復(fù)合材料技術(shù)已經(jīng)從最初用于汽車,、航空和一級(jí)方程式領(lǐng)域拓展到更廣泛工業(yè)的市場，在工業(yè)閥門領(lǐng)域我們同樣可以看到這種應(yīng)用的拓展,。作為數(shù)十年來工業(yè)閥門領(lǐng)域最重大的進(jìn)展之一,，泰科流體控制最近發(fā)布了采用復(fù)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(fù)合材料在閥門領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用所帶來的效益,。

隨著聚合物技術(shù)的發(fā)展,，一系列熱固性和熱塑性復(fù)合材料不斷開發(fā)出來，它們具備良好的機(jī)械性能,、化學(xué)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(yīng)用中。復(fù)合材料的采用給組件的設(shè)計(jì),、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(dòng)了流體控制閥門技術(shù)的發(fā)展,。

例如,，泰科Keystone Composeal®系列蝶閥采用了復(fù)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(xué)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(shí)，與采用傳統(tǒng)材料的產(chǎn)品相比,，價(jià)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(yīng)用領(lǐng)域。

閥座和閥桿設(shè)計(jì)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(fù)合材料作為閥門材料基質(zhì)的技術(shù),，這種材料具備優(yōu)異的設(shè)計(jì)靈活性（如提高閥桿和閥板的設(shè)計(jì)）,。因而，Composeal系列設(shè)計(jì)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(yīng),。這使得閥門能夠更好的適應(yīng)調(diào)節(jié)和開/關(guān)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(shè)計(jì)與現(xiàn)有壓模制造的結(jié)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(shè)計(jì),，但閥桿仍標(biāo)純采用1.4057型不銹鋼做成,，以確保其適應(yīng)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(shè)計(jì),，即使是在管道內(nèi)安裝閥門，也能對閥板的定位進(jìn)行清晰的目視檢查,，4個(gè)定位孔與PN 6/10/16 和 ANSI 150兼容,，可確保管道法蘭之間進(jìn)行完美的軸心定位。

同時(shí),，擁有專利的閥體分叉設(shè)計(jì)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(gè)獨(dú)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(dǎo)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(shè)計(jì)，這種閥門可以應(yīng)對高達(dá)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(dá)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(jī)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(fù)合材料由于其自身具備的靈活性因而可以達(dá)成各種不同的設(shè)計(jì)。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(diǎn)鐘和9點(diǎn)鐘方向,，而布置成與管路部分正交的方向而使設(shè)計(jì)得以優(yōu)化,。

雖然當(dāng)前市場上的一些塑料閥的設(shè)計(jì)已經(jīng)設(shè)置了空心部分，然而這些部分處于閥體外層,，會(huì)導(dǎo)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(shè)計(jì),，采用了兩個(gè)以卡扣方式結(jié)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(shè)計(jì),，已獲得專利權(quán)。

當(dāng)然,，這一系列的閥門的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)證以符合常用的水務(wù)標(biāo)準(zhǔn),，這一點(diǎn)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(huì)出現(xiàn)變化以優(yōu)化屈服強(qiáng)度和延伸率之間的平衡,。

另一個(gè)主要優(yōu)勢在于，因?yàn)閺?fù)合材料具備的機(jī)械性能,，完全可以按照工業(yè)閥門厚度標(biāo)準(zhǔn)EN 558-1 series 20設(shè)計(jì)閥門,。這就使得CompoSeal系列閥門可以替代標(biāo)準(zhǔn)鋼制和鐵質(zhì)的閥門。多數(shù)塑料閥門是基于非標(biāo)準(zhǔn)厚度尺寸做成，因?yàn)檫@種材料強(qiáng)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(fù)合材料在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域更廣泛的使用，非常符合當(dāng)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(fù)合材料具備的強(qiáng)度,、輕質(zhì)和低熱導(dǎo)性等性能特征極大地節(jié)約了用于制造,、運(yùn)輸和應(yīng)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(jié)構(gòu)的原材料（鐵、不銹鋼和合金）價(jià)格飆升,，同時(shí),，勞動(dòng)力成本也不斷上漲，因而非關(guān)鍵的制造工藝逐漸開始重新定位,。如今,，復(fù)合材料在尖端技術(shù)方面獲得應(yīng)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(zhǔn)備更廣泛的使用這些復(fù)合材料。歐洲正在迅速成長為這個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)中心,。

從一個(gè)特殊的例子（角行程工業(yè)蝶閥）可以看出,，復(fù)合物改良的機(jī)械性能和化學(xué)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(shí)際上，從拉伸強(qiáng)度,、延伸率和彈性模量等重要特性的試驗(yàn)結(jié)果來看,，復(fù)合材料（在加固以前）用于閥門結(jié)構(gòu)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(shí)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(fù)合材料之類的輕質(zhì)材料將會(huì)受益良多。在閥門的應(yīng)用方面,，當(dāng)進(jìn)行典型的工藝安裝時(shí),，我們可以通過減少結(jié)構(gòu)管線支撐的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)減重，特別是連接至塑料罐體或管道時(shí),，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(diǎn)之間的運(yùn)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(xué)品性能和隔熱性能

總體而言,，所選材料的耐化學(xué)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(yīng)用領(lǐng)域,。CompoSeal系列采用具有高中范圍的耐化學(xué)性的復(fù)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(hù)層或涂層（這些保護(hù)層或涂層可能會(huì)受到?jīng)_擊破壞），在其使用壽命期間維護(hù)方面的技術(shù)要求也隨之降低,。

得益于復(fù)合材料的低熱導(dǎo)性能和內(nèi)部加強(qiáng)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(dǎo)率也降低了由于熱損耗導(dǎo)致的過程凍結(jié)或流動(dòng)問題的風(fēng)險(xiǎn),。

壓力和溫度運(yùn)行范圍

雖然同為聚合材料，復(fù)合材料的溫度和壓力額定值遠(yuǎn)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(fù)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(jìn)行再次利用,，雖然這樣會(huì)使其高溫條件下的適用性變差，但在21世紀(jì)可持續(xù)問題日益重要的條件下仍不失為一大優(yōu)勢,。復(fù)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?yàn)榛A(chǔ)材料固有的耐化學(xué)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(dòng)量。低成本生產(chǎn)的閥門如果運(yùn)到長距離的終端市場,，就不再有經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)勢,，因而減少長途運(yùn)輸非常必要。

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

近年來,，復(fù)合材料已經(jīng)取得長足的進(jìn)步,，如今已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車、航空和其它尖端科技領(lǐng)域,。得益于其改良的機(jī)械性能以及化學(xué)和物理性能,，復(fù)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(jià)格的上揚(yáng)，復(fù)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(shè)計(jì)簡化,，復(fù)合材料的優(yōu)勢之一就在于它能夠?qū)⒍鄠€(gè)組件和功能集成到一個(gè)部件上。