Файл: Зыбин Ю.А. Наполненные фторопласты.pdf

но покрыть фторопластом. Количество фторопласта-4, вводимого на второй стадии, зависит от количества на­ полнителя. Можно готовить композиции с содержанием наполнителя 40—90% об. Свойства материала при этом не ухудшаются.

Технология прессования изделий из наполненных фторопластовых композиций мало отличается от опи­ санной ранее технологии изготовления изделий из ненаполненного фторопласта-4 и состоит из трех стадий:

1)прессования заготовок;

2)спекания заготовок;

3)механической обработки заготовок.

Из них первые две заимствованы из порошковой ме­ таллургии и керамической промышленности.

Таблетирование заготовок производят при комнат­ ной температуре под давлением 140—350 кГ/см2. Давле­ ние должно обеспечить максимальную плотность изде­ лий, которую можно рассчитать по удельному весу и относительному содержанию фторопласта-4 и наполни­ теля.

Для композиций с высоким содержанием наполни­ теля применяют более высокие давления. Однако, при давлениях выше 350—400 кГ/см2 наряду с высокой плот­ ностью материала образуются трещины. Это относится к наполненным композициям фторопласта, так как эла­ стичность материала ухудшается с увеличением содер­ жания наполнителя. Тем не менее в практике при со­ держании наполнителя около 50% об. применяют давле­ ние прессования 700 кГ/см2; при содержании наполните­ ля до 10—15% об.— 140 кГ/см2.

Величина давления таблетирования зависит также от конструкции и размеров пресс-формы. Воздух не должен попадать в форму, что достигается, например, уменьшением скорости движения плунжера в конце его

36

хода или небольшим перерывом в процессе прессова­ ния, когда форма закрыта примерно на 80—90%. При очень быстрой подаче давления в изделии могут воз­ никнуть дефекты.

Форму следует равномерно загружать за один прием без дополнительного введения порошкового материала. В противном случае между основной таблеткой и до­ бавкой могут образоваться трещины, которые не исче­ зают в процессе спекания.

Загрузку порошка в пресс-форму ведут объемным или весовым способом. Применение первого способа возможно лишь при стабильной величине насыпного ве­ са фторопластовой композиции. Композицию перед за­ грузкой рекомендуется пропускать через вибрационное сито 8—10 меш [57].

Чтобы заготовки толщиной более 75 мм обладали

'равномерной плотностью, давление рекомендуется при­ лагать одновременно снизу и сверху. Это объясняется наличием продольного градиента давления при прессо­ вании вязкоэластичных материалов.

Заготовки после спекания или вообще не подвергают

механической обработке или подвергают минимальной доводке в зависимости от предъявляемых требований к размерам изделий. В этом случае используют обыч­ ные пресс-формы, предназначенные для переработки термопластов. Чтобы изготовить детали с высокой точ­ ностью, применяют пресс-формы из высококачествен­ ных материалов; матрица должна быть более твер­ дой чем пуансон, чтобы предотвратить ее быстрое истирание.

Таблетки из наполненного фторопласта можно по­ лучать также прессованием на автоматических таблетмашинах, широко применяемых в производстве изделий из термореактивных пресспорошков.

37

Формы, в которых спекают заготовки, для защиты от коррозии изготовляют из нержавеющей стали или хро­ мируют слоем толщиной 75 мк. Если изделия выпуска­ ют в небольшом количестве, то внутреннюю поверхность форм покрывают кремнийорганическим лаком. При больших колебаниях насыпного веса (что чаще всего наблюдается в наполненных композициях фторопласта) и объемной дозировке при загрузке рекомендуется упо­ треблять матрицы с регулируемыми загрузочными ка­ мерами. Зазор между пуансоном и матрицей должен со­ ставлять 0,1—0,12 мк. Увеличение зазора приводит к об­ разованию большего облоя на заготовке.

Для таблетирования удлиненных конических или ступенчатых деталей с фланцами пуансон должен иметь телескопическую установку. При неточном формовании отдельных частей изделия образуются изломы и трещи­ ны. Последние могут возникнуть также при большой влажности прессуемого порошка и при наличии вклю­

спекания и охлаждения заготовок. Величина усадки на­ полненного фторопласта колеблется от перечисленных условий в более узких пределах, чем величина усадки ненаполненного фторопласта. Однако, и в этом случае при конструировании форм нужно учитывать величину усадки, которую определяют экспериментально.

Заготовки из наполненного фторопласта спекают также в воздушных печах с электрическим обогревом при температуре 370—390° С. Печи снабжены вращаю­

38

щимся подом для обеспечения высокой равномерности термообработки и вытяжной вентиляцией для удаления токсичных продуктов разложения, выделяющихся при спекании фторопластовых композиций. До температуры гелеобразования (320° С) нагрев таблеток ведут мед­ ленно, так как при быстром нагревании вследствие не­ равномерного расширения материала возникают боль­ шие внутренние напряжения, приводящие к образова­ нию трещин в готовом изделии. Композиции фтороплас­ та с высокотеплопроводными наполнителями (металлы, кокс, сажа) при спекании нагреваются более равно­ мерно.

Время спекания зависит от толщины и конфигурации заготовки, вида и количества наполнителя, точности из­ готовления изделий. Заготовки спекают в свободном со­ стоянии и в форме, если нужно точно выдержать раз­ меры. Последний способ спекания требует больше вре­ мени.

При свободном спекании заготовок из чистого фторопласта на толщину 5 мм тратится около 1 ч. Вре­ мя спекания зависит от свойств, количества наполните­ ля и его распределения в материале. В общем случае время спекания обратно пропорционально температуро­ проводности.

Скорость охлаждения спекшихся заготовок влияет на физико-механические свойства изделий. Плотные вы­ сококачественные изделия получаются при равномерном медленном охлаждении их до комнатной температуры. Поэтому охлаждение изделий рекомендуется вести в формах, снабженных, кроме электроподогревателя, ру­ башкой с водяным охлаждением.

Метод спекания влияет не только на точность раз­ меров готовых изделий, но и на другие свойства, как показано в табл. 9 для одной из композиций.

39

из фторопластовых композиций штампуют, т. е. спек­ шиеся заготовки нагревают до гелеобразного состояния и прессуют под высоким давлением. В этом случае фор­ ма заготовки может быть цилиндром или конусом. Штамповку производят при температуре 360° С и дав­ лениях 350—700 кГ/см2. Детали, получаемые таким спо­ собом, могут иметь внутренние напряжения, что сни­ жает максимальную рабочую температуру изделий.

При горячей штамповке заготовка соответствует по своей форме готовой детали. Для таблетирования при­ меняют давление 350—400 кГ/см2. После спекания при

не обладают внутренними напряжениями. Поэтому их не подвергают дополнительной термообработке. Изде­ лия с внутренними напряжениями, которые возникают при быстром охлаждении (закалке), нуждаются в от­ жиге. Температура нагревания деталей должна быть на 50° С выше температуры эксплуатации и на 20—30° С ниже температуры гелеобразования. В результате от­ жига изделия, спекшиеся в форме или в свободном со­ стоянии, отличаются незначительно, многие их физико-

40

механические свойства улучшаются, сопротивление раз­ рушению при высокой температуре возрастает. Изделия из наполненного фторопласта лучше всего отжигать в течение нескольких часов при температуре 300—320° С.

СВОЙСТВА НАПОЛНЕННОГО ФТОРОПЛАСТН

полнителей, которые улучшают его физико-механиче­ ские свойства [55]: сопротивление деформации под на­ грузкой увеличивается в 10 раз; жесткость—в 4—5 раз; теплопроводность — в 5—10 раз; сопротивление износу при трении скольжения — в 500 раз; твердость—в сред­ нем на 10%.

В то же время наполненный фторопласт-4 сохраняет ценные свойства фторопласта-4, важнейшие из которых следующие: низкий коэффициент трения; высокая хи­ мическая стойкость; теплостойкость; негорючесть; водо­ стойкость и стойкость к растворителям.

Указанные свойства фторопласта-4 улучшаются в различной степени в зависимости от типа наполнителя, его количества, однородности смеси и технологии полу­ чения изделий. В качестве примера на рис. 3 и 4 при­ ведены типичные диаграммы, характеризующие сопро­ тивление деформации большинства наполненных компо­ зиций на основе политетрафторэтилена при сжатии и из­ гибе. На рис. 5 показана область предельных изменений размеров образцов из этих же композиций в зависи­ мости от температуры. Из этих рисунков можно видеть, что при введении наполнителей в политетрафторэтилен его сопротивление деформации под нагрузкой увеличи­ вается. Рассмотрим конкретно влияние различных на­ полнителей на свойства наполненного фторопласта-4.

41

Механические свойства. Прочностные характеристи­ ки фторопласта-4 зависят от количества содержания на-

полнителя в композиции. С увеличением степени напол­ нения фторопласта предел прочности материала при сжатии значительно возрастает (рис. 6). При дальней­ шем увеличении количества наполнителя возрастает по­ ристость материала и снижается прочность наполнен­ ных композиций при сжатии (по сравнению с прочно­ стью при оптимальном соотношении между фторопла­ стом-4 и наполнителем). Увеличение прочности на сжа­ тие обычно сопровождается снижением других свойств:

тельно снижается с увеличением содержания в нем гра-

42