塑料阀门技术工艺发展分析

第一节 塑料阀门基本生产技术、工艺或流程

在塑料阀门产品的国际标准中，首先是对生产阀门所用原料进行要求，其原料的生产厂家必须具有符合塑料管道产品标准的蠕变破坏曲线[1]；同时对塑料阀门的密封试验、阀体试验、整体阀门的长期性能试验、疲劳强度试验和操作扭矩等都进行了规定，给出了用于工业输送流体的塑料阀门的设计使用寿命为25年的要求。

1、原料要求

阀体、阀帽和阀盖的材料应选用符合ISO15493:2003《工业用塑料管道系统—ABS、PVC-U和PVC-C—管材和管件系统规范—第一部分：公制系列》和ISO15494:2003《工业用塑料管道系统—PB、PE和PP—管材和管件系统规范—第一部分：公制系列》的规定。

2、设计要求

a）如果阀门仅有一个承压方向，应在阀体外部用箭头标注，对称设计的阀门应适合于流体双向流动和隔离。

b）密封部件由阀杆带动进行阀门的启闭动作，应在终点或中间任一位置靠摩擦力或执行装置进行定位，流体压力不能将其位置变动。

c）根据EN736-3，阀门内腔最小通孔应符合以下两点：

对于阀门上介质流通的任一孔径，都不应小于阀门DN值的90％；

对于在结构上需要缩小介质流通孔径的阀门，制造者应说明其实际最小通孔。

d）阀杆与阀体之间的密封应符合EN736-3。

e)在阀门耐磨性能方面，阀门的设计应考虑磨损部件的使用寿命，或者生产商应在操作指导书中注明更换整个阀门的建议。

f）所有阀门操作装置所适用的流速应达到3m/s。

g）从阀门的上方看，阀门的手柄或手轮应为顺时针方向关闭阀门。

3、制造要求

a)购进原料的性能应与原料生产厂家的说明书相符，并符合产品标准要求。

b)阀体上应标注出所用原料代号、通径DN、公称压力PN。

c）阀体应标注出生产者厂名或商标。

d）阀体应标注出生产日期或代号。

e）阀体应标注出生产者不同生产地点的代号。

4、短期性能要求

短期性能在产品标准中是属于出厂检验项目，主要是做阀座的密封试验与阀体的密封试验，用于检查塑料阀门的密封性能，要求塑料阀门即不能有内泄漏（阀座泄漏）现象，也不能有外泄漏（阀体泄漏）现象。

阀座的密封试验是验证阀门隔离管道系统的性能；阀体的密封实验是验证阀门阀杆密封处和阀门各连接端密封处的泄漏情况。

试验方法：按照ISO1167《流体输送用热塑性塑料管材耐内压试验方法》的规定进行。做阀座的密封实验时阀门应处于全关状态；做阀体的密封试验时应使阀门处于全开位置或半开位置（例如球阀），半开时应能使流体进入阀杆密封位置。对于单向密封的阀门，只做一个方向的阀座密封试验；而双向密封的阀门，则两个方向的阀座密封试验都需要做。试验时要求排净阀门试样中的空气，逐渐升高试验压力，30s内达到规定的压力。

应注意，试验过程中试验装置不能对阀门产生额外的应力。如果以空气作为试验介质时，必须采取针对压缩气体的安全措施。

5、长期性能要求

5.1阀体试验和整体阀门长期性能试验在产品标准中属于型式检验项目，阀体试验用于验证阀体的强度，整体阀门长期性能试验用于验证塑料阀门设计的整体可靠性。

试验方法：按照ISO1167《流体输送用热塑性塑料管材耐内压试验方法》的规定进行。阀体试验和整体阀门长期性能试验时要求排净阀门试样中的空气，逐渐升高试验压力，30s内达到规定压力，试验过程中试验装置不能对阀门产生额外的应力。

5.2阀体试验和整体阀门长期性能试验是将阀体和阀门按ISO12092《无增塑聚氯乙烯（PVC-U）、氯化聚氯乙烯（PVC-C）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯（ASA）管材、管件和阀门系统—耐内压—试验方法》的要求装配后，进行试验。

5.3在阀体试验和整体阀门长期性能试验测试过程中，试样没有出现泄漏或破裂现象，则判定试验合格。试样在试验结束前出现泄漏或破裂现象，则判定试验不合格。如果在连接处出现问题，则判定试验无效，需要重新取试样测试。

6、系统应用的要求

6.1疲劳强度试验

阀门应在下列状态进行开与关的疲劳强度试验：

a)试验介质为水，在阀门输入端压力为公称压力PN和温度为（20±3）℃的条件下；

b)把阀门全开，使水的流速达到（1±0.2）m/s；

c)把阀门关闭，输出端压力为大气压；

d)接着把阀门全开，使水的流速达到（1±0.2）m/s；

e)循环不少于5000次。

试验方法应符合标准规定,疲劳强度试验后所有功能部分应保持完好，还能满足短期性能的密封试验要求。

6.2扭矩试验

手动阀门应在公称压力和室温条件下，按标准规定状态调节后进行操作扭矩试验，并给出阀门全开或全关的最大允许操作扭矩数值。此项数值受部件的加工精度与装配的影响波动较大。

6.3操作允许作用力的要求

塑料阀门的手柄或圆手轮的全开与全关的作用力，不能超过下表给出的F值。

注：L手柄或手轮操作力臂长度，单位（mm）；

F操作力，单位牛顿（N）；

FS最大操作力，单位牛顿（N）。

6.4连接尺寸

a)端面-端面尺寸

法兰连接系统用阀门的端面-端面尺寸应从下列标准中选取：

—PN设计的法兰参见EN558-1；

—Class设计的法兰参见EN558-2。

其他类型的连接端头，应由生产商确定端面-端面尺寸。

b)阀门连接端尺寸

法兰连接阀门的连接尺寸应符合以下标准：

—PN设计的法兰参见EN1092-1；

—Class设计的法兰参见prEN1759-1:1997。

阀门连接端的螺纹尺寸应符合ISO7-1或ISO228-1。

6.5塑料阀门与管路系统连接的方式有

对焊连接：阀门连接部位的外径与管材的外径相等，阀门连接部位端面与管材的端面相对进行焊接；

插口粘结连接：阀门连接部位为插口形式，与管件进行粘结连接；

电熔承口连接：阀门连接部位为内径敷设电热丝的承口形式，与管材进行电熔连接；

承口热熔连接：阀门连接部位为承口形式，与管材进行热熔承插连接；

承口粘结连接：阀门连接部位为承口形式，与管材进行粘结承插连接；

承口橡胶密封圈连接：阀门连接部位为内镶橡胶密封圈的承口形式，与管材进行承插连接；

法兰连接：阀门连接部位为法兰形式，与管材上的法兰进行连接；

螺纹连接：阀门连接部位为螺纹形式，与管材或管件上的螺纹进行连接；

活接连接：阀门连接部位为活接形式，与管材或管件进行连接。

一个阀门上可以同时具有不同的连接方式。

7、使用压力与温度的关系

随着使用温度的提高，塑料阀门的使用寿命要缩短。要想保持相同的使用寿命，就需要降低使用压力。下表给出了阀体材料的温度等级系数fr。

使用寿命25年的等级系数fr

注：这些等级系数fr与管材、管件其他相关的折减系数不一致。

a：此等级系数应由制造者给出。

8、公称压力PN的计算：

PN=бs/S

式中бs—设计应力，单位MPa

S—与阀门连接管材的管系列

PN—公称压力，单位MPa。

第二节 塑料阀门新技术研发、应用情况

塑料的使用温度是有限的，通常在70℃左右，适应压力大多在0.6Mpa左右。

单纯用塑料制作的阀门是难以胜任在较高温度、较高压力工况下工作的，必须另辟蹊径。人们在不断试验和实践中，利用塑料的可塑性加工原理，用钢铁作外壳，将塑料衬于壳体内，以隔绝钢铁金属与强腐蚀性介质的直接接触，这既解决了塑料的强度低，而不能承受较高压力的问题，又解决了钢铁材料不耐腐蚀的问题。衬氟阀门、衬里阀门将适用压力由0.6Mpa提高到PN1.6Mpa，扩大了使用范围。

衬氟阀门、衬里阀门的设计,生产工艺与衬氟阀门、衬里阀门基本相同（见《阀门》2007-01）。除了模压成型和注塑成型生产阀门之外，滚塑成型工艺对于某些大口径阀门生产是一种既实用又经济的好方法。

滚塑加工工艺最早起始于上个世纪40年代的欧、美等发达国家，是继塑料加工、挤出、吹塑、注塑、拉伸等工艺后新出现的塑料加工工艺。它的特点：一是大型的制品，二是形状怪异、产品无内应力。滚塑工艺逐渐被人们所接受，并在欧、美等国兴起、发展，我国最早引进滚塑工艺是上个世纪七十年代末、八十年代初。最早的工艺是从小孩的搪塑玩具开始，基本是一些工艺比较简单、设备比较简陋、产品比较小且单一的小作坊。随着我国的改革开放，给滚塑的发展带来了勃勃生机，尤其90年代以后，我国的滚塑行业发展加快，制品种类越来越多，应用领域越来越广。滚塑技术作为一种新工艺，应用于阀门生产还是近几年的事，最开始用于大型化工管道和工业弯头，以及储罐。上海耐腐阀门集团公司已将此工艺用于大口径的蝶阀、球阀和截止阀的生产，在全国处于领先地位。

塑料衬氟阀门、衬里阀门在生产工艺较氟塑料衬氟阀门、衬里阀门容易些，适用范围宽广些，大部分氟塑料不能采用滚塑工艺制造阀门和储罐。然而大部分塑料都能采用滚塑工艺衬里，滚塑工艺特别适合于大口径阀门的衬里，不需要笨重的衬里模具和大型加热炉设备，可直接在滚塑机内进行滚塑加工。这样，不仅减少了设备费和模具费，降低了生产成本，为衬氟阀门、衬里阀门的生产开辟了节能降耗的新途径。

衬氟阀门、衬里阀门的制造在我国方兴未艾，随着新型塑料品种的不断出现，塑料阀门的生产工艺不断改进和完善，衬氟阀门、衬里阀门的品种规格不断增加和品质的不断提高，在这个塑料世界的年代里，衬氟阀门、衬里阀门的应用前景无比广阔。

由于衬氟阀门、衬里阀门优异的耐腐蚀性、不沾性、保温性、电绝缘性和生产成本低、安装简便等特点。将在我国石化工业，给排水工业中担当重要角色。

第三节 塑料阀门国外技术发展现状

随着国外班代化大工业的迅速发展，阀门工业的生产发展也很迅速。人约在50年代以前，不少国家就形成了独立的阀门专业及其行业体系，有了阀门行业组织或阀门专业学术组织。例如：两欧、美国、英国等就有阀门行业协会；日本有阀门工业会和阀门研究会；动欧和前苏联有阀门。的设计研究院所。这些阀门行业和专业组织，都是为了提高生产技术和对外竞争的需要而组建起来的。

20多年来，随着国外大型成套技术的发展，出现了一系列新型成套设备与单机。与阀门有关的新型成套设备发展的特点是大型化、高参数化、高性能自动化和成套化。

成套设备自动化水平，国外石油化工企业主要生产过程已经实现直接数字控制，有的还实现了计算机分级控制。合成氨乙烯、尿素、合成纤维、合成橡胶和合成塑料等化工企业普遍实现巡回检测、报警、有的实现闭环控制和局部最佳化控制。20万kW以上大型发电机组普遍向计算机控制发展。核电站普遍用计算机控制。长输管线系统不少国家用计算机控制，并装有微波通讯系统，总控制室只有2-3个值班人员。可以通过电视监视全线工作情况。

以上这些成套设备的控制方式也都要求阀门与之相适应。所以，近20年来，国外阀门的控制方式也有很大发展。除一般手动、机动、电动、气动、液动传动之外，电液连动、气液连、自动控制的阀门品种不断增多，并有进一步发展的趋势。

随着各类成套设备、工艺流程和性能的改善，国外阀门的系列品种还在不断增加，近年来出现了不少新品种阀门。如：紧急切断阀、快速开关阀、防火阀、防静电阀、减温减压阀、蝶型止回阀、泄压阀、真空夹套阀、水冷或气冷阀、安全闸阀、安全截止阀等多种新式阀门，其中通用阀门中球阀、蝶阀和平板闸阀是20年来发展最快的阀门品种。

第四节 塑料阀门技术开发热点、难点分析

随着现代石油化工工业的快速发展，带动了衬里阀门的发展，早先年出现的衬橡胶、搪瓷阀门已不能满足日新月异的工业需要。人们在不断的寻求最经济、最合理的方法来解决这些工业需要，因此出现了各种材料的衬里阀门，其中衬氟塑料阀门是衬里阀门中的一朵奇葩。在近二十年的生产使用中，不断发展，已成为现代石油化工业中应用最广泛的阀门品种之一。作者在多年衬氟塑料阀门的研发中，以及在走访用户的回馈信息中，有一点粗浅体会和认识，期望能引起同行探讨，达到促进衬氟塑料阀门产品的不断发展进步和完善，最大限度满足各工业部门需要。

衬氟塑料阀门历史很短，真正大规模生产还是近十年的事，所以还没有统一的专门的行业产品标准，一般生产企业都参照钢制阀门标准来设计制造。在生产实践中不断摸索、总结，制订企业标准，并按照企业标准来指导衬氟塑料阀门的设计、制造和试验。众所周知，氟塑料是性能优越的热塑性材料，最开始用于宇航工业，典型的聚四氟乙烯(PTFE)材料，具有优良的耐热性和耐寒性，可长期在-195℃～200℃范围内使用。低摩擦性和自润滑性非常好，还具有优良的电绝缘性和优异的化学稳定性，可耐各种强酸、强碱和强氧化剂的腐蚀，甚至可耐“王水”，有“塑料王”之称。由于氟塑料具有这些优异特性，所以特别适合做耐腐蚀性强的阀门材料。

因为氟塑料的抗拉强度和硬度相对较低，不适宜单独做阀门壳体材料，所以通常作为衬里材料采用。衬氟塑料阀门的外壳材料，一般有灰铸铁、球墨铸铁、碳素钢、不锈钢。灰铸铁由于机械强度低，容易碎裂，现在使用较少。

衬氟塑料阀门的设计压力，一般公称压力为PN≤2.5Mpa(150Lb),使用温度根据壳体材料和氟塑料的适用温度来确定。一般碳钢衬氟塑料阀门的工作温度为-29℃～180℃。

各类衬氟塑料阀门的公称通径，可根据本企业的生产条件而定，所列衬氟塑料阀门的公称通径可作参照。

各类衬氟塑料阀门的技术条件可参照相应金属阀门的技术条件或设计规范。如：

a.衬氟塑料闸阀的技术要求参照采用GB/T12234的规定。

b.衬氟塑料截止阀和升降式止回阀的技术要求参照采用GB/T12235的规定。

c.衬氟塑料止回阀的技术要求参照采用GB/T12236的规定。

d.衬氟塑料球阀的技术要求参照采用GB/T12237的规定。

e.衬氟塑料蝶阀的技术要求参照采用GB/T12238的规定。

f.衬氟塑料隔膜阀的技术要求参照采用GB/T12239的规定。

g.衬氟塑料旋塞阀的技术要求参照采用GB/T12240的规定。

由于衬氟塑料阀门有其自身的特点和要求。固此还必须满足下列技术要求：阀门壳体的最小壁厚按照GB/T12224标准中的规定，其压力等级按1.6Mpa、2.5Mpa选取，但此壁厚不包括衬里层厚度，衬里层厚度推荐采用表2的尺寸。也可按用户要求确定。

1、法兰连接衬氟塑料阀门的结构长度按GB/T12221的规定，对夹连接衬氟塑料阀门的结构长度按GB/T15188.2的规定。也可按用户的要求确定其结构长度。

2、衬氟塑料阀门的法兰连接尺寸按GB/T9113.1的规定或行业标准的规定。也可由用户在订货合同中确定。但不得采用焊接连接方式。

3、衬氟塑料阀门通道尺寸可按推荐的尺寸，还可根据用户要求确定。对于阀门的可扫线性，可按用户要求给予满足。

4、衬氟塑料阀门的手轮或板手上使用脱开力矩或轴力所需要的最大的力应不超过360N。板手应不长于两倍的阀门结构长度。

5、如果买方有要求，阀门应提供锁定机构。锁定机构应设计为在开启或关闭位置锁定阀门。

6、配有手动或动力驱动装置的阀门应提供一个可见的位置指示器以指示关闭件的开启和关闭位置。对于旋塞阀和球阀，其板手或位置指示器，当阀门在开启的位置，应与管道在一直线上，当阀门在关闭位置，应横置于管道上。

7、操作装置和阀杆加长装配应提供一种防止由阀杆或阀盖密封泄漏引起的在机构中压力聚集的方法。外部的连接应于以密封，例如用垫片或O型圈，以防止外介杂质进入机构。

8、驱动装置可采用电动、液动、或气动方式；装置与阀盖或阀杆加长装置的连接面应设计成能防止零件的错误或不当的装配；传动装置的输出应不超过阀门的驱动链的最大载荷能力。

9、阀杆应设计有防喷出机构，以防止在阀杆填料或保护圈卸去后在内压下阀杆喷出。

10、衬氟塑料阀门的内部设计：

a.常规阀门的设计，只需考虑阀门铸件的铸造工艺性和结构的合理就行了，对于衬氟塑料阀门来说，这还不够，还要考虑衬氟塑料的模压工艺性、生产成本、流道畅通等问题。

例如截止阀，其S型的阀门壳体流道设计，在铸造工艺性上没有什么问题，如果是衬氟塑料截止阀设计成这样的结构，衬氟塑料模压工艺将无法实现。为了满足衬氟塑料模压的工艺性要求、又符合截止阀的一般性能参数规范。此衬氟塑料截止阀应设计成（a,b）的样式。

又如球阀的球体与阀杆，蝶阀的蝶板与阀杆，常规阀门的设计是分开的，如图3（a，b）,如果衬氟塑料球阀和蝶阀采用这样的连接方式，衬氟工艺性没有什么问题但使用效果上有问题。受力部位在反复交变受力过程中，容易损坏衬里层，导致衬里层破坏，钢质骨架会受到腐蚀性介质的腐蚀而失效。从而缩短阀门使用寿命。所以，在设计中，通常设计成连体形，实践证明，这样的设计使用效果良好。

b.衬氟塑料阀门的内部设计形状应尽量简洁、要充分考虑模具制造的简易，模压工艺的合理，制造成本的低廉，并保证介质流动顺畅，要求衬里面平整，所有转角处呈圆弧过渡，圆弧半径R≥2mm。

c.衬氟塑料阀门的壳体内件如采用焊接方式，其焊缝应设计成连续焊，并且为对接焊缝。焊缝应符合GB/T150的规定。

d.法兰面的衬氟塑料应设计成衬满密封面，并且有扣紧基体的设计结构，防止脱壳。

e.衬里层厚度不得小于2mm。因为氟塑料是高分子材料，具有吸收少量与其接触的气体的特性。随着温度升高，材料体积膨胀，分子之间空隙增大，渗透吸收就加剧，只有适当增加厚度才能减少渗透。因此，在衬里层设计时采用增加厚度来弥补这一缺陷，经过试验、研究确定δ≥2mm较为合适。

f.衬里层的表面应当光滑平整，无气孔、裂纹、夹杂等缺陷。法兰的翻边处及其他转角处应色泽均匀，无泛白现象。

11、衬里材料必须符合相关材料标准的规定,其密度宜选用≥2.16g/cm3的氟塑料，且不允许有杂质存在。目前常用的氟塑料有：FEP(F46)、PFA、PTFE(F4)、F2等。当然，还有塑料PO、PE等。随着新型塑料工程材料的不断出现，将给衬里阀门增添更多的品种。

12、用于食品、医药、卫生级阀门衬里材料，还要求无毒、无菌、无杂质、清洁卫生的材料，严禁使用再生、回收材料，无牌号的材料。

13、全部的流程润湿零件，金属的、非金属的，和润滑脂，应适合由买方规定的使用介质和工况。

14、衬氟塑料阀门的连接螺栓应选用适合于阀门的工况和压力额定值的螺栓。

当然，还有很多设计和工艺方法能满足衬里阀门的特殊要求，如最近发展起来的滚塑工艺、喷塑工艺，还有热喷涂陶瓷、纳米复合材料等新工艺、新技术、新材料在阀门衬里上的应用，并取得非常好的效果。这有待于同行的摸索、创新、总结、提高。

第五节 塑料阀门未来技术发展趋势

1、以人为本，树立人性化的产品设计理念

阀门作为一种量大面广，广泛应用于工业、农业、国防并与人们日常工作生活密切相关的机械产品，也不能总是囿于传统的设计理念和设计方法，而应当开拓新的思路，注入新的理念。产品设计不再停留在简单第一阶段，而是从人机工程的角度，从更加安全、可靠、节能、环保、清洁生产、操作舒适便捷、易于拆装维修等诸多方面去钻研思考，赋予阀门这一传统产品以全新的概念和形象，形成自己的特色。

2、关注材料科学进展，将新材料新技术新工艺及时应用到阀门产品上

随着技术的进步，工业生产中高温、高压、深冷、高真空、强腐蚀、放射性、剧毒、易燃易爆等高参数复杂工况日益增多，从而对阀门使用的安全性、功能的可靠性以及使用寿命等方面提出了更高更严格的要求，所以开发适应于高参数工况的各类阀门，自然就成为阀门制造业、工程设计部门和用户共同关心的问题，而解决问题的主要技术障碍，经常是材质上的。材料科学被认为是新世纪最具发展前景的学科之一，近年出现了许多新型高性能材料，同时出现许多成型和表面处理的新工艺和新技术装备。密切关注材料工程研发的信息、动向和成果，及时把它们应用到阀门产品上来，是开发高性能高参数阀门的一条重要的技术途径。

3、将信息技术、人工智能技术融入阀门实现一体化，是技术创新的新途径

当前的时代，信息技术飞速发展，信息化智能化正不断改变着工农业生产和人们社会生活的面貌。阀门作为控制管道中流体运动的终端执行机构，假如能够将现代的计算技术、传感技术、网络及遥控技术以及智能技术植入阀门产品中去，将会赋予阀门以全新的概念，从而产生完全不同于原有产品的全新的结构和工作机理，实现阀门产品真正的升级换代。

免责申明：本文仅为中经纵横市场研究观点，不代表其他任何投资依据或执行标准等相关行为。如有其他问题，敬请来电垂询：4008099707。特此说明。