[doc] 聚四氟乙烯螺旋管的成型技术研究.doc

聚四氟乙烯螺旋管的成型技术研究上海化工shanghaichemicalindustryvo1.34no.8aug.2009聚四氟乙烯螺旋管的成型技术研究邵漫江上海市塑料研究所(上海200090)摘要介绍了聚四氟乙烯螺旋管的产品设计和工艺设计,包括技术要求,成型工艺,设备及模具,产品性能及应用蓰等.关键词聚四氟乙烯分散树脂螺旋管二次成型加工.一中图分类号tq320.66_聚四氟乙烯树脂是美国杜邦公司于1938年首先研制出来的,1949年进行工业化生产,至今已有60年的应用史.由于聚四氟乙烯具有不可比拟的优异性能,因而在各种工业尖端领域得到了迅速应用并显示了强大的生命力.现代工业的飞速发展,要求聚四氟乙烯材料的种类和形状迅速增加,从而对聚四氟乙烯成型加工技术也提出了各种不同的要求.聚四氟乙烯螺旋管(简称f4螺旋管)是聚四氟乙烯管的二次加工成型产品之一,具有质量轻,耐高低温,耐化学品,耐老化,使用寿命长,介电性能好等优点,并且具有良好的绕曲柔软性.因此,适用于环境条件比较恶劣,走向比较复杂场所的电线电缆和线缆束的保护套管或低压液,气介质的传输导管.1主要性能和技术指标f4螺旋管应达到下列主要性能和技术指标:(1)工作条件使用温度:一50+210;工作压力:0.15mpa;使用介质:滑油或液压油.(2)外观及尺寸表面应光滑,不允许有气泡,裂纹和变形.外径和偏差:d=13.8mm0.513,1m内径和偏差: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长度(l)3000ram+50mm外形应符合图1的规定.(3)物理机械性能f4螺旋管的物理机械性能指标应符合表1的规定图1f4螺旋管的外形尺寸2原料与设备2.1原料(1)聚四氟乙烯分散树脂型号:t6c;技术指标:拉伸强度19mpa,断裂伸长率200%,相对密度:2.152.19;生产厂家:杜邦公司.(2)助挤剂型号:200溶剂油;技术指标:外观:透明,无悬浮物和机械杂质及不溶解水;馏程:初馏点140oc,98%馏出温度<200;生产厂家:江苏泰州石化公司.(3)着色剂炭黑,选用不导电的中超微粒粉状炭黑.型号:v7;技术指标:加热减量0.2%;生产厂家:中橡集团炭黑工业研究设计院.2-2设备预成型压机,y7120t;作者简介:邵漫江女1967年生_12程师主要从事氟塑料产品的研究和应用_t-作曾发表文章1篇第8期邵漫江:聚四氟乙烯螺旋管的成型技术研究推压挤出机,自制;烧结炉,自制;淬火炉,自制;螺旋成型机,自制.3工艺流程螺旋管是由检验合格的聚四氟乙烯分散树脂经混料,糊膏状挤出,烧结成聚四氟乙烯直管(也称坯管),再通过二次螺旋成型加工而制成的.简要工艺流程如下:4模具设计4.1挤出成型模具4.1.1结构特点聚四氟乙烯直管的挤出成型模具主要由口模,芯模和定位套3部分组成.口模和芯模的锥角一般要保持一致,且均要有一定长度的直行段,从而使毛坯被推压挤出模具时成管状.定位套则是在毛坯被推压挤出成型口的最初阶段用以调节管子的同心度.其简要结构如图2所示.图2挤出成型用模具4.1.2材料选择要求模具材料在承受管子挤出成型压力时不变形.为防止锈蚀和避免管子的污染,口模的内表面和芯棒的外表面与树脂接触的表面需要镀硬铬,且表面的光洁度达7一v8级.选用45钢进行调质和电镀处理.4.1.3尺寸设计由于螺旋管的壁厚仅为0.6mm,比日常生产软管的壁厚要小(50%左右),因此在直管成型过程中确保管壁厚度的均匀一致极为重要.如壁厚不均匀,在二次加工时,会造成螺旋的形状不均匀,甚至破裂,故直管成型时的口模和芯模的精度要求较高,通常成型段粗糙度选择0.4级.管子的致密程度决定了直管的性能和螺旋管的内径和外径.致密程度受剪切力影响,剪切力是由管子的挤出压缩比,成型模具的角度及其长径比决定.当推压机的吨位,管子的内外径确定后,则压缩比也确定.直管挤出模具,一般挤出锥角取30.;口模的长径比取4:l,且考虑到内管烧结淬火后的收缩情况(一般收缩0.5mm),对于该型螺旋管所用的直管(14-3mm/西13.1mm),挤出模具尺寸的设计计算如下:挤出芯模外径=直管内径+0.5=13.1+0.5=13.6mm挤出口模内径=直管外径+o.5=14.3+0.5=14.8mm4.2螺旋成型模具4.2.1结构特点f4螺旋管成型模具主要由口模和芯模两部分组成.口模包括预热段,成型段和出料段3部分,通过内六角螺钉固定连接为一个整体.芯模由可旋转的螺旋芯棒和直形圆棒连接组成.其简要结构如图3所示.图3螺旋成型结构示意图4.2.2材料选择(1)口模:根据耐高温和耐腐蚀要求,选用45钢进行调质和电镀处理.?2o?第34卷(2)芯模:根据结构和加工特点,选用铜材或不锈钢.4.2.3尺寸设计(1)口模预热段主要是对于进行螺旋成型的聚四氟乙烯直管进行加热和导向作用,出料段主要是对已经螺旋成型的f4螺旋管起输出导向作用.一般情况下,预热段的内径比聚四氟乙烯直管的外径大23l/ira,出料段的口径比f4螺旋管的外径大24mm.成型段是螺旋成型的关键部分,其尺寸的大小涉及到产品的尺寸是否符合产品的技术要求,经多次试验获得的经验计算公式如下:口模底径:芯模峰径+2倍壁厚+设计间隙口模峰径=螺旋管内径+2倍壁厚一f4管收缩奎口模螺距=2倍波纹宽度+2倍(壁厚+设计间隙)其中,口模螺距一般取35mltl;设计间隙一般为0.33mm;f4管收缩率一般为0.31.5mm,与壁厚有关.壁薄二次成型时收缩率相对偏小,壁厚则收缩率相对偏大.根据已知的螺旋管内外径尺寸可得:口模底径=13.0+20.6+1.8=16.0iylm口模峰径:9.6+20.60.9=9.9mm口模螺距=3.5mm(2)芯模芯模的作用主要是增加f4直管在螺旋成型时的刚性,其螺旋部分的长度根据螺旋管内径的大小,一般取150500mm.由于螺旋成型时,首先需要把直管套在芯模上进行操作,故为使芯模便于插入直管内,既不损伤内管,又可使直管随芯模共同前进,因此,在设计芯模峰径时须考虑到与直管内径之间保持一定的间隙量(通常取0.20.4mm),其余尺寸的计算如下:芯模峰径=螺旋管外径一2倍壁厚+f4管收缩蓦薹=13.820.6+0.4:13.0mill芯模底径=口模峰径一2倍壁厚一设计间隙=9.92x0.60.5=8.2mm芯模螺距应与口模匹配.由于f4螺旋管是在较高的温度下成型,在设计模具时必须考虑制品的冷却收缩率.5成型工艺5.1原料选择及其配比的确定f4螺旋的原料选用聚四氟乙烯分散树脂,着色用炭黑采用不导电的中超微粒粉状炭黑.直管糊状挤出成型时采用200溶剂油作为助挤剂.添加助挤剂的目的主要有两个,一是助挤剂与分散聚合树脂混合后成糊状物,以便经剪切力作用能将树脂的球状分子拉伸成直线纤维状结构;二是起润滑作用,减小树脂与模具,树脂颗粒本身之间的摩擦力.若单纯用树脂进行推压,不但易于粘模,而且因无润滑性而造成阻力大,不仅破坏分子结构,甚至挤不出管子.可作助挤剂的物质很多,主要是有机溶剂.本产品助挤剂选用200#溶剂油是因为用其加工的管子性能优越,柔软,不易断.原料,溶剂油,炭黑配比合理与否,将决定螺旋管的物理机械性能,例如:拉伸强度,断裂伸长率,相对密度,介电强度等.故三者的质量比约为100:(1725):(0.10.3).5_2配料由于聚四氟乙烯分散树脂负电性强,易吸附杂质,在树脂生产厂的运输和长期存放中可能带来杂质.气候影响也会造成吸湿结块,从而在混料时使树脂分布不均匀,引起直管表面粗糙和烧结不透明等.故采购验收的树脂应存放在低于19的环境中,使其尽可能呈松散状态.另外,在配料时由于需要添加助挤剂,也会造成一小部分结块,所以在配料前后进行过筛是必要的.配料的工艺要求:(1)配料室温度应保持在19cc以下;(2)人员,环境,使用器具和设备要保证清洁;(3)配料前后树脂用10目不锈钢筛网过筛,炭黑配料前用200目不锈钢筛网过筛;(4)混料机混料时间不宜过长,正反旋转混合各68rain为宜,以免破坏树脂颗粒的纤维,使挤出物断裂或剪切过劳;(5)混合料需在低温(约30)烘箱内存放8h以上方可使用,使溶剂油充分扩散到树脂颗粒中.5.3预成型预成型过程是将树脂粉料压制成套筒形型坯,使助挤剂不易挥发,且相对于粉料加料,可以提高生产效率.预成型单位压力一般在24mpa范围内,具体根据型坯大小而定.该产品选择预成型的压力为第8期邵漫江:聚四氟乙烯螺旋管的成型技术研究3.5mpa.预成型的工艺要求:(1)预成型室环境温度应保持在28cc4;(2)人员,环境,使用器具和设备要保证清洁;(3)加料要均匀,密实趋于一致;(4)缓陧而均匀加压,不允许冲击式加压,要给予一定的保压时间,以保证压力传递到树脂各部分;(5)施压过程中,要注意做好放气工作,力求经23次放气使树脂颗粒间空气排尽;(6)预成型坯料要小心存取,且注意及时投入使用,防止毛坯内溶剂油挥发.5.4挤出成型挤出成型原理:将树脂与助挤剂混合,预压成坯后,放人推压机的料腔中,通过活塞下降使坯体通过有一定锥角的口模,由于剪切力的作用,将树脂由球状拉伸成直线纤维状结构,经直管口芯模挤出形成直管的坯管(未烧结的直管).根据直管规格大小可确定挤出成型的速度,一般原则是:规格大的管子挤出速度稍慢,规格小的管子挤出速度稍快.f4螺旋管成型速度一般在15m/rain的范围内进行调节.挤出成型的工艺要求:(1)挤出成型室环境温度应保持在253cc:(2)人员,环境,使用模具和设备要保证清洁;(3)装料时注意去除毛坯上的杂质和熟皮等,防止对产品性能产生影响;(4)检查和调整口芯模的同心度,使挤出管子的同心度符合产品要求;(5)挤出成型时活塞进入料腔末端或挤出物中出现回头料时应立即停车,且应仔细观察设备与产品有否异常现象产生,以便立即采取措施;(6)f4未烧结管需在室温环境下放置1472h,以使管中大部分溶剂油挥发.5.5烧结与冷却烧结与冷却的基本原理:聚四氟乙烯是一种高聚物,其晶体熔点为327qc.当升温到327以上,产品内部将产生物理化学变化,晶体开始熔融,晶格结构从结晶型转化到无定型.当温度降低到327以下,又从无定型向结晶型转化.结晶度的大小与冷却速度有关,在327260ci二范围内,冷却速度快,其结晶度小.冷却速度慢,结晶度大.根据上述原理以及坯管的壁厚较薄,烧结时易达到熔融状态的特点,制定坯管的烧结和冷却工艺:升温速度:以27rain内升高32的速度升温至160ci二,保温15min,然后以4min内升高5的速度升温至210,保温1h,最后以1/min的速度升温至3605.【二;烧结温度:3605;保温时间:30rain2rain;降温速度:烧结结束后直接空气淬火.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:把烧结后的直管加热到一定的温度,使其分子链有一定的热运动性,在受到外力作用时,分子链问会产生滑移而被拉伸或压缩,此时的外力就是模具的牵引力.直管在模具的引导下进行螺旋成型,经脱模冷却后,成为具有稳定形态的,带螺旋状的螺旋管.由于分子链问的结构发生了变化,一般情况下螺旋管的外形是不可回复到原直管状态的.5.6.2螺旋成型温度的确定聚四氟乙烯螺旋成型除了模具外,成型温度是相当重要的工艺参数之一.温度偏高或偏低,都对螺旋的成型有很大影响.通过工艺摸索,最后确定25020为最佳螺旋成型温度.5.6-3螺旋管成型工艺成型前,先将直管套在芯棒上.直管的长度一般大于所需f4螺旋管长度的15%,芯棒的长度一般大于所需f4螺旋管长度的25%,因为直管在加工过程中有可能伸长或缩短.芯棒的一头用夹具固定在能正反向旋转的设备上,其转速一般控制在50100r/min之间.将口模与芯模保持在同一轴线上.成型时,通过加热圈对芯模和口模进行加热.达到温度后,将芯模插入口模,顺时针旋转芯棒,使直管随着芯棒进入口模.当口模行进到芯模的4/5长度时,停止旋转,然后反向旋转芯棒,使口模从芯模中退出,同时f4螺旋管也从芯模上退出.当f_l模退到接近芯模端部时,停止旋转,重新把直管和芯模插人口模.如此循环操作,逐段生产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螺旋管设计和生产规范.6性能测试按照上述工艺和控制参数试制的f4螺旋管的实测性能如表1所示.?22?第34卷表19.6mml13.8mm螺旋管性能实测结果直一管螺旋管拉伸强度/ipa断裂伸长率(%)介电强度/(kv*mm一)相对密度耐油性:滑油150,4h液压油20qc,2h最小弯曲半径7应用30奄26022.92,l6无变化无变化无损坏37.926315.62.薹吞无变化无变化无损坏上海市塑料研究所试制成功的f4螺旋管,具有质量轻,耐高低温,耐化学品,耐老化,使用寿命长,介电性能好等优点,并且具有良好的绕曲柔软性.f4螺旋管可应用于:(1)环境条件比较恶劣,走向比较复杂场所的信号,控制等线缆和线缆束的保护套管,如航空发动机部位的信号线和控制线缆的护套管.(2)航空发动机部位和主减速器的余油排放管.(3)与其他材料组合制成的螺旋管组件,可用于环境条件比较恶劣,走向比较复杂场所低压液气,介质的传输导管等.聚四氟乙烯螺旋管作为上海市塑料研究所开发的一种新材料,符合当前高新技术项目的需要,填补了国内的空白,具有一定的社会价值.由于聚四氟乙烯螺旋管所具有的优点,一定会有广阔的应用前景.收稿日期:2009年6月studyonpost-formix嚷technology|i|ptfecorrugatedtube|shoomanjiang.abstract:thisarticledescribestheproductdesignandprocessdesigncorrugatedtube,includingtechnicalspecification,post-formingprocess,:formingdeviceanddie,product