閥門是一種重要的管道控製組件
，主要功能是調節管道內流體的啟閉、流量、流動方向、壓力和溫度等。近年來，隨著航空航天
、石油化工
、冶金、核he能neng等deng領ling域yu的de發fa展zhan
，一yi些xie新xin工gong藝yi流liu程cheng和he使shi用yong條tiao件jian的de出chu現xian，對dui閥fa門men的de性xing能neng要yao求qiu越yue來lai越yue高gao，促cu使shi人ren們men逐zhu步bu開kai展zhan研yan究jiu和he生sheng產chan具ju有you高gao性xing能neng參can數shu的de閥fa門men。例li如ru
，在zai運yun輸shu一yi些xie特te殊shu的de介jie質zhi如ru強qiang酸suan
、qiangjianheyouduyouhaidehuaxuewuzhishi

，yaoqiufamenjuyoujiaoqiangdenaifushixingneng，yijinenggounaigaodiwendengeliedegongzuotiaojian。youyufamencailiaoyibancaiyongjinshu，bujubeizugoudenaifushixing，rongyishoudaorongyefushi，zhishifamenfashengguzhang。famenzuoweizhenggezhuangzhihexitongdeguanjianbufen
，yidanshixiaohuojiezhixielukenenghuidaozhijudushifang
、爆炸等災難性事件的發生，將造成重大經濟損失以及人員傷亡。

為了減輕介質對閥門的腐蝕
，一般對閥門零件進行襯裏、塗tu層ceng或huo表biao麵mian改gai性xing等deng保bao護hu措cuo施shi。其qi中zhong襯chen裏li技ji術shu是shi在zai閥fa門men內nei部bu的de工gong作zuo表biao麵mian附fu上shang一yi層ceng其qi他ta耐nai腐fu蝕shi材cai料liao，通tong過guo將jiang金jin屬shu與yu介jie質zhi隔ge離li的de方fang式shi避bi免mian金jin屬shu受shou到dao腐fu蝕shi，以yi提ti高gao產chan品pin的de綜zong合he性xing能neng，擴kuo大da閥fa門men適shi用yong範fan圍wei。氟fu塑su料liao是shi一yi種zhong具ju有you極ji強qiang耐nai腐fu蝕shi性xing的de材cai料liao，但dan由you於yu氟fu塑su料liao硬ying度du、強度和剛性等力學性能遠不如金屬材料，所以不能作為閥門主體的結構材料
，一般僅用作襯裏材料。此外，氟塑料還存在熱塑性差、表麵硬度低、膨脹係數大等缺點，這些缺點一定程度上限製了襯氟閥門的發展。目前，國內外學者致力於通過研發新型襯氟材料、氟塑料改性和提高襯裏製備工藝性等方式改善氟塑料的綜合性能。襯氟閥門氟塑料的選擇和襯氟工藝直接影響到氟塑料襯裏閥門的成本、使用條件、使用壽命和安全性等。因此，對閥門襯氟材料及其改性技術、襯氟工藝等進行深入研究是襯氟閥門發展和應用的關鍵。

氟塑料是指分子結構中將部分或全部的氫元素用氟元素代替的一種高分子鏈烷烴聚合物的總稱，它最早在1983年合成於美國杜邦公司。氟塑料種類繁多
，其中在襯裏材料中應用最為廣泛有聚四氟乙烯(PT．FE)

、聚全氟乙丙烯(FEP)和聚三氟氯乙烯(PCT—FE)等。

.

1）聚四氟乙烯

聚四氟乙烯(PTFE)是由四氟乙烯聚合而成

，其分子鏈如下：

在PTFE分子鏈外層的F原子把C—C主鏈包圍起來起到保護作用

，而且C—F鍵是最牢固的鍵之一
，使得PTFE的主鏈結構非常穩定。PTFE擁有金屬材料無法比擬的耐腐蝕性
、自潤滑性能
、耐高低溫性能(長期使用溫度在-180～250℃之間)、良好的不黏性和對水、油和大多數有機溶劑的非浸潤性等，廣泛應用於航空航天、石油、化工
、炊具
、家電、塗料和紡織等領域。但是，PTFE在熔融狀態下流動性較差，即使加熱到其分解溫度也不能流動，加工成型比較困難，所以PTFE很難采用注塑成型和吹塑成型等一般熱塑性塑料的加工工藝，隻能采用擠壓、噴塗、黏結、焊接及纏繞等成型技術，限製了PTFE的使用範圍。此外

，PTFE的膨脹係數較大，在溫度較高的條件下PTFE分子間的結合力逐漸減弱，滲透吸收會增強，影響其性能。由於PTFE膨脹係數與閥門金屬材料的膨脹係數之間相差較大，容易發生形變和開裂。

2）聚全氟乙丙烯

聚全氟乙丙烯(FEP)是通過四氟乙烯和六氟丙烯共聚而成，工業簡稱F46。它擁有與PTFE相似的分子結構，所以FEP和PTFE一樣也具有良好的化學穩定性、熱穩定性和突出的不黏性等優點。但FEP分子鏈中一部分F原子被三氟甲基代替，所以FEP材料的柔順性增加，熔點和熔融黏度降低，加工成型性能明顯提高。FEP屬於熱塑性塑料
，能夠采用壓塑
、注塑、模壓等成型工藝
，大大擴展了其應用範圍。由於FEP冷卻速度快、收縮率大

、尺寸穩定性差等缺點不能應用於一些精密場合，因此如何降低FEP的收縮率和增大其穩定性是聚全氟乙丙烯材料研究的熱點。

3）聚三氟氯乙烯

聚三氟氯乙烯(PCTFE)是由單體三氟氯乙烯聚合而成。PCTFE的結構中的氟原子使PCTFE具有優異的化學惰性
，而氯原子使其具有良好的加工性能。PCTFE還具有高結晶度，良好的冷流性
、較小的膨脹係數和耐磨性。PCTFE需要在較高溫度的條件下才能獲得一定的加工流動性，但PCTFE在高溫下容易分解，熔融溫度與分解溫度非常接近，導致其在加工過程中容易出現分解的現象。此外，PCTFE的製品脆性大，容易產生裂紋，這限製了PCTFE應用範圍。

聚四氟乙烯、聚四氟乙丙烯和聚三氟氯乙烯性能對比詳情見下表：

youyufusuliaozishensuocunzaidequexian
，muqianguowaineixuezhezhiliyucaiyonggaixingdefangshigaijinfusuliaoxingneng，yikuodafusuliaodeyingyongfanwei。fusuliaogaixingzhuyaoshijiangfusuliaoyuqitacailiaofuhegaibianqijingtijiegouhuotongguowulihuaxuefangfagaibianfusuliaohuaxuefenzidejiegou
，qizhonggaixingdezhuyaofangfayou：表麵改性、填充改性、共混改性等。

1）表麵改性

表麵改性主要通過化學或物理方法用一些極性基團代替氟塑料表麵的氟原子，改善材料的表麵性能。表麵改性方法一般包括輻射接枝法、化學處理法、激光處理法
、高溫熔融法
、電解還原法和等離子體處理法等。通過表麵改性可以有效提高氟塑料的耐磨性
、超疏水性和耐輻射性等，有效擴大氟塑料的應用範圍。采用飛秒激光燒灼PTFE表麵，通過電子顯微鏡觀察發現明FE表麵呈現更加致密的膨化結構，並且沒有改變表麵晶體的結構和表麵的光學性能，使PTFE具有超疏水性和更好的自潔性。采用等離子體浸入離子注入技術將銅和碳離子通過過濾後的陰極電弧注入PTFE材料中

，使PTFE的結構發生變化，有效改善了PTFE表麵的耐磨損性能。將PTFE在氬氣內加熱至340℃
，然後通過60 Co-γ 射線或電子束照射下交聯
，結果表明，PTFE的機械性能衰弱，結晶度增加，分子結構呈現類似聚四氟乙烯的平麵鋸齒結構，有效地提高了PTFE的耐輻射性能和耐磨性
，從而使PTFE能在核反應堆等強射線場中使用。

2）填充改性

填(tian)充(chong)改(gai)性(xing)是(shi)氟(fu)塑(su)料(liao)最(zui)簡(jian)單(dan)有(you)效(xiao)的(de)改(gai)性(xing)方(fang)法(fa)，通(tong)過(guo)在(zai)氟(fu)塑(su)料(liao)基(ji)體(ti)中(zhong)添(tian)加(jia)填(tian)充(chong)劑(ji)
，改(gai)變(bian)氟(fu)塑(su)料(liao)的(de)晶(jing)體(ti)結(jie)構(gou)，從(cong)而(er)改(gai)善(shan)和(he)克(ke)服(fu)氟(fu)塑(su)料(liao)原(yuan)有(you)的(de)缺(que)陷(xian)。氟(fu)塑(su)料(liao)常(chang)用(yong)的(de)填(tian)充(chong)劑(ji)包(bao)含(han)金(jin)屬(shu)及(ji)金(jin)屬(shu)氧(yang)化(hua)物(wu)、無機材料和有機材料。填充改性後材料性能與填充劑的種類
、含量和填充工藝等有關。通過填充改性可以有效提高材料的硬度、熱穩定性
、拉伸強度和耐磨性，同時減小材料的膨脹係數和收縮率。將Mg2SiO4。填充到門FE中，使製備的複合材料的孔隙率和吸濕性降低，硬度和熱導率提高。采用80 nm和44 nm的Al2O3
，納米顆粒作為PTFE填充劑，研究了所製備的PTFE複合材料的磨損率和摩擦因數。結果表明，大顆粒AL2O3能更有效地減少PTFE的磨損，但同時也導致了摩擦因數的增加
，1％的填充量可以使PTFE的耐磨性提高600倍。采用SiO2和TiO2為填充劑，通過濕法工藝製備了SiO2-TiO2／PTFE複合材料，當Si02的體積分數在0％～40％(TiO2:26％～34％)時，複合材料的膨脹係數隨著SiO2含量增加逐漸減小。以石蠟為改性劑，先對CaCO3，進行表麵處理

，再通過冷壓燒結成型製備出CaCO3/PTFE複合材料，所製備的複合材料的斷裂伸長率隨CaCO3含量的增加而減小，拉伸強度比未改性時有所提高。以碳纖維、玻璃纖維和矽灰石三種材料作為PTFE填充材料，發現玻璃纖維、碳纖維和矽石灰能增加複合材料的摩擦因數，降低材料的磨損。當玻璃纖維和碳纖維的填充量在30％時或矽灰石含量在40％時
，材料的性能良好。采用BaSO4作為填充劑對FEP進行改性
，研究了BaSO4的顆粒大小和質量分數等對FEP的性能影響。發現當BaSO4添加量為10％
、粒徑為5μm時
，複合材料表麵性能最優，材料拉伸強度最大、收縮率最為穩定。將稀土複合穩定劑作為填充劑，改用熔融混煉的加工方法製備PCTFE材料，發現稀土複合穩定劑的加入能夠有效提高PCTFE材料的動態熱穩定性
，同時斷後伸長率、拉伸強度和加工流動性也有所改善。

3）共混改性

共混改性是將氟材料與另一種或多種聚合物混合煉製成宏觀上均勻分布的複合材料。共混改性後的材料性能主要取決於共混材料的性能、含量和共混工藝。通過共混改性可以提高氟塑料的熱穩定性和流動性。通過將聚苯硫醚(PPS)和PTFE共混煉製複合材料，所製備的複合材料的流動有所改善
，但拉伸強度有所降低，當PPS質量分數在10％之內
，PPS／FEP複合材料拉伸強度變化不大
，流動性大大提升，有助於製備高流動性的FEP複合材料。通過研究了聚四氟乙烯與全氟烷基乙烯基醚共聚而成的可熔性聚四氟乙烯(PFA)的性能
，結果表明，PFA熔體為非牛頓流體，非牛頓流體指數在0.154~0.187之間，隨著溫度的升高指數有所增大。通過研究發現PTFE與聚苯硫醚(PPS)共混而成的複合材料相比純PTFE或PPS具有更好的阻垢性能。

2閥門襯氟工藝對閥門性能的影響

閥(fa)門(men)襯(chen)氟(fu)是(shi)采(cai)用(yong)不(bu)同(tong)的(de)技(ji)術(shu)將(jiang)氟(fu)塑(su)料(liao)均(jun)勻(yun)覆(fu)蓋(gai)在(zai)閥(fa)門(men)內(nei)部(bu)。目(mu)前(qian)，襯(chen)氟(fu)工(gong)藝(yi)主(zhu)要(yao)有(you)模(mo)壓(ya)成(cheng)型(xing)和(he)注(zhu)塑(su)成(cheng)型(xing)。由(you)於(yu)氟(fu)材(cai)料(liao)的(de)特(te)性(xing)不(bu)同(tong)，加(jia)工(gong)的(de)方(fang)式(shi)也(ye)有(you)所(suo)差(cha)異(yi)。

模mo壓ya成cheng型xing工gong藝yi的de成cheng型xing壓ya力li高gao於yu其qi他ta工gong藝yi，屬shu於yu高gao壓ya成cheng型xing。模mo壓ya成cheng型xing質zhi量liang取qu決jue於yu氟fu塑su料liao性xing能neng和he模mo具ju設she計ji。氟fu塑su料liao的de物wu理li化hua學xue性xing能neng直zhi接jie影ying響xiang到dao襯chen裏li的de強qiang度du和he耐nai腐fu蝕shi性xing。襯chen裏li層ceng的de表biao麵mian質zhi量liang與yu模mo具ju設she計ji和he加jia工gong條tiao件jian有you直zhi接jie關guan係xi。模mo壓ya工gong藝yi具ju有you生sheng產chan效xiao率lv高gao、表麵質量好

、生產成本較低
、容易實現機械化和自動化等優點。采用模壓法製備聚醚醚酮／聚四氟乙烯(PEEK／PTFE)的軸承，發現軸承的摩擦因數明顯下降，軸承壽命
、硬度和拉伸強度都有所增加。通過控製模壓溫度來改善FFFE的性能，發現適中的熱壓溫度和時間、減慢降溫速率、增加保溫時間都有利於提高結晶度和耐磨性。但是在模壓過程中，由於PTFE流動性差的問題，導致成品尺寸精度差
、質量穩定性差
，且難以滿足複雜形狀的要求。此外
，該工藝隻能滿足一次成型要求，無法適應製品的二次加工。

注塑成型是閥門襯氟技術的最新方法，適合中小口徑的批量生產
，用於生產壁厚均勻、型xing腔qiang和he外wai觀guan複fu雜za的de襯chen裏li結jie構gou。注zhu塑su成cheng型xing過guo程cheng是shi通tong過guo將jiang氟fu塑su料liao在zai注zhu塑su機ji內nei加jia熱re至zhi熔rong融rong狀zhuang態tai，而er後hou通tong過guo擠ji注zhu將jiang熔rong體ti推tui擠ji到dao閉bi合he模mo具ju的de模mo腔qiang內nei，緩huan慢man充chong滿man整zheng個ge型xing腔qiang。注zhu塑su成cheng型xing可ke在zai高gao生sheng產chan率lv下xia生sheng產chan出chu高gao精jing度du
、高質量的製品。注塑成型生成的襯裏均勻而且可控製厚度的大小。而且隨著氟suliaozhongleidebuduankuoda，zhusuchengxingshifamenchenfujishuzhongzuijuhuolideyizhongchengxingdejishu。danshi，shengchanbihoudezhipinshi
，zhushechengxingnanyibimianhuichanshengbiaomiandesuohenheneibusuokong，zhipindechicunjingdujiaodi。

近年來
，注射成型技術迅猛發展
，注塑成型新技術不斷出現
，主要包括：氣輔注射成型技術

、多組分注塑成型技術、微注射成型技術等。這些新技術具有有效地減少了表麵縮痕氣泡、縮短成型時間
、減(jian)少(shao)缺(que)陷(xian)和(he)變(bian)形(xing)，提(ti)高(gao)產(chan)品(pin)精(jing)度(du)等(deng)優(you)點(dian)。將(jiang)微(wei)孔(kong)發(fa)泡(pao)注(zhu)射(she)成(cheng)型(xing)與(yu)傳(chuan)統(tong)注(zhu)射(she)成(cheng)型(xing)技(ji)術(shu)進(jin)行(xing)對(dui)比(bi)，發(fa)現(xian)微(wei)孔(kong)發(fa)泡(pao)成(cheng)型(xing)技(ji)術(shu)明(ming)顯(xian)減(jian)少(shao)了(le)製(zhi)品(pin)的(de)殘(can)餘(yu)應(ying)力(li)、成型壓力和翹曲形變。

3閥門襯氟技術發展趨勢

目前國內襯氟閥門大多選用PTFE和FEP作為襯裏材料。由於FTFE和FEP材料性能特性的限製導致襯氟閥門襯裏工藝較為複雜、襯裏結合強度較弱和襯氟閥門耐負壓性差等問題，所以提高氟塑料的流動性、力學性能和表麵性能是今後襯氟閥門技術研究的關鍵。今後的研究重點可以概括為以下三個方麵：

1）開發新型襯氟材料

新型襯氟材料要兼顧耐腐蝕性、耐磨性

、耐老化和良好的耐衝蝕性能等要求

，同時又具有良好的流動成型性
，滿足襯氟閥門襯裏材料力學性能、物理化學性能和工藝性能要求。

2）發展襯氟材料複合改性工藝

由於采用單一填充材料改善氟塑料性能有一定的限製，可以使用2種或2種以上的填充材料複合填充，通過填料與填料、填料與基體之間的協同作用
，從而使襯氟材料獲得更好的綜合性能。

3)開展填料與基體界麵結合優化研究

填料與基體的界麵結合強度直接反映了襯氟材料的質量，通過深入開展填料與基體的界麵結合機理研究，通過填料種類

、尺度和形態的設計與優化，從而改善填料與基體的連接界麵，提高襯氟材料性能。

4)開展新型襯氟工藝技術研究

通過研究新的襯氟工藝
，提高襯氟材料的成型性
，減少製備工藝流程，降低製備成本。