專利名稱：流管襯里的制作方法
將流管用ETFE氟聚合物加裝襯里，以抵抗管中所承載液體的腐蝕作用。在涂布該聚合物涂層之前，管的表面最好先用對(duì)ETFE氟聚合物具有比碳鋼或不銹鋼更高親和力的金屬涂布。
乙烯和四氟乙烯的共聚物(一種ETFE氟聚合物)是由杜邦公司生產(chǎn)的，以名為TEFZEL的商標(biāo)出售。該聚合物也由其它公司生產(chǎn)并以各種不同的商品名出售。該聚合物甚至在至少300°F的條件下仍具有高的耐化學(xué)腐蝕和耐機(jī)械磨損性能。這種對(duì)化學(xué)和機(jī)械碰撞的抗性使它成為需要保護(hù)金屬的各種應(yīng)用中的良好的襯里材料，以保護(hù)金屬免遭化學(xué)或機(jī)械損耗。
TEFZEL，即ETFE氟聚合物在室溫下對(duì)許多類型的金屬顯示出良好的結(jié)合強(qiáng)度，這些金屬包括304不銹鋼，耐蝕鎳基合金，碳鋼和其它金屬。這種結(jié)合表現(xiàn)出隨著溫度的升高和對(duì)水曝露的增多有逐漸減弱的趨勢。高溫和暴露于水二者共同作用可使這種ETFE氟聚合物與金屬的結(jié)合很快破裂。這一結(jié)合的減弱是由于水透過ETFE氟聚合物并侵襲ETFE和金屬壁之間的結(jié)合而引起的。
本發(fā)明提供了一種牢固地結(jié)合于金屬上的ETFE氟聚合物涂層，可用于很多類型的管中，包括流管。這些管子通常用碳鋼或不銹鋼制成。將這些聚合物直接涂布在這些管子上并不能提供一種令人滿意的對(duì)使用損耗具有足夠抵抗力的結(jié)合層。將基體管上涂布一薄的另一種金屬層，該金屬對(duì)由杜邦公司以商標(biāo)TEFZEL出售的和由其它公司生產(chǎn)和出售的ETFE氟聚合物具有強(qiáng)的結(jié)合性，即可在管中形成一種耐用、耐損傷、不會(huì)破裂的涂層。具體地說，用于涂布流管內(nèi)表面的方法包括在不銹管的內(nèi)表面上加上一薄層沉積的鋁，然后在管的內(nèi)表面上通過旋轉(zhuǎn)模制或用熔化的ETFE氟聚合物模制進(jìn)行涂布，從而在內(nèi)表面上形成一薄層，以抵御化學(xué)和機(jī)械損傷。
在本發(fā)明的一種方式中，由同一個(gè)電源供電的電容片和在某些情況下與屏蔽片一起作為電極，以適當(dāng)?shù)姆绞街斡贓TFE襯里中被用于磁性液流測量，并被連接于一個(gè)回路中提供管中液體流速的指示。
具有可保持ETFE氟聚合物處于固定位置的表面結(jié)合力是很重要的，在很大的溫度差別情況下更是如此。例如，ETFE的熱脹系數(shù)是大多數(shù)金屬的10倍，當(dāng)ETFE被加熱并被模制在固定位置而被冷卻至室溫后，金屬與ETFE氟聚合物的結(jié)合就會(huì)受到應(yīng)力，并且在用ETFE作襯里的流管被用于高溫環(huán)境而被冷卻時(shí)，特別是在有水存在時(shí)情況下也是這樣。因而需要防止襯里形成裂縫，以防止水滲過ETFE而在加熱時(shí)在襯里和管壁之間產(chǎn)生蒸汽壓力而使襯里破裂。通過涂布一個(gè)結(jié)合牢固的與ETFE氟聚合物具有親和性或與其緊密結(jié)合的金屬涂層，如鋁涂層，可使所說的結(jié)合層壽命延長，從而使該聚合物的固有性質(zhì)，如耐磨損和耐化學(xué)腐蝕的特性在流體測量器中得到發(fā)揮。
附圖簡要說明

圖1為一典型的具有本發(fā)明的內(nèi)襯里或涂層的流體測量管的側(cè)視圖。
圖2是圖1中沿2-2線的截面圖。
圖3是圖形標(biāo)示處于按照本發(fā)明的給流管加裝襯里過程第一個(gè)步驟中的流管的端視圖。
圖4是流管的端視圖，并圖示了給管子加裝ETFE氟聚合物襯里的最后過程。
圖中，用一外金屬管12構(gòu)建一個(gè)電容偶聯(lián)的磁流體測量管，標(biāo)示為10，所說的外金屬管最好為不銹鋼或一些其它實(shí)心的非磁性金屬制成的并且具有很強(qiáng)的抗腐蝕性，它可用適當(dāng)?shù)亩送咕?4被定位在流管上，該流管承載從室溫水到高溫高腐蝕性化學(xué)品的液體。該流體測量管是用適當(dāng)?shù)碾娙萜?6制成的，也可使用與電容片16加有相同電壓并以適當(dāng)方式絕緣于和支撐于金屬管12和電容片16的屏蔽片30。導(dǎo)線18用于電容片16與感應(yīng)電路的連接，以及與電容片具有相同電壓的屏蔽片與電壓源的連接，這是公知的。圍繞導(dǎo)線18的導(dǎo)管31被用于屏蔽片與電路33的連接。電容片16位于流管腔或流徑20的相互相反的兩邊，屏蔽片30被安裝或埋植于與管的內(nèi)表面22結(jié)合的絕緣材料襯里26中(圖3)。
本發(fā)明包括ETFE氟聚合物襯里26。這一襯里26，如圖所示，包埋或圍繞著電容片16和屏蔽片30。
為了使形成襯里層26的ETFE氟聚合物材料與金屬管12的內(nèi)表面22高強(qiáng)度長時(shí)間地結(jié)合，將不銹鋼管12的內(nèi)表面進(jìn)行處理，使其具有一個(gè)可與ETFE氟聚合物牢固結(jié)合的成為基體表面的薄膜或薄層28。如本文所述，該結(jié)合材料層是鋁薄層。
結(jié)合材料層28的施工，如圖3中的步驟40所示，是用已知的技術(shù)進(jìn)行的，例如用火焰噴涂(flame spraying)42加上一個(gè)很薄的薄層，以形成一個(gè)不銹鋼管12上的高可靠性的結(jié)合層。在管子的內(nèi)表面22上進(jìn)行鋁薄層施工的其它技術(shù)包括真空沉積，噴涂，蒸汽沉積，由44所示的爆破線涂布(explosive wire coating)等等。所選用的方法應(yīng)確保一個(gè)薄的、具有一個(gè)接受ETFE氟聚合物表面的、牢固結(jié)合的金屬層28的形成。爆破線涂布44是一公知的技術(shù)，并特別適用于這一應(yīng)用。該鋁結(jié)合材料層可被氧化，從而出現(xiàn)一個(gè)氧化鋁薄膜，然后進(jìn)行隨后的ETFE氟聚合物層26的結(jié)合。
電容片16和屏蔽片30被安裝于管內(nèi)，并且如圖4所示，ETFE氟聚合物在金屬管12的內(nèi)表面上被模制成薄層，以形成ETFE氟聚合物層26。旋轉(zhuǎn)模制(rotational molding)對(duì)于ETFE氟聚合物在金屬上或其它材料上形成結(jié)合層來說是公知的技術(shù)。可以使用可使ETFE被模制到管內(nèi)固定位置上的其它模制方法，如離心模制(spin molding)，或者ETFE可被模制成套筒并滑落至管中。作為一個(gè)任選步驟，管和材料可被加熱至足夠的溫度，以激活ETFE樹脂和鋁結(jié)合層之間的結(jié)合性能。為了結(jié)合至管上，ETFE必需被加熱至或非常接近于熔點(diǎn)，并將管子---它為優(yōu)良的熱導(dǎo)體---加熱至所需溫度。如果使用預(yù)先模制的ETFE管，內(nèi)部壓力將被加熱的材料推向鋁結(jié)合層。在這一過程之后，將管子象任一種其它流管那樣進(jìn)行處理并投入使用。
ETFE氟聚合物，如上文所述，與大多數(shù)金屬相比具有相當(dāng)大的熱脹系數(shù)，從而使ETFE氟聚合物與金屬的結(jié)合在從旋轉(zhuǎn)模制過程的溫度冷卻之后受到應(yīng)力，旋轉(zhuǎn)模制過程的溫度通常在580°F至590°F之間。冷卻至室溫對(duì)于這一結(jié)合層造成很大的應(yīng)力，易于將ETFE氟聚合物層從金屬管12的表面22上拉脫。但是，當(dāng)具有在薄結(jié)合材料層和ETFE氟聚合物之間的結(jié)合時(shí)，該結(jié)合層不被破壞。電容片16和屏蔽片30保持在原來位置，水或其它材料不能滲入聚合物襯里和金屬管12之間。
如果襯里26實(shí)際上已從金屬管12上脫落，校準(zhǔn)因素就會(huì)由于內(nèi)經(jīng)的變化而發(fā)生變化，這是不能接受的。這些變化使流體測量器的輸出不準(zhǔn)確。如果襯里26從金屬上分離，在旋轉(zhuǎn)模制過程中埋植于襯里26的電容片16和屏蔽片30將隨著襯里26而發(fā)生移動(dòng)，并不再嚴(yán)格地保持在原位。由于壓力的波動(dòng)引起的電極運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生信號(hào)噪音，這也引起測量不準(zhǔn)確。
電容片16和屏蔽片30可由不銹鋼、耐蝕鎳基合金或其它金屬制成，但為改善ETFE氟聚合物與這些片狀物之間的粘合，這些片狀物最好是由鋁涂敷的材料或鋁和鋁合金制成的。這將防止由于ETFE氟聚合物和這些片狀物之間結(jié)合的破裂而引起的信號(hào)噪音的產(chǎn)生。
也應(yīng)指出的是，結(jié)合金屬或結(jié)合材料薄層的沉積是通過已知技術(shù)進(jìn)行的，例如火焰噴涂、真空沉積、蒸汽沉積、噴涂和其它已知技術(shù)例如爆破線涂布，從而在金屬管的內(nèi)部并另外在電容和屏蔽片上形成一個(gè)牢固結(jié)合的金屬涂層，該金屬涂層本身可與ETFE氟聚合物緊密結(jié)合。
用作結(jié)合涂層的材料最好為鋁，它表現(xiàn)出對(duì)ETFE氟聚合物具有良好的結(jié)合性能。
聚合物層26的厚度通常在小型管(0.5-1英寸直徑)的約1/16英寸至大型管(20至36英寸直徑)的1/4英寸之間，并且不僅僅是一個(gè)非常薄的絕緣層，而且是一個(gè)被用作抵抗化學(xué)侵蝕和機(jī)械磨損的涂層。
可以使用純鋁管，但不是優(yōu)選的，因?yàn)槠淠突瘜W(xué)腐蝕性差，并且由于其低阻性引起的渦流與磁場發(fā)生干擾。可以使用其它形式的沉積鋁。本技術(shù)可用于具有與液體接觸的金屬電極的常規(guī)的磁流體測量器，閥門，有襯里的管子或承載各種液體的管子，有襯里的容器以及各種類型的流體測量器。粘合在結(jié)合材料層上的ETFE氟聚合物涂層可使管子或容器用廉價(jià)的、低化學(xué)抗蝕性的金屬來制作，所述的結(jié)合材料層結(jié)合在一支撐結(jié)構(gòu)上。
雖然本發(fā)明已通過優(yōu)選的實(shí)施方案進(jìn)行了描述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)看到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的條件下可以在形式上或細(xì)節(jié)上進(jìn)行改變。
權(quán)利要求
1.一種用于承載腐蝕性材料的封裝物，其包括一個(gè)金屬外殼，一個(gè)在其上涂布一薄的結(jié)合金屬涂層的外殼內(nèi)表面，從而提供一個(gè)結(jié)合層界面，和一個(gè)結(jié)合于暴露表面的ETFE氟聚合物內(nèi)襯里，從而提供一個(gè)金屬外殼的襯里。
2.按照權(quán)利要求1所述的封裝物，其中該結(jié)合金屬包括一個(gè)薄的鋁涂層。
3.按照權(quán)利要求1所述的封裝物，其中該結(jié)合金屬是沉積在該封裝物的內(nèi)表面上的。
4.按照權(quán)利要求1所述的封裝物，其中該外殼是用于承載流經(jīng)一管子的液體的管子并包括埋植于內(nèi)涂層中的電容片在需要的情況下的屏蔽片，所說的電容片位于外殼的徑向上相反的兩邊，并具有連接于一回路的終端來測量通過管子的流體。
5.按照權(quán)利要求4所述的封裝物，其中所說的ETFE氟聚合物材料所形成的襯里層的厚度為至少1/6英寸。
6.按照權(quán)利要求1所述的封裝物，其中所述的外殼是用于承載液流的流管，該流管具有一個(gè)形成結(jié)合金屬層的鋁層。
7.按照權(quán)利要求1所述的封裝物，其中所述的薄的結(jié)合材料層包括一個(gè)火焰噴涂的鋁層，該鋁層具有一個(gè)其上粘合ETFE氟聚合物的氧化的外表面。
8.一種用于承載腐蝕性液體的流管，包括一個(gè)金屬管，一個(gè)具有另一個(gè)結(jié)合金屬層的管內(nèi)表面，該結(jié)合金屬由鋁組成并涂布在所說的管內(nèi)表面上，和一個(gè)具有所需厚度的結(jié)合于暴露表面的ETFE氟聚合物內(nèi)襯里。
9.按照權(quán)利要求8所述的流管，其中，所述結(jié)合金屬是沉積在管內(nèi)表面上的。
10.按照權(quán)利要求8所述的流管，其中，該流管包括一對(duì)埋植于并結(jié)合于內(nèi)襯里的電容片。
11.按照權(quán)利要求10所述的流管，其中，該流管包括一對(duì)位于電容片和金屬管內(nèi)表面之間的屏蔽片，并且一電壓源連接于該屏蔽片上，以保持屏蔽片具有基本上與電容片相同的電壓。
12.按照權(quán)利要求11所述的流管，其中，所說的電容片和屏蔽片是由鋁制成的。
13.按照權(quán)利要求11所述的流管，其中，所說的電容片和屏蔽片是由金屬制成的并涂有鋁。
14.一種制作具有聚合物襯里的管子的方法，包括以下步驟選擇具有適當(dāng)尺寸和一個(gè)內(nèi)表面的管子；在管子的內(nèi)表面上涂布一結(jié)合金屬層；和在結(jié)合金屬上形成一個(gè)所需厚度的聚合物材料層。
15.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中，所說的聚合物材料包括一種ETFE氟聚合物，它在結(jié)合金屬被涂布在管子的內(nèi)表面之后被旋轉(zhuǎn)模制在管子的內(nèi)表面上。
16.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中，所說的聚合物材料包括一種ETFE氟聚合物，并且其中所說的形成步驟包括在管子中沉積一個(gè)ETFE聚合物層，且加熱處理管子、結(jié)合金屬和沉積的ETFE氟聚合物層，其溫度足以使ETFE氟聚合物層與結(jié)合金屬結(jié)合。
17.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中，涂布結(jié)合金屬層的步驟包括形成一個(gè)鋁層。
18.按照權(quán)利要求14所述的方法，其中，在管子的內(nèi)表面涂布結(jié)合金屬層的步驟包括涂布一個(gè)鋁層，并且在該結(jié)合金屬層上形成聚合物材料層之前允許該鋁層的外表面進(jìn)行氧化。
19.按照權(quán)利要求17所述的方法，其中，該涂布步驟包括在管子的內(nèi)表面上火焰噴涂鋁層的步驟。
20.按照權(quán)利要求17所述的方法，其中，該涂布步驟包括在管子的內(nèi)表面上進(jìn)行爆破線沉積鋁層的步驟。
全文摘要
一種流管(10)具有一個(gè)金屬外管(12)并用ETFE氟聚合物加裝了襯里(26),該襯里即使在高溫下也可耐化學(xué)腐蝕和機(jī)械損傷。將金屬管(12)的內(nèi)表面(22)用結(jié)合金屬(28)涂布,該結(jié)合金屬(28)可牢固地結(jié)合在外金屬管(12)上并也與ETFE氟聚合物形成強(qiáng)的結(jié)合。在涂布結(jié)合金屬(28)之后,模制一個(gè)一定厚度的ETFE氟聚合物層,以形成一個(gè)流管(10)的內(nèi)襯里。
文檔編號(hào)G01F1/64GK1244917SQ96197173
公開日2000年2月16日 申請(qǐng)日期1996年9月26日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月29日
發(fā)明者洛厄爾·A·克萊文, 布拉德·L·萊斯邁斯特 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司