Файл: Зыбин Ю.А. Наполненные фторопласты.pdf

В качестве наполнителей для фторопластов наиболее пригодны медные порошки ПМ-1 и ПМ-2 (ГОСТ 4960—49), а также порошки железа марок АМ и БМ

рошки обычно добавляются к железным и медным порошкам.

Металлические порошки повышают твердость, проч­ ность при сжатии и теплопроводность фторопластовых композиций, уменьшают их ползучесть и т. д.

ВЛИЯНИЕ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА СВОЙСТВА ФТОРОПЛАСТОВ

Различные наполнители по-разному изменяют свой­ ства пластиков. В табл. 6 и 7 приведены величины со­ противления деформации политетрафторэтилена в зави-

28

только повышают сопротивление фторопласта деформа-

29

ции под нагрузкой, но и улучшают теплопроводность материала. В табл. 8 приведены значения теплопровод­ ности наполненного и ненаполненного политетрафтор­ этилена [37].

Диселенид вольфрама, молибдена, нитрид бора, яв­ ляясь смазками, снижают коэффициент трения фторо­ пластовых композиций.

Перечисленные наполнители, как правило, эффектив­ ны только при введении их во фторопластовые компо­ зиции в количестве 15—30% об. В последнее время по­ явился новый наполнитель—синтетический коллоидаль­ ный бёмит АЮ(ОН), введение небольших количеств которого вызывает значительное упрочнение политетра­ фторэтилена без ухудшения других его свойств. Это упрочнение является результатом действия электроста­ тических сил между частицами наполнителя и политет­ рафторэтилена, а также специфических адгезионных сил

30

но образует гель в водной среде со щелочными анио­ нитами.

Частицы наполнителя в водных дисперсиях заряжены положительно, а частицы политетрафторэтилена — отри­ цательно. В результате действия электростатических сил частицы бёмита притягиваются к более крупным частицам политетрафторэтилена до нейтрализации за­ рядов. Упрочняющий эффект является следствием не только возникающих электростатических и механиче­ ских сил, но и сильной когезии между соседними во­ локнами бёмита.

При добавлении 1—5% вес. бёмита значительно по­ вышается ударная прочность и предел прочности при растяжении наполненных фторопластов, улучшаются смазочные свойства фторопластовых покрытий и их износостойкость без изменения коэффициента трения. Наполненный бёмитом политетрафторэтилен применяет­ ся для изготовления манжет, уплотнений, подшипников и других изделий.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ НАПОЛНЕННЫХ ФТОРОПЛАСТОВ

|_ | аполненные фторопласты могут быть получены не- ■ ' сколькими способами.

Первая технологическая схема получения компози­ ционных материалов на основе фторопласта состоит из следующих стадий:

а) размалывания порошков фторопласта-4 и напол­

нителей; б) сушки полученной смеси;

в) прессования заготовок; г) спекания заготовок;

д) механической обработки заготовок.

31

Для второй технологической схемы получения ком­ позиционных материалов на основе фторопласта харак­ терны такие стадии [55]:

а) смешение наполнителей с суспензией фтороплас­ та-4;

б) коагуляция суспензии в присутствии наполни­ телей;

в) сушка полученной смеси; г) измельчение высушенной смеси; д) прессование заготовок; е) спекание заготовок;

ж) механическая обработка заготовок.

Получение наполненных фторопластов по первой схеме отличается большей простотой и меньшей трудо­ емкостью. Размалывание порошков фторопласта-4 и наполнителей обычно производят в шаровых мельни­ цах. Для улучшения качества композиционных материа­ лов их охлаждают жидким азотом до низких темпера­ тур (— 196° С).

Первый способ обычно применяют для получения наполненных фторопластов с высокими адгезионными свойствами или для получения двухслойных материа­ лов на основе наполненного и ненаполненного фторо­ пласта. Высокая адгезия объясняется тем, что частицы фторопласта в этом случае неполностью покрывают ча­ стицы наполнителя.

Вторая схема получения композиционных материа­

перемешивании добавляют спиртовую или спирто-вод­ ную суспензию фторопласта-4. При этом в течение 1—2 мин происходит коагуляция фторопласта с напол­ нителем. Смесь перемешивают еще 5 мин, затем осадок

32

отфильтровывают, промывают водой, снова отфильтро­ вывают и подают на противни для сушки. Сушку смеси производят в воздушных печах с циркуляцией воздуха. Температурный режим сушки следующий: 4 ч при 60— 65° С, затем температуру повышают до 300° С и смесь сушат при этой температуре еще 6 ч. Высушенный про­ дукт измельчают на дробилках или в шаровых мельни­ цах до порошкообразного состояния. При измельчении обязательно охлаждают композицию. Для этого одно­ временно со смесью фторопласта и наполнителей в дро­ билки загружают сухой лед. В связи с тем, что охлаж­ дение вызывает конденсацию влаги на частицах фторо­ пласта-4, композицию вновь сушат при 100° С в течение

6 ч [57].

Наполненные фторопласты, полученные по второй схеме, однородны по структуре и обладают более высо­ кими физико-механическими свойствами, чем фторопла­ сты, полученные по первой схеме.

Кроме описанных двух основных технологических схем получения композиционных материалов существу­ ют и другие, которые являются разновидностями пер­ вых двух. Некоторые из них приведены ниже.

Композиции на основе фторопласта-4 с высокой электро- и теплопроводностью получают комбиниро­ ванным способом, разработанным на основе двух опи­ санных выше. Они представляют собой смесь порошков фторопласта-4, металла и дисульфида молибдена и при­ меняются для изготовления скользящих электрических контактов и подшипников [20].

При получении таких материалов нельзя смешивать порошок металла с суспензией фторопласта-4, так как при смешении частицы наполнителя обволакиваются частицами фторопласта. Последние образуют пленку, которая препятствует непосредственному контакту ме-

талличееких частиц. Получаемый в результате прессо­ вания материал с последующим спеканием обладает низкой электропроводностью. Поэтому материалы с вы­ сокой электро- и теплопроводностью получают в две стадии. Вначале смешивают с последующей коагуляци­ ей суспензии фторопласта-4 и дисульфида молибдена. Затем высушенный осадок измельчают и смешивают с порошком металла. Операции прессования и спекания полученной смеси такие же, как и в двух предыдущих технологических схемах. Этим способом получают ма­ териалы, содержащие 40—95% вес. металла.

Фторопластовые композиции, изготовленные по опи­ санным выше методам, имеют неоднородную структуру вследствие низкой адгезии фторопласта-4 к наполните­ лям. С увеличением содержания наполнителя прочность материала снижается. Поэтому ограничивают количе­ ство наполнителя в композиции, несмотря на то что при высоком проценте его улучшаются другие свойства фто­ ропластов.

Композиции с хорошими прочностными характери­ стиками и большим количеством наполнителей получа­ ют по следующей технологической схеме [15].

Наполнитель смешивают с 50%-ной водной суспен­ зией фторопласта-4. Количество наполнителя рассчи­ тывают исходя из того, что фторопласта-4 должно со­ держаться в смеси 7% от объема наполнителя. После перемешивания смесь осаждают ацетоном или спиртом, сушат и затем выдерживают при температуре 360— 380° С в течение 1 ч. Спекание производят на против­ нях, помещенных в воздушные печи с циркуляцией воз­ духа.

В результате термообработки фторопласт-4 превра­ щается в вязкую массу, которая полностью покрывает частицы наполнителя. Адгезия наполнителя к фторо­

34