加工与应用 聚四氟乙烯工件常用粘接和焊接方法董高峰(巨化工程有限公司仪表厂)摘 要:介绍了聚四氟乙烯(PTFE )工件常用的三种粘接方法,并结合实际使用情况指出该三种方法的不足,在此基础上提出两种快速、高效的新型粘接剂和粘接方法,最后介绍了常用的热压焊接法和热风焊接法两种焊接方法。
关键词:聚四氟乙烯(PTFE );粘接方法;粘接剂;热压焊接法;热风焊接法 随着防腐技术的进步,防腐材料不断推陈出新,其中聚四氟乙烯(PTFE )以其优异的化学稳定性、耐高温和耐化学腐蚀特性,越来越受到人们的重视,是理想的防腐首选材料,成为当今不可缺少的重要材料之一。
PTFE 作为一种特殊的防腐蚀材料,在日常应用当中多以工件的形式出现,它可以单独使用,也可以与其他材料结合使用,比如与不锈钢结合,后者既能发挥PTFE 独特的防腐性能,同时又能利用不锈钢材料高的强度,这样可以避免PTFE 强度不高而不锈钢防腐能力差的缺点,很好地起到了一种扬长避短的作用。
而在具体的应用当中,牵涉到材料与材料之间相互接合的问题,包括PTFE 与PTFE 之间以及PTFE 与不锈钢之间,这种接合一般采用粘接或焊接的方法解决。
但由于PTFE 材料本身具有极高的化学稳定性与不可粘性,所以它的粘接与焊接比较麻烦,一直以来是PTFE 材料应用中的一大难题。
在解决了PTFE 的粘接与焊接问题之后,PTFE 作为防腐材料在工业生产中的应用将更加广泛。
下面结合笔者的经验,介绍几种比较常用、效果也较好的PTFE 工件粘接和焊接方法。
1 常用的粘接方法任何固体要粘接,必须要能被粘接剂润湿且具有粘附性。
PTFE 材料表面能低,表面对液体的接触角大,润湿性差,粘附能力小,所以比其他物质的粘附性要差,一般要经过特殊处理以后再进行粘接[1]。
1.1 钠萘溶液处理粘接法钠萘溶液处理含氟材料,主要是通过腐蚀液与PTFE 塑料发生化学反应,扯掉材料表面上的部分氟原子,这样就在表面上留下了碳化层和某些极性基团。
红外光谱表明,表面引入羟基、羰基和不饱和键等极性基团,这些基团能使表面能增大,接触角变小,润湿性提高,由难粘变为可粘。
这是目前研究的所有方法中效果较好,也是比较常用的方法。
一般用钠萘四氢呋喃作为腐蚀液。
处理粘接步骤如下[2]:⑴处理液配制:将一定量的金属钠加入到四氢呋喃与萘的溶液中,其中金属钠的质量分数控制在3%～5%,在室温下搅拌约2h,直至溶液颜色呈现深褐色或黑色即可;⑵将待处理的PTFE 工件浸入到该溶液中约5～10m in,取出再用丙酮溶液浸泡3～5m in;⑶从丙酮溶液中取出工件,用清水漂洗干净后置于阴暗处自然干燥;⑷选择环氧树脂、有机硅或聚氨酯做粘合剂,均匀涂于处理过的待粘接表面并立即粘接,于24～30℃下静置24h 后即可粘接牢靠。
1.2 钠的液氨溶液处理粘接法该方法的处理粘接机理与钠萘溶液处理粘接法相似,在此勿需重复。
它的处理粘接步骤如下:⑴处理液配制:在常温下将一定量的金属钠加入到液氨溶液中配制成质量分数为1%～5%的钠氨溶液,待反应彻底后即可使用;———————————————作者简介:董高峰,男,生于1976年,助理工程师,2001年毕业于宝鸡文理学院,工学学士,现从事仪器仪表开发。
・43・有机氟工业O rgano -Fluorine I ndustry 2005年第4期 ⑵将待处理的PTFE工件浸入到该钠氨溶液中约5～10s,取出再用甲醇或乙醇溶液浸泡5～10 m in;⑶从甲醇或乙醇溶液取出工件,用清水漂洗干净后置于阴暗处自然干燥;⑷选择环氧树脂、有机硅或聚氨酯做粘合剂,均匀涂于处理完的待粘接表面并立即粘接,于24～30℃下静置24h后即可粘接牢靠。
上述两种方法不仅适合于PTFE材料自粘接,而且也适合于PTFE与不锈钢或其他材料之间互粘接。
在使用过程中须注意以下几点:处理液配制的量要适当,量的多少与工件的大小有关;用完的处理液可以再次使用,切不可随便丢弃以防污染环境;处理液不能接触皮肤,保存时要注意隔氧、防水,特别是钠萘溶液。
1.3 表面无须特殊处理的粘接方法对于不特别重要的PTFE工件的粘接多采用上海市有机氟研究所生产的FS-203A有机硅压敏粘合剂进行粘接。
FS-203A胶为水基型、单组分溶剂胶,耐水性好,耐高、低温,粘接力强,对PTFE与PT2 FE的粘接,其剪切强度可高达6～12kg/c m2,可用于各种不经表面处理的氟塑料自身粘接及与其他材料的粘接。
粘接工艺为[3]:⑴先将PTFE与被粘物粘接表面用丙酮或乙醇溶液擦洗干净,自然晾干;⑵将FS-203A在两粘接表面均匀刷涂2遍,每次晾10～15m in,以胶面不粘手为宜;⑶在胶液晾干后,于100～150℃的烘箱中烘15m in,取出趁热粘合装配,室温固化24h;⑷做高、低温试验(550℃、4h,-40℃、4h)及潮湿试验(湿度90%、48h)后,粘接处无脱落、松动现象为合格。
1.4 新型粘接方法上述三类粘接方法,比较典型和常规,但也比较保守,它们有一个共同的缺点:粘接时间长,过程复杂。
单从效率方面来考虑,它们显然不十分理想,因为在现代化生产中快节奏、高效率相当重要,一个工件的处理粘接时间至少要占用24h以上,而有可能这个工件在整个产品生产周期中所安排占用的时间只有仅仅几个小时,甚至几分钟。
那么,有没有更简便、更快速的粘接方法?下面介绍两种新型胶粘剂,它们能很好地解决这一问题。
它们的优势在于从工件处理到粘接再到使用总共时间不超过10m in,其剪切强度可高达9～16kg/c m2。
⑴SG-P-10粘接剂[3]该粘接剂由底涂处理剂P-10和瞬间强力胶SG-506组合的双组分、溶剂型胶粘接,适合于PT2 FE与PTFE工件材料的快速粘合。
粘接工艺:将被粘表面用丙酮或乙醇溶液擦洗干净,晾干;用底涂处理剂P-10分别刷涂被粘表面,晾干(3～5m in);用强力胶SG-506快速粘接,3～8s即可粘牢。
⑵T530粘接剂[3]该粘接剂为单组分、溶剂型胶粘剂,适合于PT2 FE与PTFE自粘接或PTFE与不锈钢互粘接。
粘接工艺:将被粘表面用丙酮或乙醇溶液擦洗干净,晾干,直接在被粘表面涂T530胶,接合、施压进行粘接,5～10m in即可粘牢。
2 常用焊接方法为了提高PTFE接合强度和满足生产工艺的需要,在某些场合下,焊接较粘接更为实用和重要。
PTFE工件常用的焊接方法有热压焊接法和热风焊接法两种,下面分别介绍。
2.1 热压焊接法该方法多用于几何形状规则的PTFE工件,选用铝合金做焊刀加热至380±5℃,施压1～2MPa进行热压焊接[4]。
施焊工艺如下:⑴将被粘表面用丙酮或乙醇溶液擦洗干净,晾干;⑵在两焊接面之间放一层可熔性聚四氟乙烯(PF A),起润湿剂作用;⑶用电加热至380℃±5℃的铝合金焊刀靠近或贴在焊接表面,使PTFE两焊接面呈熔融状态;⑷在两工件上施加1～2MPa压力,直至稳固、冷却。
2.2 热风焊接法该方法多用于几何形状复杂的PTFE工件,焊接强度稍低于热压焊接法。
根据对焊件的强度及工艺要求不同有搭接焊、对接焊和加强型对接焊之分。
一般用惰性气体作介质加热至420～480℃使PTFE 焊接面熔融,同时将焊条或焊接物熔焊在一起[4]。
施焊工艺如下:⑴焊接前将被粘表面用丙酮或乙醇溶液擦洗干净,晾干;⑵若采用对接焊或加强型对接焊需对工件焊・53・2005年第4期 董高峰・聚四氟乙烯工件常用粘接和焊接方法接面做坡口处理,一般采取“V ”型或“X ”型坡口;⑶选择牌号为Tefl on PF A 的可熔性聚四氟乙烯焊条,它具有可熔性及熔体流动性好的特点,能有效润湿PTFE 表面;⑷运条时焊条垂直于工件焊接面并与之接触,焊枪以45°角靠近焊件,与焊接面保持5～10mm 距离,运条速度60～80mm /m in,焊接风压0.098～0.294M Pa;⑸用惰性气体作介质加热至420～480℃,使PTFE 焊接面熔融,同时将焊条熔焊在一起,待冷却后对焊缝机械加工至所需程度。
3 结论随着现代工业的迅猛发展,材料防腐问题受到了世界各国的普遍关注。
在大量的防腐生产实践中,由于PTFE 具有的独特性能而被广大企业采用,它是目前工业防腐上应用最多、效果最佳的材料之一。
随着科研手段和生产工艺的进步,适合PTFE 材料粘接与焊接的新型粘接剂和粘接工艺以及焊接方法将不断出现,在粘接与焊接问题解决之后,PT 2FE 必将在防腐领域有更大的作为。
参考文献1 金国珍.工程塑料.北京:化学工业出版社,2001.443.2 涂湘缃.实用防腐蚀工程施工手册.北京:化学工业出版社,2000.118.3 周学良.精细化工手册(胶粘剂).北京:化学工业出版社,2002.403.4 孙立,李向欣,李风云.聚四氟乙烯制件常用粘接和焊接方法.中国氯碱,2004,(6):42.(上接第33页)6 结论由于国内近几年六氟化硫市场火爆,价格较高,且国内六氟化硫生产企业较少,六氟化硫产品供不应求。
所以,国内众多六氟化硫生产厂家近期都对其生产装置进行了扩建和新建,目前还有很多企业纷纷介入此行业,准备新上六氟化硫生产装置。
如2005年3月28日,在河南新乡新上一套六氟化硫装置,总投资8700万元,装置能力为1200t/a,分三期完成。
首期在2005年底完成,该项目的最终目标是投资1.5亿元,建成年产1800t/a 的装置。
这样势必会引起六氟化硫产量过多,打破供需平衡关系,增加六氟化硫市场竞争激烈程度,造成企业受损。
所以,近期想投资六氟化硫的企业要立足现状,关注市场动态,正确分析形势,冷静对待六氟化硫项目。
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