生料带的课程设计.docx

目录（一）生料带制品图2规格2质量标准2用途3（二）原料配方树脂4助挤剂5萃取剂5（三）成型设备混料机5推压机5压延机6卷取机7模具7（四）成型工艺条件工艺流程8推压挤出成型工艺9树脂过筛9混合助挤剂9预成型10推压机出11萃取冷却11影响产品质量的因素辊筒温度12压延次数与速度12压延比13配比13张力13压缩比13缺陷及预防14（五）参考文献15一、 生料带制品图、规格、质量标准、用途制品图 产品规格由上海市塑料研究所生产的膨体聚四氟乙烯密封带牌号为SFSD，规格如下：牌号宽度/mm宽度公差/mm厚度/mm厚度公差/mm每卷长度/m长度公差/mSFSD-13130.50.080.0110+0.5-0SFSD-26260.50.080.0120+0.5-0SFSD-52520.50.10.0120+0.5-0产品质量标准：企业标准Q/GHAD 03-91指标名称指标试验方法表观密度/(/m) 0.710参照采用JISK-6885-1979拉伸强度/(MPa) 8.0GB 1040-79断裂伸长率/% 50GB 1040-79挥发减量/% 0.5参照采用JISK-6885-1979耐燃性不燃参照采用JISK-6885-1979用途:聚四氟乙烯生料带（俗称巴尔卡）是聚四氟乙烯塑料的一种制成品。聚四氟乙烯生料带是由分散聚四氟乙烯树脂粉料与助挤剂拌和后经加温挤出、压延、成型、除油、卷带而制成的。聚四氟乙烯生料带除具有聚四氟乙烯的所有物理、化学、力学性能外，还具有较高的拉伸强度和伸率，其柔软均匀，缠绕性、跟随性、附着性和填充性均很好，由于其压缩回弹性、耐蠕变性、耐高低温性及优异的耐腐蚀性和自润滑性，应用于各种衬里及法兰面的密封，性能卓越。法兰垫片可外包聚四氟乙烯生料带。GB150-1998钢制压力容器中的垫片材料“石棉橡胶板”是化工装置中、低压法兰密封的常用材料，这种材料的垫片属一次性使用垫片，若在其材料外表均匀的包覆一层聚四氟乙烯生料带，不但可以提高其密封性能，而且还可以延长其使用寿命。聚四氟乙烯的憎水憎油、不粘性，使该垫片在大修拆卸时不被粘连破坏，可以多次使用，从而降低了维修费用。当法兰垫片为软木或软铜时，外面包绕了一层聚四氟乙烯生料带，可以非常明显的提高其密封性能。虽然软铝、软铜金属垫片材料硬度较低，但作为理想的垫片材料，它仍然是硬度偏高。在垫片外包覆聚四氟乙烯生料带，操作很方便，这不仅可以提高垫片的抗腐蚀能力，扩大其使用范围，同时还可非常明显的提高其密封性能。原因是金属平垫片的两个密封面以及法兰的一对密封面，加工精度要求非常高，表面粗糙度为Ral.25，这样的精度要求加工费用较高，所需要的螺栓预紧力也大。包覆聚四氟乙烯生料带后，生料带纤维长、强度高，而且塑性大、压延性好，这样可以在法兰螺栓预紧力作用下产生塑变，填实密封面，保持较好的密封性能。不锈钢“O”型密封圈外包覆聚四氟乙烯生料带，其密封效果也非常好。同理，也是因为生料带纤维长、强度高、压延性好，故能使密封面很容易的压实密封。“O”型橡胶密封圈是最常用的密封圈之一，尤其是在液压传动中应用很广泛，可做中、低压静密封，也可做往复运动的密封圈。在“O”型橡胶密封圈的外面包覆一层聚四氟乙烯生料带，可以防止介质对橡胶的腐蚀和溶胀，大大提高“O”型橡胶密封圈的使用性能和使用寿命，是较理想的复合密封材料，而且制作方便，很受工程技术人员的欢迎。“O”型橡胶密封圈用作往复运动的密封圈时，由于橡胶的运动摩擦系数大，加上橡胶圈在工作时处于拉伸状态，表面相对较粗糙，因而摩擦系数更大。工作时虽然有介质油的润滑，但橡胶在吸附油的同时也吸附了大量的油中颗粒垃圾，结果对与其作相对运动的零件产生较大磨损。而在“O”型橡胶圈外包覆一层聚四氟乙烯生料带后，可使密封圈性能有很大改善。聚四氟乙烯光滑柔软、不粘、摩擦系数小。这两种材料复合，不但保留了橡胶的弹性、自包紧性，还吸收了聚四氟乙烯纤维长、强度高、柔软、塑变性好、表面光滑和不吸附粘连等优点。因此这种复合材料是一种较理想的密封材料，它不但提高了密封性能，还延长了自身及相关零部件的寿命。此外，填充PTFE制成的密封环具有润滑油腔、摩擦力小、耐磨损和尺寸稳定性好等优点，可用于高压及高速工作下的轴、杆和螺旋接头等部位的动密封。所以它作为密封材料应用于化学装置中的螺纹丝扣密封，具有很好的密封性能，其操作应用清洁、方便、且即装即用。可在180250温度范围内使用，由于防腐、密封效果好，使用方便等优点，广泛用于水管及其他腐蚀性流体输送管道及低压蒸汽管道螺纹接口的密封材料，如工业管道丝扣和要求耐腐蚀阀门的密封（生活用水管道和阀门除外）。作为工业管道丝扣密封，现在使用广泛，如化工、国防军工、石油气体、供水、钢铁、食品、造纸等工业管配件的螺纹密封。还可作电子、电气绝缘包覆材料如高频电线、电缆的包覆绝缘层等，适合于绕包电线工业上连续化、机械化的生产要求。在管路受振动，管路温度较高（250以下），有腐蚀介质等恶劣条件下使用效果良好，使用寿命一年以上。鞍钢、抚顺、石油一、二、三厂、大庆油田等单位均已普遍采用。作为机械平口密封，聚四氟乙烯生料带在鞍钢一些所属厂也已实用成功。一般常用的封口胶在使用过程中要逐渐产生渗漏，而在采用了聚四氟乙烯生料带后，既耐油又毫无渗漏现象。二、原料配方助挤剂用量是树脂重量的17-20%，预成型的单压一般控制在7-15/。压缩比50-150，推压压力50-100/，推压速度1-2m/min。1 树脂凡加工性好的分散聚合树脂均可用来生产生料带，生料带的性能和树脂的质量等级有密切的关系。2 助挤剂助挤剂是加到分散树脂中减少推压阻力的润滑剂，常用的助挤剂是石蜡油。它的沸程温度高，不易挥发，推压出来的半成品粘性好，在压延过程中制品不易产生纵向裂纹，产生的废料少。同时，它极易溶于有机溶剂，萃取方便。溶剂油也可用作助挤剂，但缺点是沸点低，易挥发，须严格控制工艺条件。优点是容易除去，另外，二氯乙烯也是近年来国外使用的助挤剂，用它挤出的产品 外观色泽好，质量好。3 萃取剂萃取剂是提取生料带中助挤剂的溶剂。常用的萃取剂有丙酮和三氯乙烯。它由低压缩比的分散聚合树脂与助挤剂（石蜡油等）混合，经糊膏挤出，用推压法推压成棒材，再经等速的二辊压延成膜，用三氯乙烯或三氯乙烷萃取除去助挤剂（厚0.1mm膜的萃取时间为2min左右），再分切成一定宽度的带即为生料带产品。二、 成型设备1.混料机PTFE分散树脂与助挤剂混合用的混料机以滚动式为主，装入树脂的料瓶在同向滚动的辊筒之间转动，转速20r/min。另一种是公转自转式混料机，它的混合效果虽高，但制造和装卸麻烦、生产效率较低。2.推压机分机械传动和液压传动两种。机械传动推压机由机械传动系统、机身、机头和机架四部分组成。机械传动系统由电动机、无级变速器、齿轮减速箱、联轴节及蜗轮、蜗杆等组成，蜗轮、蜗杆连接丝杆，让其按一定速度下降进行推压。机身包括料腔、柱塞、芯棒、丝杆及这四个构件的固定板。芯棒固定板与机架连接，四件固定板通过导柱连接，它们必须相互平行并垂直于柱塞和料腔，以确保同心度。 不同规格的管材要采用不同规格的料腔和芯棒。由料腔的内径决定能加入的型坯规格。型坯大小与所需的电动机功率有关。料腔的高度决定型坯的高度，也是一次加料量的多少。一次加料量越多则制品的连续长度越长，生产效率也越高。但料腔高则芯棒要长，这增加了机械加工时的难度并使PTFE树脂受压缩的时间延长，造成疲劳，反而影响产品质量。柱塞的外径略小于料腔的内径，而柱塞的内径应略大于芯棒外径，才能使柱塞升降自如。柱塞头部直接与PTFE型坯接触，通常可用聚酰胺塑料制作。机械传动立式推压机的最大特点是无级变速，当选定变速档后柱塞就恒速下降进行推压。推压的速度基本是恒定的，这有利于连续推压和烧结工艺，但当实际负荷超过最大允许值时容易造成设备事故。料腔与它下面的锥体模通过上紧螺母连接。液压传动式推压机用于加工大中型PTFE推压制品。与机械传动推压机相比，液压传动代替了机械传动系统。通过调节阀调节好油量后推压的压力就恒定，但柱塞的下降速度先快后慢，因为型坯开始受压时助挤剂含量高、推压速度就快，越到后来助挤剂被挤出的越多、型坯变硬、阻力增大，致使柱塞下降速度减慢，所以不利于需恒速的连接烧结工艺。需要经常调节油量和烧结速度，或进行干燥处理，就会增加操作上的难度。 3.压延机 压延机多为二辊压延机，两辊的转速相同而转速相反使物料受到压延作用而减薄厚度，但没有剪切应力。辊筒的直径、圆整度、宽度、辊隙的可调范围、变速范围及加热方式是压延机的主要技术参数。辊筒表面要光滑，镀铬抛光成镜面光洁度。辊筒的直径不小于30cm。加热方式可为热水、水蒸气、电加热及红外线加热等。压延辊筒的下辊通常固定，为保证生料带厚度均匀，下辊的表面要加工成弧形。边差3%左右。上辊由压下调节装置的上下移动来调节辊隙。辊筒由滚珠轴承支撑。PTFE分散树脂与助挤剂以一定比例混合后，模压成棒材或片材的型坯，再将型坯插入调整至一定间隙的两个相向旋转的压延辊缝隙中，让型坯的厚度明显减薄的过程就是压延工艺。可分为一步压延法和多步压延法。一步压延法，通过一对压延辊的压延即获得所需厚度的压延膜；多步压延法一般是对较厚的型坯需经过两对或多对压延辊的压延才能达到的所需的厚度。 压延之前应确保型坯内的助挤剂含量在要求的范围内，如果推压出来的条状型坯不立即使用，应把它贮放在密闭的塑料袋中，放入60左右的热水中加热，以软化型坯而能压延的宽些。 压延中较难操纵的是软而滑的条状型坯，因其不易塞进狭窄的压延辊缝隙内。解决方法是在压延辊筒的中央部位装导向装置，起限制条状型坯的滑移作用而顺利的进入压延辊的交合点。导向装置可以是一根比型坯粗些、长80150mm的直管，但更实用的是安装导向鱼尾板。 为了便于塞进压延辊缝隙，可将型坯前端长200300mm的一段压成扁平状或在型坯前端包以粗糙的纸张，借助摩擦力塞进缝隙中。对厚扁带型坯，开始时可放宽压延辊隙，待型坯入隙后再逐渐减小缝隙。 压延膜的宽度除了与型坯直径、宽度及压延辊的宽度有关之外，更重要的是与压延辊的直径也有关。压延辊的宽度越大则要求压延辊的直径也越大。如需压延200mm宽的膜，就需在直径150mm，宽300mm的压延辊上进行压延。压延辊筒内可通过5080的热水加热以利压延，压延辊的转速可取1.54.0m/min。适当提高压延辊的转速和温度，能扩大一点压延膜的宽度。压延膜最薄的厚度为50um。 压延工艺的主要参数是压延辊的转速和它的表面温度，通常很难预先确定其具体的参数，因为它与型坯的性能有很大的关系。提高压延辊表面温度有利于型坯变软而降低压延压力，但温度过高会使助挤剂的挥发过快，致压延膜撕裂。 4.卷取机 卷取机将压延膜卷绕在卷芯上，卷取速度可调。若卷曲速度与压延速度同步则没有拉伸作用，当卷曲速度大于压延速度时才产生拉伸作用。在卷取之前可把压延膜分切成一定的宽度再卷绕成为弹性带或生料带。 5.模具 模具有预成型模及推压模（机头）两种。 预成型模基本与一般的模压模具相同，但因预成型压力仅为模压压力的1/10左右，压缩比也比PTFE悬浮树脂小（约为3），因此它的模壁可减薄、高度也可低些。 推压模具也称机头，由锥体模、口模组成。a. 锥体模是紧接在料腔下面的模具，有一定锥角，锥角越大对PTFE的剪切应力越大，一般取20或30。对于毛细管之类的小管子，由于压缩比大，通常选用20锥角的锥体模，而对大中型口径的管材或棒、带，应选用30的锥角。b. 口模是控制推压管外径尺寸的模具。为了保证能准确的与锥体相连，在它上部有较短的一段锥体部分，其锥度与锥体相同。口模的主要设计参数是长径比（L/D），是口模成型部位的平直段长度L与当量直径D之比。四、成型工艺条件 工艺流程：树脂与助挤剂混合均匀预成型推压压延萃取卷取切边检验包装 加工工艺路线：聚四氟乙烯密封带采用挤出、牵伸工艺路线进行加工。分散树脂预压后经活塞挤出机挤出的生料棒或扁带，在两辊压延机上压延成薄带，再经牵伸处理完全除去助挤剂即得生料密封带。Polyflon PTFE生料带的加工条件及特性项目F-104项目F-104推压的PTFE棒外形12mm圆棒压延辊温度/70推压机PTFE棒温度/60料腔直径/mm130压延速度/ (m/min)28口模锥角/()60压延膜宽度及分切成带的宽度/mm220, 30口模温度/50生料带拉伸强度/MPaRR117压延方向0.105助挤剂质量分数/19.7垂直方向0.02型坯预成型压力/MPa1.0生料带生长率/型坯成型压力/MPa5压延方向270推压力/MPa6.2垂直方向1900推压速度(m/min)4.8生料带相对密度约1.55压延辊筒直径/mm500PTFE分散树脂加工助挤剂种类种类沸程/相对密度加工品种石脑油1201400.740.75细管 电线包覆层溶剂油1702000.720.74直管 带材石蜡油3000.830.85生料带推压挤出成型工艺1 树脂过筛将贮存在19以下的PTFE分散树脂用8目左右的筛网（筛网孔径2mm左右）过筛。不能通过该筛网的结团料可置于清洁、密闭的容器内，放在更低的温度下摇动24h后，让它撞击器壁而分散，再如上过筛。在操作过程中应防止树脂受到剪切作用，如从一个容器放入另一个容器时，只允许倾倒而不允许用勺子铲料，以避免剪切作用。2 混合助挤剂把过筛后的PTFE分散树脂加入干燥、洁净的广口玻璃瓶内。容量不应超过玻璃瓶容积的2/3，往树脂中加入计量过的助挤剂，尽量不让助挤剂沾到瓶壁以免影响混料的均匀性，压紧瓶盖以防其挥发。对量较少的混合可用人工上下左右的来回摇动；对量大的混合可采用容器回转式混料，如把玻璃瓶平放在同向旋转的双辊滚动式搅拌器上，以1520r/min的转速翻滚1020min。滚动混合的时间以PTFE分散树脂完全吸纳助挤剂，混合物呈松散的粉体为准。混合的时间不宜过长，否则粉料之间因摩擦易纤维化。混料时的温度应在190以下，但混料后为使助挤剂能渗透到PTFE树脂间，需在2530下放置（陈化）8h。为了消除陈化的物料中可能存在的已纤维化结料团，最好再过筛一次。如果不将它排除而混入预成型的坯料内，则在推压时易出现弯曲开裂的废品。PTFE与助挤剂的质量比可取（10015）（10020）。助挤剂含量过多则制品的收缩率大，内部空隙多，产品的击穿电压低，挤出时的阻力小，过大的助挤剂配比树脂难以成型。助挤剂的配比小则使推压阻力增大，易使制品开裂。通常由压缩比、制品壁厚、助挤剂种类及环境温度等因素来决定具体的助挤剂配比。压缩比越大，因推压阻力越大因此助挤剂要多加些；在压缩比接近时，薄壁制品应较厚壁制品添加更多的助挤剂，因为薄壁制品在推压时助挤剂更容易挥发掉；沸程低的助挤剂应比沸程高的多加些，因为前者更容易挥发。一次混料量的多少与所用助挤剂的沸程有关，若用石脑油则混合物不宜超过2；若用石蜡油，一次混料量可达10 左右。对添加少量（质量分数0.1左右）颜色加工彩色PTFE制品而言，应把PTFE分散树脂与颜料干混均匀后再加助挤剂。所用颜料大多是耐烧结温度的镉红、镉黄和炭黑等。3 预成型将PTFE分散树脂与助挤剂的混合料预成型为棒状或者套筒状坯料的目的是减少推压时混合料粉的体积。预成型的方法与模压成型相同，但压力仅3MPa,压缩速度50mm/min左右，保压12min即可。预成型的过程是减少粉料中空气含量的过程，因此压缩的速度不宜过快，否则气体不易排出，包含在坯料中过多的空气会使坯料断裂或在制品中残留气泡。预成型的压力高低和保压时间长短以坯料脱模后不易断裂、助挤剂被挤出的量不宜过多为原则。 见下表：压制阶段施加压力速率/(mm/min) 80mm 80mm起始中间最终0.51.02.02.03.025505025501压制好的坯料最好能立即加入推压模腔中推压。若不能及时使用，应暂存于密闭容器内，不使助挤剂过多的挥发掉，但存放的时间不宜超过48h。应确保压制模具和环境的清洁，也应预防坯料因静电吸附灰尘而影响产品的介电性能。若型坯为套筒（厚管壁），则其外径应比推压模腔的内径小0.51.0mm，而其内径应比推压芯棒大0.20.3mm。4 推压挤出推压是将型坯装入清洁的模腔内，通过柱塞的推压让其强制从口模推出成为推压预制品，它是间歇式分批操作的过程，要获得连续长度的预制品就要不断地间歇加进型坯。在前一个型坯未退完之前加入后一个型坯，前后两个型坯结合的好坏，影响所推出的预制品的表面和质量。在推压过程中PTFE分散树脂的粉粒成为定向排列的纤维结构，因此预制品的纵向拉伸度远大于横向拉伸度，以致在横向受到轻微的挤压即会开裂或变形，必须让PTFE的推压预制品有一定的生料强度才能进一步操作。混入助挤剂的PTFE分散树脂不能用螺杆式挤出机挤出成型：一是物料的摩擦力太小难以向前推进压实于螺槽处；二是螺杆的旋转使PTFE纤维成为无定向排序，所以螺杆挤出工艺只适用于PTFE悬浮聚树脂的预烧结料。PTFE分散树脂的挤出速度随工艺和制品尺寸的变化很大，通常在0.120m/min。5 萃取冷却萃取生料带中的石蜡油需在专门的萃取槽。萃取槽由两个溶剂槽组成，里面盛有三氯乙烯（或丙酮），第一个槽的底部装有加热器，将溶剂加热到沸腾状态，萃取出生料带中的石蜡油，生料带停留时间约10秒钟，槽上方装有盘旋形冷却管，将三氯乙烯蒸汽冷却成纯度很高的溶剂导入第二个萃取槽，供进一步萃取时使用。经过两槽萃取以后，生料带中的石蜡油基本去除，仅残留微量三氯乙烯。生料带随即导入热风干燥段，在150200风温的干燥下，三氯乙烯全部挥发出来，给生料带施以一定的张力可避免起皱现象，张力导辊间隙要控制适宜。压延机可置于推压机下面，并串联上萃取装置和切割包装装置，组成连续生产线，可大大节约工时，提高效率。干燥温度取决于助挤剂的沸程和干燥速率，过快的干燥速率不仅达不到完全干燥的目的，反而易使制品发黄、纵向开裂。影响产品质量的因素1 辊筒温度压延可在冷辊上进行，也可在热辊（60左右）上进行。热辊压延时助挤剂不断从半成品中向外渗出，内部空隙减少，产品密实，带的边缘整齐，表面光洁，拉伸强度高，但伸长率偏低。下表是两种温度下压延时制品性能对比情况。辊筒温度（）拉伸强度（/）伸长率（%）1502459825121.51982 压延次数与速度压延次数与速度影响到生料带的性能和尺寸。压延次数主要根据生料棒的规格、生料带的厚度和性能要求来决定的。生料带的拉伸强度随压延次数的增加而提高。但是它的伸长率则因压延次数的增加而略有降低，大批量生产时，适当控制压延次数是必要的，目的在于提高生产效率。下图列出了同一规格半成品的压延次数对制品性能的影响。对于一定的配比，采用多步压延法时，开始速度可快些，然后逐步减慢速度，可防止生料带产生皱折现象。当配比增大时，开始的压延速度则要慢些，否则生料带的边缘不整齐，甚至出现裂纹。压延次数对生料带的影响压延次数（次）拉伸强度（/）伸长率（%）168.672.729655.3311558.33压延比制品的拉伸强度随压延比的增大而增高，而伸长率则随压延比的增大而降低。这是因为增大压延比时生料带致密，纤维受到较大的拉伸。序号生料棒规格（）制品规格（）拉伸强度（/）伸长率（）1.60.11361222.00.1155882.60.184.51522.60.1573.32402.60.2550.33044 配比推压生料棒时如果配比过大或过小的话，除了影响到半成品的推压成型质量以外，还影响到制品的性能