[doc] 聚四氟乙烯螺旋管的成型技術研究

1、聚四氟乙烯螺旋管的成型技術研究上?；hanghaichemicalindustryvo1.34no.8aug.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(chǎn)品設計和工藝設計,包括技術要求,成型工藝,設備及模具,產(chǎn)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(chǎn),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

2、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(chǎn)品之一,具有質(zhì)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(zhì)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:0.15mpa;使用介質(zhì):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=13.8mm±

3、0.513,1m內(nèi)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%,相對密度:2.152.19;生產(chǎn)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(zhì)及不溶解水;餾程:初餾點140oc,98%餾出溫度<200;生產(chǎn)廠家:

4、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(chǎn)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,y7120t;作者簡介:邵漫江女1967年生_12程師主要從事氟塑料產(chǎn)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,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(jīng)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

5、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(diào)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(nèi)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(diào)質(zhì)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(chǎn)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

6、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(nèi)徑和外徑.致密程度受剪切力影響,剪切力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(nèi)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(nèi)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(nèi)徑+0.5=13.1+0.5=13.6mm擠出口模內(nèi)徑=直管外徑+o.5=14.3

7、+0.5=14.8mm4.2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,成型段和出料段3部分,通過內(nèi)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(jù)耐高溫和耐腐蝕要求,選用45鋼進行調(diào)質(zhì)和電鍍處理.?2o?第34卷(2)芯模:根據(jù)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(jīng)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(nèi)徑比聚四氟乙烯直管的

8、外徑大23l/ira,出料段的口徑比f4螺旋管的外徑大24mm.成型段是螺旋成型的關鍵部分,其尺寸的大小涉及到產(chǎn)品的尺寸是否符合產(chǎn)品的技術要求,經(jīng)多次試驗獲得的經(jīng)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(nèi)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35mltl;設計間隙一般為0.33mm;f4管收縮率一般為0.31.5mm,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(jù)已知的螺旋管內(nèi)外徑尺寸可得:口模底徑=13.0+2×0.6+1.8=16.0iylm口模峰徑:9.6+2×0

9、.60.9=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(jù)螺旋管內(nèi)徑的大小,一般取150500mm.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(nèi),既不損傷內(nèi)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(nèi)徑之間保持一定的間隙量(通常取0.20.4mm),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=13.82×0.6+0.4:13.0mill芯模底徑=口模峰徑一2倍壁厚一設計間隙=9.92x0.60.5=8.2mm芯模螺距應與口模匹配.由于f4螺旋管是

10、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(jīng)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,甚至擠不出管子.可作助擠劑的物質(zhì)很多,主要是有機溶劑.本產(chǎn)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

11、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(zhì)量比約為100:(1725):(0.10.3).5_2配料由于聚四氟乙烯分散樹脂負電性強,易吸附雜質(zhì),在樹脂生產(chǎn)廠的運輸和長期存放中可能帶來雜質(zhì).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).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

12、設備要保證清潔;(3)配料前后樹脂用10目不銹鋼篩網(wǎng)過篩,炭黑配料前用200目不銹鋼篩網(wǎng)過篩;(4)混料機混料時間不宜過長,正反旋轉混合各68rain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(nèi)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),且相對于粉料加料,可以提高生產(chǎn)效率.預成型單位壓力一般在24mpa范圍內(nèi),具體根據(jù)型坯大小而定.該產(chǎn)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28cc&#

13、177;4;(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(jīng)23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(nèi)溶劑油揮發(fā).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(jīng)直管口芯模擠出形成直管的坯管(未燒結的直管).根據(jù)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

14、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15m/rain的范圍內(nèi)進行調(diào)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±3cc:(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(zhì)和熟皮等,防止對產(chǎn)品性能產(chǎn)生影響;(4)檢查和調(diào)整口芯模的同心度,使擠出管子的同心度符合產(chǎn)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(chǎn)品有否異?，F(xiàn)象產(chǎn)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1472h,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

15、是一種高聚物,其晶體熔點為327qc.當升溫到327以上,產(chǎn)品內(nèi)部將產(chǎn)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327260ci二范圍內(nèi),冷卻速度快,其結晶度小.冷卻速度慢,結晶度大.根據(jù)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(nèi)升高32的速度升溫至160ci二,保溫15min,然后以4min內(nèi)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:30ra

16、in±2rain;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,在受到外力作用時,分子鏈問會產(chǎn)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(jīng)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(shù)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±2

17、0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50100r/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

18、模.如此循環(huán)操作,逐段生產(chǎn)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了一套完整成熟的f4螺旋管設計和生產(chǎn)規(guī)范.6性能測試按照上述工藝和控制參數(shù)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/ipa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26022.92,l6無變化無變化無損壞37.926315.62.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,具有質(zhì)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,

19、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(zhì)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(nèi)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,一定會有廣闊的應用前景.收稿日期:2009年6月studyonpost-formix嚷technology|i|ptfecorrugatedtube|shoomanjiang.abstract:thisarticledescribestheproductdesignandprocessdesigncorrugatedtube,includingtechnicalspecification,post-formingprocess,:formingdeviceanddie,p