NO824006L

NO824006L - Fremgangsmaate ved sammenfoeyning av plast, spesielt med en smelteviskositet over 10.3 poise.

Info

Publication number: NO824006L
Application number: NO82824006A
Authority: NO
Inventors: Zdenek Zapletal; Alena Konecna; Milan Peterka; Jan Zapletal
Original assignee: Sigma
Priority date: 1981-12-01
Filing date: 1982-11-30
Publication date: 1983-06-02
Also published as: ES517804A0; EP0080729A1; CS225323B1; CA1199461A; FI824133A7; FI824133L; FI824133A0; BR8206978A; JPS58155920A; ES8401106A1; AU9097482A

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder fremgangsmåte for sammenføyning av plast, spesielt med smelteviskositeter over 10 3 poise, f.eks. pressede profiler på basis av polytetrafluorethylen som forseglingsringer i kuleventiler med store innerdiametere for bruk ved høyt trykk, i et bredt temperatur-område og for anvendelse i kjemisk og mekanisk aktive omgivelser .

Kuleventiler representerer for tiden en av de mest frem-gangsrike typer av avstengningsarmaturer med et bredt anvend-elsesområde fra næringsmiddelindustrien til kjemisk og petro-kjemisk industri og energiproduksjon omfattende både varme-

og kjerne-energi. Kvaliteten og den tekniske standard hos kuleventiler bestemmes ved hjelp av noen teknisk-økonomiske parametere, spesielt ved funksjonspålitelighet, minimumslekkasje i stengt stilling og lang holdbarhetstid for ventilen. Verdien til disse og andre parametere står i direkte forhold til

nivået ved konstruksjonen og fremstillingsmetoden for deres hovedforsegling, dvs. deres forseglingsringer nedsenket i seteringer i kuleventilene.

Forseglingsringene har hittil vært fremstilt eksempelvis ved pressing av plast. For de mest kritiske formål ér de eksempelvis laget av enten rent eller fylt polytetrafluorethylen, fulgt av sintring og endelig maskinbehandling. Ulempene ved denne fremgangsmåte ligger.1 det faktum at det

for presseformål trenges spesialpresser for bruk i plast-støping, hvilke presser er- konstruert slik at deres arbeids-parametere oppviser både nødvendig pressekraft såvel som den nødvendige slaghastighet for arbeidsstemplet. Dessuten er det nødvendig å fremstille en serie av støpeformer, hvilket er arbeidskrevende og kostbart, da det for hver størrelse av forseglingsringen må konstrueres en separat presseform. Dette resulterer, spesielt for kuleventiler med maksimal størrelse, f.eks. med innerdiameter på 1000 mm og mere, i behovet for unike anordninger for fremstilling av forseglingsringer,

hvilke anordninger, med avstengningsarmaturer over en viss størrelsesgrense, ikke er inkludert i katalogbeholdningene til spesialiserte pressefabrikanter.

Ytterligere ulemper beror på arbeidskrevende maskinbearbeiding, høy vrakprosent, nedsatte mekaniske egenskaper inkludert motstand mot slitasje som oppstår ved separate presse- og sintre-metoder ,<når det sammenlignes med ekstru-sjonsprosessen. En løsning.er videre kjent hvor forseglingsringen fremstilles fra ekstruderte, profilerte mellomprodukter som er innført i sporet til en setering,' idet dens ender legges over hverandre, ulempen^med denne<->løsning er at den ikke er egnet for høye trykk og temperaturer på grunn av plastens høye varmedilatasjon.

Det er også kjent en fremgangsmåte for sveising av profilerte termoplaster, som først oppvarmes på passende måte, og de oppvarmede endene så presses mot hverandre i en passende utformet sveiseform og så får avkjøles. Denne fremgangsmåte kan ikke brukes for deler av polytetrafluorethylen på grunn av dets vesensforskjellige egenskaper sammenlignet med termoplaster. Teknologiske fremgangsmåter for behandling av poly-tetraf luorethylen er således eksempelvis tatt fra området som gjelder praktisk pulvermetallurgi. Ved sveising skiller poly-tetraf luorethylen seg fra vanlige termoplaster eksempelvis ved

14

høy smelteviskositet (10 poise), materialet er ganske likt keramikk, mens termoplaster under samme betingelser har vesent-lig lavere viskositet (10 2 poise). Dessuten oppviser tetrafluorethylen høye størrelsesvariasjoner ved overføring.til en gellignende tilstand i forhold til termoplaster.

De ovennevnte ulemper og feil elimineres i det vesent-lige ved oppfinnelsen som består i en fremgangsmåte for sammen-føyning av plaster spesielt med smelteviskositeter over 10 3 poise, eksempelvis ekstruderte profiler på basis av poly-tetraf luorethylen, for forseglingsringer i kuleventiler med store innerdiametere for høye trykk, brede temperaturområder og anvendelse i kjemisk og mekanisk aktive omgivelser, idet gjenstanden for oppfinnelsen er at endeoverflåtene som skal forbindes, først presses mot hverandre, foreningen oppvarmes til en temperatur på 200 til 400°C, hvilken temperatur får påvirke sammenføyningen samtidig med et tre-aksetrykk på minst 0,1 MPa i et tidsintervall på minst 10 minutter, hvorpå sammenføyningen avkjøles til under temperaturen 150°C og det

aktive trykk avbrytes.

Et annet formål med oppfinnelsen er at den ekstruderte profil avkjøles sammenrullet til en ringform.

Enda et formål med oppfinnelsen er at overflatene til de ender som skal sammenføyes/før de sammenføyes behandles med et loddrett kutt.

Et formål med oppfinnelsen er også at overflatene til de endene som skal sammenføyes, behandles med et skrått kutt før sammenføyningen.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er at overflatene til de endene som skal sammenføyes, formes til en låsform før sammenføyningen.

Enda et formål med oppfinnelsen er at en folie av ikke-sintret polytetrafluorethylen innføres mellom overflatene til de ender som skal sammenføyes, før. oppvarming av skjøten.

Et formål med oppfinnelsen er også.at en folie av smeltbar fluorpolymer innføres mellom overflatene til de ender som skal sammenføyes, før skjøten oppvarmes.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er at en folie av smeltbar fluor-copolyraer innføres mellom overflatene til de ender som skal sammenføyes, før oppvarming av skjøten.

Et annet formål med oppfinnelsen er at det anbringes et belegg bestående av en dispersjon av.:ikke-sintret polytetrafluorethylen mellom overflatene av de ender som skal sammen-føyes, før oppvarming av skjøten.

Enda et formål med oppfinnelsen er at det anbringes et belegg laget av en dispersjon av smeltbar fluorpolymer mellom overflatene til de ender som skal sammenføyes, før oppvarming av skjøten.

Et formål med oppfinnelsen ér også at det anbringes et belegg laget av en dispersjon av smeltbar fluor-copolymer mellom overflatene til de ender som skal sammenføyes, før oppvarmingen.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er at det anbringes et pulver av ikke-sintret polytetrafluorethylen mellom overflatene til de ender som skal sammenføyes, før oppvarmingen av skjøten.

Et annet formål med oppfinnelsen er at det mellom over flatene til de ender som skal sammenføyes/anbringes et pulver av smeltbar fluorpolymer før oppvarming av skjøten.

Enda et formål med oppfinnelsen er at det mellom overflatene til de ender som skal sammenføyes/anbringes et pulver av smeltbar fluor-copolymer før oppvarming av skjøten.

Den bedrede effekt ifølge foreliggende oppfinnelse viser seg ved den høyproduktive fremstilling av forseglingsringer beregnet på høye forseglingstrykk og et bredt arbeidstempera-turområde uten behov for å bruke unike og dyre maskiner og verktøy, med betydelig innsparing av dyrt, importert, irrever-sibelt materiale for forseglingsringer. Det er ikke nødvendig å ha et spesielt presseverktøy.for enkelte diametere av for-seglinger, og de nøyaktige diametere dg tverrsnitt kan oppnås uten maskinbearbeiding. En forsegling av en hvilken som helst diameter kan således fremstilles ved bruk av bare en anordning, uten tap. De mekaniske egenskaper for ekstruderte mellomprodukter og deres motstand mot slipende slitasje, noe som er spesielt viktig innenfor arbeidsbetingelsene for kule-stengeveritiler, er bedre enn for pressede og fritt sintrede mellomprodukter. Fremstillingen av ekstruderte mellomprodukter krever mindre energi enn fremstilling av mellomprodukter ved pressing fulgt av sintring i kammerovner.

Foreliggende oppfinnelse er skjematisk illustrert ved hjelp av den medfølgende tegning. Figur 1 viser en forseglingsring fremstilt ifølge oppfinnelsen sett forfra. På figur 2 vises et tverrsnitt av forseglingsringen i figur 1 sett i planet A-A. Figur 3 viser en detalj B av skjøten i forseglingsringen fra figur 1. På figurene 4 til 7 er det vist alternative utførelsesformer av skjøtene i forseglingsringen.

Forseglingsringen har et i hovedsak rektangulært tverrsnitt, tre rektangulære overflater 1 med hvilke ringen.er nedsenket i et spor (ikke vist) i en setering, mens den fjerde profilerte overflate 2 danner den egne forseglingsoverflate

som er i kontakt med en sfærisk forseglingsoverflate (ikke vist) i avstengningselementet i armaturen. Forseglingsringen fremstilles ved å sammenrulle et profilert, stavlignende mellomprodukt, hvis ender er bundet sammen enten direkte eller ved hjelp av et mellomskikt 3, enten ved klebe- eller varme-

smeltefremgangsmåter. Overflatene 4 til de ender av mellomproduktet som skal forbindes, er behandlet enten ved et rett kutt som vist i figurene 1 og 2, eller ved et skrått kutt med en fritt valgt helningsvinkel på kuttet som vist på figurene 4 og 5 eller ved å forme de overflater som skal forbindes til en låsform som vist på figurene 6 og 7.

Det stavlignende mellomprodukt er fremstilt slik at et rent eller fylt polytetrafluorethylen som oppviser tilstrekke-lig partikkelfluiditet, ved cyklisk oppfylling av arbeidshulrommet i ekstrusjonsmaskinen og påfølgende pressing og ekstrusjon gjennom arbeidshulrommet som,er oppvarmet til sint-ringstemperatur, bringes til en fluid tilstand og ekstruderes i form av en uendelig, profilert stang med ønsket tverrsnitt. Det ekstruderte mellomprodukt avkjøles enten i rettlinjet tilstand eller i en forhåndstildannet tilstand, f.eks. opprullet på en trommel som i omkretsen er forsynt med spor av tilsvarende profil. Fra det avkjølte mellomprodukt avdeles den lengde som kreves for fremstilling av forseglingsringen og de ender som skal forenes, behandles slik at de overflater 4 som skal forenes, tilsvarer hverandre. Formen på overflatene 4 som skal forbindes, kan fremstilles direkte ved et kutt som resulterer i minimalt avfall. Dette følges av avfetting og rensing av begge ender, som så forbindes med hverandre, f.eks.- ved klebing. Klebeprosessen kan utføres slik at de ender som skal forbindes, først etses litt i en alkalisk kompleksforbindelse, så skylles med vann, tørkes og belegges enten med et fenolisk, epoxy-, gummi- eller annet klebemiddel, hvoretter de overflater 4 som skal forbindes, presses mot hverandre og skjøten får herde under enten normal eller forhøyet temperatur avhengig av det klebemiddel som brukes; eller endene til mellomproduktet kan forbindes med en varmebehandling som er lik sveising, enten med eller uten fyllmateriale. Når den nevnte fremgangsmåte brukes, presses først de overflater som skal forbindes, mot hverandre, skjøten oppvarmes så til en temperatur som er over smeltetemperaturen i det krystallinske område for polytetrafluorethylen, dvs. innenfor området 327 til 400°C, og denne temperatur vedlikeholdes i den tid som er nødvendig for å sintre polytetrafluorethylenpartiklene, hvilket tidsintervall er 10 til 60 minutter, idet skjøten samtidig er under påvirk-ning av et tre-aksialt trykk som varierer mellom 0,1 og 10 MPa. For å hindre skjøten fra vridning får det ovennevnte trykk etter avslutning av smelteprosessen påvirke skjøten inntil temperaturen faller under 100 til 150°C. Skjøten fri-gjøres så, og etter avkjøling til normal temperatur er forseglingsringen klar til bruk. Ved å forbinde spesielt fylt poly-tetraf luorethylen uten additivmateriale på ovenstående måte, ! er det bare mulig å oppnå en skjøt med lav styrke. Det er der-for fordelaktig å bruke et additivmateriale, f.eks. ikke-sintret polytetrafluorethylen, som innføres mellom de overflater som skal forbindes før sveisingen i form av en folie, dispersjon eller pulver. Skjøtens styrke økes betydelig. Ytterligere økning av skjøtens styrke kan oppnås ved hjelp av en fremgangsmåte som ligner slaglodding, og som utføres lik den tidligere fremgangsmåte med den unntagelse at det innføres en smeltbar fluorpolymer i form av en folie, dispersjon eller pulver mellom overflatene 4 som skal forbindes, f.eks. en polymer med lav molekylvekt, eller perfluorpropylvinylether eller f luor-?copolymer, f.eks. tetrafluorethylen med hexa-fluorpropylen. Disse materialer danner en smelte med lavere viskositet enn polytetrafluorethylenet, hvilket resulterer i bedre fluiditet, og de forbinder seg betydelig bedre med overflaten av polytetrafluorethylen og med overflaten til et fyllmateriale enn polytetrafluorethylen. I denne forbindingsmetode kan det anvendes lavere temperaturer enn i det forrige tilfelle, men med henblikk på det faktum at lavere temperatur krever lengre oppholdstider ved forbindingstemperaturen, er det fordelaktig å bruke høyere temperaturer for å forkorte prosessen og øke produktiviteten. Det anvendbare temperatur-område er mellom 200 og 400° avhengig av typen av fyllmateriale som brukes, med det resultat at innenfor temperaturområdet over 327°C starter smelting av hovedmaterialet og slaglodd-metoden går over i en prosess som er lik sveising. I dette tilfelle er en kombinert metode omtalt. Klebemidlet, folien, dispersjonen eller pulveret som brukes, danner et mellomliggende f orbindingss.jikt 3 i den ferdige forseglingsring som det allerede er nevnt. Tykkelsen på dette sjikt avhenger av mengden, formen og typen materiale dette mellomsjikt består av, og ligger innenfor området mellom 0,01 og 1,00 mm, idet den optimale verdi er 0,1 mm. I klebeforbindelsen oppnås vanligvis 10 til 25% av styrken til det ekstruderte mellomprodukt, ved sveiseforbindelsen uten fyllmateriale: er den 20 til 40% av styrken til det ekstruderte mellomprodukt, og ved sveiseforbindelsen med fyllmateriale er den 30 til 50%

av styrken til det ekstruderte materiale, mens det ved slag-loddet forbindelse oppnås 50 til 80% av styrken til det ekstruderte materiale. Under aggressive .tilstander avtar styrken av den klebede skjøt betraktelig på grunn'av dårlig kjemisk resistens hos de klebemidler som brukes, noe som resulterer i betydelig begrensning i muligheten til å anvende denne type forbindelser ved forseglingsringer laget av polytetrafluorethylen.

Forseglingsringer som er sammenbundet ifølge oppfinnelsen, kan brukes hvor som helst hvor det brukes lukkede for-seglingselementer,. men brukes spesielt .ved avstengningsarmaturer som eksempelvis for de ovennevnte kuleventiler, klaffer og ventiler. De kan også brukes i andre tilfeller, f.eks. for forsegling av løsbare skjøter i røropplegg. I alle slike tilfeller anbefales det å orientere forbindelsesområdet for forseglingsringen under dens sammenføyning i slike still-inger at det blir minimum av mekanisk påkjenning. For kuleventiler er dette område eksempelvis i et plan som er bestemt av gjennorastrømningsaksen for ventilen og av rotasjonen av kulen og i dens nærhet med en avvikelse på opp til 30°.

Claims

1. Fremgangsmåte for sammenbinding av plast som spesielt har smelteviskositeter over 10 3poise, eksempelvis ekstruderte profiler på basis av polytetrafluorethylen, for forseglingsringer i kuleventiler med store innerdiametere for høye trykk, brede temperaturområder og i kjemisk og mekanisk aktive omgivelser, karakterisert ved at overflatene til de ender som skal forbindes, først presses mot hverandre, skjøten oppvarmes så til en temperatur mellom 200 og 400°C, hvilken temperatur får påvirke skjøten sammen med et tre-aksetrykk på minst 0,1 MPa i et tidsintervall på minst 10 minutter, hvorpå skjøten avkjøles til en temperatur under 150°C og det aktive trykket avbrytes.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den ekstruderte profil avkjøles i form av en sammenrullet ring.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at overflatene til de ender som skal sammenbindes, før sammenbindingen avkuttes loddrett.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at overflatene til de ender som skal sammenbindes, før sammenbindingen avkuttes på skrå.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at overflatene tii de ender som skal sammenbindes, før sammenbindingen gis en låsform.

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at det før oppvarmingen inn-føres en folie av ikke-sintret polytetrafluorethylen mellom overflatene til de ender som skal sammenbindes. ' '

7. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at det før oppvarmingen innføres en folie av smeltbar fluorpolymer mellom overflatene' til de ender som skal sammenbindes.

8. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at det før oppvarmingen av skjøten innføres en folie av smeltbar fluor-copolymer mellom overflatene til de ender som skal sammenbindes.

9. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at det før oppvarming av skjøten plasseres et belegg bestående av en dispersjon av ikke-sintret polytetrafluorethylen mellom overflatene til de ender som skal sammenbindes.

10. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 tii 5, karakterisert ved at det før oppvarming av skjøten plasseres et belegg laget av en dispersjon av smeltbar fluorpolymer mellom overflatene til de ender som skal sammenbindes.

11. Fremgangsmåte ifølge et av kravene T til 5, karakterisert ved at det før oppvarming plasseres et belegg laget av en dispersjon av smeltbar fluor-copolymer mellom overflatene til de ender som skal sammenbindes .

12. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at det før oppvarming av skjøten anbringes et pulver av ikke-sintret polytetrafluorethylen mellom overflatene til de ender som skal sammenbindes.

13. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at det før oppvarming av skjøten anbringes et pulver av smeltbar fluorpolymer mellom overflatene til de ender som skal sammenbindes.

14. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at det før oppvarming av skjøten anbringes et pulver av smeltbar fluor-copolymer mellom overflatene til de ender som skal sammenbindes.