復合材料技術已經(jīng)從最初用于汽車、航空和一級方程式領域拓展到更廣泛工業(yè)的市場，在工業(yè)閥門領域我們同樣可以看到這種應用的拓展。作為數(shù)十年來工業(yè)閥門領域最重大的進展之一，泰科流體控制最近發(fā)布了采用復合材料閥體和閥板-閥桿組件的系列工業(yè)用閥。泰科特種用途閥門產(chǎn)品經(jīng)理Rene van der Gaag介紹了復合材料在閥門領域的開發(fā)應用所帶來的效益。

      隨著聚合物技術的發(fā)展，一系列熱固性和熱塑性復合材料不斷開發(fā)出來，它們具備良好的機械性能、化學性能和物理性能，因而可以做成多種替代組件廣泛用于工業(yè)應用中。復合材料的采用給組件的設計、性能、成本和可持續(xù)性帶來了很大的影響，而這些方面也隨之推動了流體控制閥門技術的發(fā)展。

      例如，泰科Keystone Composeal®系列蝶閥采用了復合材料閥體和閥板-閥桿組件。這些材料對工藝介質(zhì)能夠表現(xiàn)出良好的耐化學性能，并且具備優(yōu)異的外部耐腐蝕性能，而且重量有所減輕，同時，與采用傳統(tǒng)材料的產(chǎn)品相比，價格也更具競爭力。此類產(chǎn)品非常適用于食品、釀造、工業(yè)水處理（包括高溫海水、去離子水和鹽水）以及集裝箱等眾多應用領域。

閥座和閥桿設計滿足快速安裝和優(yōu)化檢修過程的需要

      泰科流體控制與其合作伙伴研究出由兩種熱塑性塑料形成的復合材料作為閥門材料基質(zhì)的技術，這種材料具備優(yōu)異的設計靈活性（如提高閥桿和閥板的設計）。因而，Composeal系列設計成了一體化的閥板-閥桿，最大程度地消除了閥板和閥桿之間的滯后反應。這使得閥門能夠更好的適應調(diào)節(jié)和開/關作業(yè)，確保閥桿保持干燥狀態(tài)，避免了閥桿和閥板之間的間隙腐蝕。

      通過采用創(chuàng)新設計與現(xiàn)有壓模制造的結合，一體化的閥板-閥桿擁有了較薄的外形，從而帶來了高Kv/Cv值。無金屬部件與介質(zhì)相接觸的情況，盡管已采用干軸式設計，但閥桿仍標純采用1.4057型不銹鋼做成，以確保其適應于腐蝕性環(huán)境。閥板自身具備平滑曲線，無螺紋，防止了污物的累積。

      另外，雙D形的閥桿設計，即使是在管道內(nèi)安裝閥門，也能對閥板的定位進行清晰的目視檢查，4個定位孔與PN 6/10/16 和 ANSI 150兼容，可確保管道法蘭之間進行完美的軸心定位。

      同時，擁有專利的閥體分叉設計使閥門的密封性能具備更明顯的優(yōu)勢。密封本身特別有效的原因在于它擁有兩個獨立的密封區(qū)域，而且閥座固定在閥體間，因而，閥門可用于真空條件。真空通常由很高的線速度產(chǎn)生（例如，在加料站、卸料站或壓載箱）。閥板的阻礙作用形成較高的線速度，并因此導致閥門壓力有可能降至大氣壓力以下。得益于CompoSeal專利的閥座保持設計，這種閥門可以應對高達12 m/sec的線速度。

      閥門的密封通過球形的閥板與閥座直徑之間的正過盈配合達成。閥座的厚度根據(jù)保持與正過盈之間的最優(yōu)平衡確定。閥桿的密封基于兩種密封機制：a)通過盤轂和閥座突出部之間的過盈配合；b)閥桿的直徑大于桿孔直徑而產(chǎn)生二次軸密封。

新材料帶來新思路

      復合材料由于其自身具備的靈活性因而可以達成各種不同的設計。在CompoSeal®系列閥門產(chǎn)品中，可以通過去除不必要的材料，在閥體部分形成空心部件段。通過不再將分叉處布置在（金屬彈性閥座蝶閥常見的）3點鐘和9點鐘方向，而布置成與管路部分正交的方向而使設計得以優(yōu)化。

      雖然當前市場上的一些塑料閥的設計已經(jīng)設置了空心部分，然而這些部分處于閥體外層，會導致污物存積。通過將閥體分叉部分沿正交方向布置可避免這種情況。CompoSeal®系列閥門的設計，采用了兩個以卡扣方式結合的完全相同的閥體部分以及創(chuàng)新的閥體連接方式和閥座保持設計，已獲得專利權。

      當然，這一系列的閥門的設計是納入現(xiàn)有的法規(guī)監(jiān)管框架中，并符合適合的工業(yè)設計標準和規(guī)范的，如ISO, EN, API, PED和EnEV。而且，考慮到市場定位，通過毒性要求和產(chǎn)品要求的認證以符合常用的水務標準，這一點特別重要。

      為獲得最佳性能組合，CompoSeal閥體的成分與閥板的材料略有不同，并且較大閥體（DN 200及以上）的材料組成又會出現(xiàn)變化以優(yōu)化屈服強度和延伸率之間的平衡。

      另一個主要優(yōu)勢在于，因為復合材料具備的機械性能，完全可以按照工業(yè)閥門厚度標準EN 558-1 series 20設計閥門。這就使得CompoSeal系列閥門可以替代標準鋼制和鐵質(zhì)的閥門。多數(shù)塑料閥門是基于非標準厚度尺寸做成，因為這種材料強度相對差一些，需要更多的空間使其適用于10 bar的工況。

一種可持續(xù)選擇

      復合材料在工程設計領域更廣泛的使用，非常符合當前工業(yè)組織提出的可持續(xù)發(fā)展政策。它可以減少對于金屬原材料的依賴，而且，復合材料具備的強度、輕質(zhì)和低熱導性等性能特征極大地節(jié)約了用于制造、運輸和應用上的能源消耗。

      最近幾年，和其它一些行業(yè)一樣，傳統(tǒng)閥門結構的原材料（鐵、不銹鋼和合金）價格飆升，同時，勞動力成本也不斷上漲，因而非關鍵的制造工藝逐漸開始重新定位。如今，復合材料在尖端技術方面獲得應用，這意味著它們的性能已被更好的了解，并且工程公司對它們的性能充滿信心，準備更廣泛的使用這些復合材料。歐洲正在迅速成長為這個領域的技術中心。

      從一個特殊的例子（角行程工業(yè)蝶閥）可以看出，復合物改良的機械性能和化學及物理性能確保了它們具備堪比甚至超越金屬閥座的卓越性能，此外，重量也能得以減輕并且耐腐蝕性能也更好。

      實際上，從拉伸強度、延伸率和彈性模量等重要特性的試驗結果來看，復合材料（在加固以前）用于閥門結構所表現(xiàn)出來的性能更接近于傳統(tǒng)的閥門材料，而不是時常被誤以為的常規(guī)的塑料。

輕質(zhì)、耐腐蝕和熱絕緣性能

      選用復合材料之類的輕質(zhì)材料將會受益良多。在閥門的應用方面，當進行典型的工藝安裝時，我們可以通過減少結構管線支撐的數(shù)量來實現(xiàn)減重，特別是連接至塑料罐體或管道時，這也使得閥門可以適用于塑料管線。此外還可以獲得更多益處，包括從生產(chǎn)工廠到安裝地點之間的運輸過程中燃料消耗成本的降低，以及安裝成本的降低。 耐化學品性能和隔熱性能

      總體而言，所選材料的耐化學性能可與不銹鋼相媲美。相比而言，具體哪種材料性能更好取決于涉及到的應用領域。CompoSeal系列采用具有高中范圍的耐化學性的復合材料，在苛刻的或腐蝕性的條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。另外，因其具備的耐腐蝕性能不需附加保護層或涂層（這些保護層或涂層可能會受到?jīng)_擊破壞），在其使用壽命期間維護方面的技術要求也隨之降低。

      得益于復合材料的低熱導性能和內(nèi)部加強的空心閥體部分的存在，減少了過程熱損耗，因而不需配備隔熱材料、伴熱或閥門夾套。另外，低熱導率也降低了由于熱損耗導致的過程凍結或流動問題的風險。

壓力和溫度運行范圍

      雖然同為聚合材料，復合材料的溫度和壓力額定值遠超常見閥門的塑料聚合材料。在較高的溫度范圍（40℃~120℃）和較低的溫度范圍（-10℃~-40℃），和普通的塑料閥門材料相比，復合材料都表現(xiàn)出明顯的性能優(yōu)勢。

可持續(xù)的生產(chǎn)理念

      熱塑材料具有多次重新利用的優(yōu)勢。它們可以加熱、熔融、噴面和重新硬化后進行再次利用，雖然這樣會使其高溫條件下的適用性變差，但在21世紀可持續(xù)問題日益重要的條件下仍不失為一大優(yōu)勢。復合材料還有其它一些可持續(xù)性能優(yōu)勢：

      無需采用涂層。因為基礎材料固有的耐化學性能，無需采用涂層或溶劑，從而減少了棄置材料的數(shù)量。

      最大限度減少了裝配過程需要的勞動量。低成本生產(chǎn)的閥門如果運到長距離的終端市場，就不再有經(jīng)濟方面的優(yōu)勢，因而減少長途運輸非常必要。

      高效運用復合材料。FEA（Final Element Analysis，最終要素分析）軟件用于評價最優(yōu)化的閥肋配置方案，使得閥體具備高強度的同時仍然輕質(zhì)。

      近年來，復合材料已經(jīng)取得長足的進步，如今已經(jīng)廣泛應用于汽車、航空和其它尖端科技領域。得益于其改良的機械性能以及化學和物理性能，復合材料閥門具備與傳統(tǒng)的金屬彈性閥座蝶閥相媲美的性能。另外，隨著鐵、不銹鋼和金屬合金價格的上揚，復合材料閥門已具備明顯的成本優(yōu)勢。

      閥門的最終性能很大程度上決定于其設計簡化，復合材料的優(yōu)勢之一就在于它能夠將多個組件和功能集成到一個部件上。