样易使物料在挤出过程中产生 断续现象，难以实现连续挤出。同时， 由于p t f e 的收缩性和蠕变性还与物料的 种类有关，这也限制了物料的选择使用 嘲 o ( 4 ) 摩擦因数小 图2p t f e 在恒定载荷下曲线压缩应变 随时间变化的典型 oiz34，i 甜掌圣，- 图3 温度对町f e 蠕变的影响 p t f e 摩擦因数极低，它是金属及所有塑料中摩擦因数最低的。它随载荷增 加而减小，在高速、高载荷的条件下，p t f e 的摩擦因数可低于0 0 1 。因此在螺 杆挤出p t f e 时，物料容易与螺杆打滑而无法向前推进 3 第一章绪论 1 3 国内外p t f e 的成型加工 p t f e 的结晶熔点为3 2 t c ，但树脂要在3 8 0 5 c 以上才能处于熔融状态，熔体 粘度高达1 俨n 唯。另外，p t f e 又具有极强的耐剂溶剂性。因此，它既不能用熔 融加工法，也不能用溶解加工法，通常只能采用冷压成型然后烧结的方法。 p t f e 的成型方法【4 5 规l 主要有：模压成型、挤出成型、涂覆成型和压延成型。 模压成型是p t f e 目前大量采用的成型加工方法。用于这种方法的p t f e 原 料应是粒子直径为2 0 6 0 0 9 i n 、柔软、有良好加压凝聚性的粉未。分子量通常 为5 x 1 0 6 6 1 0 6 左右。其模压成型主要有自由烧结法和热模烧结法两种。 ( 1 ) 自由烧结法在模具中均匀地填充p t f e 粉未，于室温下在压机中 用1 0 一1 0 0 m p a 的压力进行预成型，然后把所得到的毛坯放入加热炉中，以一定 的速度升温至3 6 0 3 8 0 。c 进行烧结，保持到全体烧结均匀后，再把炉温按一定 速度降到室温，得到成品。这种方法在烧结过程中对被烧结物完全不加约束力， 称为自由烧结法。 ( 2 ) 热模压法与自由烧结法相比，采用热模压法成型的毛坯在预成型后， 烧结时需要二次模具中再次加压。二次加压应在毛坯尚未冷却到熔点时尽快进 行。毛坯在成型压力方向的膨胀率约为2 5 ，在垂直方向6 一1 0 ，因此二次 模具在设计时必须比一次模具略大。 挤出成型包括柱塞挤出成型，螺旋挤出成型和糊状挤出成型。 ( 1 ) 柱塞挤出成型p t f e 采用柱塞挤出成型法主要制备大直径厚壁制品。 柱塞挤出机由加料部分、烧结部分和冷却部分组成。料筒上部用柱塞间歇地将原 料粉末压入并向下输送，连续进行挤压、烧结和冷却。料筒设有锥度，上部被挤 压的单个预成型体在烧结部分被加热到3 6 0 4 0 0 。c 时就相互熔融在一起，同时 径向产生的力使物料与料筒之间产生摩擦力，从而保持了成型压力。柱塞和料筒 之间的间歇为0 1 5 0 3 0 r a m 时，挤出压力为6 0 7 5 m p a ；直径为4 0 肌m 时，挤 出压力约为3 m p a 左右。 ( 2 ) 螺旋挤出成型p t f e 螺旋挤出成型不同于一般热塑料的挤出成型。其 4 第一章绪论 设备的机身是不加热的，螺杆仅起输送和推压原料的作用，使物料通过一个带有 双头螺纹、等螺距、等深度的单螺杆挤出机头，再进入口模内烧结、冷却、并借 助反压力装置提供的压力，使p t f e 树脂成型为厚壁管、棒及其它异形型材。 ( 3 ) 糊状挤出成型p 吧的糊状挤出成型，是先将原料粉末加入适量有 机溶剂制成糊状混合物，成型为圆状毛坯，然后将所得毛坯放入挤出机料筒中， 在加热下用柱塞挤出成型，经干燥后在3 6 0 4 0 0 9 c 温度下烧结，得到连续的制 品。 p n 砸可采用喷涂法和浸渍法进行涂覆成型。 ( 1 ) 喷涂法p t f e 采用喷涂法可制成涂层和衬里。喷涂法又分为等离子喷 涂法、电泳法、电场喷涂法、和气雾法等。 喷涂液由固含量为6 0 的p t f e 分散液、非离子型或阴离子型表面活性剂、 聚乙烯醇等水溶性聚合物增粘剂以及有机溶剂、粘合剂、颜料、水等组成。 喷涂成型的工艺主要是先经过基材处理，然后进行喷涂，最后烧结。 基材种类主要有钢、铸铁、铝、铝合金、陶瓷、玻璃等。铜及铜合金较为困 难，锡、锌、铅等不能喷涂。为保证喷涂的均匀和涂层的坚固，基材表面在喷涂 前还应进行脱脂和粗化处理。脱脂可采用3 8 0 c 高温脱脂法和高压水蒸气喷雾 法；粗化一般采用喷砂法，也可在2 0 0 0 。c 高温下采用熔融喷射法。 ( 2 ) 浸渍法f i f e 的浸渍涂覆主要采用织物浸渍法。浸渍液通常采用粘度 为0 0 1 5 0 0 2 0 p a s 的浓缩分散液。对于浸渍量大的场合，需加入蒸馏水以降低 深度和粘度。另外，为进一步提高渗透性和粘附力，还需要加入适量的阴离子或 非离子型表面活性剂。浸渍液的p 日值应调整在1 0 左右，为提高涂层的耐磨性 和硬度，可在浸渍液中加入一定量的玻璃粉、二硫化锯、石墨、石棉和金属粉末 等无机填料。 p t f e 可用辊筒压延成型法制成不同厚度的薄膜。辊筒压延成型可分为挤出 压延法和直接压延法两种。 ( 1 ) 挤出压延法在p t f e 细粉中，加入粘度较高润滑性好的挤出助剂( 如 石竹花油) ，由糊状挤出法先制得预成型品；然后在助剂尚未挥发时，即用热辊 筒压延；最后经干燥和烧结，得到p t f e 薄膜。 5 第一章绪论 ( 2 ) 直接压延法将粒子直径为2 0 4 0 9 i n 的p t f e 细粉直接置于两个辊筒 之问，以6 0 0 r a m r a i n 的速度，在0 1 2 5 m m 辊筒间隙中压延，得到厚度为0 3 r a m 、 密度为2 2 2 9 c m 3 的毛坯，将其在直径1 5 r a m 的辊筒间隙上卷绕，经烧结即可得 到透明的p t f e 薄膜。 直接压延法比挤出压延法具有更大的成型速度，但所制得的薄膜，尺寸不 够稳定，厚度不易做得均匀。 1 4 化工设备p t f e 衬里成型加工 1 4 1p t f e 板材衬里法 p t f e 板材衬里法有三种方法。 ( 1 ) 松衬法根据工件的形状，预制好p t f e 衬里，再将其套在工件内。 一般采用焊接法将其连接在一起。国内外采用松衬法，关键是板与板之间，管与 板之间的焊接。 ( 2 ) 紧衬法根据工件的内径，选配以过盈配合的p t f e 管件，将管件进 行冷却处理，然后将管件装入工件内，工件与衬里就成为紧密结合。 ( 3 ) 粘贴法采用特殊的粘接剂，在经化学处理过的工件内壁涂敷，以达 到粘接要求。 以上的衬里方法存在的最大缺陷，是p t f e 与工件( 钢) 的结合强度不高。 由于p t f e 的热胀系数是钢的1 0 多倍，且又不是承压材料，其衬里在工件温度与 压力的频变作用下，或出现疲劳断裂( 主要是翻边处) 、或被正压挤破、或被负压 吸瘪，使用寿命均不长。大口径的塔、釜内衬里一旦发生塌落，致使衬里失效造 成巨大经济损失时有发生。 1 4 2 等压成型法 这是唯一的一种采用p t f e 粉料的衬里法。首先将与工件内壁形状相同的包 有橡胶套的内膜插入工件( 外模) 内，再将町f e 粉末填入内外膜的间隙，将内 膜和橡胶套移去，对成型后的p t f e 与工件一起烧结得到制品。 6 第一章绪论 1 4 3 钢氟一体化带压烧结工艺 钢一氟一体带压烧结工艺是温州超星钢塑复合厂的发明专利。该发明专利自 1 9 9 2 年8 月申请，于1 9 9 7 年3 月授权( 专利号：z l 9 21 0 9 4 1 1 6 ) ，历时近4 年半时间。期间通过多次的工艺试验，摸索最佳的工艺参数与加工设备的改进， 现已进入批量生产阶段。 钢一氟一体带压烧结工艺的实质是热压熔融法。在烧结温度和一定压强作用 下，把p t f e 烧结在工件的内壁。在烧结炉中控制适当的烧结温度，在一定的压 强作用下把熔融状态的p t f e 充分地镶嵌在工件粗糙的内壁，使其与工件紧贴， 从而获得高的粘接强度。这种发明技术能使钢一氟一体化，是其它衬里方法无可 比拟的。 采用该工艺衬里的塔、釜、容器、阀门等工业制品，与上述衬里方法相比， 具有以下两大优点。 ( 1 ) p t f e 的热膨胀系数是钢的十多倍，在介质工作温度的作用下，其轴向 伸长量必定比工件的伸长量长出很多。一般工艺衬里的制品，在工作的热频变下， p t f e 层在管道或容器内腔不断伸缩，必将起鼓或疲劳断裂，使用寿命锐减。一 般衬里工艺无法使“钢一氟”同步伸缩，而该工艺可使钢一氟完全达到同步伸缩， 制品的使用寿命长。 ( 2 ) 阿f e 衬里管道或容器，在运行中时常会发生因介质落差或因阀门开启 闭合，在内腔产生负压。p t f e 层本身不具备抗负压能力，被负压抽瘪而造成防 腐蚀失效，导致设备报废是常见的情况。一般工业制品为提高p t f e 的抗负压能 力，采用加厚p t f e 层或紧衬法，或衬以带金属网格的p t f e 等方法，但收效甚微。 特别是工作温度偏高，制品口径较大的情况下，上述方法无法抵御。一体化钢一 氟制品彻底解决了抗负压的技术难题。因本工艺制品的“钢一氟”已烧结为一体， 其间无间隙，无残留空气。制品经检测：结合强度可达2 m p a 、1 8 0 c 剥离强度为 1 5 1 n l m 、钢一氟相对位移为零。 采用“钢一氟一体带压烧结工艺”旨在提高衬p t f e 容器、阀门、管道等制 品的使用寿命，减少设备和管路系统的维护，以减轻用户购置生产设备的成本， 具有十分明显的社会经济效益。 7 第一章绪论 带压烧结工艺的技术路线：清洁工件内壁( 去油、去锈) 一均匀敷设p t f e 薄 板至所需厚度一复盖铝箔一多次、人工充填耐温粉、加压( 耐温粉料充填一定厚度 后、平料、加压) 一炉内烧结一清除耐温粉一翻边一成品。 充填、加压耐温粉料是该项工艺中的关键技术，必须将粉料均布、压实、 压紧，才能使p t f e 板材与工件在一定压强作用下紧密贴合，烧结后的粘接强度 才有充分保证。钢氟一体带压烧结工艺的关键技术是带压烧结。即保证制品的 衬里能在压力作用下，在高温下进行烧结。 钢一氟一体带压烧结工艺是氟加工史上首次成功地将聚四氟乙烯层直接烧结 在容器、管道的钢制品的内壁，实现“钢一氟”一体化，“钢一氟”之间不残留空 气，并具有很强的粘结强度。 1 5 本课题的主要研究内容 钢衬四氟液压加压自动控制设备在钢氟一体化带压烧结工艺工艺过程中是 完成压制耐温粉料衬里工序。此粉料在加温过程中会膨胀，在钢一氟一体化带压 烧结工艺中又称它为膨胀粉。因为p t f e 收宿率比较大，所以在自由烧结时，钢、 氟是分离的，压制一层膨胀粉，在烧结过程中，钢、氟就不会分离，因此膨胀粉 的压制是钢氟一体化带压烧结工艺的关键工序。 在钢氟一体化带压烧结工艺研制期间，该厂使用的设备( 如图4 、图5 、图 6 ) 是采用液压缸完成升降动作，刮粉和旋转由工人手动操作完成，而且每次更换 工件都由人力操作，工人劳动强度较大。 其加压设备性能参数如下： 最大压衬直径：1 m 液压系统最大压力：6 m p a 液压系统最大流量：1 5 l m i n 最大上升速度：0 5 m m i n 液压缸；1 0 0 2 0 0 一1 0 0 0 8 第一章绪论 图4 泵站 图6 埋入地下的液压缸 图5 手动压架 该设备正常情况下每天生产工件两个，生产效率较低，成品率仅为7 5 。 因此研制一台高效实用的压机是非常有价值的。本课题的研究任务就是研制一台 钢氟一体化液压加压自动控制设备，用以改善现有的落后生产方式。 需要改进的方面： 1 能够压制大工件的能力 9 第一章绪论 2 减少工人劳动强度 3 提高成品率 4 提高生产效率 1 6 本章小结 本章论述了p t f e 优良的物理化学特性及其难成型的特点。着重介绍了钢一 氟一体带压烧结工艺，这种工艺为氟塑料加工界提供了很好的p t f e 成型工艺， 此工艺的关键是带压烧结，保证“带压”的工序是填加耐温粉料层。耐温粉料层 的压制要求施压方式要保证p t f e 层的完整性，要求保证耐温粉料层的内压在 5 6 m p a 。介绍了用以研制钢一氟一体化带压烧结工艺实验的设备，指出了需要 改进的方面。本课题的任务就是研制高效填加耐温粉料层的自动加压系统。 第二章系统方案设计 第二章系统方案设计 2 1 衬里参数要求及压制流程 钢衬p t f e 液压加压自动控制系统是完成耐温粉层衬里的压制工序。如图7 所示，钢制工件在成品件中的主要作用是增加强度，承受压力；p t f e 层主要作 用是耐腐蚀，耐高温，它是提前铺设的板材或轻压的p t f e 粉层；内衬筒主要是 在压制衬里时保证粉料能被压实。其实在耐温粉层和p t f e 层之间还要粘贴一层 胶带纸，在烧结完后耐温粉层容易脱落。压制衬里前的实际工件如图8 ，内衬筒 如图9 。此工序中最重要的指标就是衬里的内压强，只有达到衬里内压强的要求 才能保证带压烧结工艺的成功。 图7 填加耐温粉料工序示意图 耐温粉料层衬里参数要求如下： 工件的最大直径：2 m ； 高度：1 2 5 m ； 衬里 厚度：5 0 6 0 r a m ； 压衬所需要压强：5 6 m p a ； 第二章系统方案设计 压架最大总压力： f = a g 幸d 4 6 。p s = 3 1 4 x 2 0 0 x 5 x 6 0 ；1 8 8 4 k n 图8 准备压制衬里前的工件 图9 内衬筒 如果压制最大工件粉料层时一次压制一层，压架所需总压力是1 8 8 4 k n ，装 机功率会很大的，所以每层要分为几次压制。如果压制较小的工件时可作相应的 调整。压制流程应该如下： ( 1 ) 启动系统，系统仪表及指示灯显示正常 第二章系统方案设计 ( 2 ) 压架下降到一定高度，刮粉一圈。因为衬料加入的不均匀性，需要刮粉 一圈，保证料粉均匀，压出的衬里质量可靠。 ( 3 ) 压架开始下压，保证压力达到5 6 m p a ，压一周( 可一次压一周，也可多 次压完一周) 。 ( 4 ) 压架上升2 0 l o o m m 。开始下一次压衬。 要实现压衬自动控制，必需控制好刮粉、下压、上升、旋转几个动作。该系 统要实现对简体工件如图7 的内壁通过加压来镀上一层特殊的材料。工件太大， 为了减小压下力，采用分块压制，初选为4 对块、6 对块和8 对块；该台架通过 拼接导杆可以压制工件最大高度1 5 n 米( n 取1 、2 、3 ) 。 控制压架要实现的动作：压下 ( 慢行) 一提升( 快速) 一旋转一定角度( 换 位) 一压下( 慢行) 如此循环，完成一层的压制。如图l o 。然后，提升压架， 进行第二层的压制。 图1 0 压架动作示意图 第二章系统方案设计 2 2 总体方案设计一 基本原理： 如图1 1 ，本方案采用液压缸完成升降动作，由液压马达完成刮粉和旋转动作。 该台架分为地上、地下两部分。地下部分有动力泵站和埋入式的液压缸，导杆和 液压缸的活塞杆结合部分一中间法兰机构也在地下。导杆可以相对活塞杆作自 由转动。液压缸驱动活塞杆实现升降的动作。地上部分包括导杆上的压架和驱动 导杆转动的液压马达。液压马达主要是通过一对啮合的齿轮来传动转动的动作。 图1 1 方案一总装图 关键技术： 1 中间法兰 如图1 2 ，活塞杆上升时，通过推力轴承来推举压架，摩擦力很小，这 第二章系统方案设计 样使压架的转动所需的扭矩降低。压架下压时，主要承力的是上法兰，可以 防止轴承被压溃，损坏机构。从而保证了导杆顺利转动，而且让下压力不是 压在起转动作用的止推轴承上。中间法兰还要保证整个压架的稳定性，如果 压架的倾角超过2 0 就会影响到p t f e 粉料层。 2 齿轮机构 如同1 3 ，液压马达驱动一对啮合的齿轮，该齿轮通过一个滑键驱动导 杆转动，保证导杆顺利升降的情况下转动。和导杆滑键传动的齿轮1 有一个 推力轴承来支撑，进一步降低其转动的阻力。齿轮机构固定于地坑中，所以 液压缸升降时它是不动的，通过滑键产生相对运动。为了保证导杆的稳定性， 齿轮机构设计变的较大，占用了较大的安装空间。 图1 2 中间法兰图1 3 齿轮机构 3 液压原理 用一套液压系统驱动液压缸和液压马达两个负载。两个负载是顺序工作的， 通过三位四通阀来完成其动作的切换。三位四通阀左侧电磁铁得电，液压缸作提 升，而液压马达不动。当其失电时压架停止动作。两位三通阀得电，液压马达开 始工作。两位阀失电，三位阀