close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

3162 goryannova a.v. bojkov g.k. tihonova m.s ftoroplasti v mashinostroenii

код для вставкиСкачать
ч*
* 1
М
г
.
.
I
• I.*
‘ •J
.1*
*
9
i
f
♦
I
е
•
•ГТ1
T*,_________
, ! v
ъш
i - - ^
( т
* '.Г /
I C * " J > . , *
I
k
" •.?Г.ИЛ'
c '
■ rs
r‘ j
*
^
i Дrt'
Si'
i *
М .С .Т И Х О Н О В А
f_._
E)f s
Ш ■:i
.
*
.
w(. fI
L
I
I Л
•г4:
к
'
I
)
,_Г5^гт- .' »
I
, V1A*T •
; •',
Ч»*,4*—
»,<т9».™
лЖДУ»^{>
I
^
Г
Р
|
Щ
Я
У
М
1
]
__________________'
*
!
"
* v « .
V
V
,
ir^-'
-
.
-vV* '
•
I
/ 1 “
ТУ
—
•\ «i. >^'•7,"*f.
.
•
>
t't:
л %
M .
3I62x^iH
\‘
^
5J
•iW i
i i
lb
I ____
•
•
•a
f t - J '
•
r »
•
I w
^ « V I %Ct
V K/<* г * i_Y^ _ fl
J
♦
^
4
^
Ms..
к
,/?Л .•^,
%
I
%
-Чгч '-•<
: 4:4'
-• Kih/
rf.;
*r>
•
“
>
%
Г/. •
♦ I
••'• «i.* ’I' *1 '
••.
•:''
. 1b -
IV
. K
'j tp/i
^'i iv ';-• -i
.
* I
.
f ^
-p
I;
‘Л •
.
-
^
’
.
.
.
•' i
s '
’
^
i
f'
J
'.
••
b . r. С
>*
(,■ '
• i^"-
МАШИНОСТРОЕНИИ
*1
>
*s •
. 9
А . В. ГОРЯЙНОВА,
М. С. ТИХОНОВА
«I
£7В
Г71
Г. К. БО Ж КО В,
ТОРОПЛАСТЫ
МАШИНОСТРОЕНИИ
Б И Л I-; О т л ; ч
n a .'j'c .ra p -ix гэ
1
f
j
I
И ЗД АТЕЛЬСТВО
Москва
«М АШ ИНОСТРОЕНИЕ»
1971
\
cai
УДК
Фторопласты в машиностроении.
Г о р я н н ов а А. В., Б о ж к о в Г. К. и Т и X о н о в а М. С., М.,
«Машиностроение», 1971, стр. 233.
В книге описаны основные свойства ф торопла­
стов различных марок, изложены основные принципы
технологии
изготовления
изделий, различных по
форме и размерам. Описана технология нанесения
защитных покрытий фторопластами и получения
антифрикционных уплотнительных материалов на
основе фторопластов с наполнителями
Изложены основы конструирования деталей и а п ­
паратов из фторопластов и области их применения.
Книга рассчитана
на инженерно-технических
работников химических заводов, заводов химического
машиностроения, проёктиых, конструкторских и нау^Лю-исследеваТельских институтов. Илл. 91. табл. 51,
библ. ^6 наев.
v*4
<*•
Ф
Рецензент д-р техн. наук И. Я. Клинов
Редактор инж. Б. Е. Гельфер
3—14—9
411—69
Р ед акто р и здательства Я. Я. Ошерова
Корректор А. М. Усачева
Технический редактор Я. В, Тимофеенко
П ереплет .художника
С дано в производство 24/XI 1970 г
Т и раж ^ООО экз.
Т -07058
Ф орм ат 60 X 90‘/i6
П одписано к печати 31/V 1971 г.
Бум . л. 7.25
Уч.-изд. л. 15.5
Печ. л. 14,5
З ак . Х» 393
Цена 1 р. 05 к.
И здательство « М А Ш И Н О С Т Р О Е Н И Е»
М осква. Б- 66 , 1-й Б асм ан н ы й пер.. 3
Э ксп ерим ен тальн ая типограф ия В Н И И полиграфии
Москва К-51, Цветной бульвар, д. 30
ВВЕДЕНИЕ
З а последнее время в машиностроении отмечается растущ ая
потребность в пластмассах, используемых в качестве конструк­
ционных материалов и защ итны х покрытий.
У же более 20 лет в машиностроении и других отраслях н а ­
родного хозяйства используются фторполимеры, п р е д с т а в л я ю ­
щие
собой
фторорганические
соединения — газообразные,
ж идкие и твердые. Они сочетают в себе комплекс ценных
свойств — исключительную химическую стойкость в различных
реагентах вплоть до окислителей, высокие антифрикционные и
антиадгезионные свойства, теплостойкость и т. д., б л а г о д а р я
чему стали незаменимыми в химической, радио- и электротехни­
ческой, пищевой и фармацевтической промышленности, р акето ­
строении, авиации, медицине и других отрасл ях народного
хозяйства.
В современной технике широкое применение находят политетраф торэтилен (фторопласт-4), политрифторхлорэтилен (ф то ро ­
пласт-3), поливинилфторид, поливинилиденфторид, политетрафторбутадиен, а т а к ж е ряд сополимеров; тетрафторэтилена со
стиролом, гексафторпропиленом, хлористым винилиденом, винилацетатом и др.
Р азви ти е техники переработки фторполимеров, особенно изго­
товление и освоение корпусных изделий, расш иряет возможности
использования этих м атериалов в химическом машиностроении.
Н а р я д у с отдельными д е т а л я м и и узлам и из фторопластов в
эксплуатации встречаются целые технологические линии, а п п а ­
ратурное оформление которых выполнено из фторполимеров.
Несмотря на ряд факторов, ограничивающих область приме­
нения фторполимеров из-за относительно сложной технологии
переработки, токсичности, невысокой прочности и др., имеется
тенденция к увеличению габаритных размеров изделий из ф т о р ­
полимеров и расширению сферы их использования.
В периодической отечественной и зар у б е ж н о й литературе
вопросу получения и исследования свойств фторполимеров у д е ­
ляется большое внимание, однако сведения, касаю щ иеся приме­
нения этих полимеров в машиностроении и особенно в химиче
оком машиностроении, разобщены.
3
N
в данной книге авторам и с д е л а н а попытка си стем ати зи р о в ать
имеющиеся литературн ы е сведения, накопленный производствен­
ный опыт по переработке фторполимеров в изделия и результаты
их практического применения.
Учитывая, что в ряде случаев изделия изготовляются
зав о д а м и -п о тр е б и т е л я м и для собственных нуж д, в г л а в а х II и III
приведены технологические процессы (р еж и м ы и о б о р у д о в а н и е ),
рекомендуемые д л я производства деталей и а п п а р а т о в р а з л и ч ­
ной формы и назначения.
И з л о ж е н н ы й м а т е р и а л послуж ит пособием для широкого
круга инженерно-технических и научных работников, р а б о т а ю ­
щих в области внедрения полимеров.
Глава I
--------------------------------
ФТОРПОЛИМЕРЫ, МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И СВОЙСТВА
КЛАССИФ ИКАЦИЯ ФТОРПОЛИМЕРОВ
Фторполимеры представляют собой гам му порошкообразных
полимерных материалов, которые являю тся продуктами полиме­
ризации фторпроизводных насыщенных углеводородов.
Таблица I
Фторполимеры и сополимеры фторпроизводных [1]
Полимер
Политетрафторэти­
лен
Полихлортрифторэтилен
Поливинил фторид
Торговое
название
Странаизготовитель
Алгофлон
Гафлон
Гостафлон ТФ
11олифлон
Тефлон
Фторопласт-4
Италия
Франция
ФРГ
Япония
США
СССР
Флуон
Англия
Г остафлон
Дайфлон
Екафлувин
ФРГ
Япония
ГДР
Кель-Ф
Полифлюорон
США
США
Тефлекс
Фторопласт-3
ЧССР
СССР
Флюоротен
СШ А
Тедлар
США
фирма-изготовитель
Монтекатини
Резине Флуорс
Фарбверке Хехст
Дайкин Когу компани
Дюпон
Химическая промыш­
ленность
Ай-си-ай
Фарбверке Хехст
Дайкин Когу компани
Феб. электр- комб 1шат
(Биттерфельд)
Миннесотта Майнинг
Акме Резин Корпорейшен
Химическая промыш­
ленность
Бакелит корпорейшен
Дюпон
Поливинил иденфтоР»Д
Кннар
США
Пеннсалтхем.
рейшен
Сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом
Тефлен 1(Х)Х
Фтороплас'1-4М
США
СССР
Дюпон
Химическая
ленность
промыш­
Витон Л
Фторопласт-26
США
СССР
Дюпои
Химическая
лсшюсть
промыш-
Сополимер фтори­
стого винилидена с
гексафторпропиле1 ном
корпо*
Н а и б о л ь ш е е р асп ростран ен ие к а к в нашей стране, т а к и за
ру б еж ом получили фтор- и хлорпроизводны е этилена: политет­
раф торэтилен (— С р 2 — С р 2 — ) п или фторопласт-4 и полихлортриф торэтилен (— СРг — C F C 1 — )«■ Все большее р а с п р о с т р а н е ­
ние получаю т поливи ни ли ден ф торид (— СНг — СРг— )п, поливин илф торид (— СНг — С Н Р — )п и др. Особую группу м а т е р и а ­
лов cocтaBv^яют наполненные фторполимеры, т. е. фторполимеры,
с о д е р ж а щ и е различны е наполнители (графит, кокс, д и су л ьф и д
молибдена, стекловолокно, асбест, нитрид бора, и др.)Количество м а р о к фтopoПv^acтoв и число их фирменных и
торговых наименований, вы п ускаем ы х у нас и з а рубеж ом, в о з ­
растает, часть из них приведена в табл. 1.
МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ФТОРПОЛИМ ЕРОВ
Получение п о л и т е т р а ф т о р э т и л е н а — ф торопласта-4. И с х о д ­
ным мономером д л я получения п о л и т е т р а ф т о р эт и л е н а я в л я е т с я
тетраф торэтилен, впервые синтезированный в 1933 г. р а з л о ж е ­
нием т е т р а ф т о р м е т а н а , свойства которого приведены ниже.
Молекулярный вес ...........................................................................
100,2
Температура плавления в ° С ..........................................................— 142,5
Температура кипения в ° С .......................................................... — 76,3
Удельный вес при температуре кипения в / ’/с.к® . . . .
1,519
То же, при температуре плавления в Г / с . м ® ......................
1,793
Критическая температура в °С
.................................................
3 3 ,3
Критическое давление и a m ..........................................................
37,8
тетраф торэти лен а была осуш,ествлена впер(США) в 1938 г., в Советском Союзе п р ои з­
Ф
водство фторопласта-4 было освоено в 1949 г.
Н аи б о л ь ш е е распространение получил метод, состоящий в
обработке плавикового ш пата (СаРг) серной кислотой с получе­
нием фтористого водорода ( H P ) ;
CaP2 + H 2S 0 4 - > 2 H P + C a S 0 „
который, взаимодействуя с
дифторхлорметан ( C H P 2CI)
хлороформом
(1)
(C H C I 3), образует
2H P + CHCL — СНР„С1 + 2НС1.
(2)
Р е а к ц и я протекает в присутствии к а т а л и з а т о р а — пятихлорпстой сурьмы при температуре не выше 50° С во и зб еж ан и е о б р а ­
зован и я трифторхлорметана.
Д и ф т о р х л о р м ет ан подвергается пиролизу при температуре
свыше 650° С и давлении 0,5 кГ/см^-.
2СНР,С1 -> СРз = СРа + 2НС1
6
(3)
в результате пиролиза получается смесь диф торхлорм етана и
т е т р а ф т о р э ти л е ь а , которая подвергается двукратной низкотем­
пературной ректификашп^, в процессе которой отделяется тетрафторэтилен.
Фирмой Дюпон (США) был предложен новый метод полу­
чения тетрафторэтилена, основанный на воздействии эл е м е н т а р ­
ного фтора на углерод при температуре 1400° С и пониженном
давлении, при этом сразу после окончания реакции полученные
продукты о х л а ж д а ю т до температуры 500° С, после чего п р о м ы ­
вают водой или щелочью в абсорбционной колонне д л я у с т р а ­
нения излишнего фтора.
П олим еризац ия тетрафторэтилена осуществляется р а з л и ч н ы ­
ми методами, из которых наиболее удобным является метод
полимеризации в водной среде (процесс полимеризации сопро­
вож дается выделением 25 к к а л на 1 м о л ь СРг = СРг) в присут­
ствии ин 1Щиаторов — персульфата аммония, натрия пли калия и
др. при начальном давлении 50 ат.
F F
F
F F F
С = С ^ —С — С —С— С —
F
F
F
F
F
(4)
F
Полученный полимер представляет собой рыхлый, волокни­
стый, легкокомкующийся порошок белого цвета.
Получение п о л и тр и ф то р х л о р эти л ен а — ф торопласта-3. И с ­
ходным мономером для получения политрифторхлорэтилена
я в л я е т с я трифторхлорэтилен, свойства которого даны ниже.
Молекулярный вес
.............................................................
Температура плавления в ° С ............................................
Температура кипения в °С
............................................
Удельный вес при температуре от —4 до + 1 3 ^ С
в Г / с м ^ ...............................: ...........................................
Критическая температура в ° С ........................................
Критическое давление в а т ............................................
116,4/
— 158,16
—28,4
1 , 3 8 - 0 ,0 0 2 9 /
105,8
40,1
Исходным сырьем для получения трифторхлорэтилена я в л я е т ­
с я 1, 1, 2 -трифтор- 1, 2 , 2 -трихлорэтан, который получается
взаимодействием гексахлорана с безводным фтористым водоро­
дом в присутствии к а т а л и з а т о р а — пятихлористой сурьмы.
SbClj
CeHgCIe + HF -> CF C I-C F C I .
2
2
(5)
Трифторхлорэтилен
получают
посредством
дехлорации
1, 1, 2 -трифтор- 1, 2 , 2 -трихлорэтана цинковым порошком в
спиртовой среде при температуре 40° С
СН3ОН
CF,C1 —CFCI + Zn------ >CF^ = CFCl + ZnCla.
2
(6)
40® С
7
I
I
I
Н а и б о л е е удобным методом полимеризации трифторхлорэтилена является метод суспензионной полимеризации. Н а и б о л ь ш и й
выход полимера получается в случае полимеризации в водной
среде в присутствии кислом сернисто-натриевом соли, р ас тв о р и ­
мого цитратного комплекса ж елезистой фосфорнокислой соли и
третичного д и б у ти л н ад б ен зо ат а. П о л и м е р и з а ц и я проходит при
тем пературе 25° С, начальном pH = 3,0. Течение поли.меризации
м о ж ет быть ускорено у л ь т р а ф и о л е т о в ы м облучение.м:
F F
F
F
F
F
I I
I
I
I
I
С = С - > С — С — С — С.
(7)
I
F
С1
F
С1
F
С1
Полученный полимер п р ед с тав л яет собой тонкий, легкосы п у­
чий порошок белого цвета.
Получение п ол и ви ни лф тори да (— СНг — C H F — )„. Основным
исходным мономером для получения п оливинилф торида является
фтористый винил; т е м п е р а т у р а кипения ж и д к о го мономера
— 72,2° С, т е м п е р а т у р а з а м е р з а н и я — 160,5° С, удельный вес моно­
мера при тем пературе кипения — 0,853 Г1см^. Фтористый винил
получается в результате реакции взаим одействия фтористого
водорода с 1, 1-дифторэтаном или путем контактного присоеди­
нения фтористого водорода и ацетилена. П о л и м е р и з а ц и я ф то­
ристого винила осущ ествляется в присутствии инициаторов
перекисного типа при т е м п е р ату р е 85— 100° С и д авлении около
300 кГ1см^. Д л я регулирования температуры процесса п о ли м ери ­
зацию, обычно, проводят эмульсионным методом в окислительно­
восстановительной среде; в качестве растворите> 1ей м о ж н о при­
менять ацетон, этиловый и изопропиловый спирты. П о л и м е р
п р е дс тав л яет собой белый ко м к оо бр азн ы й продукт, который лег
КО растирается в мелкодисперсный порошок.
Получение п о л и в и н и л д е н ф т о р и д а (— С Н 2— C F 2— ). Фтористый
винилиден, или винилиденфторид, свойства которого даны ниже,
является исходным мономером поливинилиденфторида.
Молекулярный в е с ......................................................................
64,04
Температура плавления в
..................................................... — 117
Температура кипения в
.........................................................
—84
Удельный вес при — 26^ С ь Г / с м ^ ........................................
1,030
Критическая температура в ° С .................................................— 107,5
П ром ы ш ленное проивзодство винилиденфторида о с у щ е с т в л я ­
ется ДВУМЯ методами:
дехлорацией 1,1 -д и ф т о р - 1,2 -дихлорэтана цинковым порош ­
ком в растворе а ц етам и д а
CFoCl — CH 2CI + Zn
8
CFo = СНо + Z nC l/,
(8 )
I
7i
r
пиролитической
дегидрохлор ацией
при температуре от 550 до 715° С
1,1 -дифтор -1 -хлорэтана
НС!
CF 2C I - C H 2------ (9)
820°
дсгидрофторированием
при температуре
HF
CF 3- C H 3 ----- > C F , ^ C H , .
(10)
Очищенный винилиденфторид полимернзуется под давлением
при температуре 100° С в присутствии перекиси диацетила.
В результате полимеризации получается полимер в
виде
рассыпчатого белого порошка с объемным весом 0,48 Г/см^.
Получение сополимеров тетр аф то рэти лен а и трифторхлорэтилена. Тетрафторэтилен о б л а д а е т способностью д а в а т ь сополимеры со многими ненасыщенными соединениями: гексафторпропиленом, фтористым винилом, олефинами типа изобутилена и
пропилена, стиролом, фтористым и хлористым винилиденом,
винилацетатом. Сополимеризация указанн ы х мономеров прово­
дится различными методами с применением высоких температур
и давления, ультрафиолетового облучения, различных инициато­
ров перекисного типа.
Д л я трифторхлорэтилена наиболее интересным является
сополимер с фтористым винилиденом. Процесс осуществляется
суспензионным методом: в качестве инициатора применяется
надсернокислый аммоний, в качестве активатора — м етабисуль­
фат натрия, в качестве промотора — сернокислое закисное ж е л е ­
зо. Р еакц и я проходит при 2 0 ° С.
Сополимеризация трифторхлорэтилена с изобутиленом про­
водится в присутствии органических перекисей.
Получение сополимеров фтористого винилидена. Сополимеры
фтористого винилидена представляю т собой фторсополи.меры,
которые могут подвергаться вулканизации. Н аи больш ий инте­
рес имеет сополимер фтористого винилидена с гексафторпропилено.м. Процесс сополимеризации проводится при 100° С
эмульсионным методом; в качестве добавки используют перф то ро ктан ат аммония, в качестве и н и ц и а т о р а — сернистокислые
соли.
Кроме перечисленных сополимеров, получен еще ряд ф тор и ­
стых сополимеров, описание которых не входило в нашу з а д а ч у
в связи с тем, что эти фторсоединения пока не получили ш и ро­
кого промышленного применения и представлены в основном в
патентной литературе.
9
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ФТОРПОЛИМЕРОВ
Фторполимеры п р ед с тав л яю т собой большую группу химиче­
ских соединений, о б л а д а ю щ и х так и м и ценными свойствами, к а к
высокая химическая стойкость и теплостойкость, хорошие ан ти ­
фрикционные и диэлектические качества. Все эти свойства о п р е ­
д ел яю тся химической структурой фторорганических соединении.
Механические свойства м а т ер и а л о в в значительной степени
з а в и с я т от технологии переработки.
Фторопласт-4 (политетрафторэтилен)
Физические свойства. Фторопласт-4 п р е д с т а я в л я е т собой р ы х ­
лый, волокнистый порошок белого цвета, легко ком кую щ ии ся и
спрессовываю щ ийся при комнатной тем пературе в плотные
таблетки. Фторопласт-4 я в л я е т ся кристаллическим полимером,
т е м п е р а т у р а п лавлен ия его кристаллитов 4-327° С, тем п ер ату ра
с т е к л о в а н и я
ам о р ф н ы х участков (— 120°С), он о б л а д а е т вы со­
кой степенью кристалличности, д а ж е процесс з а к а л к и (быстрого
о х л а ж д е н и я ) не м о ж ет препятствовать о б р а зо в а н и ю к р и с т а л л и ­
тов. Согласно исследованиям Б у н а и Ховэллса, П ирса, К л а р к а и
др. ф т о р о п л а с т -4 о б л а д а е т трем я различны м и структурами.
При тем пературе н и ж е 20° С э л е м е н т а р н а я ячейка имеет
псевдогексагональную структуру с р а з м е р а м и
а = . 6 --=5,54 А;
С = 1 6 , 8 А;
7 = 119,5
М о л е к у л я р н ы е цепи согласно и с с л е д о в а н и я м - Б у н а и Х о в э л л ­
са винтообразно закручены, при этом, несмотря на то что через
13 групп С р 2 достигается половина одного витка, п р о с т р а н с т в е н ­
ное располож ение групп с 14-й по 26-ю точно повторяет р а с п о л о ­
ж ение первых 13 групп, т а к что период равен 16,8 А, а не 33,6 А.
В интервале тем ператур от 20 до 30° С существует гексагон а л ь н а я эл е м е н т а р н а я ячейка с п а р а м е т р а м и
Л - 5 , 6 1 А,
С - 1 6 , 8 А,
y
=120".
В этом случае упорядоченность структуры меньше, чем при
тем пературе н и ж е 20° С; н а б л ю д а е т с я расш ирение решетки с
увеличением специоического о б ъ е м а на 1 /оПри т е м п е р а т у р а х выше 30° С стабильной становится псевдоге к с а го н а л ь н а я решетка, д л я которой Л = 5,64 А. Выше 30° С
цепи могут произвольно см ещ ат ьс я вдоль осей, т. е. практически
продольная упорядоченность перестает существовать. И н а о б о ­
рот, при изменении тем п ерату ры до 30° С в о зм о ж н ы лишь
ограниченные смещения в пределах, соответствующих проме10
ж у т к а м меж ду атомами углерода в зигзагообразной цепи, попе­
речная у п о р я д о 1'енность сохраняется при обоих превращениях.
З н а н и е размеров элементарной ячейки фторопласта позволило
рассчитать удельный вес кристаллической фазы, который равен
2,31 Г1см^. ^Методом инф ракрасной спектроскопии, исходя из
данных об интенсивности полос, связанных с наличием к р и с т а л ­
лической ф азы (при 12,85 и 26,1 мкм) и не зависящ и х от нее
(при 4,25 м к м ) , была установлена зависимость м еж д у удельным
весом полимера и его степенью кристалличности (рис. 1).
Г/см
Г/см
г,30
2.28
2,20
гз
•2
2^
I:
2.10
%Z.20
ОС
о
2,00
О
20 ^0 ВО 80 %
Степень кристалличности
Рис. 1. Зависимость удельного
веса фторопласта-4 от содер­
ж ания кристаллической фазы
2JB
О
г
^
6
G
8МП‘10
М опек 1^лярны й Вес
Рис. 2. Зависимость удельного веса
фторопласта-4
от
молекулярного
веса
При плавлении фторопласта-4 с последующим охлаж дением
происходит снижение удельного веса полимера. П осл едую щ ая
тер м о о б р а б о т к а ведет к увеличению кристалличности м а т е ­
ри ала; удельный вес м а т е р и а л а в зависимости от степени
кристалличности меняется от 2,15 Г!см^ до 2,28
Эта р а зн и ­
ца в удельных весах св язан а с разницей в молекулярных весах
полимера и с вязкостью р ас п л а в а образца. Полимеры с большим
м о лекулярны м весом имеют более высокую вязкость расплава;
следовательно, они кристаллизуются медленнее и достигают
•J
меньшей степени кристалличности.
Н а рис. 2 приведена зависимость удельного веса ф т о р о п л а ­
ста-4 от молекулярного веса.
М олекулярны й вес фторопласта-4, определенный сп ец и ал ь­
ным методом введения в концевые группы молекул полимера
меченых атомов, в процессе полимеризации колеблется от 140 ООО
до 500 ООО. Найдены растворители, растворяющие фторопласт-4
при тем пературах несколько ниже температуры плавления его
кристаллов. А
К ним относятся перфторированные керосиновые
ф р а к ц и и при 300° С. З н а я вязкость этих растворов, можно полу­
чить подтверждение данных о величине молекулярного веса
фторопласта.
11
При спекании прессованных т а б л е т о к фторопласта-4 к р и с т а л ­
лы р а с п л а в л я ю т с я ; в случае полимера с м ал ы м м олекулярны м
весом длительное спекание о к а зы в а е т влияние на степень к р и ­
сталличности полимера, при высоком м олекулярном весе это
происходит в меньшей степени.
Х а р а к т е р н ы м д л я ф торопласта-4 я в л я ет ся то, что при н а г р е ­
ве свыше 327° С не н а б л ю д а е т с я перехода из вы сокоэластическо­
го состояния в вязкотекучее, что свойственно д л я термопластов.
Н а г р е в до температуры свыше 415° С вы зы вает р а з л о ж е н и е м а ­
териала. При медленном охлал<дении нагретого до тем п ер атур ы
плавления фторопласта-4 он кристаллизуется, причем н а и б о л ь ­
ш ая скорость кри стал л и зац и и имеет место при тем пературе о к о ­
ло 315° С. Увеличение в ы д е р ж к и м а т е р и а л а при 310° С приводит
к повышению степени кристалличности, что с о п р о в о ж д а е т с я
возрастанием твердости последнего. Быстрое о х л а ж д е н и е до
тем п ер атур ы ниж е 250° С, т. е. з а к а л к а , х а р а к т е р и з у е т с я м а л ы м
со д ер ж ан и е м кристалличе-^кой фазы.
Таким образом, к р и стал л и ч еск ая структура ф то р оп л аста-4
очень устойчива при тем пературе до 300° С; фторопласт-4 не
охрупчивается при низких температурах. По данным Свенсона,
его м ож но применять д а ж е при тем п ерату р е ж и дк о го гелия —
269,3° С или 4° К.
Термодинамические свойства. По дан н ы м Ф у р у к а в а и др.,
у д е л ь н а я теплоемкость ф торопласта-4 меняется в зависимости от
температуры.
При т е м п е р а т у р а х от — 25 до - f l 2 0 ° C эту зависи.мость
м ож но вы рази ть соотношением
С р - 0 , 2 2 2 7 + 2,5 - 10“-^Л
где Ср — у д е л ь н а я теплоемкость в к а л / { г - г р а д ) ;
t — т е м п е р а т у р а °С.
Д л я более высоких тем ператур эта зависимость и з о б р а ж е н а
на рис. 3. Коэффициент теплопроводности ф торопласта-4 не
превыш ает ( 5 ,9 — 6 ,0 ) 10“ '* к а л! { с м - с е к - г р а д ) , что о гран ичивает
об ласть его применения в чистом виде д л я тех случаев, когда
происходит л о к а л и з а ц и я тепла, с о п р о в о ж д а ю щ а я с я п е р е г р е в а ­
ми и снижением эк сп лу атац и о н н ы х х а р а к т е р и с т и к (например,
пары т р е н и я ) .
Фторопласт-4
характеризуется
высоким
коэффициентом
линейного термического расширения, который имеет слож ную
зависимость от температуры, приведенную на рис. 4.
При низких т е м п е р а т у р а х от — 60 до — 100° С величина ко­
эффициента линейного расш ирения меняется очень н е зн ач и те л ь ­
но и равна в среднем 8-10^^. При повышении температуры
коэффициент линейного расш ирения резко возрастает, достигая
наибольш ей величины — 25-10^^ при 20°С, затем снова резко
12
п а д а е т до 11-10 ^ при 50° С. При увеличении температуры от 50
до 120° С и от 140 до 210° С коэффициент линейного расширения
возрастает ступенчато до 15-10^^ и 2 1 - 10“ ^ Ijepad соответственно.
калЦ г-град)
и
260 280 300
Рис.
3.
Зависимость
удельной
теплоемкости
фторопласта-4 от темпе­
ратуры
Рис. 4. Зависимость относительного темпера­
турного коэффициента линейного расширения
фторопласта-4 от температуры
Механические свойства. И зу ч ая внутреннее трение фтороплас т а -4, М а к Крум исследовал образцы полимера со степенью
кристалличности от 48 до 92% . В
кГ/см^
процессе исследований было уста18
новлено, что в температурном инт е р в а л е от — 269 до + 3 2 7 ° С существуют четыре области релаксации
И сследование изменения
высоты
м аксим ума зату х ан и я в з а в и с и м о ­
сти от кристалличности, изменения
модуля кручения полимера, а т а к ж е
исследование д и ф ф р акц и и рентге­
новских лучей, удельной теплоем ко­
сти позволяют определить отноше­
ние областей релаксации к а м о р ф ­
ной или кристаллической фазе.
50 60 70 80 90 ,
В случае, если значения м а к с и ­
Степень кристаппичноста
м ума потерь в интервале т е м п е р а ­
Рис. 5. Зависимость модуля уп­
ругости при изгибе / и к а ж у ­
тур 97 и 127° С увеличиваются при
щегося модуля I I от степени
снижении степени
кристаллично­
кристалличности ф торопласта-4
сти,— такие виды релаксации отиотемпературе около 20° С
р ел ак сац и я возрастает с повышением степени кристаллично'
сти,— р ел аксац и и относятся к кристаллической области; при
13
т е м п е р а т у р а х около 327° С н а б л ю д а е т с я незначительная р е л а к ­
сация, с в я з а н н а я с плавлением кристаллитов.
М еняя скорость о х л а ж д е н и я полимера от тем пературы 6 2 7 С
Д О тем п ер атур ы ниже 250° С, м ож но получить о б р а з ц ы полимера
с различной степенью кристалличности. С о д е р ж а н и е кристалливлияет
на
такие
свойства
ческой ф азы в значительной мере
ф т о р о п л а с т а - 4 , как модуль упругости при изгибе и твердость.
Влияние степени кристалличности полим ера на модуль у п р у го ­
сти при изгибе представлено на рис. 5.
Следует отметить, что модуль изгиба ф торопласта-4 после
100-часовой вы д ер ж к и под н а п р я ж е н и е м 70
проходит че­
рез максимум при степени кристалличности от 75 до 80 /о. с^то
объясняется тем, что при увеличении степени к р и с т а л л 1Мности
полимера повы ш ается его устойчивость к деф ормации. О дн ако
при высокой степени кристалличности н а б л ю д а е т с я тенденция к
концентрации н а п р я ж е н и й в определенных местах, что приводит
к более низкому значеник' к а ж у щ е г о с я м оду ля после действия
нагрузки. О б р а з ц ы фторопласта-4 с очень высокой степенью
кристалличности х а р а к тер и зу ю тся очень низким пределом т е к у ­
чести, причем в отличие от других кристаллических полимеров
предел текучести с ростом степени кристалличности^ не у вели чи ­
вается, а остается почти постоянным при комнатной те.мпературе. При более низких т е м п е р а т у р а х предел текучести с у в е л и ч е ­
нием степени кристалличности сниж ается.
Кроме степени кристалличности, на механические свойства
ф т о р о п л а с т а -4 о к а з ы в а е т влияние м о л е к у л я р н ы й вес полим ера
и микропористость образцов, которая достигает м и н и м ал ьн ого
^
^
А
А
^
А
А
л
л
*
^
Таблица 2
Максимальные изменения механических свойств в % фторопласта-4
в зависимости от молекулярного веса, степени кристалличности
и плотности (наличия пустот)
_________
Л^аксимальные изменения в %,
вызванные увеличением
Свойства
Предел прочности при сжатии при 1% де­
формации
........................................
Модуль упругости при изгибе
Твердость
...................................
Удельная ударная вязкость .
Предел пропорциональности .
Предел текучести
..................
Разрушающее напряжение при растяжении
молеку­
лярного
веса
степени
кристал­
личности
наличия
пустот
0
+30
0
30
30
— 80
— 20
20
50
0
0
0
0
0
-4-25
20
-------------
+ 80
-:-15
50
П р и м е ч а н и е , Знак ( + ) — увеличение значения показателя свойств, знак (—)
уменьшение значения показателя свойств.
14
значения при повышении удельного давления прессования о б ­
разцов до 300 kT I cm^ и спекании образцов до полного освет­
ления.
В табл. 2 приведена зависимость свойств фторопласта-4 от
молекулярного веса, степени кристалличности и содерж ания
пустот.
Б л а г о д а р я очень большой вязкости кристаллическая структу­
ра фторопласта-4 устойчива до температуры 300° С. В отличие
от других высокомолекулярных смол он не делается хрупким
при длительном воздействии высоких температур.
Механические свойства Таблица 3
фторопласта-4 при низких
температурах
Темпера­
тура
в °С
— 269,3
—233,3
— 193,3
— 153,3
— 123,3
—93,3
Сопротивление
М одуль
сжатию (при
деформации 0 , 2 %) упругости
в к Г см^
в к Г см^
}
\7Ю 1960
1554
1260
980
70 ООО
52 500
350
Рис. 6. Предел текучести при сжатии
фторопласта-4 в зависимости от температуры
Фторопласт-4 характеризуется высокой морозостойкостью —
не становится хрупким д а ж е при температуре — 269"" С.
Н а рис. 6 п о к а за н а зависимость предела текучести при с ж а ­
тии фторопласта-4 от температуры.
В табл. 3 приводятся данные о механических свойствах
фторопласта-4 при низких температурах.
П р и воздействии нагрузки в о б р а з ц а х фторопласта-4 возни­
каю т деф орм ац ии в результате происходящего процесса рекри­
сталлизации, который начинается в образце при достижении
определенной величины н ап р я ж ен и я р астяж ения или сжатия. Это
н а п р я ж е н и е можно н а з в а т ь пределом псевдотекучести ор, при­
чем его величина зависит от температуры, скорости движения
з а ж и м а испытательной машины при растяжении, п р о д о л ж и те л ь­
ности действия нагрузки при сжатии. Д о б а н , Сперати и Сандт
п редлагаю т эмпирическую формулу д л я расчета предела псевдо­
текучести ар
Iga
0 , 5 3 1 6 6 + ^ ^ : ^ кГ!см\
( 11 )
где Т — тем пература в ° К.
I
15
Н и ж е приведена зависимость предела псевдотекучести, р а с ­
считанного по ф орм уле ( 11 ), от температуры.
25
142,4
150
200
250
100
75
8 3 .5 6 7 ,2 4 6 .6 3 5 ,5 2 8 .6
50
106.5
дефор
температурах и напряжении
сжатия
времени при различных
70 кГ1см^.
С р а в н и в а я величины предела псевдотекучести с кривыми на
рис. 7. можно видеть следующее: при температу'ре 25° С и напряж ении с ж а т и я 70 кГ1см^, т. е. значительно н и ж е Ор —
= 142,4 кГ!см}, п р е д е л ь ­
ная д е ф о р м а ц и я д о с т и ­
гается очень быстро. Вся
эта д е ф о р м а ц и я носит о б ­
ратимый х а р а к т е р и псев­
дотечения в данном с л у ­
чае нет. П р и температуре 100 и 150° С предел
ниже.
псевдотекучести
чем н а п р я ж е н и е с ж а т и я
(67,2 и 46,6 кГ1см^). П о ­
20 дни
этому происходит псевдо­
течение
ф
торопласта-4,
и
Рис. 7. Зависимость деформации фторо­
предельное значение д е ­
пласта-4 от времени при различных темпе­
ратурах и сжатии под нагрузкой 70 кГ1см^
ф о р м ац и и
достигается
четырех­
только
после
пяти дней действия нагрузки. П р и 200° С н а п р я ж е н и е с ж а т и я в
2 р а з а больш е п р едела псевдотекучести; псевдотечение п роисхо­
дит быстро, при этом п р едельн ая д е ф о р м а ц и я о б р а з у е т с я м е н ь ­
ше чем з а один день.
ф торопласта-4
Следует отметить, что способность о б р азц о
агр у зо к при низких т е м п е ­
менять свою ф о рм у под действием н агрузок
р ату р ах часто вместо процесса «псевдотечения» совершенно н е ­
правильно н а з ы в а ю т хладотекучестью; «псевдотечение» ф т о р о ­
пласта-4 об усло вли вается его кристалличностью, и деф о р м ац и и ,
возникшие в р езу льтате «холодного течения», я в л я ю т с я о б р а т и ­
мыми, т а к к а к о б р а з е ц ф то ро п л аста, д е ф о р м и р о в а н н ы й под возО
действием нагрузки, снова сам опроизвольн о в о с с т а н а в л и в а е т
свою форму при н агревани и его до тем п ерату ры п л а в л ен и я к р и ­
сталлов. т. е. при + 3 2 7 ° С.
П р е д с т а в л я е т интерес изменение некоторых других свойств
ф тороп ласта-4 в зависимости от температуры.
Р а з р у ш а ю ш е е н а п р я ж е н и е при р а с т я ж е н и и фторопласта-4 и
м одуль упругости с повышением тем п ерату ры изм еняю тся м е н ь ­
ше, чем у других фторполимеров, что видно из рис. 8 и 9, на
которых д л я сравнения д ан ы полиэтилен и найлон.
16
■
'
*•
Зс1висимость относительного удлинения ф т о р о п л а с т а -4
от
температуры дана Jia рис. 10. По мере повьииения температуры
до 50 С относительное удлинение быстро возрастает, а затем,
t кГ/см^
70000
•О 7,/Л
.3
о
Рис. 8. Зависилгость разруш аю ­
щего напряжения при растя­
жении от температуры:
/ — найлон; 2 — фторопласт- 4 ; Z —
полиэтилен
г
Рис. 9. Зависимость модуля упру
гости от температуры:
1 — наАлон;
полиэтилен
2 — ф торопласт- 4;
3 -
вплоть до температуры плавления, остается практически посто­
янным. Эти данные свидетельствуют о возможности использова­
ния фторопласта-4 в условиях повышенных T e M n e n a r v n
7«0
1
%
1
с::
Рис. 10. Зависимость отно­
сительного удлинения ф то­
ропласта-4 от температуры
f
7I
200
1
%
7
ч»
1
%
%
1
%
%
%
%
1
%
%
1
25
300
__
_
350
Рис. II. Зависимость потерь
в
весе фторопласта-4 от
температуры
Фторопласт-4 о б л а д а е т исключительной теплостойкостью, что
является следствием большой энергии первичных связей в
молекуле, его можно применять при тем п ер атур ах 250° С.
И з рис. II видно, что уменьшение веса фторопласта-4, про­
исходящее вследствие процесса деполимеризации с выделением
очень
малых количеств токсичных газов, д а ж е при 300° С ни...............
чтожно и составляет 0 ,0 0 2 % в 1 ч.
С повышением температуры скорость реакции увеличивается,
И только при температуре свыше 600° С происходит быстрая
деполимеризация, конечным продуктом которой является пре­
имущественно мономер. Состав продуктов пиролиза зависит от
давления, при котором происходит реакция. С увеличением д а в ­
ления уменьшается количество мономера и возрастает количество
СзРб и C 4F 8, как показано в табл. 4 .
2 З а к а з 393
17
w i r c T f . У ’- г п ' к л г т п !
Таблица 4
Влияние давления на состав продуктов термического
фторопласта-4 при температуре 600° С
Содержание в вес.
Давление
в м м рт. cm
О
41
150
250
760
%
C2F4
C ,F .
C4Fв
92
83,7
76,5
5 7 ,3
15,9
4
14.3
15.4
19,0
2 5 ,7
4
4
8,1
2 3 ,7
58,4
Антифрикционные свойства. Одними из наиболее ц ен 1^ 1х
свойств фторопласта-4 я в л я ю т с я чрезвычайно низкий к о э ф ф и ­
циент трения и способность с а м о с м а з ы в а т ь . П р и м а л ы х скоро­
стях ск о л ьж ен и я (от 0,01 до 0,6 см!мин) коэффициент трения
ф торопласта-4 по стали равен 0,04. О д н а к о работы р я д а иссле­
д о в а т ел е й — Ф л о м а и П о р а й л а , Ш у т е р а и Т о м а с а — п о к а ­
зали, что с увеличением скорости ско л ь ж ен и я поверхность
полимера претерпевает н ео бр ати м ы е изменения, б л а г о д а р я чему
коэффициент трения в о зр а с т а е т в 2 — 3 р а з а и остается высоким
при последующем снижении скорости. Это о б ъ я сн я ет ся тем, что
при повышении скорости ск о л ь ж ен и я происходит разогрев т р у ­
щихся поверхностей, который л о к а л и зу е т с я в поверхностном
слое вследствие низкой теплопроводности фторопласта-4. Когда
т е м п е р а т у р а поверхности достигает точки п л ав л ен и я кр и стал л о в
327° С происходит, к а к п р е д п о л а га ет А ллан, возникновение спана
поверхности
фтороне
ек в м а т е р и а л е и срез получается
понижении
пласта-4, а в объеме м а т е р и а л а . П р и д а л ь н е й ш е м
скорости ск о л ьж ен и я коэффициент трения ф тороп ласта-4 не
ум еньш ается, а остается высоким. Это о б ъ я сн я е тся тем, что
т р у щ а я с я поверхность, н а г р е в а я с ь до 327° С, р азм я гч ает с я , при
о б р азо в ан и и и разруш ении сп аек происходит постепенное о р и ­
ентирование молекул полим ера в обеих тр у щ и х с я поверхностях
в н ап равлен и и скольж ения. К о г д а м олекулы фторопластав обеих трущихся поверхностях будут взаим но ориентированы,
о б р а зо в а н и е узлов спайки будет облегчено и в о зм о ж н о д а ж е при
низких т е м п е р а т у р а х за счет сил взаим одействия м е ж д у о ри ен ­
ти рованн ы м и м о л е к у л а м и полимера, в ы з ы в а ю щ и м и о б р а з о в а н и е
кристаллов, общих для двух поверхностей. Это приводит к п о ­
вышению коэф фициента трения при низких т е м п е р а т у р а х , а такж е в интервале те м п е р ату р 16— 18° С.
темпераК р и с т а л л и ч е с к а я м оди ф и каци я ф торопласта-4 при
модифитуре ниже 16° С отличается большей плотностью, ^чем
кация, су щ еству ю щ ая при т е м п е р ату р е выше 18^ С. Поэтому
при тем п ер атур е ниж е 16° С необходимо более тесное сб ли ж ен и е
18
*
«
г %
►
(
поверхности для образования у зла спайки за счет возникновения
кристаллов, общих для трущихся поверхностей.
Коэффициент трения фторопласта-4 т а к ж е зависит от н а ­
грузки; эта зависимость в ы р а ж а е т с я уравнением
0,178ш
0 .5
(12)
где li.' — нагрузка в Г.
На коэффициент трения фторопласта-4 существенное значв'
ние о к азы в а ю т температурные воздействия. Следует отметить,
что низкие температуры силь­
Таблица 5
нее влияют на коэффициент
Влияние температуры
трения, чем высокие, Эта зана коэффициент трения
висимость
п
о
к
а
за
н
а
на
рис.
12
.
фторопласта-4 в различных парах
в табл. 5 приводятся зна'
Коэффициент трения
чения коэффициента трения в
зависимости
от
температуры.
Темпера­
Политетра­
тура
Стали по
Низкий
коэффициент
тре­
фторэтилен
в
политетра­
по политетра­
ния
фторопласта-4
и
способфторэтилену
фторэтилену
• А
20
гО
80
100
150
200
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,05
0 ,0 9
0 ,0 9
—
^§
0,10
0,10
0,11
0,14
П р и м е ч а н и е . Коэффициент тр е­
ния политетрафторэтилена по стали при
всех температурах равен 0 ,0 4.
■SO -60 -40 -20
1' ^
О *20 НО'С
Рис. 12. Зависимость коэффициента
треиия фторопласта-4 от темпера­
туры
ность работать без см азки обеспечивают ему широкую область
применения в качестве м а т е р и а л а д л я опорных поверхностей.
D результате низкого коэффициента трения большинство
материалов не прилипает к фторопласту- 4 , что очень в а ж н о для
случаев применения его в качестве антиадгезионного м а т е ­
риала. Низкий коэффициент трения и антиадгезионность обус­
ловлены природой и энергией вторичных м еж м олекулярны х
связей полимера, т. е. сил взаимодействия м еж ду полимерными
цепочками.
^
Н аруш ен и е симметрии молекул полимера заменой атома
фтора на атом хлора приводит, например, к увеличению коэф
фициента трения.
Химическая стойкость. И склю чительная химическая стойкость
фторопласта-4, т а к ж е как и другие его свойства, объясняется
тем, что фторопласт-4 относится к фторуглеродным соединениям
в состав которых входят только д ва химических элементафтором во фторорганических
2*
19
соединениях является одной из наиболее прочных химических
связей. Н и ж е приводятся некоторые сравн ительны е дан н ы е
средних величин энергии связей различных элементов.
Связь
к " '/.и о л ь
. •
•_______
С=С
146
С -С
8 2 ,9
С -Н
9 8 ,7
C -F
100,2
С -0
8 5 ,5
С -С 1
7 9 ,2
Атомы ф тора образу ю т плотную оболочку поверх цепочки
атомов угл еро д а; эт а оболочка с л у ж и т прочимым «щитом», з а щ и ­
щ а ю щ и м углеродную цепочку от воздействия химических
реагентов.
Следует отметить еще и большую энергию вторичных связей.
Величина энергии, о п р е д е л я е м а я силами взаим одействия м е ж д у
полимерными цепочками, составляет примерно^одну десятую от
величины энергии первичных связей, т. е. связей мел<ду атом ам и
в молекуле. Атомы ф тора настолько прочно связан ы с цепочкой
атомов углер од а первичными связями, что воздействующие р е а ­
генты не могут оторвать их. Б л а г о д а р я этому оболочка из атомов
фтора остается невредимой и з а щ и щ а е т более уязв и м у ю цепочку
атомов углерода. Н ер а ств о р и м о сть фторопласта-4 в различных
растворителях я в л я е т с я следствием весьма слабого п р и тя ж ен и я
м еж д у м о л е к у л а м и фторуглеродов и м о л е к у л а м и других ве­
ществ. П о л и м ер растворяется, если существует активное в з а и ­
модействие м е ж д у м о л е к у л а м и растворителя и м о л е м л а м и
растворяемого вещества; если м е ж м о л е к у л я р н ы е силы малы, то
растворимость будет низкой. С о о б р а ж е н и е термодинамического
х а р а к т е р а позволяет предположить, что ф торуглероды с низким
м олекулярны м весом д о л ж н ы о б л а д а т ь меньшей растворимостью
в органических средах, чем лю бые другие органические
соединения.
'
Кроме того, растворимость постепенно сн и ж а е тс я по мере
роста м олекулярного веса, поэтому такие в ы сок ом ол ек ул ярн ы е
полимеры, к а к фторопласт-4, о б л а д а ю т низкой растворимостью.
Все перечисленное о б ъ я с н я ет исключительную химическую
стойкость фторопласта-4, который абсолютно устойчив к д е й ­
ствию следую щ их н аиболее активных химических реагентов;
хлорсульфоновой
Ti Qnf ' i ^nu
п т к и
д ы м я щ е й с я серной кислоты, д ы м я щ е й с я азотной кислоты при
высоких тем п е р ату р ах , кипящ их растворов едкого н атра, о р г а ­
нических соединений (спирты, альдегиды, к е т о н ы ) , хи м и че­
ское действие на фторопласт-4 о к а з ы в а ю т лиш ь р асп л ав л ен н ы е
щелочные м етал л ы (натрий, к а л и й или их растворы в а м м и а к е ) ,
трехфтористый хлор и г а з о о б р а з н ы й фтор при высоких т е м п е р а ­
турах. Только некоторые вы со коф тор и ро ван н ы е керосины способ­
ны в ы з в а т ь н аб у х ан и е ф торопласта-4 при тем п ератур е выше
327° С Т а к а я исклю чительная хим ическая стойкость ф тороплас т а -4 с д е л а л а его н езам ен и м ы м м а т е р и а л о м д л я изготовления
а п п а р а т у р ы и деталей, р а б о т а ю щ и х в контакте с агрессивными
20
средами; фторопласт-4 не смачивается водой и д а ж е после мно­
голетней экспозиции в воде не о б н а р у ж и в а л о с ь увеличение его в
весе вследствие габ у х ан и я.
В а ж н ы м свойством является небольшая паро- и газопроницаелюсть фторопластовых пленок в зависимости от его удельно­
го веса, что видно из рис. 13.
О
S,J(M
-4м
м
р
т
■
c
m
)
Э лектроизоляционны е свойства.
Фторопласт-4 имеет хорошие э л е к ­
троизоляционные свойства в интер­
вале
температур от — 100
до
- 260° С. Он о б л а д а е т низкими значениями коэффициента электрических потерь т] = е tg б (не более
0 ,0002 ) и диэлектрической прони'
цаемостью 2 ,0 .
2.Ц
2.16
г.18
г,
20
2.22
Г/см^
Обе эти величины практически
Удельны й Sec
не з а в и с я т от частоты в широком
диапазоне значений 60— 1-10® гц.
Рис. 13. Проницаемость п а­
ров через пленку фторо­
Кроме того, эти свойства очень мало
пласта-4 в зависп.мости от
изменяются с ростом температуры:
его удельного веса:
пределах частот от 10^ до 10^ гц
1 — вода при 100° С: 2 — бен­
зол при 100° С, 3 — двуокись уг­
коэффициент потерь не изменяется
лерода при 30® С, 4 — гелий при
при тем пературах до 314° С, однако
30® С; 5 — азот при ЗС'"' С: б —
безводный хлористый водород
диэлектрическая проницаемость в
при 30® С
том же диапазоне частот несколько
уменьш ается (от 2,00 при 23° С до 1,81 при 314° С). Удельное
объе.мное сопротивление при 23° С составляет 10’®
и не пре­
выш ает 10 ‘® о м - с м д а ж е после длительного пребывания в воде.
Фторопласт-4 о б л ад ает высокой дугостойкостью и эл е к т р и ­
ческой прочностью. Электрическая прочность его при кратковре.менном воздействии тока достигает в зависимости от толщины
20— 158 кв1мм. При 50° С пробивное н ап р яж ен и е несколько сни­
ж ает ся, но затем остается почти неизменным до 250° С.
Высокие электрические свойства фторопласта-4 являются
следствием си.мметричного строения его молекул. Поскольку мо­
лекулы си.мметричны в отношении атомов фтора, то у них отсут­
ствует постоянный дипольный момент, б л а г о д а р я че.му и полу­
чаются очень низкие значения коэффициента потерь д иэлектри ­
ческой проницаемости. Н и ж е приведены электрические свойства
этого материала.
Диэлектрическая проницаемость при 60— 1-10^ гц . .
Коэффициент потерь при 6 0 - - Ы 0 “ г ц ...........................
Удельное объемное сопротивление в ом см:
а) в сухом с о с т о я н и и .................................................
б) при относительной влажности 100% . . . .
Удельное поверхностное сопротивление при относительной
влажности 100% в 0. W ....................................................
2.0
(0 ~ 2 ) 10“ *
Свыше 10’^
3 . 6 - 10»2
21
Оптические свойства. Тонкие пленки ф т о р о п л а с т а - 4 гфозрачны д л я видимого света. Д л я у л ь тр аф и о л ето в ы х лучен ^фторо­
пласт-4 прозрачен в пределах длины волны 2 000
и н ф р а к р а с н ы х лучей — в п ределах 2 7,5 мкм.
4 000 А, а д л я
Фторопласт-3 (политрифторхлорэтилен)
Физические свойства. Фторопласт-3 п р е д с т а в л я е т сооой то н ­
кий, легкосыпучий порошок белого цвета, состоящий из частиц
полимера правильной формы — в виде ш ариков, имею щ их р а з ­
мер в среднем 200 мкм. Это — кристаллический полимер,
степень кристалличности которого при медленном о х л а ж д е н и и
м ож ет достигнуть 85— 9 0 % , а при быстром о х л а ж д е н и и ( з а к а л ­
ке) — 35— 40%ф тор оп ласта
ляет 208— 210° С. М а к с и м а л ь н а я
скорость
к р и ст ал л и за ц и и
н аб л ю д ается при 195° С. При понижении температуры^ скорость
к ристалли зац и и п а д а е т и при тем п ерату ре н и ж е 150° С с т а н о ­
вится очень малой. Вследствие несимметричного строения ф т о р о ­
пласт-3 о б н а р у ж и в а е т м а л у ю склонность к кристалли зац и и . С о ­
гласно К а у ф м а н у , э л е м е н т а р н а я ячейка политрифторхлорэтилена имеет гексагональную структуру с р а з м е р а м и
Л = 6,5 А;
С = 34 А.
Цепи у п а к о в а н ы винтообразно; в периоде у к л а д ы в а е т с я
14 мономерных звеньев.
К а к у ж е говорилось, при быстром ох л аж д ен и и полимер
получается в виде совершенно прозрачной полностью аморфной
пленки.
Медленное о х л а ж д е н и е приводит к росту кристаллитов и
сферолитов. П о л и м ер с различной степенью кристалличности
о б л ад ае т различны м и удельными весами: у з а к а л е н н ы х о б р а зц о в
удельный вес равен 2,08— 2,09 FjcM^, у н е за к а л е н н ы х 2,J6 Г/см .
Степень кристалличности ф тороп ласта-3 при одной и той ж е с к о ­
рости о х л а ж д е н и я о б р а зц о в зависит от м олекулярного веса
полимера. Чем выше м ол еку ляр н ы й вес, тем меньше скорость
кристаллизации. При нагревании о б р а з ц а выше 208— 210 С ф т о ­
р оп ласт -3 переходит в высокоэластическое состояние, а затем в
вязкотекучее; при 300— 315° С р а з л а г а е т с я , причем р а з л о ж е н и е
ускоряется в присутствии ж е л е з а , меди, хрома.
Н и ж е приводятся данные, х а р а к т е р и з у ю щ и е уменьшение веса
фторопласта-3 в зависимости от тем пературы р азл о ж ен и я .
Температура в °С
........................................
Уменьшение веса в 9о
...............................
22
380
—
400
31
420
67
440
97
460
98
Термодинамические свойства. В зависимости от степеР!и кри­
с т а л л и з а ц и и известны значения энтальпии и удельной теплоемкости фторопласта-3. К а к видно из рис. 14, при изменении тем ­
пературы изменяется удельная теплоемкость полимера, причем
наиболее интенсивное изменение н аб л ю д ается в области температ\- р ы плавления. При более низкой температуре изменение
удельной теплоемкости в зависимости от тем дературы носит л и ­
нейный характер. У ш тампованных деталей, о.хлажденных воз­
духом, она возрастает от величины 0,261 к а л ! [ г - г р а д ) при 0° С
кап/(г-град)
°С
К у град
Qj
X
<i:
^
>
э
5
Ь.
Рис.
14.
Зависимость
удельной
теплоемкости
фторопласта-3 от темпе­
ратуры
вблизи
точки
плавления;
о
о
>- -<
г
^0 80 т
7
1
160
Рис. 15. Зависимость относитель­
ного- температурного коэффициен­
та линейного расширения фторопласта-3 от температуры
до 0,272 к а л ! { г - г р а д ) при 156° С.
У образцов, о хл аж д ен н ы х посте­
пенно, удельная теплоемкость в
/ — образец, охлаж даем ы й
этом
д
и
ап
азо
н
е
температур
м
е
­
воздухом; 2 — постепенное
о х л аж д ен и е образца
няется
от
0,200
до
0,291
кал!{г • гр а д ).
Удельная
теплопроводность
фторопласта-3
равна
1,410“^ к а л ! ( с м - с е к - г р а д ) . Н а рис. 15 представлена зависимость
относительного температурного коэффициента линейного расш и ­
рения фторопласта-3 от температуры. При повышенш! т е м п е р а ­
туры от 50 до SO"* С относительный коэффициент температурного
расширения возрастает от 6 - 10“^ до 1 0 - 10“ ^ а в интервале т е м ­
ператур от 120 до 130°С — от 10-10“® до 12-10~® \!град.
Механические свойства фторопласта-3 в большой степени з а ­
висят от степени кристалличности полимера. Полимер, содер­
ж а щ и й до 40% кристаллитов, считается мягким; твердость его
составляет 9— 10 кГ!ммР- по Бринелю, удельная у д а р н а я в я з ­
к о с т ь — 100 кГ-см!см^. При повышении степени кристаллично­
сти твердость полимера возрастает до 12— 13 кГ!мм'^, а удельная
у д а р н а я вязкость падает до 4 — 6 к Г - с м ! с м ‘^.
При з а к а л к е фторопласт-3 о х л а ж д а ю т до температуры
150° С быстрым погружением в холодную воду (изделия т о л ­
щиной не выше 3— 4 м м).
23
Механические свойства ф торопласта-3 з а в и с я т т а к ж е от
температуры. И з данн ы х табл. 6 видно, что с ростом тем п е р а ту р ы
от 20 до 100° С прочность полимера при растяж ен и и сниж ается
от 390 до 80 кГ1см^, а относительное удлинение в о зр а с тает более
чем в 10 раз.
Таблица 6
Зависимость механических свойств фторопласта-3 от температуры
Темпера
тура
-60
-40
-20
О
20
40
60
80
100
Разрушающее
напряжение
при
растяжении
(закаленный
образец)
в кГ с
Относитель­
ное
удлинение
(закаленный
образец)
в %
9с О
835
730
550
390
290
21
28
28
21
70
65
430
200
при изгибе
Закаленный
образец
Незакаленный
образец
при сжатии
(незакаленный
образец)
25 100
26 600
22 700
19 700
17 000
14 500
10 800
8 100
2 780
I 750
18 100
17 800
17 100
16 300
15 000
12 700
8 800
5 500
2 800
21 200
17 300
15 500
11 600
8 200
4 800
I 350
710
8о0
140
80
М одуль упругости в кГ см^
840
Фторопласт-3 о б л а д а е т высокой морозостойкостью и способностью рао отать при очень низких тем п е р ату р ах (до - 1 9 6 ° С).
По данн ы м Свенсона, при тем п е рату ре — 269,3° С (4° К) ф то р о ­
пласт-3 р а з р у ш а е т с я только при нагрузке 3000 кГ1см^.
З ав и си м о сть модуля упругости ф торопласта-3 при изгибе от
температуры х а р а к т е р и з у е т с я следую щ ими данными:
Температура в °С
Модуль упругости
изгибе в кГ,см^
80
100
120
140
150
170
196
30 300
32 200
34 500
36 600
40 800
42 200
при
26 500
Термостойкость. Фторопласт-3 о б л а д а е т высокой т е р м о с т о й к о ­
стью: потеря в весе полим ера з а 5 ч прогрева при тем п ер ату ре
270° С не превыш ает 0,1%. Д а л ь н е й ш и й нагрев со п ро вож дается
постепенным р а з л о ж е н и е м м а т е р и а л а . При 300° С скорость р а з ­
ло ж ен и я значительно возрастает.
И сс лед ован и е процессов р а з л о ж е н и я ф тороп ласта-3 в в а к у у м е
показало, что в д и а п а з о н е тем п е р ату р от 365 до 385° С продукты
р а з л о ж е н и я полимера с о д е р ж а т 27% тр и ф то р х л о р эт и л ен а и 2%
смеси п ентаф то рх ло рп р о п и л ен а и т е т р аф т о р д и х л о р п р о п и л ен а.
В атмосфере азота в состав продуктов р а з л о ж е н и я п о л и м е р а
входит до 65% мономера. Н а деструкцию полимера б о л ь ш о е
влияние о к а з ы в а ю т м ета л л ы и в первую очередь медь.
24
Таким образом, нижним тепловым пределом применения
фторопласта-3 можно считать температуру минус 195° С, а
верхним — плюс 100° С, хотя ряд исследователей предлагает
повысить этот предел до 150° С и д а ж е до 200° С.
Э лектроизоляционны е свойства. Вследствие нарушения сим­
метрии основного звена молекул фторопласт-3 в отличие от по­
ли м ера фторэтилена имеет пониженные диэлектрические свой­
ства и высокие потери, что ограничивает его применение в
высокочастотной технике. О днако при низких частотах он я в ­
ляется ценным диэлектриком, имеет высокое объемное сопрои
тивление, электрическую прочность и дугостоикость.
Электрические свойства фторопласта-3 даны ниже.
Удельное объемное сопротивление изоляции в ом1см . . 1,2-10^®
То же, при 200° С .......................................................................... 3,0*10^^
. .
Ю^'
Удельное поверхностнее сопротивление в ом . . . .
40
Э. 1ектрическая прочность при толщине 1 мм в кв/мм . .
Диэлектрическая постоянная при частоте в гц:
3 .0
6 0 .......................................................................................
2,8
1
1
0
3
0
6
10»
............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
2,6
2.2
........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
......................................................................................
0,015
Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 60 гц
То же,
г ц ........................................................................................0,024
0,010
10» гц
»
0,003
10» гц
Дугостоикость в с е к ...........................................................................
360
Одним И З в а ж н ы х качеств фторопласта-3 является то, что
диэлектрические свойства его при повышенной влажности не
изменяются вследствие несмачиваемости одой его поверхности.
1
«
j
е
0,016
18
2Л
О
20
Z
60
100
Рис. 16. Из.менение электри­
ческих потерь tg б фторо­
пласта-3 в зависимости от
температуры при частоте;
/ — 10^ гц\ 2 — 10* гц
О
20
W
60
80 100 120 Т
Рис. 17. Зависимость диэлек­
трической
проницаемости е
фторопласта-3 от температуры
при частоте:
/ — 10^ гц; 2 — 10® гц
Электрические характеристики фторопласта-3 зависят от тем­
пературы, как показано на рис. 16 и 17.
Оптические свойства. Фторопласт-3 имеет тем большую про­
зрачность, че.м меньше степень кристаллизации полимера; он
хорошо пропускает свет с большой длиной волны, инфракрасные
лучи пропускает в диапаяоне волн от 2 до 7,5 м.
25
Химическая стойкость. Фторопласт-3 — полимер, о б л а д а ю щ и й
высокой химической стойкостью в отношении больш инства х и м и ­
чески активных веществ. Он устойчив к действию д ы м я щ е й с я
азотной кислоты, плавиковой кислоты, перекисей, концентриро­
ванных и р азб а в л ен н ы х кислот: серной, соляной и уксусной, к
действию щелочей и многих органических растворителей. О д н а ко
наличие в молекуле полимера атом а х л о р а несколько с н и ж а е т
его химическую стойкость.
Фторопласт-3 р а з р у ш а е т с я в р а с п л а в а х щелочных металлов,
р а с п л а в л е н н ы х едком натре, едком кали, фторе, вы сококон­
центрированном олеуме.
В некоторых неорганических веществах фторопласт-3 н а б у ­
хает. Т а к , в ж и д к о м хлоре привес его со ставл яет 9 — 12%.
0,2
в серном ангидриводороде
б р о м е — 0 ,8 %, бромистом
.
д е — 20%. П р и высоких т е м п е р а т у р а х фторопласт-3 растворяется
в некоторых органических растворителях: бензоле, толуоле, кси­
лоле, мезитилене. В табл. 7 — 8 приведены д ан н ы е химической
стойкости ф т о р о п л а с т а -3 и изменения его веса от воздействия
органических соединений.
Таблица 7
%
Химическая стойкость фторопласта-3 к действию
неорганических соединений
Концент­
рация
Неорганическое соединение
в %
продолжи­
тельность
испытаний
в сутках
Изменение
веса в %
после
испытания
Изменение
внешнего вида
(цвет)
0,1
0
0
+ 2 0 ,0
0
0
Коричневый
Без изменения
То же
Мутный
Без изменения
То же
- Ы .1
0
9 ч -1 2 ,0
Без изменения
То же
Ж елтый цвет
-0 ,2
--0 ,2
0
0
0
0
0
0
Без изменения
То же
»
»
»
Те мпература 25° С
!Бром
Бромистоводородная
кислота
Хлор • ...................... .* * * *
Хлорная кислота . . . . . .
Хлорсульфоновая кислота . .
100
48
100
100
70
100
60
60
60
2
60
60
Температура] 50° С
Азотная кислота .
Плавиковая кислота
Хлор жидкий . . .
98
100
100
30
60
l6
шература 140° С
Едкий н а т р ..........................
Едкое кали ...........................
Серная кислота ..................
То ж е ...................................
Соляная кислота . . . .
Фосфорная кислота , . .
Хлорсульфоновая кислота
Хромовая с м е с ь .................
26
7
50
7
50
50
7
92
7
7(110° С)
20
84
7
100
7
Насыщен­
7
ный
'Ь
Темный цвет
Без изменения
Таблица S
Изменение веса фторопласта-3
в результате воздействия органических соединений
Органическое
соединение
*
^
•о ®
4; яьS >0
iC
с
^ =
а ^S
с;
оct д н
о.W
^ о>»
Q
С§а
о
а
0)
Амилацетат
Анилин
7
SO
1г-0,06
Нет
Ацети 1 хлорид
Ацетон
7
60
hO ,I3
-0 ,5
Ацетофенон
Бензальдегид
7
30
Нет
0 ,5
Бензиловый спирт
Бензин
7
60
Нет
Ь 0 ,5
Бензол
Бензонитрил
60
7
+ 0 ,5
Нет
Бромбензол
30
о;
S
X
О
)
X
0S>
fO
Sа
О
ffl
Органическое
соединение
S я
Температура 25° С
=I
§cf и=з 5Н
о Н>.о
С
Х CS
Метиленхлорид
Метиловый спирт
7
7
+ 0 ,2 3
Нет
Метиловый эфир
Метилпропионат
7
7
6,4
+ 1,44
7
12
+ 1,13
Нет
Нитробензол
Пентахлорэтан
7
7
Нет
»
Пиперидин
Пиридин
7
7
+ 0 ,0 4
+ 0 ,0 2
Пропилацетат
1[ропиленхлорид
7
7
0,64
+ 0 ,0 2
Иропиловый эфир
Пропилформиат
7
7
+ 0 ,3 4
+ 1,16
Сероуглерод
Тетрагидрофуран
60
60
+ 0 .5
Сильное
набуха­
ние**
Тетрахлорэтан
Толуол
7
7
+ 0 ,8 8
+ 0,44
Т рифтордихлорэтан
Т рифторхлорэтилен
7
7
+ 1,2
- 9 ,1 6
1. 2, 3-трихлорпропан
Трихлоруксусная
кислота
7
Нет
7
0,03
Трихлорэтилен
Триэтиламин
7
7
+ 2 ,3
! 0,24
Уксусная кислота
Уксусный ангидрид
7
30
Нет
Фенол
Хлорбензол
7
30
Нет
- 3
Хлористый аллил
Хлористый бензол
7
30
+ 0 ,2 6
! 0 ,5
7
7
+ 0 .3 3
-)~0,05
1
Бутилацетат
7
Слабое
набухание*
Нет
Бутиловый спирт
Бутиловый эфир
/
7
’ 0,04
Нет
Гептан
Дибутилсебацинат
7
7
Нет
»
Дибутилфталат
Диоксан
7
7
Нет
»
Дифтордих лор метан
7
Дициклопентадиен
7
Слабое
наб\'хание*
Нет
I, 2-дихлорбутан
2, 4-дихлортолуол
7
7
Нет
3, 4-дихлортолуол
Диэтиламин
7
7
i-1,95
п 0 ,8 3
Р1зопропиловыГ{ эфир
7
+ 0 ,2 6
Крезол
Ксилол (смесь изомемеров)
7
30
Нет
Слабое
набуха­
ние*
7
7
h i.o
^0,88
Метилацетат
Метилбутират
i» 5
Метилэтилкетон
Муравьиная кислота
2-хлор пропан
0-хлортолуол
27
Продолжение табл. 8
Органическое
соединение
У
S2
^с; S
US
_
с ^
W
о
С
;
А
о
Б
2 V©
Г с
4S
j =
2^
SЭ
Органическое
соединение
§ej J3
= |^
О Н >ч
Ё.Я? У
» Sя
3
А
S
X
V
S
4^
2 ч®
S Ш
П-хлортолуол
А
•
Целлозольв
/
7
- ^ 0 ,0 6
0 ,0 2
Трихлорэтнлен
Уксусная кислота
/
7
-1 3 ,5 4
4 0 ,2 3
Це л л озол ьваце тэт
Четыреххлористый
углерод
/
7
Нет
-^0,44
Укс\сный
Фенол
7
/
- 0Щ,V1
Нет
/
9,73
Этилацетат
Этиленхлорид
7
/
- 0 .5
--0 ,0 2
Четыреххлористый
углерод
Этилацетат
7
-Г 6 ,4 0
7
/
Нет
3 ,8
Этиленхлорид
7
+ 1,21
30
Сильнее
набуха­
ние**
1 Этиловый спирт
* 95^0
Этиловый эфнр
Шл
То же
Этил пропионат
Этилформиат
7
7
Д
ангидрид
Температура 1 140°
Изобсрнилацетат
I
К резол
7
11-ксилол
7
Нитроб*.ню.ч
7
Си. 1ьное
набухание**
Xpvn1
кость,
изменение
цвета
Л
1,04
0.27
Температура 70
Амилацетат
Анилин
7
7
Бромбензол
А
Толуо .1
7
7
0 ,8 7
0 .0 !
■ 1,90
6 ,7 6
Хлоруксусная
лота
кис­
PaciBo] ение
' 0, v^5
Л
7
3
• Слабое набухание — до 3 - 5%.
*• Сильное набухание — свыше 10%.
Поливинилфторид
Полимер п редставляет собой мелкодисперсный порошок
белого цвета и является кристаллическим полимером с т е м п е р а ­
турой плавления кристаллической ф азы — 198
200° С. При
тем пературе в ы 1ие 200° С н а б л ю д а е т с я потемнение полимера
вследствие частичной деструкции. Н и ж е приведены данные, х а ­
рактери зую щ и е уменьшение в весе в % в зависимости от т е м ­
пературы разлож ения.
Температура в
Уменьшение веса в «о
380
34
40(1
67
420
9()
440
93
460
95
Введение ст аб и л и зато р о в (с теа р а та кальция, окиси магния и
др.) з а м е д л я е т процесс деструкции. П л е н к а поливинилф торида
28
c o x p a i i H e i св о и с в о й с т в а в ш и р о к о м д и а п а з о н е т е м п е р а т у р : от
160° С. При 150° С р а з р у ш а ю щ е е н апряж ени е при
180^ С до
растяж ении полимера составляет 211 кГ1см^.
Поливинилфторид о б л а д а е т высокой атмосферостойкостью и
химической стойкостью к действию минеральных кислот, щ е л о ­
чей, растворов солей. Поливинилфторид при температуре выше
100° С растворим в амидах, кетонах, динитрилах.
Поливинилиденфторид
Полимер — порошок белого цвета с объемным весом
0,48 Г1см^. Он о б л ад ае т высокой степенью кристалличности, т е м ­
(до
пературой п л а в л е н и я — 171°С, хорошей" теплостойкостью
"
150° С) и способностью работать при низких тем пературах
С он сохраняет
( —62° С). При нагревании полимера до 260° и
стабильность в течение 12 ч, при 343° С — 30 мин, в дальнейшем
происходит деструкция полимера, которая ускоряется в присут­
ствии двуокиси кремния, ды м ящ ей ся серной кислоты и м-бутилам ина. Уменьшение в весе поливинилиденфторида в з а в и с и м о ­
сти от температуры р азл о ж ен и я характеризуется данными,
приведенными ниже.
Температура разложения в
............................................
Уменьшение веса в
..............................................................
380
8
400 4?0
13
8
440
40
460
67
Поливинилиденфторид обладает высокими
прочностными
свойствами, что обусловливается его высокой степенью кри стал­
личности. Так, разруш аю щ ее н апряж ени е при растяжении
полимера составляет 492 кГ!см^, относительное удлинение при
разрыве — 300%, предел прочности при сжатии — 703 кГ/сл|2.
Химическая стойкость поливинилиденфторида т а к ж е высока. Он
устойчив к действию минеральных кислот, щелочей, галоидов,
углеводородов. Полимер частично растворяется в ацетоне, р а с ­
творим в толуоле, хлороформе, диметилацетамиде.
В последнее время большое внимание в литературе уделяется
сополимерам фторпроизводных, из которых наибольший интерес
представляют каучукоподобные сополимеры тетрафторэтилена с
гексафторпропиленом, сополимер трифторхлорэтилена с ф тори­
стым винилиденом, сополимер фтористого винилидена с гекса­
фторпропиленом.
Сополимеры
Сополимер те тр а ф т о р э ти л е н а с гексафторпропиленом представляет собои продукт, об л ад аю щ и й комплексом ценных
свойств: высокой химическои стойкостью к действию различных
агрессивных сред, высокой стойкостью К термоокислительным
оздействиям, а т а к ж е к термическому воздействию (в вакууме);
•«
О
29
этот сополимер при воздействии ионизируюи;еи радиаци и под­
вергается не деструкции, а структурированию. Это о б ъ я с н я е т с я
тем, что при отщеплении боковой перфторметильной группы
происходит о б р а зо в а н и е полимерных р а д и к а л о в без деструкции
основной цепи. При взаимодействии этих р а д и к а л о в м е ж д у со­
бой происходит структурирование полимера. Сополимер т ет р а ф торэтилена
с гексафторпропиленом
обладает
длительной
теплостойкостью при тем пературе 200° С. И ссл ед ован и е п р о ­
цесса теплового старения в течение 4000 ч при 2 1 0 ° С п о к а з а л о ,
что свойства сополимера не изменяются.
Сополимер т р и ф т о р х л о р э т и л е н а с фтористым винилиденом —
каучукоподобный продукт, о б л а д а ю щ и й значительной стойкостью
к термоокислительным воздействиям. Это о б ъ ясн яется тем, чтО'
связь С — Н в группе С — Нг сильно поляризуется под в л и я ­
нием атомов фтора, стоящих у соседнего атом а углерода.
Изучение термоокислительного воздействия
(в специальной
окислительнои установке) на сополимер показало, что при
250° С не происходит поглощение кислорода, причем в течение
40 ч н а б л ю д а е т с я выделение 0,3% НС1 и 0,05% H F , меньше, чел1
при н агревани и сополим ера в вакууме. При 300° С начинается,
поглощение кислорода, при этом происходит з н а ч и т е л ь н а я
деструкция сополимера.
При облучении сополимера происходит его структурирование^
что со п р овож дается повышением теплостойкости, стойкости к
действию растворителей и азотной кислоты. Сополимер трифторхлорэтилена с фтористым винилиденом о б л а д а е т хорошей химиU
U
ческой стойкостью к действию различных агрессивных сред:
и
и
концентрированных м и н ер ал ь н ы х кислот, щелочей, перекисеи,^
алиф атических растворителей, силиконовых масел и др.
О д н ако в ряде сред с высокой концентрацией сополимер
три ф тор хло р эти лен а с фтористым винилиденом набухает. Н и ж е
даны числовые значения величины н аб у х а н и я в % при испы та­
нии сополим ера в агрессивных с р е д ах в течение 27 суток.
Азотная кислота (дымящаяся) . .
Анилин .................................................
Едкий натр 3 0 % ‘ный
..................
Иэооктан ............................................
И зо о к та н + то л у о л (70 : 30) . . .
Серная кислота дымящаяся . . .
24
5
30
2
2
16
1
Соленая кислота Зб^о-^'зя . .
Толуол ............................................
Фуриловый спирт ■ ..................
Хлорид титана
...........................
Х л о р о ф о р м ...................................
Этиловый спирт ..........................
\9
4
7
52
6
*
Сополимер фтористого винилидена с гексаф торпропиленом
о б л а д а е т более высокой химической стойкостью к действию
кислот, щелочей, масел, топлив, большей теплостойкостью, чем
сополимер фтористого винилидена с трифторхлорэтиленом.
Э л ектро н н о гр аф и ч еское исследование структуры сополи.мера
п оказал о, что в зависимости от с о д е р ж а н и я гексаф торпропилена
сополимер м о ж е т быть кристаллическим и ам орф ны м . П ерех од
30
структуры от кристаллической к аморфной объясняется как
следствие перестройки кристаллическои решетки при выделении
звеньев iвторого мономера.
Введение 15% звеньев гексафторпропилена в цепь винилиденф торида приводит к перестройке решетки и образованик>
аморфного
соголимера,
обладаю щ его
каучукоподобными
свойствами.
Сополимер фтористого винилидена с гексафторпропиленом
о б л а д а е т высокой теплостойкостью. Исходные свойства сополи­
мера сохраняются в процессе прогрева его при 316° С на воздухе;
в вакууме происходит термическая деструкция полимера.
В табл. 9 для сравнения приведены температуры, при которых
сополимеры за 2 ч прогрева в вакууме и кислороде теряют 25%.
своей массы.
Таблица 9
Температуры, при которых сополимеры теряют 25% своей массы
Температура в “С
Сополимер
Тетрафторэтилена с гексафторпропиленом . . .
Фтористого винилидена с гексафторпропиленом
Трифторхлорэтилена с фтористым винилиденом
( 3 3 : 6 7 ) ...................................................................................
в вакууме
в кислороде
481
389
420
375
365
336
Исследование газообразны х продуктов деструкции сополиме­
ра фтористого винилидена с гексафторпропиленом показало, что
в процессе деструкции происходит выделение хлористого водо­
рода,
п одтверж даю щ ее
наличие в сополимере
звеньев —
СИг — CFCI — СНг — СРг — . Сополимер
о б л а д ает
высокой
эластичностью (хрупкость наблю дается только п р и — 45° С) ^
стойкостью к атмосферному старению и действию озона.
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ФТОРОПОЛИМЕРОВ
ОТЕЧЕСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
«
Отечественной промышленностью, кроме ранее описанных
политетраф торэтилена (фторопласта-4) и политрифторэтилена
(ф торопласта-3), выпускаются следующие фторполимеры; фторопласт-4Д, фторопласт-4Д П Т, фторопласт-4М, фторопласт-ЗМ,
фторопласт-30, фторопласт40, фторопласт-42, фторкаучук СКФ-32
и фторкаучук СКФ-26.
В табл. 10 приведены основные свойства перечисленных
материалов.
Фторопласт-4^
представляет сооои тонкодисперсную модио и к а ц и ю полнтетрафторэтилена с меньшим
молекулярным
весом. Практически свойства фторопласта-4 и ф т о р о п л аста-4 Д
одинаковы.
31
о т!-
а
5
VO
&в
СТ>
о
о
ю
о
о
LC
о
о
о
LC
о о'«г
LO
см
со
со
о о
ю
см сч
о
ю
(М
со
СГ5
о
со
h.
.о
о
^ л
e sС
iо fн
н о
еg
с
<£)
СО о
со
о
о
о
<N
Ю
СО
о
о
о
сч
ю
65
о гсм см
о о
о
о
ю
о
со
а
о
о
ю
сч
со
о
ю
4#
•к
* •$(- *
о о о *
о 00 г^ о
см
LO о
о
о о о ю
со о
ю
о
о
см TJ*
о
сч
*
*
о
ю
*
о
со о
см о
о
о о
ю ю
со см
сч
сч
о. н
о^ 2а
LO
см
о
со
*
о
*
о
о
о
о
*
о
о
о
LO со
о см
о о
CS
н га
6^
00
#
о
сч
CS CN
<о *
CN о
см
оfО {J
о
о
со о
ю
о о
со
со
LO
см
L.O
см см
о о
0k
00
*
о
со
см
о
00 о о
о сч
см
о UD
о
со о
о
см
о
со
о
S
о—f
ег
а
а.
о
шт
со
с
X
2
I
■X
(V
.
а>
со с;
4, ®
U СЗ
й
ч а
п
о
£ сс
4= *
J3
L .
X
О)
S
О)
ш
о
с
а
о
-вк
2
«
н
U
в:
о
со
и
S
CL
с
о;
S
£
ffl
«
д
X
X
ф
ш
н
U
4т1
ф
са
и
S
9S
3
(V
О
■
и
32
ьсч
с:
со
с;
9
сч
С1СО
сч
о.
а.
с
СУ
S
о>
я
S
S
о
о;
н
S
CJ
о
X
о
о;
о
X
э*
о
и
о
н
CJ
о
U.
о.
с
J3
О)
ч
О)
CU
=;
о
s
е-
.р «
lita
#
S
S
и
о
X
э*
о
сх
с:
Cl
5
с
о . со .
с
■S
н
о
о
у
о
сх
X
С9
сэ
S
о
S
<v \о
н ю S
сч S U
U СП
CJ го S
о
S S
О- о .
с с
CS о .
о.
с сч
РО CU
X
>.
S
2
<и
N
д I д
с
i*; 5С сieJ
сс аз а
к
н
о
сч
£.
о
а
о
t
X
с
94
н
а
о
U
>>
Q.
с
л
о; ч
>»
О) Е=(
£Х о
5«:
с
л
Г"
о
о
к
сс
о;
сч
S
а.
сч
>>
к
сч
X
J3
=:
>5
:Х
л
I=
сч
н
U
0
с
с;
S
X
с;
Сfн
X
01
S
X
S
•ео
Cl Н с\>
CU я —
о.
(V
*=t i f
а
^ о
,
:S
м
н
CJ
о
S
к
2 S
X X
J3 <v
Си
О) X
8 оsи
с
о;
н
X
•-^
с^
сч
о.
S
ь- о
о U
о
X
V*
Т
^(- и5
(Q о.
е? =:
п
о с-1
СХ'^
i? o
5о. С=Пf iа
о сз ^
о о. а
я , 'О «о
Ь о с;
•а
с
а= лаго о.
3? = о
Ч S н
(Я 0) А
«аж
о £ ч
# «
«
о
О
с;
о
о
&5
\ о
cvi
со
о
со
н
S
CL
с
2*
О
о ю
ю
сс
см
-см СП (V
о ^
X
о
со
со
о
<тз
н
ф
X
—
^
о
тт
О
О
со
сч
'.-о
фщ
см^ т Л
о
о
ся со
I
ф
X
с;
О
ч
о
CL
С
. О
с^
О
н
^
fr !9
2
9
^
н
о
сч со
о
to
сч
3*
см о ю
- to
—
сс
п
ю ю
04 см
СМ со
о
со
«о
о
а,
о
1я т
О
а;
м
го
о
см
о
сч
о
ю
о
см
О
со
ю
C
l
см
. :s
о тг
^
L
е ?
см
см
о
<У >
00 —
о
см
о
см
о
о
см
о
см
см
и
о
со
со
о
LO о
Lf3
г*
о
о,
о
U
о ^
си
О
6
т
с. н
он ^и
СМ
о
О
см
—
см
со
о
о
о
со
■& =!
см
-о
о о
ю
со —
см Tj<
о
Оо
U
со
см
с
ч
Tj* п
г»
и пз
es
ю
о
о
о
ю
ю
LO
+
см
00
/•^
см
LC
о
о
U
о
i! ‘:i
со
Oi
Г -.
см
см
• о
у
«о
с
а
см
л
о
ез
О
о
U
О о
о>
г*
О
О)
X
см
= о
С - 0J о>
с X
о
CL
ю
о
см
см
Z )
X
о
см
о
м
S
у
го
О
ts
U.
и
о
в
о;
-TJ* П
см
S
о
гсо о
о о
о о
о
'О
о
со
см о
о
о о ю
о о
см
о
-о
о
ю
г»
О
со
т *
00
см
о
о
см
о
со
со
О
о
CS
CL
<фV.
с;
см
гг
<\j
р“
а>
5г
cd
S
а
к
с
я
сс
н
О
в
и
X
н
о
X
%
• и
о
а
>>
и
о 0 и
U
с 0
о с: Q X0>
а
н
о S к Q
.
о. Z
сс
сч
с
ог~ оCQ тЛт
ф г* Sd
с
о
с
с
о
сс
о
н
{U
с J3
н
н
сс сс о
о. о. о
|>>
ь р“ >х
н
сс сс о
ь
Си о. CJ
<v <и о
с
с
ф
(Г>
с
о О) <v d>
(-
а
сс
о.
>.
н
СЧ
C
i.
о
с
к
СП
Г"
о
о
с.
0>
S
5
Сь*
R
сс
X
.Л
г*
2
S
S
£
сс
о
сс
s:
-
а
X
н
о
о.
с
с
о>
о
X
н
и
о
#
п
сс
сс
О*
о
с
<D
Н
X
X
Си
"Z
О
(А
2
о
сс
сс
О.
ф
е-
о
С
CJ
я
5;
2?
X
J3
н
о
о
S
О)
сс
=J
X
X
н
о
о
X
X
о
О)
ЕГ
X
C
L
h*
id
о:
2
•ik»
=1
сс
сс
с
о
а;
2
Он
U
из
<1)
у
X
о.
н
(Г )
0>
о
X
>.
5«;
«jj
;j
CD
М
н
о
о
SX
О
X
н
S
сс
U
и
п
зг
о'
о
с
о
о.
с
о
с
(U
ь
о
S
3"
9
о.
X
CL
с
ё
о
< v
U
с
,
к
сс
о
и
f-
С
С
о.
о
X
а
о
X
а
X
о.
«
н
м
СП
си
о
о
О
С и
сс
4
а
5
с:
а;
о
О . оU
а.
X
< v
О.
>»
н
ес
О
ю
сс
и
X
и
СС
к
сс
У
CQ
с
о
£
<и
(-
ю
сч
С
о.
CJ
о
и
о
2Г
см
о
<и
U
( J
о
Н
3 З а к а з 393
33
\
Фторопласт-4Л\ — это моднфнцнрованны й полнтетраф торэтилен с температуроь! плавления 280 295° С; имеет высокую химическую стойкость, механические свойства его близки фторопласту-4.
Фторопласт-40. О б л а д а е т комплексом исключительно ценных
СВОЙСТВ! высокими механическими и диэлектрическими свой ­
ствами, стойкостью к радиационному излучению, термостойко­
стью (до 225° С ) , отсутствием хладотекучести, атмосферостоикостью. химической стойкостью. Исключение составляю т ацетон
и серный эфир, в которых фторопласт-40 н аб у х а ет и 9 8 % - и а я
азотная кислота, ц а р с к а я водка, п л ав и к о в а я кислота, в которых
полимер н абухает незначительно.
Фторопласт-42 — кристаллический полимер (степень к р и с т а л ­
личности 4 4 % ) , о б л а д а ю щ и й способностью к растворению. Он
растворим при 20 ° С в кетонах, а при 50 С — в сло ж н ы х эфирах.
Фторопласт-42 стоек к действию концентрированных кислот
соляной, серной, азотной и 45% -ного раствора едкого натра.
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА Ф ТО РСО Д ЕРЖ А Щ И Х КАУЧУКОВ
Отечественной промышленностью выпускаются вы со ко м о л е­
И
кулярные эластичные
иоли.меры — фторкаучуки
СКФ-32
СКФ-26.
Эти поли.меры
полимеры о б л а д а ю т высокой эластичностью, которая
сохраняется при кипячении о б р азц о в в д ы м я щ е 11ся азотной кис­
лоте в течение нескольких суток. СКФ-32 п СК Ф -26 о б л а д а ю т
высокой тер.мической стойкостью. П р о д о л ж и т е л ь н ы й нагрев в
течение сотен часов при 200— 250° С не вы зы вает значительной
деструкции каучуков, их прочность и эластичность сохраняются.
Н и ж е приводятся данные, х а р а к т е р и зу ю щ и е основные свойства
фторкаучуко 1 (табл. 11 ).
Таблица Л
Основные свойства фторкаучуков
Сво^^ства
нешнии в>1Д
Удельный вес в Г/см^ .
Молекулярный вес . . .
Твердость по Шору . .
Температура хрупкости в с;
Температура стеклования . . . .
Разрушающее напряжение при рас
тяжении в к Г / с м ^ ...............................
Растворитель . . . ■ .
34
СКФ-32
СКФ*2б
Губчатая крсшка
светло-желтого
цвета
Губчатая крошка
белого цвета
1,82
1,83
> 1 млн.
> ? : 0 тыс.
40—60
—45
— 18
40—50
—45
10—35
15—25
-
22
Растворимы в кетонах и сложных эфирах
Таблица 12
Влияние концентрированной азотной кислоты
на физико-механические свойства фторкаучуков
набухания
После набухания
в HNO 3
1 сутки
Показатели
л1
■с
иг
и
Разрушающее
напряжение
при растяжении в кГ/см^ .
Относительное удлинение в %
Остаточное удлинение в %
16
1200
оСО
6
и
ю
е
U
е
и
8.2
2000
370
8 ,7
1700
600
14
IS00
60
со
(М
со
и
19
2000
480
После сушки
со
I
I
<£)
е
о
i9
щ
17
2000
500
Таблица 13
Основные свойства резин на основе фторкаучуков
Резина на основе
фторкаучуков
Показатели
Разрушающее напряжение при растяжении в кГ
Относительное удлинение в %
......................
Остаточное удлинение в % ......................! ! ! !
Твердость по Ш о р у ................................... ! . ! *
Морозостойкость в ° С .............................. .... . !
Теплостойкость в ° С .......................... ! ! !
Стойкость к маслам . . .
СКФ-32
СКФ-26
200 360
110— 170
10
65
— 30
4 200
Стойк а
120 210
300— £00
15
71
25
+2=0
Стейка
Таблица 14
Набухание резин на основе фторкаучуков
после воздействия агрессивных сред
Набухание резин
в%
Среда
примечание
СКФ-32
СКФ-26
6 ,3
0,1
8,0
0,1
Бензол ..................
Вазелиновое масло
2 1 ,0
1,5
9,0
2 ,5
Веретенное масло
Дихлорэтан . .
1,0
3 1 ,0
1,3
11,0
Четыреххлористый углерод
Этанол
10,5
1.3
1.5
1,7
Азотная кислота 98%-ная
Бензин . . .
За 24 н при 20*^ С
З а 10 суток
при 20° С
За 30 суток
при 100® С
То же
За 10 суток
при 20® С
То же
\
Химическое строение ф торкаучуков м а р о к СКФ-32 и СК Ф -26
обусловливает их высокую устойчивость к действию сильных
окислителей (табл. 12 ).
qo ..
9 fi n m v При в улкани заци и ф торкаучуков СКФ-32 и С К Ф -26 полу
чаются резины, о б л а д а ю щ и е высокой термостойкостью (200
250° С ), хорошими механическими свойствами (табл. 13) и хими
ческой стойкостью к действию различных агрессивных сред
(табл. 14).
n C o iU lD l
осфе
п а
ч .1 1 V
-
»
------ J
-
J
----------
ростойкостью и азотостойкостью, стойкостью к воспламенени
Глава
МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ ФТОРОПЛАСТОВ В ИЗДЕЛИЯ
О СО БЕННО СТИ П РО Ц ЕССА
Н аибольш ее применение в машиностроении получил ф торо­
пласт-4, о б л ад аю щ и й высокой химической сопротивляемостью к
воздействию ряда агрессивных сред, в том числе и окислитель­
ных при тем п ер атур ах 200° С.
В отличие от других термопластов, которые п е р е р а б а т ы в а ю т ­
ся в изделия методом литья или горячего прессования, изготовv ietin e изделий из фторопласта-4 производится в два приема —
таблетирования и спекания.
Процесс изготовления изделий из ф т о р о п л а с т а -4 больше
напоминает технологию,
применяемую в порошковой ме­
таллургии.
Д л я получения изделия порошок фторопласта-4 подвергают
прессованию — таблетированию в стальной прессформе, а затем
после извлечения из прессформы в свободном состоянии спекают
в специальных печах. В отдельных случаях при изготовлении
крупных или сложных изделий (например, сильфонов) спекание
производят в прессформе.
При спекании изделия отдельные, достаточно сближенные
частицы порошка сп лавляю тся в монолит, б л а г о д а р я чему
изделие дополнительно уплотняется, при этом происходит
у сад ка материала. У садка будет тем больше, чем меньше уплот­
нен порошок при прессовании. Д л я получения правильной
формы изделия и равномерной толщины стенок необходимо при
засыпке порошка в прессформу получить равномерную толщину
и плотность слоя. Н еравном ерно засы панны й порошок под д а в л е ­
нием не растекается в прессформе. Волокнистая ф орма частичек
препятствует их скольжению под давлением и выравниванию
плотности. Повышение д а в л е н и я прессования д л я выравнивания
плотности может вызывать холодную в ы т я ж к у частиц в
переуплотненных местах, а во время спекания возможно восста­
новление первоначальной формы частичек, в результате чего в
изделии появятся коробления и трещины.
Поэтому основным требованием при таблетировании является
создание одинаковой и достаточной плотности во всех частях
таблетки. С л о ж н ы е изделия прессуются из нескольких навесок
порошка, з а г р у ж а е м ы х раздельно под пуансон.
В некоторых случаях не представляется возмож ным изго­
товить из фторопласта-4 изделия з ад а н н о й конструкции. Тогда
37
I
V
изготовляют заготовку, близкую по форме к требуем ому и з д е ­
лию, которую подвергают механической о б р аб о т к е или горячему
штампованию. Следует заметить, что в ряде случаев ошибочно
считают м ех аш 'ч еск у ю о б р а б о т к у основной технологией изготов­
ления изделий из фторопласта-4.
Больш инство изделий различной формы за исключением
сло ж н ы х изделий и изделий высокого класса точности может
быть изготовлено по чертеж у без механической обработки.
Изготовление несложных изделий механической обработкой
из стан д ар тн ы х п о л у ф а б р и к а т о в (стержней, дисков и др.) может
привести к н е о п р ав д ан н о м у у д о р о ж а н и ю их и потере м а т е р и а л а
в стружку.
И зготовление химической ап паратуры , деталей и узлов ее из
ф т о р о п л а с т а -4 производится в основном следую щ ими методами;
прессованием с последующей выпечкой при 370— 390° С;
горячей ш тамповкой из готовых заготовок;
механической обработкой из выпеченных п о л у ф а б р и к а то в
(труб, стерж ней и т. д . ) ;
ф орм ован ием изделий под давлением с помощью эластичного
пуансона и жесткой н а р у ж н о й формы и последующего спекания.
Д р у г и е м арки фторопластов, я в л я я с ь тер м о п л астам и , п е р е р а ­
б а т ы в а ю т с я в изделия обычными д л я термопластов способами
(экструзией. vTHTbeM под д а в л е н и е м ) . О дн ако при переработке
фторопластов следует иметь в виду, что необходима более вы со­
к а я т е м п е р а т у р а нагрева. Кроме того, из р а с п л а в а выделяются
агрессивные и токсичные газы, от которых необходима з а щ и т а
о бо р у д о в ан и я и работающих.
П РЕССО ВА Н И Е Ф ТОРОПЛЛСТЛ-4
Подготовка порошка
Ф т о р о п л а с т -4 п р е д с т а в л я е т собой рыхлый, легко комкующийся, несыпучий порош ок с частицами волокнистой структуры.
При хранении в полиэтиленовых м е ш к а х он с л е ж и в а е т с я в
комки и в таком виде д л я засы п ки в прессформу непригоден.
И зм ел ьчен и е п орош ка до нужной крупности частиц производится
на специальных мельницах. Н а рис. 18 представлена мельница,
и м ею щ ая следую щ ую характеристику:
Диаметр диска в мм
......................................................................
Скорость вращения диска в о б ! м и н ............................................
Производительность ъ нГ1ч
..................................................... ....
300
Д о 150
Ь^сбольшие порции п орош ка з а сы п аю т в мельницу через
нак юнный лоток 2; п о п ад ая на в р а щ а ю щ и й с я диск 5, порошок
истирается, мелкие частицы просеиваются через отверстия в
38
дискч' и через конус 5 ссыпаются в контейнер 15. Крупность от­
сева определяется размером отверстий в диске, расположенных в
Л
Рис. 18. Мельница для
измельчения
порошка:
/ — каркас; 2 — лоток; 3 —
крышка; 4 — корпус;
конус; 6 — диск; 7 - вал
8 — ш айба
гайка; Ю
шплинт; / / - электродвигатель; 12 — муфта; 13 —
стойка;
14 — подшипники;
контейнер
ш ахм атном порядке. При необходимости получения более м елко­
го отсева процесс измельчения повторяется.
Измельченный порошок пригоден для прессования в течение
и
всего лишь нескольких дней, поэтому рекомендуется измельчать
одно-двухдневный запас. При этом следует учитывать, что
полимер находится в сильно наэлектризованном состоянии и
легко притягивает пыль и другие частицы с о к р у ж а ю щ и х пред­
метов и из воздуха. Д л я предупреждения загрязнении порошок
39
следует сохранять всегда герметически закры ты м , а о б о р у д о в а ­
ние и помендение, где п ер е р а б а т ы в а е т с я полимер,— в чистоте.
М инеральные и органические включения, попавшие в порошок,
становятся причиной б р а к а изделий (щели и отверстия в тонко­
стенных д е т а л я х ) . С гораем ы е включения, особенно м асл а, при
терм оо бр або тке о б р а зу ю т продукты горения, в ^результате чего
зн ач и тельн ая часть изделия приобретает черный цвет. Все это
сопровож дается снижением показателей механических и д и э л е к ­
трических свойств м атери ала.
При выборе марки порошка д л я изготовления деталей, к
которым п р е д ъ я в л я ю т с я определенные требования, необходимо
учитывать термостабильность, т а к к а к это св язан о с временем
спекания полимера и свойствами м а т е р и а л а в изделии. Обычно
ф т о р о п л а с т -4 м арки А идет на изготовление пленок, а м арки Б
и В — на изготовление электротехнических деталей и изделий,
раб отаю щ и х в агрессивных средах.
Прессы и прессформы
Прессование изделий (таблетирование) из порош кообразного
ф т о р о п л а с т а -4 выполняется на гидравлических прессах для
пластмасс. Основное требование, п р е д ъ я в л я е м о е к прессам
обеспечение равномерного и контролируемого д ав л ен и я на п у а н ­
сон. Скорость рабочего хода пресса
должна
составлять
6 — 7 cmI muh , а в конце прессования несколько уменьшаться. Не
допускается д в и ж е н и е поршня толчками.
Ш ирокое применение получили прессы-полуавтоматы отече­
ственного изготовления, такие как: П 472Б и П 4 5 2 Б
(63 Г),
П474 и П454А (100 Г), П Б 4 7 6 (160 Г), П Б 4 7 8 (250 Т) и др.,
которые с н аб ж ен ы индивидуальны м гидроприводом с давлением
рабочей жидкости 320 k FI cm"^. Н и ж н я я н еп о д в и ж н ая и верхняя
п о д в и ж н а я плиты имеют Т-образны е пазы д л я стационарного
креплен[ 1я прессформ. Э лектроконтактны й манометр прессов
обеспечивает зад а н н о е усилие пресса. Прессы с н а б ж ен ы в ы т а л ­
кивателем. При настройке на полуавтоматический цикл н а ж а ­
тием соответствующей пусковой кнопки п роизводят прессование,
подъем подвижной плиты и в ы т ал к и в ан и е отпрессованной
детали.
В случае необходимости в о з м о ж н а в ы д е р ж к а под давлением
в течение зад ан н о го времени. П ракти чески применяю т две ско­
рости рабочего хода подвижной плиты. Ход плиты до п р ессф о р ­
мы осуществляется на большей скорости, прессование
на
меньшей. Н а ч а л о медленного д в и ж е н и я п л у н ж е р а н а с т р а и в а е т с я
соответствующим положением кулачка.
Кроме прессов отечественного производства, применяются
з а р у б е ж н ы е прессы аналогичной конструкции, например C B J
150-1 ( Ч С С Р ) . Ку P V ( Г Д Р ) , Р Н М -1 0 0 ( П о л ь ш а ) .
40
ytiuTue Q, необходимое для прессования фторопластового и з­
делия, определяется по формуле
Q ~ pF кГ,
где р — давление прессования в кГ1см'^\
F — н аи б о льш ая площ адь прессования в см^.
Мощность пресса будет использована тем эффективнее, чем
ближ е усилие прессования Q к номинальному усилию пресса
Qnpec- Это положение является определяющим при выборе прес­
са для прессования определенного вида изделия. Невыгодно
прессование изделий м алы х размеров на прессах с большим
усилием из-за нерационального использования мощности привода
и нестаоильности давления прессования, вследствие пониженной
чувствительности и большей погрешности приборов. Д а в л е н и е
рабочей жидкости р\ выбранного пресса определяется по ф о р ­
муле
•J
P i = - ^ y ] кГ1см^,
Fi
2
см
.
где Fi — п лощ адь главного поршня пресса в
т] — статическии к. п. д. пресса.
Строго говоря, давление рабочей жидкости pi в течение хода
п лунж ера является величиной переменной, зависимои от величи­
ны скоростного и инерционного напоров. О днако в период
вы держ ки величина давления становится постоянной.
Статический к. п. д. пресса во время выдержки меньше ед и ­
ницы на незначительную величину и с небольшой погрешностью
практически принимается за единицу.
Прессформы для прессования порошкообразного ф т о р о п л а ­
ста-4 изготовляются стационарными, полустационарными
и
съемными. Стационарные прессформы применяются для прес­
сования изделий несложной формы с засыпкой порошка и у д а л е ­
нием изделия выталкивателем. В тех случаях, когда в стац и о­
нарную матрицу невозможно правильно засы п ать порошок, по­
следняя не крепится к плите пресса, а своими выступами в с т а в ­
ляется под лапки специальных заж им ов. Д л я засыпки порошка
матрица снимается на рабочий стол, а прессование и выпрессовка изделия производятся т а к же, к а к и в стационарной прессформе. В отдельных случаях прессования изделий сложной ф о р ­
мы, когда невозможно засы п ать порошок в стационарную прессформу и распрессовать изделие с помощью вы талкивателя,
применяются съемные прессформы. Во всех случаях конструкция
прессформ и технология прессования изделий определяются воз­
можностью полного использования характеристик прессов.
Прессформы изготовляются из углеродистой или низколеги­
рованной стали. Р а б о ч а я полость прессформы д о л ж н а соответ41
\
\
ствовать конфигурации изделий, а р а з м е р — учитывать усадку
м атер и ал а . Известно, что в направлении приложения усилия
прессования изделие усадки не имеет, а получает после спекания
некоторый прирост. При этом разны е партии полимера при о д и ­
наковых условиях переработки могут д а в а т ь различную усадку.
Д л я повышения точности изготовляемых изделий массового п р о ­
изводства целесообразно иметь две-три прессформы на одно и
то ж е изделие из расчета малых, средних и больших усадок.
Д остато ч н о отпрессовать по одной д етал и в к а ж д о й прессформе,
чтобы определить, в какой из них получаются наиболее точные
размеры изделия. Величину усадок изделия м ож но в некоторой
мере корректировать изменением в допустимых п ределах у д е л ь ­
ного д ав л ен и я прессования.
Конструкция прессформы д о л ж н а исключать перемещение
порошка под д ав л ен и ем перпендикулярно н ап р ав л ен и ю усилия
прессования. С этой целью д л я слож ного изделия прессформа
м о ж ет иметь составной пуансон или несколько пуансонов. Если
перпендикулярное смещение порошка под давлени ем не и скл ю ­
чается, то во и зб е ж а н и е б р а к а следует упростить конфигурацию
изделия. О бъем, загрузочной камеры д о л ж е н быть в 4 — 5 раз
больш е о б ъ ем а изделия.
П р ессф ор м ы выполняются по 3-му классу точности. В н у т­
ренняя или вся поверхность прессформ хромируется или нике­
лируется.
Хромирование
упрочняет
рабочую
поверхность
прессформы и обеспечивает длительное время чистоту ее. Н и к е ­
левое покрытие прессформы менее долговечно, но более дешево
и доступно. Это особенно х а р а к т е р н о д л я химического н и к е л и р о ­
вания. П р и м е н я ю т т а к ж е прессформы и без защ и тн о го п о к р ы ­
тия, но они менее долговечны и требуют большего ухода.
О ф о р м л я ю щ а я поверхность таких прессформ изготовляется с
чистотой поверхности не ниже 8 -го класса, о с т а л ь н а я — по
6 -му классу.
В нуж ны х местах о ф о р м л я ю щ е й поверхности могут быть
вы гравированы рисунок, текст или рельеф, з е р к а л ь н о воспроиз­
водимые на изделии. Глубина рельеф а ориентировочно н а х о ­
дится в п ределах 20% толщины стенки изделия. Наносить
гравировку на переходных местах (углах, рад иусах и т. п.). а
также
по краю плоской, сферической или цилиндрической
поверхности не рекомендуется.
Д л я сохранения прессформ и повторного их использования
на н ар у ж н о й поверхности матрицы выбивается номер или шифр
изделия; прессформы с м а з ы в а ю т с я п р е д о х р а н я ю щ ей от коррозии
см азкон и хранятся на с т е л л а ж а х в специально отведенном
помещении. П е р е д употреблением прессформы с м а з к а у д а л я е т с я
тщ а те л ь н ы м вытиранием и р а б о ч ая поверхность о б е зж и р и в а е т с я
растворителем. К о н тр о л ьн ая протирка выполняется спиртом.
«
42
||
Прессование
Измельченным порошок фторопласта-4 имеет насыпной вес
0,4— 0,45 Г1см^. Д л я обеспечения беспористости готового изделия
необходимо достичь при прессовании удельного веса м а тер и ал а
не менее 1,83 FjcM^.
Величина навески порошка представляет собой произведение
о б ъ е м а отпрессованного изделия на его удельный вес —
1,83 Г!см^ или объем а спеченного изделия т а к ж е на его у д е л ь ­
ный вес — 2,20 rjcM^. При первоначальном изготовлении изделия
требуется проверка размеров одного-двух отпрессованных и з д е ­
лий. Если размер изделия отклоняется от желаемого, то навеска
уменьшается или увеличивается. Простые по форме изделия
могут прессоваться исходя не из навески порошка, а из опреде­
ленной высоты засыпанного слоя. В практике часто исключают
операцию взвешивания порошка, а опытные прессовщики кон­
тролирую т лишь высоту насыпанного слоя. О днако в к а ж д о м
отдельно.лт случае выбор способа дозирования м а т е р и а л а осу­
ществляется с учетом формы детали, требуемой точности раз.меров и опыта прессовщика.
П орош ок в прессформу засы пается свободно и равномерно
распределяется по всему объему с помощью металлического или
пластмассового шпателя (рейки). При разравнивании порошок
сдвигается с более высоких на более низкие участки. В ы р а в н и ­
в ать слой вдавливанием бугорков не рекомендуется. З а с ы п а т ь
порошок в форму можно через сито. Съемную прессформу м о ж ­
но слегка встряхивать.
У трам бо вка порошка допустима, а появление или отсутствие
трещин в изделии полностью зависит от того, насколько и как
был утра.мбован порошок. Втулки высотой до 90 мм прессуются
в прессформе с высотой обоймы 200 мм, при этом порошок з а с ы ­
пается дозами; к а ж д а я доза разравнивается, уплотняется рукой,
затем пуансоном или лоточковой рейкой, представляющей часть
пуансона. Н а уплотненный м атер и ал засыпается к а ж д а я следую ­
щ а я порция и т а к ж е уплотняется. При таком уплотнении трещин
во втулках не наблю дается. Если уплотнение производится бес­
системными у д а р а м и рейки или палочки, то в этом случае
создаются предпосылки для образования трещин. Вообще способ
засыпки с принудительным уплотнением требует определенного
навы ка и тщательности в работе. Д о б а в к а порошка у ж е к от­
прессованной таблетке с последующим вторичным прессованием,
к а к правило, недопустима, так как сращ и вани е добавки с
таблеткой д а ж е при взрыхлении ее поверхности не происходит,
и после спекания об р азован и е трещины неизбежно. О днако
с р а щ и в а н и е добавки с взрыхленной поверхностью таблетки в
отдельных случаях м ож ет быть достигнуто, если п р ед в а р и ­
тельное давление будет составлять не более '/з требуемого, а
43
\
последующее совместное прессование производиться при з а д а н ­
ном давлении.
Д а в л е н и е прессования в зависимости от формы и вы^. Д а в л е соты изделия может колебаться от 250 до 400 кГ1см“
недостаточно из-за о б разован и я в и зд е­
ние менее 250 кГ1см'^
лии пор, а выше 400 кГ/см'^ — нецелесообразно, т а к как м а т е р и а л
таблетки достигает м аксим ального удельного веса при меньшем
давлении. Д а л ь н е й ш е е повышение давлени я м о ж ет вы зы вать треш,ины. О птимальное давлени е прессования
рекомендуется
300 кГ1см^, при котором т а б л е т к а получается с удельны.м весом
1,83 г/см^. При спекании удельный вес такой таблетки п о в ы ш ает ­
ся до 2,15— 2,2 Г1см^, а у с а д к а по объему составляет 23— 25% .
При уменьшении или увеличении д ав л ен и я прессования изодинаковой
Длл я
меняется и р азм ер усадки,
д
получения
усадки всех изделий необходимо соблю дать постоянный режим
их изготовления. И з д е л и я с переменной толщиной стенки, н а п р и ­
мер втулки с ф лан цем и др., во и з б е ж а н и е о б р а зо в а н и я трещин
в местах перехода следует прессовать при давлении 250—
270 кГ1см'^.
С увеличением высоты изделия (более 50 мм) одинакового
сечения необходимо повы ш ать д а в л е н и е прессования, при­
чем усилие следует п е р е д а в а т ь с двух противополож ных сто­
рон, т а к к а к при подаче д а в л е н и я с одной стороны ниж ние слои
уплотняются меньше, и после спекания изделие в нижнеи части
получается несколько меньших размеров. В ы д е р ж к а под д а в л е ­
нием зависит от высоты прессуемой детали. При высоте таблетки
до 15— 20 мм и удельном давлении 300 кГ/см^- достаточна вы­
д е р ж к а 30 сек. С увеличением высоты в ы д е р ж к а под давлением
(для вы рав н и в ан и я плотности таб летк и ) в о з р а с т а е т до 2 — 3 мин
и больше. Д а в л е н и е и п родолж и тельн ость в ы д е р ж к и у с т а н а в л и ­
ваются д л я к а ж д о г о изделия.
Высота изделия с тонкой вертикальной стенкой (стаканчики,
втулки и т. п.) не м о ж ет быть произвольной. О йы тами у с т а н о в ­
лено, что удовлетворительное уплотнение порош ка при таблетировании достигается в том случае, когда высота стенки не превы ш ает толщину более чем в 10— 15 раз. При большем
отношении д а ж е с подачей д а в л е н и я с двух сторон д етал и после
спекания о б разуется «шейка» или поры в средней части. У в е л и ­
чение давлени я приводит к больш ему уплотнению концов и з д е ­
лия, часто к браку; при этом «шейка» не устраняется. Высота
круга, прямоугольника и других изделий большой п ло щ ад и
обычно ограничивается не свойствами фторопласта-4, а техн и ­
ческими х а р а к т е р и с т и к а м и пресса.
Н а рис. 19, а представлены схемы прессования равнотолщинных изделий разной формы, имеющих одинаковую навеску: к р у ­
га, втулки и диска. Д л я этих деталей прессформы могут быть
съемными и стационарными.
44
<Ъ
О
о
п
S
iе; sС.s
к
S
®^ S
к
>. О • Н Ь- 3
са
а
CQ
С.
ПЭ*£5-
О
О
О
0>
о.
с
Sо S
с^
S? со
СО
а
2
4J Н
o’
«
W
0-1
и
ст>
-S
•м
О
о
а= ..-1
S а
о sS
S
=f
>>
5=
"■
S
i:
Я
=
О
X
^
^
X
X
"
WW
О
н
о.
'
а.
о9
>%
«о.
О, ^ <30 ^^
1хчЧЧЧЧЧЧ'
.
ft
^
-- Ч
,
V ч
ч
V
Ч
у
N
N
:^._
\
.
V '
,
01Ф
р
I
Ш:
9Ф
N
\
\
\
'. к ' *•
i 22z222; ^ a
Л
'Г'
Nч
'
N
ч \
D
Ч
^j
\\
ч
\
ч^
\
\
ч
«
т
1
•
«
.
/
д
i
V
4 N
Ч
S
S
fv>
«
N
^
i
{
J
. '
45
При стационарной установке обойма прессформы крепится к
нижней плите пресса, а верхний пуансон
к подвижном плите
пресса. З а т е м н а с т р аи в аетс я ход в ы т а л к и в а т е л я на необходимую
высоту. В прессформу засы п а ется навеска порошка или контро­
лируется соответствующая высота слоя, и порошок р а з р а в н и ­
вается. Рабочим .\одом пресса сообидается необходимое д а в л е н и е
(300 кГ1см'^). З ат ем , при поднятой верхней плите у стационарны х
прессформ д е т а л ь выпрессовывается рабочим ходом в ы т а л к и в а ­
теля, у съемных
на рабочем столе.
В случае прессования изделии переменного сечения прессф о р м а изготовляется с несколькими пуансонами. Н а в е с к а
порошка делится на части, соответствующие к а ж д о й ступени из­
делия и засы п ается раздельно по частям. Н а рис. 19, б п р е д с т а в ­
лен один из способов прессования по стад и ям (втулки с б у р ­
том).
В обой.му вставляется нижний
пуансон
и стержень,
засы п ается и р а з р а в н и в а е т с я часть навески д л я нижней части
втулки, с высотой, равной бурту. З а т е м з а к л а д ы в а е т с я большой
пуансон, засы п ается вторая часть навески для цилиндрической
части втулки (выше б у р т а ) , р а з р а в н и в а е т с я и з а к л а д ы в а е т с я
м алы й пуансон. Прессование производится на гидравлическом
прессе усилием, рассчитанны.м на наибольш ую п л о щ а д ь ( д а в л е ­
ние 250— 270 кГ/ см^) . Выпрессовка стаблетирован ного изделия
из обоймы производится совместно с пуансонами и центральны м
«*
стержнем. Отделение втулки от металлических деталей после
этого больших усилий не требует.
Один из способов прессования с т а к а н а представлен на
рис. 19, в. Н а в е с к а д л я с т а к а н а делится на две части; первая
часть для цилиндра, вторая д л я доныш ка. О б о й м а прессформ с
верхним пуансоном и стерж нем у с т а н а в л и в а е т с я вверх о сн о в а­
нием на подставку необходимой высоты и засы п ае тся первой
частью навески до верхнего края стержня. Н е меняя положения
прессформы, засы п ае тся вторая часть навески и р а з р а в н и в а е т с я ,
после чего з а к л а д ы в а е т с я и п о д ж и м а е т с я рукой нижний п \ а н сон. П р е с с ф о р м а п ереворачивается и изделие прессуется при
давлении 270 кГ,1см^.
Выпрессованный из обоймы стакан свободно снимается со
стержня. Л е г к о заметить, что высоту цилиндрическои части
с т а к а н а определяет разность длин верхних пуансонов.
Совокупностью различных приемов засы пки порош ка в
прессформу и прессования удается изготовить из фторопласта-4
довольно сл о ж н ы е по конфигурации изделия. По мере освоения
технологии переработки ф торопласта-4 расш и р яется номенклаt»
тура изделии.
С помощью различных приспособлений в о зм о ж н о изготов­
л ять основную массу изделий в р а зм ер , а механической о б р а ­
ботке подвергать лишь отдельные места, обеспечивая повышен46
ную точность. Конструкция прессформы д л я одной детали и
приемы прессования могут иметь различные варианты. П р е и м у ­
щества и недостатки каж дого вари анта полностью удается
выявить только экспериментально.
Рассм отрим
технику
прессования
некоторых
сложных
изделий, например поплавка из фторопласта-4 с металлическим
стержнем
для
электрического
дистанционного
ротаметра
(рис. 19, г ) .
Н а в е с к а порошка делится на две равные части. В собранную
матрицу з а к л а д ы в а ю т с я торцовые пуансоны, засыпается одна
половина навески и разравнивается. З а к л а д ы в а е т с я металлическии стержень, который центрируется от руки и вдавливается в
порошок верхним пуансоном. Сверху засы паю т вторую половину
навески, р а з р а в н и в а ю т и устан авл и ваю т верхний пуансон.
П рессф орм а вместе с винтовым приспособлением помещается
м еж ду плитами пресса. В момент прессования с помощью спе­
циального приспособления вручную постепенно создается д а в л е ­
ние на торцовые пуансоны, которое достигает максимума в
процессе выдержки изделия под прессом. Оно контролируется
степенью с ж а т и я специально подобранных пружин и составляет
250— 270 яТ/слг^ при вы держ ке в течение 1 мин. И з в л е к а ю т
отпрессованное изделие с металлическим вкладыш ем после
р а з ъ е м а матрицы. И зготовляю т его с припуском на механиче­
скую обработку.
Прессование сильфона (рис. 19, д)
требует определенных
навыков и высокой точности в работе, в противном случае неиз­
бежен брак. При засыпке порошка прессформа устанавливается
на подставку для пакетного прессования или на специальное
приспособление так, чтобы на нижний пуансон засы п ал ся поро­
шок для патрубка и одной стороны гофра. Н а слой порошка
у кл ад ы в ается внутреннее кольцо, изготовленное из олова или
гипса, засы п ается слой порошка и з а к л а д ы в а е т с я н ар у ж н о е р а з ­
резное кольцо (из двух полуколец). Т а к набирается одно за
другим нужное число колец, образую щ их гофры, после чего
засы п ается навеска для конечного патрубка.
Прессование производится при давлении 250— 270 кГ1см^
с двух сторон. Сильфоны
спекают
свободно и в прессформе. При свободном спекании сильфон выпрессовывается
из обоймы, из него вынимается центральный стержень и у с т а н а в ­
ливается в печь совместно
с внутренними
и наружными
кольцами вертикально на один пуансон. Внутренние кольца
обычно изготовляются из легкоплавкого м еталла или сплава и
при нагревании в печи расплавляю тся. М етал л обычно стекает в
подставленную форму и используется д л я повторной отливки
таких ж е колец. Если внутренние кольца гипсовые, то их пред­
варительно вымывают водой. Н а р у ж н ы е кольца остаются для
сохранения гофр в нужном положении. Л учш ие результаты п ол у­
__________ __________________________
_ _ _
_
и
47
чаются при спекании спльфоиа в прессформе, когда с помощью
специального з а ж и м н о г о устройства в прессформе у д е р ж и в а ю т
пуансон, не подвергая изделие распрессовке до спекания. Такой
способ спекания увеличивает выход годных изделий. Прессуют
д и а ф р а г м ы с металлически.м элементом (рис. 19, е) следующим
образом : при снятом верхнем пуансоне у стан ав л и в ается в гнездо
щток д и а ф р а г м ы в з а к л а д н о й стержень. В прессформу з а с ы ­
пается навеска порошка с н а ч а л а в углубление под закладны.м
стержнем, затем ровным слоем на нижнюю фор.му. Слой п о р о ш ­
ка разр ав н и в ае тся металлическим шаблоном, создаю щ и м при
вращении та к у ю ж е форму поверхности, как о ф о р м л я ю щ а я по­
верхность верхнего пуансона. П од давлени ем пресса на верхний
пуансон цилиндр на п р у ж и н ах опускается вниз до упора в к о р ­
пус матрицы. При дальнейш ем опускании верхнего пуансона
порошок уплотняется. О тпрессованная д и а ф р а г м а вместе с н и ж ­
ней формой выпрессовывается из гнезда специальным в ы т а л к и ­
вателем через отверстие в корпусе и стакане.
Ф утеровка металлического штуцера производится сочетанием
р ад и ал ьн о го прессования трубки с обычным прессованием бурта.
Р а д и а л ь н о е прессование трубки
применяется
потому, что
соотношение толщины стенки и длины ( 1 : 4 0 ) такое, что
продольны.м прессованием трубку изготовить невозможно.
Ф утеровка ш туцера на рис. 19, ж выполняется в определенной
последовательности. Н а футеруемую металлическую втулку а
надевается кольцо и навинчивается удлинительная втулка. Этот
узел помещается в обойму. Одновременно м е ж д у кольцом и
буртом втулки засы п ается слой порошка толщиной 8 — 10 мм.
Б ур т втулки у тап л и ва ется в обойму. В центр втулки помещается
металлический стерж ень малого д и ам етр а, центрирующийся по
концам. Д и а м е т р стер ж н я подбирается таким, чтобы з а з о р
м еж д у ним и внутренней стенкой втулки был в 4 р аза больше
толщины ж е л а е м о й футеровки. В з а з о р насыпается навеска п о ­
рош ка для трубки, т а к чтобы порошок был на уровне верхнего
торца футеруемой втулки. Сверху н асы п ается слой порошка
толщиной 10 мм д л я бурта. Стальной конус совмещ ается с цен­
т р а л ь н ы м стерж нем и на гидравлическом прессе или с п е ц и а л ь ­
ном устройстве п р о д ав л и в ается внутрь сквозь порошок за
центральным стержнем, напрессовы вая порошок на внутреннюю
стенку металлической втулки. При некотором положении конуса,
когда его задний конец еще не прошел втулку, давлени ем на
нее производится прессование бурта. Р а з м е р бурта д о л ж е н быть
таким, чтобы д ав л е н и е с той и другой стороны не в ы ­
ходило за допустимые пределы
(250— 350 кГ1см^), тогда
качество футеровки будет хорошим. После подпрессовки бурта
конус п р о д ав л и в аетс я насквозь, а ф утеровка спекается в печи
совместно с металлическими деталям и .
48
Значительное повышение производительности труда дости­
гается при прессовании изделий малой высоты (прокладок,
кр),гов, колец) пакетным способом. Н а рис. 20 показано приспо­
собление д л я пакетного прессования прокладок.
З а с ы п к а порошка в полустационарную или съемную прессформу выполняется на рабочем столе. Обойма 5 прессформы
устанавливается на круг 3, з а ­
крепленный на гайке 2. Гайка
опущена вниз на винтовом стер­
жне 1 с массивным основанием.
Н а ш айбу 4, закрепленную на
стерж не 1, устан авли вается нижНИИ
пуансон 7 и центральный
стержень 8 . Поворотом
гаики
верхний край обоймы у с т а н а в л и ­
вается выше пуансона на высоту
слоя порошка 9. Р а з м е р контро­
лируется мерительным инстру­
ментом или шаблоном. Засыпается слой порошка несколько
выше краев обоймы, Излиш ки
порошка срезаю тся вровень с к р а ­
ями обоймы. Н а порошок н а к л а ­
дывается прокладочное м е т а л л и ­
ческое кольцо 6 и прижимается
от руки верхним пуансоном. З а ­
тем поворотом гайки обойма под­
нимается на недостающую до з а ­
Рис. 20. Приспособление для
сыпки слоя высоту и повторяется
пакетного прессования прокла­
засы пка порошка д л я
любой
док;
другой детали, в той же последо/ — винт; 2 — гайка; 3 — круг4 — ш айба; 5 — обойма; 6 — мевательности. З а т е м прессформа
таллическое кольцо; 7 — нижниЛ
помещается под пресс. Выпрессопуансон; 8 — центральный стер­
ж ень; 9 — порошок
ванный вы тал ки в ател ем или на
рабочем столе пакет деталей ос­
торожно разбирается. Фторопластовые кольца от прокладочных
отделяются при легком повороте или подрезанием тонким л е з ­
вием. В одном пакете м ож но отпрессовать до 15 деталей.
И з д е л и я большой длины и небольшого поперечного сечения
(стержни, тройники, крестовины) изготовляются поперечным
прессованием по одной или несколько штук, в зависимости от
усилия пресса. П р ессф о р м а имеет в плане форму изделия. Д л я
прессования группы стержней о ф о р м л я ю щ а я поверхность пуансоно имеет совпадаю щ ие п а р а л л е л ь н ы е пазы ( полуокружности.
рессформу засы п ается навеска порошка, так ж е как при
прессовании листа. П орош ок рассекается на п арал лел ьн ы е
стерж ни гребнями пуансонос и прессуется в канавках. Некото4
З а к а з 393
рый избыток порош ка п р е д у п р е ж д а е т соприкасание гребней
пуансонов, д л я того чтобы все д а в л е н и е прессования было при­
л о ж е н о на порошок. М е ж д у п роф и лям и остается тон кая пере­
мычка порошка, которую легко разл ом ать. При поперечном
прессовании не уд ается достичь точности круга, имеет место
эллипсность.
П рессование тройников и крестовин выполняется в прессформе с соответствуюш.ей внутренней полостью. Н а в е с к а д л я и з д е ­
лия делится на две равны е части, в прессф орму засы п ает ся
половина навески и з а к л а д ы в а е т с я составной металлический или
гипсовый стержень, о б р а зу ю щ и й отверстие в изделии. Н а в е р х
за с ы п а е т с я вторая половина навески, после чего производится
прессование д ав л ен и ем 250— 300 кГ/см^. У отпрессованного и з ­
д ели я металлический стер ж ен ь и звл екается, а гипсовый в ы м ы ­
вается водой.
СПЕКАНИЕ
К а к отмечалось ранее, второй основной операцией п роизвод­
ства изделий из фторопласта-4, после прессования (таблетиров а н и я ) , я в л я ет ся процесс терм ооб работки — спекание. Процессы
спекания и о х л а ж д е н и я изделий после тер м о о б р або тки я в л я ю т с я
весьма ответственными технологическими операциями, обеспе­
чивающими конечные свойства м а т е р и а л а и качество изделий.
В результате прессования получается изделие, не о б л а д а ю ­
щее достаточной механической прочностью, т а к к а к частицы
полимера не имеют однородной структуры, и только в процессе
термообработки, б л а г о д а р я оп лавлен ию их, достигаются т р е ­
буемые свойства м а т е р и а л а и его монолитность. Поэтому д л я
получения изделий хорошего качества требуется тщ ате л ь н о е в ы ­
полнение р е ж и м а спекания. Отпрессованные изделия (таблетки)
помещ аю тся в печь специальной конструкции, медленно н а г р е ­
ваются и в ы д е р ж и в а ю т с я при з а д а н н о й т е м п е р ат у р е до тех пор,
пока м а т е р и а л станет совершенно прозрачным, т. е. сплавится.
Следует иметь в виду, что полную прозрачность приобретает
полимер, достаточно уплотненный при прессовании. У недопрессованного изделия, независимо от длительности спекания, ос­
таю тся внутренние поры в виде точек или пятен молочного
цвета в прозрачном теле изделия. И з д е л и е в печи не реком ен­
дуется д е р ж а т ь дольше, чем требуется д л я спекания (д о с т и ж е ­
ния прозрачности) во и зб е ж а н и е ухудшения его качества. Чем
ниже м олекулярны й вес фторопласта-4, тем быстрее он спе­
кается.
По данн ы м литературы продолж ительность спекания изделии
ориентировочно составляет 1 ч на 3 мм толщины стенки. Это в
большей мере относится к в ы соком олекулярн ом у полимеру. С п е ­
кание низком олекулярного полимера, к а к п о к а з ы в а е т опыт»
50
происходит за меньший промежуток времени. Часто изделие из
низкомолекулярного фторопласта-4 с толщиной стенки 8 — 10 мм
спекается за 1,5— 2 ч, а с толщиной стенки 40— 50 мм — з а 5 __6 ч
при температуре 375° С. Поэтому продолжительность спекания
каж дого изделия следует устан авл и вать опытным путем. С л е д у ­
ет иметь в виду, что повышение температуры спекания, особенно
выше oJO С, выбывает значительно большую деструкцию полиTqvao
при более низкой температуре
(о /и L ). Перегрев сопровождается выделением токсичных газообразных продуктов, образованием пор, вздутий и деструкции
полимера. При температуре свыше 415° С скорость деструкции
резко возрастает.
Установлено, что изменение температуры спекания д а ж е на
.5—5 С против рекомендуемой о к а зы в а е т большое влияние на
па
размер усадки, плотность и другие свойства м а т е р и а л а Это т р е ­
бует соблюдения строгого температурного режима в печи.
Обычно при спекании деталей и заготовок рекомендуется
п оддерж и вать в печи температуру 375 ± 5° С. Колебания темпе­
ратуры в разных точках печи не д ол ж н ы превышать ± 5 ° С Д л я
спекания крупногабаритных полых изделий требуется еще более
стабильная тем пература (375 ± 3 ° С ) . Т а к а я точность дости­
гается в печах с электрическим обогревом, в р а щ а ю щ и м с я подом,
на котором размещены изделия, и внутренней принудительной
циркуляцией воздуха. Н агр евательн ы е элементы (нихромовые
спирали) обычно закрыты. Спекание ф т о р о п л а с т а -4 с примене­
нием открытых спиралей не рекомендуется из-за возможных
местных перегревов, вы зы ваю щ их коробления, трещины порис­
тость и д а ж е вздутия.
Печи для спекания изделий из фторопластов
Печи спекания различаю т как по габ аритам , так и по кон­
структивному исполнению.
Существуют следующие конструкции печей:
камерные (одно- и двухкамерные) с в р а щ а ю щ и м с я и неподвижным подом, зонные и шахтные печи.
Все печи обогреваются электрическими н агревателям и Печи
имеют внутреннее освещение и смотровой глазок. Д л я в ы р а в ­
нивания температуры внутри печи производится циркуляция
воздуха с помощью вентилятора.
Температура контролируется термометрами сопротивления
или термопарами. Регулирование температуры в з а д а н н ы х пре­
д е л а х достигается позиционными или изодромными регулятооами тока.
^
Д л я спекания как мелких, так и крупногабаритных деталей,
полых изделий и труб применяется к а м е р н а я печь, конструкция
которой представлена на рис. 21 .
4*
51
я
2"
VO
о
i^
=;
.>
£J
П
3=
?3
о
аг^>
« ”
са а
н
с е(
з:
^
я
г: D.
ио>: Н
а si
с: :х: .а
э.
с; т ^
=5 п 2^
J3
3"
5:
м
—
i
г/
rf
>|/Ч
сз
«Ф1
S
S
J
Оа> ?^1
0
V 4
сс
#
^
ГЗ
ч
X ={
> >
W
О
сч
;i^
щ
о
о .
52
:3
О
1 1
Гч*
Внутри металлического кож уха 1 выполнена кирпичная к л а д ­
ка из ш амотного кирпича 2 и з а л о ж е н слой ш лаковаты 5. На
металлических ш ты рях внутри печи установлена кам ера-экран 6,
имеющая патрубок для движения воздуха от вентилятора 5
внутрь камеры. Спереди, м е ж д у кирпичной кладкой и камерой,
по периметру имеется щель для обратного движения воздуха из
камеры к вентилятору. Н агревател ьн ы е спирали 4 подвешены на
изоляторы. Воздух, прошедший через нагреватели и нагретый,
подается вентилятором внутрь камеры. В потолке печи установ­
лено пять термометров сопротивления, причем один помещен в
струю вдуваемого в камеру воздуха и является основным д а т ­
чиком для автоматического регулирования температуры. Другие
поочередно могут подключаться к дублирующему прибору, по­
к а з ы в а ю щ е м у температуру в данной точке. В процессе спекания
подключен обычно один из передних термометров. В потолке пе­
чи имеются два окна 7 для внутреннего освещения. И зделия по­
м ещ аю тся на печную тележ ку в один или несколько рядов.
Печь с н а о ж е н а автоматическим изодром ным регулятором
температуры. Регулятором тока с л у ж а т полупроводниковые
у п рав л яем ы е вентили. Самопишущий прибор имеет верхнюю тем­
пературную ш к а л у от О до 500° С с ценой деления 5° и нижнюю
в диапазоне от 300 до 400° С с ценой деления Г.
Во время нагрева печи переключатель устанавливается на
верхнюю ш калу. При достижении температуры спекания пере­
ключатель устанавливается на нижнюю шкалу. Точность регулирования температуры по нижнеи шкале
2° С.
Н аим еньш ей тепловой инерцией о б л а д а е т д в у х к ам ер н ая печь
с внутренней циркуляцией воздуха. В печи такой конструкции
удается с помощью изодромного регулятора п оддерж и вать тем­
пературу спекания с колебаниями ± 1— 2 ° С. К сожалению, р а з ­
ница температуры в конце печи остается более значительной.
При массовом производстве деталей и заготовок применяется
многозонная (транспортерная) печь непрерывного спекания.
Печь имеет три температурные зоны, причем длина к аж д ой зоны
соответствует времени пребывания в ней изделия при постоян­
ной скорости движ ения пода-транспортера. В к а ж д о й зоне под­
д е р ж и в а е т с я постоянная температура; в первой зоне 200— 250°С,
во второй 3 3 0 ° С, в третьей 3 7 5 °С. Заготовки и детали у к л а д ы ­
ваются на дви ж у щ и йся транспортер, у входа в печь и выходят
после спекания с другого конца печи. Анализ работы схем авто­
матического регулирования температуры печи показывает, что
хотя позиционное регулирование монтируется из недорогостоящих приборов, простых в эксплуатации, однако уступает изодро.мному. Больш им недостатком позиционного регулирования
является невысокая точность регулирования. Кроме того, не уст­
раняются н еж ел ательн ы е температурные толчки, происходящие
при включении и отключении нагревателей.
53
С хем а и з о д р о м Horo регулирования слож нее и дороже, но
обеспечивает высокую точность и плавность регулирования т е м ­
пературы.
Н есм отря на первоначальное у д о р о ж а н и е стоимости печи, в
конечном счете изодромное регулирование температуры д ает з н а ­
чительный э ф ф ек т за счет уменьшения б р ака, повышения с т а ­
бильности р а зм е р о в и улучшения физико-механических свойств
м а т е р и а л а . Н еобходим о зам ети ть следуюш,ее: в начальн ы й пе­
риод работы печи включаются почти все н агр ев ател ьн ы е э л е м е н ­
ты, а по достижении температуры спекания половина их о т к л ю ­
чается, Поэто.му имеется возм ож ность до 40% номинальной
мощности нагревателей вклю чать без регулирования, а 60% —
через регулирующие приборы. Такое разделение д а е т в о з м о ж ­
ность удешевить систему изодромного регулирования, а при
позиционном регулировании температуры значительно смягчить
тем пературны е толчки.
Режимы спекания
П еред загрузкой в печь изделия тщ ател ьн о просматриваю т и
в случае наличия незначительных трещин отбраковы ваю т. Заны и
ленные поверхности протирают сухой и чистои ветошью во itjб е ж а п и е наруш ения цвета готового изделия и появления о т д е л ь ­
ных темных пятен или точек. М елкие изделия у к л а д ы в а ю т на
специальные противни из алюминия, которые размои 1ают иа
в р а щ а ю щ е м с я поду печи.
И з д е л и я р а з м е щ а ю т в ш ах м атн о м порядке, чтобы расстояние
м е ж д у ними было достаточным для свободного обдува. Протнини д о л ж н ы быть небольших р а зм е р о в или перфорированными.
Следует учитывать очень м алую прочность изделия при т е м п е р а ­
туре спекания и ставить нх так, чтобы они не де( 1>ормпровались
от собственного веса. Тонкостенные фигурные изделия помещают
на специальные шаблоны. В отдельных слу ч аях допускается
у к л а д к а тонких изделий, таких как круги, кольца, прокладки,
друг н ад другом но две-три штуки. В этих слу ч аях при оп ределе­
нии времени вы д ер ж к и следует учитывать су м м ар н у ю высоту
пакета; если она меньше толщины изделия в другом измерении,
рекомендуется з а г р у ж а т ь одновременно изделия с близкими т о л ­
щинами стенок для спекания при одном режиме.
Время нагревания изделий до температуры спекания и вы­
д е р ж к а при тем пературе спекания определяются их массой и т о л ­
щиной стенок. Тонкостенные таблетки (до 10 мм) нагреваю т со
скоростью подъема тем пературы 120 150°С в 1 '< и [издержи­
ваю т при тем пературе 375 ± 5 ° С в течение 1,0— 2,5 ч в зависи
мости от их толщины и м олекулярного веса полимера. И з д е л и я с
толщиной стенки 20— 40 мм н а гр е в а ю т с меньшей скоростью
подъема тем пературы до 75— 100° в 1 ч и в ы д е р ж и в а ю т при темГ4
перагуре спекания 3 — 6 н. Если толщина стенки составляет 50
и более, то режим нагрева и продолжительность спекании сле­
дует н азн ач ать с учетом конфигурации и разнотолщинности и з ­
делий.
При
температуре
Таблица 15
плавления
рекомендуется
в ы д е р ж к а д л я в ы р а в н и в а ­ Режим спекания брусков толщиной
60 мм из фторопласта-4
ния температуры н аруж ны х
и внутренних
внутпенних слоев таб*
Период
Д
л
и
тел
ь
­
летки.
Температура
подъема
ность
в °С
темпера­ выдержки
Так, например, для с п с
туры в ч
в ч
кания брусков
толщиной
60 мм рекомендуется сл е Нагрев до 250 . .
2— 2 ,5
дую щ ий режим (табл. 15).
Выдержка при 250
0
,5
Попытки ускоренного наНагрев 330 . . .
1.0
0 ,6 6
грева толстостенных издеВыдержка при 330
0 ,7 5
Л И Й за 2
3 ч почти всегда
Нагрев 375 . . . Быстрый
Спекание . . . .
6 8
приводят к появлению внут­
ренних трещин, вызываемых
н а п р я ж е н и я м и в слоях м а ­
териала.
О продолжительности термообработки пластин при т е м п е р а ­
туре 380— 390° С в зависимости от толщины имеются следующие
данные:
Толщина пластин в мм
Время нагрева в ч . .
0 ,7 9 —3,175 4,764 —6 ,3 5 7,94— 12,7 1 4 ,2 9 2 - 1 9 ,0 5
2
1
1,5
3
Т ерм о об р або тка деталей с толщиной стенки 76,2 мм произво­
дится по следую щ ему режиму: нагрев до 315°С — 2 ч, выдержка — 1 ч, нагрев до 380° С — 2 ч, в ы д ер ж к а
8 ч. Стабилизацию
р азм е р о в быстро о хлаж д ен н ы х деталей производят путем про­
грева в течение 1 ч на 25 мм толщины и при температуре на 50°
выше температуры эксплуатации.
Р ек о м ен д ац и я для нагрева изделий с толщиной стенки 5 см
в течение 2 ч до 300° С, после 2 ч интервала — до 370° С не всег­
да обеспечивает хорошие результаты.
Л ю бое изделие или заготовка м о ж ет спекаться в течение т а ­
кого времени, которое не превыш ает термостабильности поли­
мера, указанной в паспорте завода-поставщ ика. Д л я толстостен­
ных изделий рекомендуется применять полимер, об лад аю щ и й
высокой термостабильностью и высоким молекулярны м весом
(фторопласт-4 м арки А, а для тонкостенных — м арки Б ) .
О х л а ж д е н и е спекшихся изделии является т а к ж е важной опе­
рацией. Скорость о х л а ж д е н и я в значительной мере определяет
степень кристалличности полимера, а следовательно, физико-ме­
ханические свойства и качество изделии.
Чем медленнее происходит охлаждение, тем выше процент
кристаллической ф азы в получаемом изделии и, наоборот, — при
быстром охлаждении, например при погружении в холодную
55
воду изделий с тем пературой 350—365° С, к р и с т а л л и за ц и я не
успевает достигнуть сердцевины изделия. Этот процесс принято
н а з ы в а т ь «закалкой». З а к а л е н н ы е изделия имеют большую проч­
ность и эластичность, но меньший удельный вес. О д н а к о вследствие низкой теплопроводности полимера з а к а л к а к р у п н о г а б а ­
ритных изделий с о п р я ж е н а с большими трудностя.ми. При погру­
жении в воду происходит в первую очередь о х л а ж д е н и е верхних
слоев изделия, а в глубине его п р о д о л ж а е т соверш аться процесс
кристаллизации. Таким образом , создаются внутренние н а п р я ж е ­
ния, которые в сердцевине крупногабаритны х изделий о б р азу ю т
трещины. Поэтому рекомендую т подвергать з а к а л к е изделия тол­
щиной до 3 мм. Обычно н еза к ал ен н ы е изделия получают о х л а ж ­
дением вместе с печью. При этом м а т е р и а л имеет во зм ож н ость
перейти из ам орф н ого состояния в кристаллическое равномерно
по всей глубине. Поэтому степень кристалличности и удельный
вес н еза к ал ен н ы х изделий выше, а прочность несколько ниже,
чем V закаленны х.
С ледует заметить, что на высоком олекулярны й полимер с к о ­
рость о х л а ж д е н и я о к а з ы в а е т меньшее влияние, чем на среднеи низкомолекулярный.
В практике н а б л ю д а ю т с я случаи, когда з а к а л к е подвергаю т
некоторые тонкостенные изделия типа д и а ф р а г м . З а к а л е н н ы й
м а т е р и а л более гибкий, упругий и прочный, а н езакаленн ы й —
более жесткий, но менее газопроницаемый. Н а п е р е р а б а т ы в а ю ­
щих предприятиях изделия о х л а ж д а ю т с я в.месте с печью до
150— 100° С, после чего вы груж аю тся.
В процессе спекания и о х л а ж д е н и я р а зм е р ы изделий у м е н ь ­
ш аю тся от 4 до 7% по сравнению с первоначальными. Р а з м е р
усадки зависит от следующих факторов: м олекулярного веса по­
ли м ера; степени уплотнения при прессовании; тем пературы и
времени спекания, влияю щ их на степень деструкции полимера;
скорости охлал<дения и з а в и с я щ е й от нее степени к р и с т а л л и ч ­
ности.
При соблюдении перечисленных выше правил подбора поли­
мера, а т а к ж е стабильности тепловых потоков в процессе т е р м о ­
обработки м о ж н о достичь определенной точности в р а з м е р а х
деталей (в п ределах ± 0 , 5 % ) .
Особенно крупные и толстостенные изделия могут спекаться
в ф о р м а х под давлением, что позволяет предупредить появления
трещин при спекании и л о к а л и з о в а т ь дефекты прессования, не
о б н а р у ж е н н ы е внешним осмотром. Это производится в печах,
ско.мбинированных с прессом. Т а б л е ти р о в а н и е здесь производит­
ся отдельно на холоде при д авлении 300 кГ!см^, затем прессфор.му пом ещ аю т в подогретую до 200° С печь, где т а б л е т к а подвер­
гается давлению 15 к Г !с м ^‘. П р е с с ф о р м а н агревается до 330° С
со скоростью подъема тем пературы 40°С в час и быстро —
до 380° С.
56
При 380° С дается выдержка, вычисленная по формуле
т - 1,4(/?1 — /?о),
где
т—
— время выдержки в ч.
R 2 — наружный и внутренний радиусы таблетки в см.
Затем изделие вместе с формой о хлаж д аю т до 150"" С, при
этом медленно повышая давление до 100— 150 кГ!см^. Такой ме­
тод спекания хотя малопроизводителен и требует специального
Рнс. 22. Детали и заготовки из фторопласта-4
ооорудования, но в известной мере гарантирует от появления
трещин в изделии.
На рис. 22 показан ряд готовых деталей и заготовок из фто­
ропласта-4, изготовленных обычным методом.
Обработка и контроль изделий после спекания
Несмотря на предосторожность и тщательность в изготовле­
нии изделий из фторопласта-4, возможны дефекты (коробление,
изменение формы), часть которых может быть устранима.
Д л я исправления формы после спекания изделие подвергают
рихтованию при температуре 200°С или после повторного подо­
грева до 200— 250° С его помещают под пресс или в специальное
устройство и о хлаж д аю т под нагрузкой. После рихтовки короб­
ления остаются незначительные. Так выправляются плиты, круги, бруски и т. п. Цилиндры, втулки, кольца, прокладки при
необходимости могут быть откалиброваны охлаждением на ме­
таллическом стержне нужного диаметра.
Все изделия после спекания подвергаются визуальному осмот­
ру, замеру размеров и, при необходимости, сортировке.
57
Готовые изде.тия д о л ж н ы быть гладкими, не иметь трещин и
пустот. Ц в ет регламентируется условиями по ГОСТу 10007 62.
Если порошок имел примеси, то в изделии могут быть пятна тем ­
ного цвета, в отдельных сл уч аях изделия могут иметь сероватый
цвет. П ятн а не яв ляю тся основанием для б р ако в ки издev^ия,
если это оговорено в ГОСТе или технических условиях.
При необходимости качество изделий контролируется рент­
геновским анализом , и физико-механические свойства п р о в е р я ­
ются на вырубленных об р азц ах. Электротехнические детали под­
вергаются проверке соответствующих диэлектрических п а р а ­
метров.
СПЕЦИАЛЬНЫ Е СПО СО БЫ ПЕРЕРАБОТКИ Ф ТО РО ПЛАСТА-4
Получение пористого материала
Пористый м а т е р и а л из фторопласта-4 мол^ет быть получен
д ву м я способами: переработкой порошка, предвари тельн о с м е ­
ш анного с м и н ер ал ь н ы м и солями, и переработкой порошка, п р ед ­
в ар и тел ь н о термообработанного. П ервым способом м о ж н о полу­
чить м а т е р и а л только с открытыми порами люоого р а з м е р а и
количества. З а к р ы т ы е поры этим способом получить невозможно,
т а к к а к полимер при нагревании не д ает вязкотекучего р а с п л а в а .
Вторым способом м о ж н о получить м а т е р и а л с открытыми и з а ­
к ры ты м и порами.
М а т е р и а л с открытыми порами изготовляется по р е ж и м у пе­
р е р а б о т к и чистого фторопласта-4. П р е д в а р и т е л ь н о см еш анны е с
порошком м и н ер альн ы е соли у д а л я ю т с я , о б р а з у я на своем месте
поры. Летучие соли у д а л я ю т с я в процессе спекания, нелетучие
после спекания путем в ы щ е л а ч и в а н и я в воде.
Смешение порошка с солью производится в коллоиднои м е л ь ­
нице. П о рош ок см ачивается трехкратны м (по весу) количеством
9 6 % -Н О Г О этилового спирта и пропускается 5 раз через к о л л о и д ­
ную мельницу. З а т е м д о б а в л я е т с я в нужном количестве соль.
С м еш ен и е производится 10-кратным пропусканием смеси через
коллоидную мельницу. Смесь отф ильтровы вается и тонкими с л о я ­
ми на противнях сушится. Т е м п е р а т у р а сушки с л е р ч и м и и
нелетучими солями со с та в л я е т соответственно 40 и 150 С.
В качестве летучей соли применяется углекислый аммонии,
нелетучей — хлористый натрии. В ы щ е л а ч и в а н и е хлористого н а т ­
рия в воде происходит очень медленно, поэтому чащ е п р и м е н я ет­
ся углекислый аммоний. Процентное с о д е р ж а н и е пор обеспечи­
вается более точно, когда применяется хлористый натрий.
И з таких смесей м о ж н о получить м а т е р и а л ы — от гибких,
ти па кожи, с м ал ы м с о д е р ж а н и е м пор, до рыхлых, мягких, н^-прочных, с с о д е р ж а н и е м пор до 75% и насыпным весом около
0 ,6 Г !см ^.
58
Обычно для получения пористого м а тер и ал а порошок фторо­
пласта-4 измельчают до крупности менее 50 м км и вводят более
50% наполнителя, измельченного от 1 до 10 мкм. И з композиции
с 2 0 % порошка и 80% хлористого натрия получается материал
с удельным весом 140 Г1см^, удельной поверхностью 1 лг^/Г, ср ед ­
ним радиусом поо 1—3 мкм.
Пористый м атери ал м ож ет быть получен в виде легкого теку­
чего несминающегося порошка или прессованных и в а л ь ц о в а н ­
ных плит, пленки, листов, труб и т. п.
Эти м атериалы применяются в качестве фильтрующих носи­
телей к а та л и за то р а , уплотняющей массы, в газовой хромотографии и других случаях.
Другой способ состоит в том, что рыхлый измельченный по­
рошок фторопласта-4 насыпают на противни толщиной слоя до
20 мм и нагревают до 327—4 0 0 ° С в течение 3 ч (оптимальная
тем пература 390 ± 5° С ), затем о х л а ж д а ю т до температуры менее
19°С и измельчают в мельнице до нужной крупности частиц.
Д а л ь н е й ш е й переработкой термообработанного порошка, по
обычной для фторопласта-4 технологии, получают пористые п л а ­
стины, трубы и др. Совместным прессованием пористого и рых­
лого nopoujKa можно получить двух- и трехслойные изделия с
пористыми и плотными слоями. Р а з м е р ы и количество пор опре­
деляю тся крупностью предварительно обработанного порошка.
Заполнением под вакуумом пористых металлических форм
фторопластом-4, хорошо диспергированным в воде, с последую­
щим высушиванием и оплавлением полимера получают полимерметаллическую структуру. После химического или электролити ­
ческого растворения металлической структуры остается пористый
пенопласт с объемом пор, равным объему м еталл а и высушенной
воды. Д л я получения, непористого, слоя н асл аи ваю т под д а в л е ­
нием лист твердого м а т е р и а л а или наносят несколько слоев сус­
пензии фторопласта.
Переработка штамповкой и формованием
И зделия из фторопласта-4 сложной формы и точных р а з м е ­
ров могут быть получены из заготовок путем обработки д а в л е ­
нием в нагретом состоянии. Одновременно м о ж ет быть улучшена
чистота поверхности, нанесен рельеф, надписи и т. п. Ш там п о в ка
рессфор
форму
до 260— 320° С, и медленно о х л а ж д а ю т под давлением 100—
350 кГ/см'^ до 35— 40° С. По другому способу заготовку, н агре­
тую до 38 0 °С, быстро переносят в холодную форму и ш тампую т
при давлении 350— 700 кГ1см^. О х л а ж д е н и е до 35—40° С можно
ускорить, применив водяную рубашку. М а к с и м а л ь н а я в ы т я ж к а
заго то в к и не д о л ж н а превыш ать 300%59
И зделия
очень
сложной
формы получаются спеканием
под давл ен и ем 15 кГ!см^ при
о х л аж д ен и и до 150° С и о д ­
новременном воздействии д а в ­
ления 100— 150 кГ/см^.
И зделия, ш там п ованн ы е в
горячей форме, могут э к с п л у а тироваться при т е м п е р а т у р е
б)
до 200° С, в холодной — до
175° С.
На рис. 23 п оказан ы при­
меры формования
чашечки,,
ступки
и
д
и
а
ф
р
а
г
м
ы
из
листа
Ь)
и пленки.
Листовую з а г о т о в к у , н а г р е ­
тую до 300° С, формуют в хо­
Q-)
лодной или горячей форме и
Рис. 23. Ш там повка и формование
медленно о х л а ж д а ю т до нор­
из листа пленки:
мальной
тем
п
ер
атур
ы
п
о
д
д
а
в
ди аф ­
ступки; в
чашечки;
о
а
ление.м 100 кГ1см^. Пленочные
рагмы
заготовки без н а гр е в а помещ аю т в нагретую до 300 С форму, ш тампую т и о х л а ж д а ю т
ней до нормальной т ем п е р а т у р ы под давл ен и ем 10— 15 кГ/см^,
Переработка отходов
Значительная часть фторопласта-4, пущенного в п ер ер аб о тку,
по различным причинам п оп адает в отходы, представляю щ ие со­
бой загрязн ен н ы й порошок, лом неспеченных таблеток, спечен­
ные куски-обрезки, с т р у ж к у .
В какой-то мере снижение количества отходов м о ж е т б ы ть
достигнуто уменьшением б р а к а и припусков на механическую
обработку, а т а к ж е улучшением общей чистоты рабочего места.
Вторичной переработке поддаются все отходы фторопласта-4,,
для чего необходимо их предварительно измельчить.
Неспеченные таблетки м о гу т быть измельчены в порошок в
коллоидной мельнице; иногда д л я этой цели используют н о ж е ­
вую мельницу.
Загрязненны й порошок, помол таб лето к и отходов могут бытьочищены от загрязнений травлением в смеси соляной и п л ави ко ­
вой кислот ( 2 : 1 ) и отмывкой в воде. Д л я у д а л е н и я нерастворившихся (в основном органических) примесей проводится п р о к а л к а
порошка при 200—250° С. После очистки порошок и помол т а б л е ­
ток п е р е р а б а т ы в а ю т с я по обычной технологии. И зделия имеют
серый цвет, но по свойствам почти не уступ аю т основному м а т е ­
риалу.
60
Гуски, обрезки и с т р у ж к у изделий, прошедших спекание, р а з ­
д а в л и в а ю т на в а л к а х в тонкую рваную пленку, измельчают на
нож евы х мельницах и получают тонковолокнистый помол. И з­
мельченные отходы (помол) прессуют и спекают в з а м к н у т ы х
прессформах. Н а в е с к у в прессформу рассчитывают по формуле
Q
V'T
k
где Q —
V—
Y—
к—
н а в е с к а фторопласта-4 в Г;
объем формы в см^;
удельный вес фторопласта-4 в Г!см^\
коэффициент, учитывающий расширение фторопласта-4
при температуре фазового перехода, равный 1,25.
Помол прессуется при нормальной температуре в прессфор­
мах, имеющих устройство для с ж а т и я таблетки в процессе спе­
кания, или таблетки переносятся для спекания в форму с с ж и ­
мающим устройством. Д а в л е н и е прессования 200—400 кГ1см^
к а к при нормальной температуре, т а к и в случае подогрева поли­
мера до 100—2 0 0 ° С; тем п ер ат ур а спекания 375—3 9 0 ° С; время
спекания определяется экспериментальным путем. В процессе
спекания в форме возникает давлени е за счет расширения фто­
ропласта-4. Таким способо.м изготовляются «вторичные» плиты,
втулки, кольца и другие заготовки несложной формы. Прочность
вторичного фторопласта-4 несколько ниже первичного.
Считается эффективным способ измельчения любых отходов,
прокаленных при 350° С в течение 5 мин в закры том объеме и
спекании при одновременном воздействии давления и у л ь т р а з в у ­
ка. Получается компактный однородный м атер и ал с удельным
весом 2,15 Г1см^. Тот ж е порошок, спеченный без давления и
у л ь т р а з в у к а , д а е т губчатый м а т е р и а л с низкими механически.ми
•i
свойствами.
Имеются попытки переработки всех к уско вы х отходов мето­
дом измельчения в гранулы и прессования или экструзии в п л а ­
стины и профильные изделия. Мелкие куски, прошедшие спекание, измельчаются в ножевой мельнице до крупности частиц м е ­
нее 3 мм. Д л я изготовления пластин навеска гранул засы п ает ся
в прессформу, установленную м е ж д у нагревательны ми плитами.
Полимер нагреваю т под давлением до температуры сварки
(3 70—3 9 0 ° С ) , в ы д е р ж и в а ю т 0,5— 1 ч и о х л а ж д а ю т под д а в л е ­
нием. Такие ж е гранулы могут быть переработаны в профиль­
ные изделия на вертикальном шнек-прессе.
ПЕРЕРАБОТКА ФТОРОПЛАСТОВ ПРЕССОВАНИЕМ
Все фторопласты, кроме фторопласта-4, в расплавленном со­
стоянии имеют сравнительно невысокую вязкость и способны пол
давлением заполнять пространство (полость) прессформы. Д л я
61
деформации р а с п л а в а требуется давление, во много раз меньшее,
чем давлени е прессования.
Р а с п л а в не п р е д с т а в л я е т сплошную монолитную м ас с у , он
имеет р а з р ы в ы , треидины и т. п.
Д л я получения монолитного и прочного изделия необходимо
на р а с п л а в о к а з а т ь определенное давл ен и е и п о д д е р ж и в а т ь его
или д а ж е повышать в процессе о х л а ж д е н и я детали, пока поли­
мер не приобретет номинальную прочность.
При переработке предпочтительнее повысить т е м п е р а т у р у
р а с п л а в а о т о р о п л а с т а , что позволит понизить его вязкость,
а следовательно, и д а вл ен и е прессования. О днако нельзя повы­
ш а т ь т е м п е р а т у р у до наступления р а з л о ж е н и я м а т е р и а л а .
Т ем пературны й интервал переработки находится выше точки
плавления кр и сталлов и ниже точки р а з л о ж е н и я полимера. Чем
больше диапазон критических точек, тем больше возможностей
д л я выбора п а р ам е т р о в переработки. Оптимальной считается
т е м п е р а т у р а , б л и з к а я к т е м п е р а т у р е потери прочности.
Прессформы д л я прямого и литьевого прессования фторопла­
стов изготовляются из углеродистой стали, внутренняя полость
хромируется или никелируется; м о ж е т быть применена вы соко­
хром истая с т а л ь без покрытия. Н а г р е в прессформ с з а г р у з к о й
и тиглей литьевого прессования производится с помощью спе­
циальных н агр евател ей , смонтированных на прессе. Прессформы
м о гут н а г р е в а т ь с я т а к ж е в термош каф у. В р ем я н а г р е в а м а т е ­
ри ала для к а ж д о г о изделия подбирается экспериментально.
Ориентировочно можно р а ссч и ты вать врем я в ы д е р ж к и , исходя
из 5 _ 7 мин на к а ж д ы й миллиметр толщины стенки изделия при
тем п е р ат у р е н агр е в а. О днако д л я толстостенных прессформ т а ­
кое вр ем я м о ж е т о к а з а т ь с я недостаточным.
Основные технологические п а р а м е т р ы переработки фторопла­
стов прям ы м и литьевы м прессованием приведены в табл. 16.
Таблица 16
Технологические параметры прессования фторопластов
Наименование полимеров
Сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом (FEP)
. . . . 315
Ф т о р о п л а с т - 4 0 ............................................. 270
Ф т о р о п л а с т - 4 2 ............................................. 210
Ф т о р о п л а с т - 3 ............................................. 220
370
290
240
260
?" 0
170
2с 0
175
Фторопласт-ЗМ
Фторопласт-2
62
Температура
нагрева
в °С
Давление
в кГ!см}
5 70
300
200
300— 500
при охлаждении
1500— 2000
300—500
15— 30
Температура
охлаж дения
в прессформе
в
200 40
200--40
120 40
120 40
120-40
140-- 4 0
«
л
J
л*
\*
Рассмотрим некоторые особенности технологии прессования
различных фторопластов.
Сополимер F E P м о ж е т п е р е р а б а т ы в а т ь с я в чистом виде,
а т а к ж е с л у ж и т ь связующим при изготовлении многослойного
слоистого пластика из фторопласта-4. Д л я соединения листа иа
фторопласта-4, армированного семью слоями стеклоткани с п л а ­
стиной меди, покрытой сплавом никеля (25—3 5 % ) с оловом
(65— 7 5 % ) , применяют в качестве промежуточного слоя толщи­
ной 0,5 мм сополимер тетрафторэтилена (8 5 % ) с гексафторпропиленом ( 1 5 % ) . Собранный п ак ет прогревают 5 мин при т е м ­
пературе 345—370° С под давлением от 7 до 28 кГ/см"^.
Тонкостенные изделия из фторопласта -3 необходимо з а к а л и ­
в а т ь при быстром охлаждении. Большое внешнее давление, о к а ­
з ы в а е м о е при прессовании и охлаждении в форме, сильно з а м е д ­
л я е т скорость кристаллизации. Медленное о хл аж ден и е под д а в ­
лением 1500—2000 кГ1см^ равноценно резкой з а к а л к е . Поэтому
для всех способов переработки фторопласта - 3 необходимо под­
д е р ж и в а т ь давление не менее 1500 кГ1см^ вплоть до о х лаж д ен и я
изделия до 190— 100° С.
Получение изделий с толщиной стенки более 5 мм при низ­
ком давлении невозможно вследствие образования внутренних
трещин при остывании.
Листы из фторопласта-3 толщиной 2 мм можно прессовать
в сочетании со стеклотканям и, асбестом, металлической сеткой
и перфорированными металлическими прослойками. П рессова­
ние выполняется в н а г р е в а е м ы х плитах в течение 1 — 5 мин после
н агр ева до установленной температуры, а з а к а л к а — в холодных
плитах под давлением, в 3 р а з а превосходящим давление прес­
сования. З акал ен н ы й м ате р и ал приобретает прозрачность. Плиты
и блоки из фторопласта-3 на э т а ж н ы х гидравлических прессах
прессуют при температуре 200—250° С и давлении 300—
350 кГ1см'^. При этом одни плиты пресса имеют обогрев, а д р у ­
гие охлаж дение. Боковые стенки прессформы обычно теплоизо­
лированы. Перемещение форм из зоны нагрева в зону о х л а ж ­
дения механизировано. Таким путем получают из фторопласта-3
плиты площадью 2
которые затем механически п е р е р а б а т ы ­
ваю т в изделия. Листы из фторопласта могут быть получены
формованием из порошка, доведенного до гелеобразного состоя­
ния при тем п ер атур е 250— 350° С и давлении 7 кГ1см^. Д а в л е н и е
м о ж е т быть создано весом гладкой плиты из нержавеющей стали
толщиной 8 мм.
Известен способ изготовления стержней диаметром 50 мм, в ы ­
сотой 70 мм из фторсодержащих полимеров прессованием в к а ­
мере под в а к у у м о м , и.меющей отверстие для штока. Форму с с у ­
хим порошком подогревают током высокой частоты ~ 1 0 0 Мгц
в течение 3 мин до тем п ературы 220° С, порошок прогревается
до 180° С.
63.
\
Известен т а к ж е способ горячего прессования фторопласта-4
в изделия с помощью текучего компонента. Д л я получения пресскомпозиции порошок фторопласта-4 смеш иваю т с т е р м о р е а к т и в ­
ными полимерами или мономерами, обладаю щ ими высокой т ер ­
мостабильностью. В качестве текучего компонента используются
фурановые, резорцинофурфурольные, нафталинофенолоформальгедидные смолы, а т а к ж е мономер ФА, фуриловыи спирт и т. п.
Смешение 75—95 вес. ч. мелкодисперсного фторопласта-4 с
5 —25 вес. ч. текучего компонента и 100— 150 вес. ч. л е г к о л е т у ­
чего растворителя позволяет получить композицию, обладаю щ ую
хороши.ми свойствами. М о г у т быть введены к а т а л и з а т о р ы от­
в е р ж д е н и я и наполнителя, то гда количество фторопласта-4
ум ен ьш ается. Через 1—2 ч получается гомогенная смесь, кото­
рую вы суш и ваю т в в а к у у м е при 60—80° С в течение 4 — 10 ч.
Полученные композиционные м а т е р и а л ы прессуют при 160—
200° С и давлении 300—400 кГ1см^. При термообработке
в течение 3 ч при 400° С потери летучих вещ еств не превышают
5 % . П олучаем ы й таки м способом м а т е р и а л отличается повышен­
ной твердостью, способностью к м еталлизации и пониженной
склонностью к деформации на холоде.
Процесс пресслитья фторопластов сочетает в себе элементы
технологии прессования и литья под давл ен и ем . Т ем п ер атур а
н агр ева полимера примерно р авн а тем п е р ат у р е потери прочности
(Т П П ) , т. е. близка к т е м п е р а т у р е литья под д авл ен и ем . Д р у г и е
п ар ам е тр ы пресслитья аналогичны п а р а м е т р а м литья под д а в ­
лением.
В связи с развитием технологии литья под давл ен и ем пресслитье, к а к менее производительный способ, применяется в о г р а ­
ниченных м а с ш т а б а х производства.
ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Способ переработки термопластов литьем под давлением
(шприцеванием) я в л я е т с я наиболее прогрессивным в производ­
стве д ета л ей машин и аппаратов. Этот способ применяется для
переработки большинства фторопластов, з а исключением фторопласта-4. В С С С Р и з а р у б е ж о м создан а технология литья под
давлением и накоплен практический опыт. Д а л ь н е й ш е е развитие
химии, электроники, электротехники и други х отраслей промыш­
ленности с в я з а н о с большим спросом на фторопластовые и зд е­
лия, п олучаем ы е литьем.
О днако технологический процесс литья фторопластов о с л о ж ­
няется вследствие наличия некоторых особенностей: высокой
т ем п е р ат у р ы переработки (до 390° С ) , уз к о го и н тер вал а м е ж д у
температурой переработки и тем пературой термического р а з л о ­
ж ения, большой вязкости р а с п л а в а (до 1 0 ®— 1 0 ® пз), высокой
64
токсьчности и агрессивности газов, образующихся при т е м п е р а ­
туре переработки, большой усадки.
Д л я литья под давлением фторопластов пригодны к а к плун­
жерные, т а к и шнековые литьевые машины. Однако подготовка
полимера к впрыску наиболее эффективно и быстро производится
на шнековых литьевых маш инах с двухстадийной системой обраОотки м а т е р и а л а , предварительной пластикацией и инжекцией
Машины с предварительной пластикацией имеют р яд преиму­
ществ перед поршневыми, а именно: более точно контролируются
температуры рас^плава, давления, количества впрыснутого в фор­
му м а т е р и а л а ; большая скорость инжекции и вы сокая способ­
ность пластицировать м атери ал; более эффективное использо*
мощности н а р я д у с высокой производительностью.
На шнековых машинах имеется возможность изменять р е ж и ­
мы переработки, необходимые при переходе на изготовление но­
вой детали или зам ен е поли.мера. Машины т а к ж е обладаю т более
точным воспроизводством условий переработки в к а ж д о м цикле.
Все эти данные создают бv^aгoпpиятныe условия для уменьшения
разброса величин усадо к, т. е. обеспечивают повышенную точ­
ность литья.
В одноцилиндровых шнековых м аш ин ах шнек выполняет п л а ­
стикацию м а т е р и а л а и создает давлени е д л я вп ры ска его в
прессформу. В двухцилиндровых м аш и н ах эти операции прово­
д я т с я раздельно: в верхнем цилиндре с помощью шнека произ­
водится пластикация м а т е р и а л а и подача через к а н а л в н и ж ­
ний поршневой цилиндр. Впрыск отмеренной порции р асп л ав а
в прессформу осущ ествляется давлением поршня из нижнего ци­
линдра. М а т е р и а л н агр евается за счет подвода тепла и трения в
с ж а т и я . Температура цилиндра машины составляет
4UU L и обеспечивается нагревательны ми устройствами. Д л я
контроля тем п ературы в разных зонах широко применяется си­
стема с двойными термопарами, подключаемыми параллельно к
контролирующим приборам. При пуске машины работают г л у ­
бокие термопары, показывающие тем п е р ат у р у цилинтра вблизи
полимера.
' “
Н агр ев происходит быстро, без отключения питания. При
работе включаются неглубокие термопары, более точно контро­
лирующие приток тепла. Н агрев м а т е р и а л а происходит за счет
обогрева и трения. Приборы контроля тем п ер атур ы д о л ж н ы обе­
спечивать высокую точность заданной температуры, от кото­
рой зависит вязко сть р а с п л а в а , влияющ ая на многие т е х 1{ологические п ар ам етр ы литья и качество изделий.
Д е т а л и литьевых машин, соприкасающиеся с расплавом, из­
готовляются из коррозионностойкои стали. Об*^1чная с тал ь бы ст­
ро корродирует. Прессформы из уг*теродистой стали хромируют­
ся или никелируются. Некоторые детали прессформ и зготовля­
ются из коррозиоиностойкой стали.
5 Заказ 393
65
При конструировании прессформ необходимо избегать с у ж е ­
ний, круты х поворотов и y c i y n o B в литьевых к а н а л а х , чтобы не
с о з д а в а т ь сопротивления струе р а с п л а в а . Ж елательн о увеличен­
ное сечение литьевых кан ал о в, для того чтобы уменьшить с к о ­
рость впрыска.
Порошковый полимер имеет м ал ы й насыпной вес и со дер ж и т
большое количество во зд ух а. Поэтому производится п р е д в а р и ­
тельное гранулирование на г р а н у л я т о р а х с различным размером
шнека. Путем за м е н ы решетки и изменения скорости вращения
н ож а можно получить гр ан ул ы любой величины и формы. В ы ­
с о к а я вязко сть р а с п л а в а и близость тем п ер атур переработки и
з а с т ы в а н и я м а т е р и а л а исключают применение принудительного
водяного о х л а ж д е н и я вы ходящ их гр ан ул многих фторопластов.
И м еется опыт литья негранулированного полимера. Порошок
предварительно таб л ети р уется при нормальной тем п ер атур е д а в ­
лением 300— 500 кГ!см‘^ в' кольца или диски толщиной 8 — 1 2 мм.
П еред загр узко й в бункер таблетки, о б л а д а я низкой прочностью,
м о гут быть легко измельчены. Зам етн ого ухудш ения качества
изделий, изготовленных из таки х таблеток, вместо гранул, не н а ­
блю дается.
Известно, что свойства различных партий фторопластов не­
одинаковы, колеблются в определенных и нтервалах, у с т а н о в л е н ­
ных техническими условиям и на порошок. Паспортные данные
прочности, ТПП, термостабильности и т. п. не я в л я ю т с я д о с т а ­
точными для определения технологических п ар ам етр о в литья
фторопласта. У к а з а н н а я в л и тер атур е т е м п е р а т у р а переработки,
р а в н а я ТПП + (2 0 —3 0 ° С ) , я в л я е т с я ориентировочной и не для
всех литьевых фторопластов м о ж е т быть пригодно 11. Например,
фторопласт - 3 реком ендуется п е р е р а б а т ы в а т ь при более низкой
тем пературе, чем ТПП. Поэтому перед процессом переработки
часто опытным путем определяют температурньп '1 интервал и д р у ­
гие п а р а м е т р ы переработки фторопластов.
Используется, например, величина изменения индекса р а с ­
п л ава при различных т е м п е р а т у р а х полимера. Известно, что из­
менение индекса р а с п л а в а при данной т е м п е р а т у р е не р а с к р ы ­
в а е т всех литьевых свойств полимера при той ж е тем п е р ат у р е
в литьевой машине. Один из экспериментальных способов состоит
в том, что полимер прогревается при тем п ературе, равной ТПП,
затем изменением продолжительности цикла и повышением или
понижением т ем п е р а т у р ы к а ж д ы й раз на 5 ° С добиваются полу­
чения отливки. После этого корректируются другие параметрь!,
влияющие на качество. Применим для фторопластов и другой
способ, предусматриваю щ ий определение тем п ер атур ы т е к у ч е ­
сти 7V и тем п ер атур ы р азл о ж ен и я Тр терм оп ласта непосредствен­
но на литьевой машине. Полимер последовательно п р о давли ­
ва ется через сопло при плавном из.менении тем п ер атур ы со с к о ­
ростью 0,5— Г С
в минуту. Регистрируется
максимальное
66
л а в . к т ю Hi) nopmiie (шиеко) и тем пература полимера при в ы ­
ходе ы сопла. I к'гп.иания проводятся при ра зличных скоростях
де([ 1ор.\1аиип сдвига, вычисленной по ([)ор.муле
:V2Q
г
Л
где Q ~ обьемнач скорость течения в начале иродавливания
в im ^Icck:
(1
диаметр отверстия сопла н см.
Затем , по установленно!! графической зависимости (логарн( 1>м
давлени я
обратная абсолютная тем п ер атур а) на изгибах
7 -образноГ 1 кривой для данного м ат е р и ал а находят Тг и Тр. Т ем ­
пературный ( т т е р в а л лигья под давлением при различных с к о ­
ростях де(()ормации сдвига л е ж и т м е ж д у найденными точками.
Независимо от ':*того, рекомендуется для к а ж д о г о типоразмера
изделия из любого вида фторопласта опытным пчтем подбирать
оптимальные параметры для литья иа литьевой маи 1 ине.
С л едует обратить внимание на то, что при литье фторопла­
стов я в л я е т с я необходимым нагрев прессформы от 130 до 2 5 0 ° С
перед инжекцией и охлаж ден ие изделия вместе с прессфорО
мои до некоторой промежуточной или до нормальной т ем п е р а ­
туры.
Эти операции могут производиться на стационарно у ста н о в ­
ленной прессформе, т. е, в литьевой машине, а т а к ж е вне литье­
вой манлины. В любом случае время на нагрев и охлаж ден ие
прессформы м о ж е т быть больше, чем время подготовки очеред­
ной порции полимера для инжекции. Литье в одну стационарную
прессформу практически невозможно из-за пригара м атер и ал а.
Р еко м ен дуется вводить в зам кн уты й цикл (нагрев — инжекция —
о х л аж д ен и е и распрессовка — нагрев) несколько прессформ.
Одинаковые прессформы набирать не обязательно, но необ­
ходимо иметь в виду, что парам етры литьевой машины не могут
меняться при к а ж д о м цикле литья. Поэтому прессформы берут
для таки х изделий, литье которых м о ж ет производиться при оди­
наковых п ар ам етр ах. Количество прессформ легко определяется
деленис.м продолжительности цикла для прессформы иа продол­
жительность полного цикла литьевой машины.
Имеются литьевы е машины с устройством для установки не­
скольких прессформ, которые можно поочередно передвигать к
соплу. В этом случ ае периоды м е ж д у инжекцией значительно
удлиняются и используются для о х л а ж д ен и я и нагрева прессформы. Широко применяются т а к ж е прессформ’ы, которые н а ­
греваются в печи вне литьевой машины. Печь обычно оборудо­
вана устройством для перемещения прессформ при нагреве. Тем­
пература в печи п о ддер ж и вается несколько выше заданной для
тем п ературы нагрева прессфор.м. Время прогрева подбирается
опытным путем. В таких процессах прессформа не крепится к
_
5*
_
67
плитам литьевой машины, а помещ ается м е ж д у ее плитами в
фиксирующее устройство.
литьевой машине до промежуточПрессформы о х л а ж д а ю т
ной или нормальной т ем п е р а т у р ы водой и с ж а т ы м в о з д у х о м .
От стабильности теплового р е ж и м а зави си т не только величина
и разброс у с а д о к , но и качество изделий. О днако при стаоильн ы х п а р а м е т р а х работы литьевой машины н изкая т е м п е р а т у р а
прессформы м о ж е т быть причиной
шероховатой поверхности детал и ,
низкой прочности и д а ж е б р а к а .
Т е м п е р а т у р а прессформы, т е м ­
п е р а т у р а р а с п л а в а и литьевое д а в ­
ление я в л я ю т с я в з а и м о с в я з а н н ы м и
п а р а м е т р а м и , определяющими к а ч е ­
ство изделия.
Т ак, при увеличении т е м п е р а т у ­
ры прессформы можно уменьш ить
д а вл ен и е при постоянной т е м п е р а ­
туре р а с п л а в а или уменьш ить т е м ­
п е р а т у р у р а с п л а в а при постоянном
давлении. На рис. 24 д а н а з а в и с и ­
мость д а в л е н и я от т ем п е р а т у р ы ци­
Рис. 24. Д и а г р а м м а д а в л е ­
линдра и прессформы д л я фтороний литья
фторопласта-3
п
ласта-3
(Т
П
П
-3
0
0
°
С
).
Х
а
р
а
к
т
е
р
при различных соотношени­
зависимости п ар ам етр о в д л я д р уги х
я х тем п ератур цилиндра (по
ординате)
и
прессформы
фторопластов — аналогичный.
(по абсциссе):
Существенное влияние на к а ч е ­
I, 2, 3, 4, 5, 6
д а в л е н и я соот­
ство
и
точность
разм
еров
детали
ветственно 1400, 1540, 1750, 2100,
2450 и 2800 кГ/см'^
м о гут о к а з ы в а т ь скорость и г л у б и ­
на о х л а ж д е н и я прессформ. О х л а ж д а т ь н уж н о т а к и м образом,
чтобы литник о х л а ж д а л с я медленнее, и при этом о с т а в а л а с ь бы
возмож ность компенсировать у с а д к у з а счет поступления р а с ­
п л ава. В противном сл уч а е литник м о ж е т « з а й е р з а т ь » , что не
позволит обеспечить поступления р а с п л а в а , а следовательно,
компенсировать у с а д к у .
и
Помимо общих для всех фторопластов условий литья под д а в ­
лением, к а ж д ы й фторопласт имеет свои отличительные с в о 11ства,
которые необходимо у ч и т ы в а т ь при выборе п ар ам етр о в литья.
Например, сополимер тертафторэтилена с гексафторпропиленом (F E P ) о б л а д а е т хорошей термостабильностью. При темпе" ' ' " ' - 2 8 2 ° С)
р а т у р а х выше т е м п е р а т у р ы плавления кри сталлов (252
его с т р у к т у р а не н а р у ш а е т с я . Критическая скорость с д в и г а при
390'" С р а в н а ^ 2 0 0 сек~\ Основные п а р а м е т р ы литья приведе^ны
в табл. 17. Т е м п е р а т у р а р а с п л а в а м о ж е т подниматься до 3 9 0 ° С.
Т е м п е р а т у р а прессформы мелких изделий м о ж е т быть з н а ч и ­
тельно ниже рекомендованной; например, д л я изделия весом 1 Г
68
Таблица 17
Технологические параметры литья фторопластов под давлением
Наименование полимеоов
Расплава
Сополимер FEP
Фторопласт-3 .
Фторопласг-ЗМ
Фторопласт-42
Фторопласт-2 .
310
250
230
250
204
Прессформы
при
литье
Прессформы
в конце
о хл аж д е
ния
Давление
в КГ/СА1^
ЗГО 200 -2,^0
■280 130- -150 100— 200
260 15а -200 100—200
280 200 -250 100— 200
288
1500
1500
1000
3000
2000
1500
Расчетная
усадка
В О/о^
о,
3— 6
-1
0 ,5 — 1
1—2
2
она м о ж е т составить 100— 115° С. Скорость впрыска меньше, чем
у других полимеров. Время цикла зависит от толщины изделии;
при толщине от 1,5 до 12 мм оно изменяется соответственно от
20 до 90 сек. Путем регулирования температуры прессформы и
р а с п л а в а , д авл ен и я р а с п л а в а и продолжительности цикла можно
достигнуть точности размеров изделий ± 0 , 0 0 2
Фторопласт-3 (политрифторхлорэти 1ен) вследствие особой
с т р у к т у р ы частиц, получаемых в р езультате полимеризации,
имеет ограниченную текучесть д а ж е при очень высокой т ем п е р а ­
туре, близкой к тем пературе разлож ения (310—3 1 5 ° С ) . Течение
приводит к ориентации м олекул и анизотропии свойств. У фторо­
пласта-3 тем п ер ат ур а потери прочности (ТПП) в большей мере,
чем у других фторопластов определяет тем п е р ат у р у и давление
литья. Д л я переработки литьем под давлением рекомендуются
партии с ТПП, равной 245—250° С. Имеется возможность н агр е­
в а т ь м ате р и ал значительно выше ТПП, не п р и б ли ж аясь еще к
тем п ературе разлож ения, т. е. доводить до состояния наибольшей
текучести. Р еко м ен д уется т е м п е р ат у р а литья выше ТПП на
10—30° С. При такой тем п ер атур е полимер о б л а д а е т хорошей
термостабильностью. Частичное разложение происходит, в основ­
ном, лишь за счет включенных в цепь полимера м а л о т е р м о с т а ­
бильных примесей. С л е д у е т иметь в виду, что чем выше темпераl y p a и больше время прогрева в процессе переработки, тем выше
скорость р азло ж ен и я и ниже прочность изделий. В подборе п а р а ­
метров литья более целесообразным я в л я е т с я повышение д а в ­
ления, а не тем п ер атур ы р а сп л ав а. Д а в л е н и е литья м о ж е т дости­
гать 4000 кГ1см^; таки м образом, литье фторопласта-3 возможно
на литьевых машинах, обеспечивающих н уж н ы е параметры.
Фторопласт-ЗМ по сравнению с фторопластом-3 о б л а д а е т не­
сколько лучшей текучестью р а сп л ав а , но д а е т большую потерю
веса в р е зу л ь та те прогрева при 270° С. Т ем п ер атур а разлож ени я
находится в пределах 300—310° С. При одинаковой температуре
69
прогрева снижение ТПП идет значительно быстрее у полимера с
более низкой ТПП. В то ж е i ремя механические свойства высоком олекулярного полимера (ТПП = 3 0 0 ° С) не з а в и с я т от у сл о ­
вий термообработки и о х л а ж д е н и я , тогда к а к свойства полимера
с низкой ТПП ( 2 5 0 ° С) сильно з а в и с я т от скорости о х л а ж д е н и я .
В связи с этим т е м п е р а т у р а р а с п л а в а полимера с низкой ТПП
(ниже 270° С) м о ж е т быть выше значения, приведенного в табл. 17,
V
♦
* * / г
Рис. 25. И зделия из фторопластов, изготовленные
давлением
литьем под
на 1 0 — 2 0 ° С, при этом изделия можно о х л а ж д а т ь в прессформс
возм ож но быстрее. В любом сл уч а е необходимо стремиться к
уменьшению времени пребывания полимера при высокой т ем п е­
ратуре. Косвенным п о ка за тел ем правильности подобранного т е м ­
пературного р е ж и м а м о ж е т с л у ж и т ь прозрачность фторопласта-ЗМ , которая очень изменяется при неблагоприятных т е м п е р а ­
тур н ы х усло ви ях переработки (см. табл. 17).
Фторопласт-42. Т е м п е р а т у р а р а з л о ж е н и я н а х о д 11Тся значи­
тельно выше тем п ер атур ы переработки. Р а с п л а в полимера д о ­
статочно термостабильный и о б л а д а е т сравнительно невысоко!!
вязкостью и хорошей текучестью. Заполнение прессформы проис­
ходит при более низком давлении, по сравнению с фторопла­
стом-3. При т е м п е р а т у р е прессформы ниже указан н о й для пол­
ного заполнения прессформы требуется меньшее повышение д а в ­
70
ления, чем д л я фторопласта-3. Возможно литье крупных и
толстостенных изделий любой сложной формы. Полимер о б л а ­
д а е т высокой ударной вязкостью и не склонен к образованию
трещин в изделиях с большой толщиной стенки. Желательно
о х л аж д ен и е прессформы под давлением р а сп л ав а до нормальной
тем пературы , для того чтобы уменьшить у с а д к у и предупредить
деформацию детали при извлечении из формы. Хорошая т е к у ­
честь д е л а е т возможным литье небольших тонкостенных изделий
(0,4—0,6 м м ). Д л я м а л ы х изделий тем п ер атур а прессформы
100— 130° С м ож ет быть достаточной, а охлаж ден ие детали до
более низкой температуры перед распрессовкой не обязательно.
т. е. возможно литье в прессформу с постоянной температурой.
На рис. 25 показан р яд изделий из фторопластов, изготовлен­
ных литьем под давлением; часть из них выполнена с м еталличе­
ской арматурой. Процесс литья неармированных и ар м и р о ван ­
ных изделий идентичен, при этом м еталлическая а р м а т у р а д о л ж ­
на быть перед заливкой правильно з а л о ж е н а и зафиксирована в
литьевой форме.
ЭКСТРУЗИЯ
Переработке экструзией подвергаются в основном все виды
фторполимеров, за исключением фторопласта-4 в чистом виде,
и.меющего нитевидную с тр у к ту р у частиц. Однако фторопласт-4Д,
и.меющий частицы круглой формы, подвергается экструдированию.
Методом экструзии производят трубы, шланги, стержни, плен­
ку и другие профили, а т а к ж е осуществляют наложение изоляции
на провода. Экструзии поддаются чистые полимеры в виде г р а ­
нул, их композиции и сополимеры.
Рассмотрим технологические особенности экструзии некото­
рых фторопластов. Д л я экструзии сополимера тетрафторэтилена
с гексафторпропиленом FEP применяют шнек с соотношением
//D = 20, и шагом витков, равным ди ам етру. Д лина зоны подачи
принимается равной 15,5 д и ам е т р а , переходной зоны — 0,5 д и а ­
метра, зоны гомогенизации — 4,0 д и ам етр а. Глубина к а н ав к и в
зоне подачи — Ve д и ам етр а, в зоне гомогенизации — Vis д и а м е т ­
ра. Степень с ж а т и я — 1 : 3 , скорость вращения шнека от 2 до
20 ooImuh. Мощность привода с шнеком диаметром 50 мм равна
7,35 кет. Используют и другие размеры шнеков.
При конструировании экструзионных головок необходимо учи­
т ы в а т ь уменьшение скорости впрыска и увеличивать сечение к а ­
налов. При экструзии профилей тем п ер атур а р асп л ава в э к с т р у ­
зионной головке 315—3 4 0 ° С (м о ж е т быть до 3 9 0 ° С ). Полые
профили, полученные экструзией, могут быть переработы в изде­
лия вы дуван и ем . Т ем п ер а гур а форм при выдувании 65—8 0 ° С.
71
Д л я налож ения изоляции на провода применяют головки, ис­
пользуемые при изготовлении труб. Т е м п е р а тур а р а с п л а в а при­
нимается 315° С. При этом поперечное сечение фильеры в 100 раз
больше, чем толщина изоляции. Толщина изоляции находится
в диапазоне от 0,1 до 2,5 мм. Д л я налож ения применяют т а к ж е
сополимер FEP, который формуется непосредственно на ж и л е
каб ел я.
Из пенопласта сополимера FEP м о гут быть изготовлены т а к ­
ж е стержни и д р уги е профили.
Фторопласт-40Ш эк ст р уд и р ую т из гр ан ул в профили, а т а к ­
ж е используют при н а к л а д ы в а н и и изоляции на провода. Д л я
покрытия проводов применяют эк ст р у д е р ы с д и ам етр о м шнека
25 и 40 мм и длиной, равной 15—25 д и а м е т р а м . Шнеки имеют
постоянный ш аг, степень с ж а т и я — 1 : 2,5. Э кстр узи я фторопласта-40Ш производится в узком интервале тем ператур, близком
к тем п ер атур е н ач ал а р азл о ж ен и я. При этом колебания тем п е­
ратуры в зонах шейки и головки э к с т р у д е р а не д о л ж н ы п ревы ­
ш ать 2 — 3° С.
Все зоны н а г р е в а с н а б ж а ю т с я р е гу л я т о р а м и т е м п е р а т у р ы
большой точности. Фторопласт-40Ш обычно имеет ТПП 270—
2 9 5 ° С. Однако по ТПП и д р уги м паспортным д а н н ы м н е в о з м о ж ­
но определить т е м п е р а т у р у переработки данной партии и прихо­
дится подбирать ее опытным путем. Партии полимеров с м а л ы м
индексом р а с п л а в а , не допускаю щ ие повышения тем п ер атур ы ,
не могут э к с т р у д и р о в а т ь с я в тонкостенные изделия. Д л я э к с т р у ­
зии более пригодны полимеры, у которых индекс р а с п л а в а у в е ­
личивается с повышением тем п ер атур ы .
При наложении изоляции на провод о б язателен подогрев ж и ­
лы до определенной т ем п е р а т у р ы перед входо.м в головку. О д н а ­
ко перегрев ж и л ы н еж ел ател ен , т а к к а к м о ж е т повлечь бурное
разлож ени е н и зко м о л екул яр н ы х фракций полимера в прилегаю ­
щих слоях. Недостаточный прогрев со п р о в о ж д ает ся излишним
отбором тепла у р а с п л а в а , что приводит впоследствии к о б р а ­
зованию внутренних н ап ряж ен ий в изоляции, вы зы ваю щ и х р а с ­
трескивание и излом последней д а ж е при нормальной т е м п е р а ­
туре.
Фторопласт-3 п е р е р а б а т ы в а е т с я экструзией на том ж е обору­
довании. Шнек маш ины подогревают до 175—200° С ц ир кули рую ­
щей горячей жидкостью . Т е м п е р а т у р а н а гр е в а во всех зонах
определяется ТПП поли.мера. Р е к о м е н д у е т с я п о д д е р ж и в а т ь с л е ­
дующую т е м п е р а т у р у по зонам: в загрузочной зоне 120— 150°С,
в задней зоне равной ТПП = 40° С, в передней — равной ТПП,
и в зоне оформляющего к а н а л а головки — Т П П -Ь 60° С. Опти­
м а л ь н ы е условия экструзии, к а к и при переработке других фто­
ропластов, подбираются опытны.м путем.
Д л я з а к а л к и изделия о х л а ж д е н и е при выходе из головки
д о л ж н о быть по возможности быстрым.
72
Лкбтодолг экструзии в щелевидные головки изготовляют плен­
ку в виде р у к а в а или плоской ленты. Б л а г о д а р я свойству фторо­
пласта-3 сильно в ы т я г и в а т ь с я , можно получать очень малую тол­
щину пленки при дополнительном растяж ении на выходе из соп­
ла. Д л я облегчения экструзии во фторопласт-3 можно д о б а в л я т ь
до 5% ди бути лф талата, который после испарения сохраняется
в изделии только в количестве 1,5%. Т а к а я композиция позво­
л я е т получить пленку толщиной до 0,04 мм.
При наложении на провод изоляции из фторопласта-3 вначале
в ы д а в л и в а ю т тр уб ку, диаметр которой больше д и а м е т р а прово­
локи, зате!М, используя свойство фторопласта -3 хорошо деформи­
роваться в вязко м состоянии, р астяги ваю т т р у б к у на проводе,
проходящем через ось червяка. Д л я нанесения изоляции на про­
вода применяют композиции на основе фторопласта -3 с д о б а в л е ­
нием сополимера фторопласта-3 с винилиденфторидом и перфторпропиленом в различных комбинациях и соотношениях.
Э кструдирование композиций на проволоку производят при т е м ­
пературе в м у н д ш т у к е 293—304° С со скоростью 6 8 м1мин. Тол­
щина покрытия — 0,25 мм имеет пробивное напряжение 13 кв.
Д о п у с к а е т с я введение в композицию наполнителей, пигментов,
стабилизаторов и други х добавок.
Фторопласт-4Д поддается экструзии в различные профиль­
ные изделия с добавлением см азки . П ереработка производится
на Пv^yнжepныx э к с т р у д е р а х вертикального и горизонтального
исполнения при тем п ературе не ниже 22° С, с подогревом до
30—35° С.
М а т е р и а л не подвергается воздействию агрессивных газов,
к а к это имеет место при экструзии р а сп л ав а , поэтому более дол­
говечен, Все изделия после экструзии проходят процесс удал ен и я
с м а з к и и спекания по р еж и м у, принятому для обычного фторопласта-4, за исключением отдельных видов, например уплотни­
тельного м а т е р и а л а ( Ф У М ) , который я в л я е т с я готовым продук­
том после экструзии.
Д л я экструзии используется устройство, состоящее из цилинд­
ра с плунжером и съемной экструзионной головки. На плунжер
сообщается давление от обычного гидравлического привода. Д л я
налож ения изоляции на провода применяют специальный плун­
ж ерны й пресс с электроприводом через универсальный регулятор
скорости (У Р С - 5 ). Усилие п лун ж ер а, обеспечиваюп;ес давл ен и е
700 кГ1см'^ на фторопласт-4, считается достаточным д л я про­
изводства всех видов изделий. В непрерывном процессе за э к с ­
трузионной головкой р а з м е щ а е т с я печь спекания или о б о р удо ва­
ние для у д а л е н и я с м а з к и из изделия. Нередко в периодически.к
процессах эти операции производятся на оборудовании, не у с т а ­
новленном непосредственно за экструдером.
Д л я получения изделий порошок фторопласта- 4 Д смешивают
со см азы ваю щ и м и вещ ествам и органического и минерального
73
происхождения. Точка кипения с м а з ы в а ю щ е г о вещ ества д о л ж н а
быть выше комнатной тем п ературы , во и зб еж ан и е вы сы хания при
хранении пасты и таблетки, но не выше 200—400° С, чтобы было
возможно уд ал ен и е с м а з к и при тем п ер атур е сушки и спекания.
Наибольшее применение получили вазелиновое, фторуглеродное
масло, бензин « к а л о ш а » , белое газовое масло, сольвентнафт, .ми­
неральное м асло и д а ж е ж и д ки й фторопласт-3 с вязкостью
3 —500 пз при 2 0 ° С. С м а з к а в количестве 16— 20% к весу порош­
ка вносится в последни!! и тщ ательно перемеш ивается с ним.
З атем паста не менее 16 ч « с о з р е в а е т » в гер.метически закр ы то м
сосуде.
Перед экструзией паста таб л ети р уется при комнатной тем п е­
ратуре в цилиндрические таблетки диам етром, несколько м ен ь ­
шим экструзионного цилиндра. Д а в л е н и е таблети рован и я —
2 0 —30 кГ1см^, в ы д е р ж к а 1—2 мин. Таблетки могут храниться
в зак р ы то м контейнере.
В процессе экструзии степень с ж а т и я м о ж е т ко л еб аться в
широких п ределах (3 0 —2 0 0 0 ); считают, что лучшее качество из­
делий достигается при степени с ж а т и я от 100 до 625. Скорость
экструзии, от долей м етр а до 15 м1мин подбирается для к а ж д о г о
сечения и профиля изделия и сохраняется постоянной. Процесс
в ы д а в л и в а н и я — непрерывный, с о стан о вкам и на з а г р у з к у т а б л е ­
ток. Д л я лучшего сращ и вани я т аб л ето к п лунж ер имеет впереди
конус 60°. После з а г р у з к и э к с т р у д и р о в а в а н и е в ед ут непрерывно.
Таким способом из фторопласта-4Д получают трубки, стержни,
профили квад р атн о го , прямоугольного сечения, пленку, изоляцию
и т. п. При наложении изоляции на провода ж и л а проходит в
отверстие дорна со скоростью, меньшей скорости экструзии на
величину усад ки . С к л а д к и изоляции после спекания на проводе
р азр авн и ваю тся, при этом р а з р ы в а изоляции не н аб лю дается.
т
Глава
МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИИ
ИЗ ФТОРОПЛАСТА-4
ПРЕССОВАНИЕ ПУСТОТЕЛЫХ ИЗДЕЛИИ
С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛАСТИЧНОЙ КАМЕРЫ
l| j фторопласта - 1 методом прессования в металлических фор­
мах при давлении 300 350 кГ1см'^ промышлеиностью освоено
производство несложных изделии различного технического н а ­
значения, габариты которых определяются мощностью и р а з м е ­
рами стола гидравлических прессов. Известно, что при малой
партии изделий применение дорогостоящих прессформ неэконо­
мично, а в ряде случаев из-за конфигурации изделия становится
технически невозможным его изготовление. Поэтому в последние
годы к а к в С С С Р , т а к и за рубежом прибегают к изготовлению
тонкостенных и сложных полых изделий из фторопласта-4 м е ­
тодом прессования с применением вместо металлического п у а н ­
сона ооычнои резиновой эластичнои камеры.
В этом случае, при создании внутри эластичной кам ер ы д а в ­
ления (гидравлически или пневматически), которое передается
нормально стенке в любом направлении, происходит yплoтнefIиe
порошка, засыпанного в пространство м е ж д у камерой и н а р у ж ­
ной разъемной металлической формой.
Способ засыпки порошка для изготовления изделий по опи­
санному методу и требования к равно.мерности ее аналогичны
применяемым при прессовании в металлических формах.
Учитывая, что передача гидравлического давления стенкой
резиновой кам еры на прессуемое изделие происходит равномер­
но. отсутствуют сдвиги порошка, удельный вес ( yi ) получаемого
изделия во всех точках должен быть одинаковым.
Толщина отпрессованной стенки определяется по формуле
Н
То
Yi
толщина стенки после прессования в мм.-,
где 5
толщина засыпного слоя полимера в мм;
Я
насыпной вес полимера в Г1см^:
Y0
удельный
вес
полимера
в
прессованном
изделии
в
Г/см^.
YI
Толщина отпрессованной стенки изделия я в л я е т с я по с у щ е ­
ству зависимой от уо и Н. Практически установлено, что у д е л ь ­
ный ес м а т е р и а л а после прессования увеличивается примерно
4 раза, а значит толщина стенки готового изделия составляет
75
= 0,25/-/, уч и т ы ва я , что в процессе спекания изменение ее п р а к ­
тически незначительно, которым м ож н о пренебречь.
Разнотолщинность изделий после спекания обычно не выхо­
дит за пределы 15%, однако при более тщательной з а с ы п к е по­
рошка разнотолщинность м о ж е т быть сниж ена до 5—7 % .
Этот способ изготовления изделий, в отличие от способа прес­
сования в металлических формах, позволяет получать изделия
без б р а к а , кроме того, позволяет з а один прием получать изде­
лия с разной толщиной стенок, приливами, отверстиями, а т а к ­
ж е различной высоты, что при обычном прессовании я в л я е т с я
невозможным вследствие того, что высота полых изделий не мо-
\
\
\
S
\
\
\
\
\
\
ч.
\
\
\
3
:у 77
2
7
/
Q-)
Рис. 26. С х ем а прессования с т а к а н а из фторопласта-4 с помощью
резиновой кам ер ы :
а — до прессования; б — в процессе прессования; 1 — м атр и ц а; 2 — и з­
делие; 5 — кам ер а
ж е т превы ш ать толщину последних более чем в 10— 15 раз. Ф ор ­
м а и га б а р и тн ы е раз.меры изделий ограничиваются наличием
оборудования и оснастки.
В кач естве рабочей среды, сообщающей д а в л е н и е на стенки,
применяется вода, глицерин и с ж а т ы й газ. Использование воды
в производственных усл о ви ях более предпочтительно, т а к к а к
всегд а доступно и менее опасно, чем в с л у ч а е други х вещ еств.
Кроме того, на сосуды, работающие под д а в л е н и е м с водой и
температурой до 115°С, не распространяю тся п р ави л а Г о стех н а д ­
зора, что позволяет использовать нормальные, не у т я ж е л е н н ы е
формы. На рис. 26 п о к а з а н а с х ем а прессования с т а к а н а с по­
мощью резиновой к а м е р ы , заполненной водой под давл ен и ем .
Использование с ж а т о г о г а з а считается выгодным в производстве
лишь м ел ки х изделий, хотя в первоначальный период в произ­
водстве полых изделий был применен способ прессования порош­
кообразного фторопласта-4 при тем п е р ат у р е полимера 150—200°^
с в ы д е р ж к о й под давлен и ем с ж а т о г о г а з а 10—60 кГ/см^ в тече­
ние 10—30 мин. Р а з б о р н а я с т а л ь н а я м атр и ц а им ела отверстия
76
для выхода воздуха из порошка при уплотнении. Отверстия пе­
рекрывались сплошным слоем стеклоткани. Спекание изделии
производилось при температуре 380 ic 5°С в течение 3 ч. П овы ­
шенная температура спекания принималась для уменьшения по­
ристости изделчя, так как плотность прессованного порошка
была недостаточной для получения беспористого изделия. Этот
способ содержит ряд технических трудностей, связанных с подбо­
ром материала для эластичной оболочки, обеспечивающим ее
долговечность и, кроме того, требует соблюдения особых мер
техники безопасности, связанных с применением сосудов (прессформ), работающих под давлением газа или пара.
Несколько позднее проведены исследования качества фторопласта-4 в образцах, изготовленных гидравлическим прессова­
нием резиновой камерой при температуре полимера 20 и 80°С.
Результаты этих исследований приведены в табл. 18.
Таблица 18
Спекание
Прессование
1
1
№
реж и­
мов
1
1
Давление
в кПмм^
Выдержка
в мин
Температура
в
Температура
в °С
время в мин
10; 20; 30
10; 20; 30
10
10
1
20
80
20
80
20
377±2
377±2
382±2
382±2
377d-2
105
105
150
150
105
1
«
1
1
1
2
3
4
5
1
1
50;
50;
30;
30;
70; 90
70; 90
50; 70
50; 70
300
(стальным
пуансоном)
Зависимость физико-механических свойств фторопласта-4
переработки
представлена
графически
на
от параметров
рис. 27, а — г, где цифры кривых соответствуют номеру режима
табл. 18.
Величина усадки материала (кривые 1 и 2 на рис. 27, а ), не
превышаю щая 77о, показывает, что дaвv^eниe прессования
95 кГ!см^ при температуре полимера 20"" С и 65 кПсм'^ при 80° С
обеспечивает уплотнение порошка, близкое к тому, которое до­
стигается при таблетировании стальным пуансоном noji [авлением 300 кПсм^. Увеличение давления выше ПО 120 кГ1см'^ при
температурах полимера соответственно 20 и 80° С не вызывает
значительного изменения усадок.
Повышение температуры спекания на 5° С и времени на
45 мин не приводит к существенному изменению величин усадки
д а ж е у недостаточно уплотненного при прессовании порошка
(кривые 3, 4 на рис. 27, а ) . Установлено, что беспористость д о ­
стигается при давлении прессования 90 кГ1см^ и температу^
W
А
77
ре 20° С, а т а к ж е при 75 кПсм^ и тем п е р ат у р е 80° С [кри­
вые I м 2 (рис. 27, б) в сравнении с прямой 5 .
Это п о д т в е р ж д а е т с я такл\е микроанализом срезов пленок.
Кривые 5 и
на рис. 2 7 , 6 п оказы ваю т, что беспористость из­
делий из фторопласта-4 достигается д а ж е при давлении прессо­
вания 70 и 50 кГ1см^ и соответственно при тем п е р ат у р е порошка
20 и 80° С. Этому способствует несколько измененный режим
спекания, протекающего при тем п е р ат у р е на 5 ° С выше обычного,
и несколько увеличенное время спекания.
%
"1
yi—-—I
---------------------------------------------------------------------■
>
' ■
t
^
■
I
I
■
\
t
1
1
.
Г
1
f
1
1
.
1
1
t
^
1
1
1
%
1
1
t
t
t
t
1
1
A
б» 30 50
т
кГ/см^
130 150 ЗООнГЫ
а )
..............
220
1
.—
t
А,
м /о
2
1
600
1
;----- ;
^
1
200
500
3
т
т
1
1
1
%
1
3'
f
1
1
1
1
• •
т
70
1
1
1
Ф
300
ЗООкГ/см^
6)
---------------------------- 1
1
■—
50
T
%
'
%
t
\
f
4 .Г
%
<
/
30
M
30
5<0
70
27. Зависимость физико-механических
от давл ен и я прессования:
300f^f/CM^
2)
Удельное давление
P ile.
11i0
90
свойств
фторопласта-4
у с а д к и ; б — удельного веса; в — разруилающего н ап р яж ен и я при растяа
жении; г — относительного удлинения при разры ве; /. 2, 3, 4 — переработка по
р еж и м у ; 5 — контрольный образец; /* и /** — спекание с матрицей ( у с а д к а по
д и а м е т р у и длине)
Процент пористости фторопласта-4, полученного при различ
ных р е ж и м а х переработки, приведен в табл. 19. '
Таблица 19
Изменение пористости фторопласта-4 (в %J в зависимости
от режима переработки
Давление прессования в к Г
№ режимов
1
2
3
4
90
70
50
30
< 0 ,0 5
0 ,2 7
0 ,0 9
<^0,05
1,27
0 .1 8
0 ,5 5
0 ,0 5
2 ,5 4
0,91
____________________________________________________________
78
ХУстановлсио, что в ы д е р ж к а под давлением до 30 мин незна­
чительно влияет на величину усадки , плотность и предел проч­
ности м ат е р и ал а тонкостенных изделий и не м о ж ет восполнять
давление прессования. Кроме того, если изделия спекаются при
повышенной температуре (382 ± 2 ° С ) , то наблюдаются более
значительные изменения свойств м а т е р и а л а , и в этом случае
длительная в ы д е р ж к а под давлением т а к ж е не о к а з ы в а е т
влияния.
Таким образом, в случае прессования изделии из фторопласта-4 эластичной камерой следует применять д а в л с 1П1е 9 0 95 кГ1см^ при температуре порошка 20""С или 70—75 кГ1см^ при
температуре 8 0 ° С. Д о п уск ается уменынение даЕиения прессова­
ния при условии спекания изделия при температуре 380 + 5 ° С.
Прочность фторопласта-4, спеченного в оптимальном р е ж и ­
ме, несколько выше прочности того ж е м атер и ал а, спеченного при
более высокой температуре. Однако с небольшой погрешностью
можно принять, что наибольшая прочность на разрыв у фторо­
пласта-4 достигается при давлении прессования 70 кГ1см^ гидро­
камерой. Увеличение давления прессования до 90 кГ!сл 1^ создает
незначительный прирост прочности; дальнейшее ж е увеличение
давления практически не о к а з ы в а е т влияния на м е х а ш 1ческие
показатели (см. рис. 27).
Относительное удлинение при р азр ы ве фторопласта-4 полу­
чается несколько выше относительного удлинения такого ж е м а ­
тер иала, отпрессованного в металлических формах.
ОБОРУДОВАНИЕ И ОСНАСТКА
Д л я изготовления полых изделий из фторопласта-4 с приме­
нением эластичного пуансона вместо металлического применяет­
ся следующее оборудование и оснастка: прессформа ( м а т р и ц а ) ;
ги др о кам ер а (резиновая о б о л о ч к а ); устройство для поджатия
кры ш ек прессформы; насос или сосуд с с ж а т ы м газом; печь спекания; печь для подогревания изделии.
В экспериментальном и единичном промышленном производо
стве к а к мелких, т а к и крупногаоаритных полых изделии приме­
няются металлические н а р уж н ы е разъемные прессформы-матрицы, отдельные элементы которых соединяются с помощью болтов
или шпилек.
Д л я удал ен и я изделия из прессформы без поломки, разъем
прессформы выполняется всегда по наибольшему внутреннему
сечению. Расчет на прочность прессформ и их болтовых соеди­
нении производится по существующи.м нормам.
При .массовом изготовлении изделий методом эластичной к а ­
меры прессформы-матрицы с болтовы.ми соединениями являю тся
малоэффективными из-за потери времени на их сборку и р а з ­
борку.
19
79
Кроме того, наличие фланцев, болтов и других д ета л ей си л ь­
но у т я ж е л я е т конструкцию прессформы и у д о р о ж а е т ее.
Поэтому в массовом производстве при изготовлении полых
изделий стр е м я тс я использовать обычные гидравлические прессы
для пластм асс, обеспечивающие при с ж а т и и прессформы плот­
ность соединений ее р а з ъ е м н ы х деталей. При этом весьм а в ы г о д ­
но использовать усилие п л у н ж е р а для с ж а т и я прессформы и ги д­
ронасоса пресса для создания д а вл е н и я в ги д р о кам ер е прессфор­
мы. Такое прессование м о ж е т быть во зм о ж н ы м при соблюдении
следующих неравенств:
для прессов с верхним давлением
P>Pi.
для прессов с нижним давлением
Р > {Р 1^ Р г)>
где
р — усилие д а в л е н и я пресса на к р ы ш к у прессформы в кГ ;
Р\ — усилие внутреннего д а в л е н и я на к р ы ш к у прессформы
в кГ\
Р2 — общий вес прессформы (с порошком, гидрокамерой и
рабочей ж и дко стью ) в кГ.
Сохранение неравенств во врем я гшессования
рессфор
в месте соп ряж ения с крышкой б у д е т меньше площади п л у н ж е р а
пресса. Тогда при одинаковом удельном давлении ж и д к о с т и на
п л у н ж е р н в ги д р о к ам ер е усилие пресса б у д е т больше д а в л е н и я
гидрокэхмеры на кр ы ш к у, вследствие чего будет обеспечено подж а т и е крышки. Отношение используемой мощности пресса Р к
номинальной
б у д е т равно отношению д а в л е н и я прессования
р к номинальному давлению ж идкости пресса рн, т. е.
7
н
Рн
--------------------------------------------- J
-
-
К
Рн
%
Наибольшее использование номинальной мощности б у д е т у
тех прессов, номинальное давл ен и е рабочей ж и д ко сти которых
б л и ж е к давлени ю гидравлического прессования фторопла­
ста-4. Прессы д л я п л а с т м а с с м а р о к П-472Б и др. с д а в л е ­
нием рабочей ж и д ко сти 320 кГ1см^ при гидравлическом прессо­
вании полых изделий б у д у т р а б о т а т ь примерно на ‘/з н ом иналь­
ной мощности.
З а р у б е ж н ы е прессы д л я п л а с т м а с с м ар к и PV'' ( Г Д Р ) имеют
номинальное д а вл ен и е ж и д ко сти 125 кГ1см^ и в производстве
тех ж е изделий б у д у т р а б о т а т ь на Vs мощности. Кроме того, с к о ­
б о о б р азн ая форма этого пресса о т к р ы в а е т доступ к прессформе
с трех сторон.
80
с помощью пресса у с 1глием 63 Т можно прессовать изделия
диаметром до 240 мм и высотой до 300 мм.
Д л я осуществления процесса прессования к гидравлическому
прессу необходимо подсоединить дополнительное устройство, пе­
редающее давление ж идкости в ги д р о к ам ер у лишь после подж а т и я крышки прессформы пли­
той пресса
поесся и отводящее жидкость из гидрокамеры до подъем а плиты.
Переоборудование гидравлического пресса для массового
производства таких изделий, к а к
с т а к а н ы и банки, легко осущест­
вимо и не требует изменения его
конструкции. На рис. 28 пред­
ста в л е н а схема прессования с т а ­
кана из фторопласта-4 ги д р о к а ­
мерой в металлической форме,
установленной на прессе.
К маслопроводу /2 главного
цилиндра / подсоединяется через
тройник маслопровод /3, соеди­
ненный с разделительным цилин­
дром S, в котором помещен пор­
шень 9 на пружине р астяж ен и я
10. Разделительный цилиндр сое­
динен с гидрокамерой 4 гидро­
проводом 11. Г и др о кам ер а у с т а ­
новлена вниз штуцером на кр ы ш ­
ке прессформы 15, закрепленной
Рис. 28. С хема прессования с т а к а ­
на из фторопласта-4 на ги дравли ­
на неподвижной плите 5.
ческом прессе;
Д р у г а я кры ш ка, съ ем н а я 14,
/ — цилиндр; 2 — п одви ж н ая плита;
крепится к подвижной плите 2.
3 — матрица; 4 — ги др о кам ер а; 5 —
неподвиж ная плита; 6, 7 — манометр;
На маслопроводе и гидропроводе
8
цилиндр-разделитель;
9
поршень; 10
установлены манометры 6 я 7.
пруж ина; 11 — гидропровод; 12, 13 — маслопровод; 14, 15 —
Г и д р о к ам ер а и н и ж н яя часть
крышки; 16 - изделие
разделительного
цилиндра заполняются водой.
Прессование выполняется в следующей последовательности:
при поднятой вверх подвижной плите 2 на кр ы ш ку 15 у с т а н а в ­
л и в а е т с я м атрица 3, в зазор м е ж д у цилиндром и гидрокамерой
з а с ы п а е т с я порция порошка для цилиндрической части с т а к а н а ,
а сверху ги дрокам еры — порция для дна с т а к а н а , затем н а к л а ­
д ы в а е т с я съ ем н а я крыш ка 14. При включении гидропривода м а с ­
ло от насоса поступает через маслопровод 12 в главный ци­
линдр 1. П о д в и ж н а я плита 2 опускается вниз на прессформу,
а пружина 10 в это время еще у д е р ж и в а е т давление м а с л а на
6 Заказ 393
81
поршень 9. По достижении превосходящего д авл ен и я м а с л а из
поршень 9, последний начинает д в и ж е н и е вниз, сообщ ая д а в л е ­
ние на воду. Г и д р о кам ер а расш иряется и передает д а в л е н и е во­
ды на порошок. К р ы ш ка м атрицы в этот момент у ж е п р и ж а т а
плитои. Ляй.приие в ги ло окам ере оп ределяется по формуле
----------------------- K
F
j
c
M
^
,
/ пор
где
р — д а вл ен и е м а с л а в маслопроводе в кГ/см^',
Pi — давл ен и е воды в ги д р о кам ер е в кГ/см^',
Рпр — усилие пружины в кГ ;
/пор — площ адь разделительного поршня q см .
У ч и ты вая, что площ адь главного поршня пресса в с е гд а боль­
ше площади крыш ки прессформы на некоторую величину, со­
з д а е т с я избыточное д авл ен и е на прессформу.
После достиж ения в ги д р о кам ер е необходимого д а в л е н и я ,
контролируемого манометром 7, и в ы д е р ж к и под давл ен и ем в т е ­
чение 0,5— 1 мин производится распр ессовкз. К а к только д а в л е ­
ние м а с л а в маслопроводе 12 у п а д е т до м ал о го значения (при
р асп р ессо вк е), п р у ж и н а 10 поднимает поршень 9 вверх и вода
выходит из ги др о к ам ер ы 4. Н а гл авн ы й поршень еще продол------------------------------------------------------
Ж а с 1
л ^ 'т 'о л - г / > а
—
Д с И ^ : I оиО<Д 1 D
Г 'М / С П 'П Ы
----------
Во врем я подъема плиты з маслопроводе 12 при открытом сливе
м о ж е т быть некоторое давл ен и е м а с л а , но разделительны й пор­
шень у д е р ж и в а е т с я пружиной, и дaвv^eниe в гидрокамер\ не по­
ступает. Р азд ел и тел ьн ы й цилиндр выполняет две функции: в н а ­
чале и конце прессования он предохраняет г и д р о к а м е р у от д а в ­
ления до п о д ж а т и я прессформы подвижной плитои и отводит
воду из ги д р о к ам ер ы , до того к а к п о д в и ж н а я плита начнет д в и ­
ж е н и е вверх. Б л а г о д а р я этом у п р е д у п р е ж д а е т с я разруш ен и е
с т а к а н а гидрокамерой.
Р а з д ел и тел ь н о е устройство долж н о иметь объем к а м е р ы , до­
статочный д л я вмещения рабочего количества воды.
Усилие пружины р а с т я ж е н и я или с ж а т и я (с обратной сторо­
ны поршня 9) м о ж н о определить по формуле
Рпр
^ МП оР'
о
__________
____________
где k — коэффициент, п редставляю щ !
кости по обеим сторонам разделительного поршня 5; в зав и си ­
мости от гидродинамической х ар а к т е р и с ти к и пресса его з н а ч е ­
ние с о с т а в л я е т от 5 до 15 кГ/см^.
Более простым и ун и вер сальн ы м устройством в производстве
больших и м а л ы х изделий я в л я е т с я п р есср ам а с гидравлическим
п одж им ом ( « л я г у ш к о й » ) , предназначенным для компенсации
уп р уги х деформаций под нагрузкой. П р е с с р а м а (рис. 29) состоит
ii 3 нижней 1 и верхней 2 плит, соединенных четы рьмя колонна­
ми 3 с помощью г а е к 4.
82
На верхней плите установлен электромеханический привод 6,
синхронно вращающий гайки 4, поднимая или опуская при этом
верхнюю плиту. Н и ж н я я плита застопорена на колоннах непод­
вижно. На ней установлен гидравлический цилиндр 7 с порш­
нем 8 ( « л я г у ш к а » ) . К гидравлическому цилиндру подведен гид­
ропровод 9 от гидравлического насоса. Второй отвод этого ж е
гидропровода 10 подсоединяется к гидрокамере.
Поршень S, имея площадь больше площади крышек, компен­
сирует упругие деформации прессформы и н адеж н о п о дж и м ает
к р ы ш к у прессформы.
Конструкция прессформ (матриц) д о л ж н а обеспечивать из­
влечение отпрессованного изделия до или после спекания. Д е т а ­
ли прессформы, в которых спекаются изделия, изготовляют из
нержавеющей стали м ар к и Х18Н9Т, остальные — из угл ер о д и ­
стой стали с хромированием или никелированием оформляющей
поверхности.
Линейные р азм ер ы прессформ д о л ж н ы быть больше соответ­
ствующих размеров изделия на величину усадки . Д л я соединения
деталей матрицы применяется х о до вая посадка по 3 -му классу
точности. Крышки матрицы с помощью трех-четырех болтов к р е­
пятся к цилиндрической части, чтобы предотвратить произволь­
ное смещение их после прессования изделия, до того к а к будет
извлечена ги дрокам ера. При изготовлении разъемной матрицы
плоскость р а з ъ е м а по окружности по условиям прочности пред­
почтительна плоскости р а з ъ е м а по д в у м образующим. Изделие
с невысоким боковым отводом м о ж е т быть изготовлено в мат*
рице с неразъемной цилиндрической частью. Высота отвода
определяется радиальнои у с а д к о й изделия.
На рис. 30, G — г представлены некоторые прессформы д л я
типовых изделий.
О б р азую щ ая поверхность прессформы имеет переходные р а ­
диусы, равные Vio д и а м е т р а цилиндра. Д л я изделий диаметром
до 2 0 0 мм переходный р ади ус м о ж е т быть равен 4 — 5 -кратной
толщине их стенки. Нескругленные у гл ы в м естах перехода от
цилиндра к днищу я в л я ю т с я причинами образования трещин
в изделии. Если ги др о кам ер а изготовляется с отбортовкой под
з а ж и м , то в матрице свер л ятся д р е н а ж н ы е отверстия диаметром
0,8— 1,5 мм для уд ал ен и я воздуха из порошка.
При использовании гидрокамеры со штуцером д р е н а ж н ы е от­
верстия не обязательны. В н уж н ы х м естах на матрице д о п у с к а е т ­
ся резьба, рельефное изображение или текст, зеркально воспро­
изводимые на изделиях.
Г и дро кам ера. Основные требования, п р е д ъ я в л я е м ы е к ги д­
рокам ере — надеж ность в работе, обусловленная свойствами при­
меняемого м а т е р и а л а ; эластичность, возможность извлечения че­
рез узкую горловину; возможность многократного использова­
ния; г л я н ц е в а я н а р у ж н а я поверхность.
6
83
$
a
ri
H
i
«
c.
V
H
о
i
’C
z
ез
с
н
О 2
_ о
S
с
>*:й
ci
О
О
о
г
о
о- ч •
о
го
о
= 1
cl
«* »* I
о
сз ^ 1
=
0 х^
§*.й S^ iН:
” И
1 = .2
5=
о
с «■^U«5
ж
о
а;
а
яQ -
S'*
с
о
кк аS сОС
— fc— “
«М
А
А
« = с
£.
^
^
S9 1
I =
О
U
1^.1
CJ см S'о t-,
IS 2- S '
5
г а
С53
Си
и
и
о
О-
5^*'5 £
.- S
а *= я
^
S
^
а
с.
О ) s<
=
S-0
<N
с
е
о
-Э
С
.
С
#
U
о
S
Q-
84
I I 1
U
с;
о.
TJ. ас =
Этим требованиям удовлетворяют гидрокамеры из резины с
больишм относительным удлинением и прочностью. В тех с л у ­
чаях, когда возможен контакт гидрокамеры с маслом, приме­
няется м аслостойкая резина. Имеются сведения об использовании
д л я этой цели полиэтилена, пласти ката, фторопласта, алюминие­
вой фольги и других материалов. Однако в практике эти м а т е ­
риалы для изготовления гидрокамер не применяются, т а к к а к
они по долговечности и стоимости значительно уступаю т резине.
На рис. 31 представлены
некоторые гидрокамеры. Их
изготовляют
формованием
из сырой резины с после­
дующей вулканизацией или
склеиванием из листовой ре­
зины толщиной 1 — 2 мм.
Форма гидрокамеры обычно
п р ед ставл яет
внутреннюю
форму полого изделия. Л и ­
нейные размеры
кам еры
меньше
соответствующих
линейных размеров м атр и ­
цы на четырехкратную тол­
Рис. 31. Гидрокамеры д л я различных
щину стенки изделия. Хоро­
изделий
шо изготовленные р е з и н е
вые гидрокамеры в ы д е р ж и ­
вают без ремонта несколько д е с я т к о в операций прессования.
В нерабочем состоянии кам ер ы х р а н ятся с навинченным на
штуцер колпачком в индивидуальных полиэтиленовых мешках.
Поверхность гидрокамеры д о л ж н а с о д е р ж ат ьс я в чистоте. З а ­
грязненные участки оставляю т на изделии темные следы, поэтому
их Cv^eдyeт тщательно очищать марлей, смоченной спиртом. М ыть
ги д р о к ам ер у не рекомендуется.
К ам ер ы под пневматическое давление могут быть изготовле­
ны с отбортовкои под з а ж и м м е ж д у крышкой и фланцем прессформы. С ж а т ы й газ подается через штуцер в крышке прессформы.
Гидравлический насос, сосуды с с ж а т ы м газом, печи для спе­
кания применяются стандартные.
ПРЕССОВАНИЕ РЕЗИНОВОЙ КАМЕРОЙ
РАЗЛИЧНЫХ ПО ФОРМ Е ИЗДЕЛИЙ
Гидравлическое прессование полых, в большинстве тонкостен­
ных изделий требует обязательного обеспечения р я д а условий,
вклю чая т а к ж е высокую квалификацию рабочих.
Основными из них я в л я ю т с я : совершенные конструкции прессфop.vIы (матрицы) и ги дрокам еры ; необ.ходимая толщина и не­
8.5
прерывность слоя порошка, засыпанного в прессформу; соблю де­
ние правильного р е ж и м а прессования и спекания.
П ер ед з а г р у з к о й порошка поверхность прессформы ( м а т р и ­
цы) тщ,ательно очищается от загрязнений и ж и р о в ы х пятен. Об­
р а з у ю щ а я поверхность п ром ы вается спиртом или ацетоном.
Остатки окалины недопустимы, т а к к а к они попадают в стенку
изделия, а м ас л о при сгорании н а с ы щ а е т изделие п р о д уктам и
сгорания, иногда на всю его толщину. К а м е р а перед прессова­
нием проверяется на герметичность с ж а т ы м воздухом. З а г р я з ­
ненные уч астки к а м е р ы промываю тся спиртом.
Рассм отрим технологию изготовления некоторых наиболее
распространенных форм полых изделий.
Н а рис. 32, а — г п р ед ставл ен а с х ем а засы п ки порошка и
прессования сосудов различной формы ( б а к а , бутылки, цистер­
ны, сосуда с о т в о д а м и ).
Изготовление б а к а показано на рис. 32, а.
Д л я прессования б а к а (операции /, II, III) обойму прессфор­
мы сбалчи ваю т с днищем, засы п аю т и р а з р а в н и в а ю т слой порош­
к а д л я днища сосуда (операция /). З а т е м у с т а н а в л и в а ю т и центруют ги д р о к ам ер у, з а с ы п а ю т порошок д л я цилиндрическои части
с о суд а и бурта (операции II). Во вр ем я засы п ки р еко м ен дуется
с л е г к а п о кач и вать г и д р о к а м е р у в различных н ап р а вл ен и я х и
р а с п р е д е л я т ь порошок т а к и м образом, чтобы уровень со всех
сторон был одинаковым.
При необходимости в любом месте цилиндрической, кониче­
ской или плоской части изделия можно получить один или не­
сколько утолщенных поясов (р еб ер ). Д л я этого порошок з а с ы ­
пают и р а з р а в н и в а ю т до уровня, н ах о д ящ его ся на 30—40 мм
выше м еста ж е л а е м о г о утолщенного пояса. Рейкой или шаблоном
порошок уплотняют т а к , чтобы уровень снизился на 2 0 —30 мм.
З а т е м п р о д о л ж аю т з а с ы п к у . Ф о р м а пояса обычно получается
о в а л ь н а я , толщина примерно в 1,5— 2 р а з а больше толщины
стенки изделия. Уплотнением порошка можно т а к ж е получить
утолщение стенки по образующей (ребро). Рационально распо­
ло ж ен н ы е утолщенные пояса и ребра придают изделию допол­
нительную ж е с т к о с т ь и прочность при сравнительно малой т о л ­
щине стенки м е ж д у ними. Таким ж е способом получают в н у ж ­
ном месте утолщенные стенки д л я резьбы и выступов.
Засы панную порошком прессформу з а к р ы в а ю т стальной
крышкой. Штуцер ги д р о к а м е р ы пропускают в отверстие к р ы ш ­
ки. Прессформу у с т а н а в л и в а ю т в п р есср ам у или другое сл^имающее устройство. Г и д р о к а м е р у подсоединяют к гидропроводу и
заполняю т полностью водой.
Если штуцер ги д р о к ам е р ы д в у х к а н а л ь н ы й , то о ткр ы ваю т во з­
душный к а н а л д л я полного заполнения. При одноканальном
штуцере м о ж н о периодически п р ер ы вать подачу воды и в ы п у ­
с к а т ь воздух. П рактически спуск в о з д у х а повторяется 4 — 6 раз.
U
86
Да^^ление воды подлимают медленно с таким расчетом, чтобы
оно достигло номинальной величины в течение 2 —3 мин, затем
в ы д е р ж и в а ю т под давлением в течение 0,5— I мин. Быстрый
подъем давления не рекомендуется, т а к к а к имеющийся в порош-
а)
I
Ю
т
п
I
п
I
ш
г;
I
л
ш
Рис. 32. Схемы прессования сосудов различной формы;
а — бака; б — бутыли; в — цистерны; г — сосуда
ке воздух не усп евает вытесниться, что впоследствии м о ж е т при­
вести к трещинам в изделии.
Изготовление бутыли показано на рис. 32, б (операции /,
II, III, I V ) .
П е р в а я ста д и я прессования бутыли выполняется аналогично
прессованию б а к а (операция /).
Г и дро кам ера для бутыли не имеет ж ес т к о го к а р к а с а и поэто­
м у не м о ж е т сохранять свою форму и размеры . Перед постанов87
кои в м атр и ц у ее полностью или частично заполняю т водой.
Порошок засы п аю т до уровня воды. З а т е м повышают уровень
воды и з а с ы п а ю т порошок до заплечиков (операция II). На з а ­
плечики насыпают и р а з р а в н и в а ю т слои порошка, з а к л а д ы в а ю т
к р ы ш к у и з а с ы п а ю т порошок для горловины (операция III).
Если на горловине прессуется н а р у ж н а я резьба, то необходимо
уплотнять порошок p e fiK o fi. Увеличение з а з о р а д л я засы п ки боль­
шего слоя порошка не в с е гд а возможно т а к к а к при м а л ы х д и а ­
м е т р а х горловины необходима больш ая дефор.мация резины и
возможен прорыв ги дрокам еры . Прессование (операция /V') в ы ­
полняют в той ж е последовательности, что и для б а к а . С л е д у е т
зам етить, что отпрессовать б у т ы л ь в прессраме без ги д р авл и ч е­
ского п о д ж и м а не п р е д с т а в л я е т с я возмож ны м.
В отпрессованной бутыли ж и д к о с т ь из ги д р о к ам е р ы у д а л я ю т
полностью с помош,ью сифона, г и д р о к а м е р у осторожно извлекаю т
через горловину бутыли и дно отделяю т от прессформы. К ры ш ку,
оформляющую заплечики и горловину, не снимают до помещения
изделия в печь спекания.
Прессование изделия (операции I, II, III, IV, V') типа цистер­
ны (рис. 32, в) выполняют в следующей последовательности.
К цилиндрической части м атрицы прикрепляют одну торцовую
к р ы ш к у и прибалчивают к р ы ш к у бокового п а т р у б к а . М атр и ц у
у с т а н а в л и в а ю т вертикально торцовой крышкой вниз. З асы п аю т
порцию порошка д л я торцовой стенки (операция /). З атем в
м а т р и ц у в в о д я т ги д р о кам ер у. Из ги др о кам ер ы (изготовленной
без к а р к а с а ) полностью в ы ж и м а ю т во зд ух и з а л и в а ю т т а к о е ко­
личество воды, чтобы под ее давлен и ем не увел и ч и вал ся диа.метр к а м е р ы (операция II). З а т е м проводят поочередно з ас ы п к у
порошка и з а л и в к у воды до полного заполнения цилиндра порош­
ком, а ги др о кам ер ы водой. На торец ги др о кам ер ы засы п аю т
порцию порошка для верхней эллиптической стенки цистерны, з а ­
к р ы в а ю т к р ы ш к у и скрепляю т с цилиндром м атрицы (о п ер а­
ция III). Прессформу у с т а н а в л и в а ю т горизонтально, вверх боко­
вым патрубком . После этого снимают к р ы ш к у д а т р у б к а прессформы и з а с ы п а ю т порошок д л я образования п а т р у б к а цистерны
(операция IV ). При этом нельзя допустить р а з р ы в а в слое по­
рошка, засыпанного ранее, с з а с ы п а е м ы м д л я п а т р у б к а . З атем
прибалчивают к р ы ш к у п а т р у б к а , прессформу у с т а н а в л и в а ю т в
п р е с ср ам у вертикально и прессуют (операция V). П ер ед з а г р у з ­
кой изделия в печь через боковой п атр уб о к и звлекаю т г и д р о к а ­
м ер у и снимают торцовые крышки. Изготовление сосуда с д в у м я
отводами (операция /, II, III, IV) показано на рис. 32, г.
Прессформа для сосуда с д в у м я отводами м о ж е т быть р а з ъ е м ­
ной по образующей или по окружности. В обоих с л у ч а я х прессо­
вание выполняют в прессраме с гидравлическим поджимом, при­
чем в первом прессформу помещают в п ресср ам у горизонтально.
во втором
вертикально.
88
Г н д р о к а м е р у изготовляют на ж ес т ко м цилиндрическом к а р ­
касе, отводы глухие, без к а р к а с а . Г и др о кам ер у извлекают так
ж е , к а к и при прессовании б ака.
С осуд формы б а к а или с т а к а н а с буртом (фланцем) м ож ет
быть отпрессован в прессраме без гидравлического поджима.
Бурт под угл о м 90° к стенке и менее прессуют расширенной ча­
стью гидрокамеры (рис. 33, а ) . В случае применения ги д р авл и ­
ческого поджимс’ избыточное давление на кр ы ш ку прессформы
воспринимается буртом (рис. 3 3 , 6 ) — кры ш ка выполняет роль
пуансона.
Стенки и дно сосуда прессуются давлением гидрокамеры.
По окончании прессования ж и д к о сть из гидрокамеры сливают
частично или полностью, прессформу вы двигаю т из прессрамы,
снимают к р ы ш ку и извлекаю т гндрокамеру. До того к а к будет
Рис. 33. Схемы подпрессовки бурта (ф ланца):
а — гидрокамерой; 6 — гидроподжнмом
извлечена ги д р о кам ер а, нельзя отбалчивать дно прессформы; его
рекомендуется снимать лишь перед загр узко й прессформы в печь,
что сохраняет изделие от случайных повреждений. Капли во­
ды или м а с л а на фторопласте необходимо у д а л и т ь до спекания,
с р е з а в их вместе с тонким слоем полимера.
Н а рис. 34, а показан момент извлечения гидрокамеры
после прессования банки, а на рис. 34, б — отпрессованное изде­
лие в матрице.
Прессование чаш выполняют д в у м я способами: диафрагмой
в матрице (рис. 35, а) и диафрагмой на пуансоне (рис. 35, б).
Д л я первого способа х а р а к т е р н а гл ян ц евая н а р у ж н а я поверх­
ность изделия и несколько ш ероховатая внутренняя поверхность
со стороны диаф рагм ы . Изделие получается путем засыпки порошка в д в а п р и е м а — в полость, образованную пуансоно.м и
нижней частью матрицы, и выше ее. После этого закрепляю т
верхнюю часть матрицы и производят прессование. М атрица для
прессования вторым способом — цельная, а
nyaHcofie имеются
д р е н а ж н ы е отверстия для выхода в о зд ух а из порошка.
89
Д и а ф р а г м у помещают в матрицу. На дно з а с ы п а ю т нуж ны й
■слой порошка, затем у с т а н а в л и в а ю т шаблон по форме пуансона
и в о к р у г него з а с ы п а ю т порошок д л я наклонных стенок. Д а л е е
Рис. 34. Общий вид матрицы с изделием, полученным с помощью гидро­
кам ер ы :
а — извлечение ги др окам ер ы ; б — м а т р и ­
ца с готовым изделием
Линия разъема
1 2
3 ^
Рис. 35. Прессование чаш:
а
— диаф рагм ой в матрице;
б — диаф рагмой на пуансоне;
2 — д и а ф р а гм а ;
1 — пуансон;
3 — м атр и ц а; 4 — порошок фто­
ропласта-4
Рис. 36. С х ем а одновременного прес­
сования б ак а и конусной крышки:
/ _ м атрица; 2 — прессуем ы е
3 — ги д р о к ам ер а; 4 — к а р к а с
д е тал и ;
ш аблон р а с к а ч и в а ю т и вынимают, на место ш аблона у с т а н а в л и ­
в а ю т пуансон и прессуют.
Ф о р м а пуансона с д е л а н а такой, чтобы на его поверхности
р а з м е с т и л а с ь д и а ф р а г м а , не о б р а з у я с к л а д о к . З а т е м прессформу
р азб и р аю т и д е т а л ь покручиванием снимают с пуансона.
90
1
На рис. 3 6 п о к а з а н о о д н о в р е м е н н о е прессование б а к а и к о ­
нусной крышки перегонного ап п а р ат а. В этом случае цилиндр
м атрицы состоит из д в у х с т ы к у е м ы х обечаек, одна из которых
с л у ж и т для оформления б а к а с днищем, вторая — конусной
крышки. Г и др о кам ер а с н а б ж е н а штуцером, который установлен
на линии р а з ъ е м а деталей формы. З а с ы п к у порошка выполняют
аналогично прессованию б а к а без крышки, с последующей з а ­
сыпкой порошка над баком для цилиндрической части крышки.
Д л я получения конуса крышки порошок насыпают наверх гидро­
кам ер ы . В процессе прессования б а к а и крышки на линии р а з ъ е ­
м а д е т а л ь н ад р езается на ^/з толщины внутренним кольцевым
выступом матрицы. Н ад р ез д а е т возможность небольшим уси­
лием р а з л о м а т ь отпрессованные детали, разъединить патрубки
м атр и ц ы и извлечь гидрокамеру.
И зложенные методы и приемы изготовления емкостей и д р у ­
гих видов а п п ар атур ы могут быть использованы д л я р яд а а н а л о ­
гичных и более слож ных изделий.
И зделия при повышенной тем п ературе (90— 100° С) прессуют
гидрокамерой д в у м я способами. М елкие изделия прессуют с ж а ­
ты м газом, п о д ав аем ы м в гидрокамеру, или водой после про­
гр ев а засыпанной прессформы в печи при температуре 90— 100° С.
В р е м я в ы д е р ж к и в печи определяется толщиной стенки матрицы
и засыпанного слоя порошка. Крупные изделия прессуют после
прогрева залитой в ги д р о к ам ер у горячей воды (90—9 5 ° С ).
В этом сл уч а е прессформу с н а р у ж и на время прогрева тепло­
изолируют. Теплоизоляцией д л я дна и крышки м о гут быть асбест
и асбоцементные плиты.
С л е д у е т иметь в виду, что для изделий, сп ек аем ы х совместно
с цилиндрической частью матрицы, м ин им альн ая толщина стенки
с о с т а в л я е т примерно 0,012—0,015 ди ам етра. И зделия с меньшей
толщинои стенки, к а к п о к а за л опыт, м о гут р а з л а м ы в а т ь с я при
спекании. Однако при наличии в изделии поясов жесткости тол­
щина стенки м о ж е т быть несколько уменьшена.
М а к с и м а л ь н а я толщина стенки зависит от свойств м ат е р и ал а
ги д р о к а м е р ы (способности хорошо деформироваться) и с о с т а в ­
л я е т не менее Vis д и ам етр а.
СПЕКАНИЕ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ПУСТОТЕЛЫХ ИЗДЕЛИЙ
Полые изделия, особенно крупногабаритные, имеют ср авн и ­
тельно тонкие стенки и в неспеченном состоянии непрочны. Тре­
б у е т с я большая осторожность при работе с ними, в процессе у д а ­
ления из матриц и спекании.
Спекание м о ж е т производиться в камерной печи без матрицы
или в самой матрице. В свободном состоянии спекаются только
м е л к и е изделия и сосуды несложной формы, прочность которых
лри тем п ер атур е спекания превыш ает напряжения, вы званны е
91
собственным весом. Свободное спекание имеет значительное пре­
имущ ество перед спеканием в м ат р и ц ах , т а к к а к позволяет о р г а ­
низовать поточное производство с небольшим числом матриц.
Н едостаток этого процесса состоит в том, что некоторые изде­
лия при свободном спекании м о гут частично дефор.мироваться.
Сосуды больших р азм ер о в и сложной формы спекаю т с о в м ес т ­
но с матрицей при сняты х кр ы ш ках . Увеличение р а зм ер о в со су­
дов ограничено р а з м е р а м и матрицы. На качество изделий при
спекании существенное влияние о к а з ы в а е т толщина стенки м а т ­
рицы и положение изделия в печи. Р е к о м е н д у е т с я , напри.мер,
колбы с резьбой на горловине при спекании у с т а н а в л и в а т ь гор­
ловиной вниз, т а к к а к в горизонтальном положении колба о к а ­
з ы в а е т с я висящей коисольно на горловине, что м о ж е т привести
к р а з р ы в а м . «Ц и с т е р н у » реко.мендуется помещать в печь боковым
патрубком вниз. Цилиндрические сосуды чаще р а с п о л а га ю т гори­
зонтально. В сосуды, трубы и други е пустотелые изделия з а к л а ­
д ы в а ю т металлический тонкостенный шаблон, р а з м е р ы которого
соответствуют р а з м е р а м спеченного изделия.
Скорость н агр е в а изделий в печи спекания сильно зави си т
от формы, разм еров и толщины стенки изделия и матрицы. П р е ­
вышение скорости н агр е в а я в л я е т с я одной из причин трещинообразования в изделиях в м е с т а х перехода сечений. Открытое
днище изделия прогревается значительно быстрее уч астко в, з а ­
кры ты х матрицей. По границе откры ты х у ч а с т к о в возн и кает те.м
больш ая разность тем п ер атур , чем выше скорость н а г р е в а и тол­
щина стенки матрицы. Возникающие при этом внутренние н а п р я ­
ж е н и я в ы з ы в а ю т трещины еще до н а ч а л а сплавления м а т е р и а л а .
Например, в р е з у л ь т а т е н агр е в а в печи цистерны емкостью 60 л
со скоростью н а г р е в а 90—95°С/ч (толщина стенки м атрицы при
этом с о с т а в л я л а 1 2 мм) по гр ан и ц ам днищ возникали в н утр ен ­
ние трещины. Этот б р а к был исключен путем снижения скоро­
сти н а г р е в а до 70—75°С/ч и в ы д е р ж к и в течение 30 мин при
250 и 330° С.
В табл. 20 д а н ы р е ж и м ы сп екан ия д л я т р е х -г р у п п изделий,
имеющих толщину стенки 1 0 — 1 2 мм.
Д л я изделий с толщиной стенки более 12 мм р еж и м с п е к а ­
ния определяется экспериментально д л я к а ж д о г о ти п оразм ера.
Одним из условий, определяющих качество готовых изделий,,
я в л я е т с я т а к ж е соблюдение стабильного тем пературного р е ж и м а
в печи. Большие колебания т ем п е р а т у р ы печи уси ли ваю т короб­
ление изделия и приводят к образованию трещин. Установлено,
что повторное спекание изделий почти всегд а з а к а н ч и в а е т с я
браком.
Крупные изделия не з а к а л и в а ю т с я . И здели я очищаются от
окалины с к р е б к а м и или т р а в я т с я кислотой. Коробление м о ж е т
быть вы правлено после н а г р е в а до 200—250° С и с последующим
о х л а ж д е н и е м на шаблоне.
92
Таблица 20
%
Режимы спекания тонкостенных изделий (10— 12 мм)
№
режи­
мов
Группа изделий
I
Изделия небольших размеров неслож­
ной формы (стаканы, колбы и т. п.
объемом до 10 л ) ............................................
Скорость
нагрева
в ®С/ч
90
Время
спекания
в м и н при
377±3° С
60
120
Ф
2
3
Изделия средних размеров неслож­
ной формы и небольших размеров слож­
ной формы ...........................................................
Изделия больших размеров неслож­
ной формы (обьем более 50 л) и сред­
них размеров сложной формы . . . .
Условия
охлаждения
Д о 200^ С
вместе с пе­
чью
75*
90
150
То же
60*
90
150
»
« при температуре 250 и 330® С дается 30—бО-минутная выдержка.
Рис. 37. Полые изделия из фторопласта-4,
ные прессованием гидрокамерон
изготовлен-
93
С л е д у е т зам етить, что в з д у т и я стенки в м ес т ах «пригорания» изделия в прессформе почти никогда не имеют трещин и
легко исправимы.
Качество изделий проверяют в и зу а л ь н ы м осмотром после спе­
кания. Неполнота спекания о б н а р у ж и в а е т с я по б ел о вато м у ( м а ­
товом у) цвету неспеченного у ч а с т к а или наличию тем ны х в к р а п ­
лений, н а б л ю д а е м ы х на просвет. М елкие трещины в отличие от
неполноты спекания нитеобразны и имеют те ж е признаки при
внешнем осмотре. Беспористость стенок емкостей проверяют с ж а ­
тым воздухом в водяной ванне. В необходимых с л у ч а я х произ­
в о д я т гидравлические испытания.
Таблица 21
Причины возникновения брака при спекании
и методы его предупреждения и исправления
Вид брака
Причины
Материал пористый
Различная толщина
стенок
Б угристая стенка
Отверстия или недо­
статочная
толщина
стенки
Черное пятно сквоз­
ное или несквозное
Отрыв дна от кор
п уса при прессовании
давление
Неправильно
уста­
новлена гидрокамера
Неравномерная
за­
сыпка порошка
Зависание
порошка
при засыпке
Масляное пятно
Отошла крыш ка под
давлением
Дефекты резины
Щели в прессформе
Прорыв камеры
Пролом верхней тор
цовой стенки
Ослаблена
крыш­
ка, Мал радиус пере­
хода, Большая скорость
нагрева (охлаждения)
В а к у у м при сливе
воды из гидрокамеры
«Пригорание»
ЛИЯ к матрице
Незачищена матрица
перед прессованием
Трещины в переход­
ных местах
94
Малое
прессования
изде
Методы предупреж дения
и исправления
Д о спекания повторить
прессование при большем
давлении. После спекания
неисправим
Исправим механической
обработкой
То ж е
Неисправим
Д о спекания стереть
масло и при возможности
срезать тонкий промасляный слой
Улучшить конструкцию,
применить гидроподжим.
Брак неисправим
Вырезать загрязненные
участк!? стенки, насыпать
порошок на отверстия и
проломы, повторить прес­
сование, если предыдущее
давление не превышало
40%
Неисправим
Обеспечить доступ воз­
д у х а в прессформу при
сливе воды. Неисправим
Изделие с неисправимым
дефектом, но пригодно для
эксплуатации
Изделия-диэлектрики проверяются на пробивное напряжение
искровым дефектоскопом или на специальной установке. Пори­
стость м а т е р и а л а м о ж е т быть проверена т а к ж е экспрессметодом.
В любом месте изделия, специально доведенным резцом снимают
вручную с т р у ж к у толщиной 0,08—0,1 мм и просматривают под.
микроскопом в проходящем свете с увеличением в 80— 100 р а з ;
при этом поры в ы г л я д я т темными пятнами.
В табл. 21 приведены причины некоторых видов б р а ка , методы его предупреждения и исправления.
На рис. 37 показаны различные полые изделия из фторопласта-4, изготовленные прессованием гидрокамерой, которые н а ­
х о д я т все более широкое применение в качестве посуды, тары
и элементов технологических аппаратов.
СВАРКА И СКЛЕИВАНИЕ
С в а р к а . В ы с о к а я вязкость р а с п л а в а фторопластов я в л я е т с я
одной из причин их трудной свариваемости. Применяемые спо­
собы свар ки для термопластов о к а зы в а ю т ся м ал о эффективны­
ми для фторопластов. Прочность сварного щва фторопластов во
всех с л у ч а я х остается невысокой, что ограничивает применение
этих м атер и ал о в в свар н ы х конструкциях.
Наиболее трудно с в а р и в а е м ы м фторополимером я в л я е т с я фторопласт-4.
Однако пленка и листы спеченного фоторопласта-4 толщиной
не более 1 мм можно сварить м е ж д у собой вн ах л естку тепловым
способом, н а г р е в а я с в а р и в а е м ы е поверхности до 370—3 8 0 ° С в
течение 5— 10 мин и при давлении на шов 1,5—2,5 кГ!см^. Д л я
создания прижима в зоне шва с в а р и в а е м ы х поверхностен приме­
няют металлический шаблон по форме шва.
Осуществить плотное прилегание с в а р и в а е м ы х поверхностей
и равномерное с ж а т и е на ш вах, находящихся в разных плоско­
стях, довольно трудно, поэтому с в а р к а деталей ап п арато в п р а к ­
тически не применяется. С в а р к а пленки более доступна и ее
можно осуществить, используя специальный сварочный инстру­
мент, приспособления и установки, обеспечивающие стабильное
качество шва.
Р я д конструкций машин с нагревательны м и элементами р а з ­
работан для с в а р к и пленки, листов и д а ж е отдельных деталей.
При этом можно с в а р и в а т ь на у ч а с т к а х прямолинейных, круглы х
и дугообразных. С в а р и в а е м ы е кромки сж и м аю тся давлением
2,5 3,5 кГ1см^ и нагреваю тся до тем п ер атур ы 272° С. Затем т е м ­
пература повышается до 3 7 5 ° С (но не более 3 9 2 ° С ) , д а ется в ы ­
д е р ж к а при этой тем п ер атур е 5 1 0 мин, после чего шов о х л а ж ­
даю т под давлением до 990°
0 " С. Такие шв(э1 о б л ад аю т хорошей
стойкостью против растрескивания, могут длительно работать
при 2 6 0 ° С и кратковременно при 3 2 7 ° С. При с в а р к е изделий
9S
из фторопласта-4 значительной толщины очень трудно добиться
сплошного прилегания с в а р и в а е м ы х поверхностей. Д л я зап о л н е­
ния неплотностей применяют флюс, состоящий из 65 вес. ч. фторуглеродного м а с л а и 35 вес. ч. тонкого порошка фторопласта-4.
С м еш иваю т при 7 0 ° С. Кромки с в а р и в а е м ы х д етал ей с м а з ы в а ю т
тонким слоем флюса, з а т е м шов н а гр е в а ю т до т ем п е р ат у р ы с в а р ­
ки и в ы д е р ж и в а ю т 5 — 1 0 мин для испарения фторуглеродной
см азки . Часто врем я в ы д е р ж к и шва определяют опытным путем.
С в а р н ы е ш вы выполняют в н а х л е с т к у и взам о к.
Д р у г и е фторопласты, которые способны п е р е р а б а т ы в а т ь с я
экструзией и литьем под давлени ем , способны с в а р и в а т ь с я к а к
тепловой сваркой, т а к и прутковой. Например, фторопласт-40
можно свар и ть прутком с помощью электрической горелки, при­
меняемой при с в а р к е винипласта и полиэтилена. В горелку по­
даю т инертный газ. Т е м п е р а т у р а г а з а на вы ходе из сопла 350° С.
Сварочный пруток диам етром 3 мм получают экструзией фторопласта-40Ш. Скорость с в а р к и меньше, чем д л я винипласта.
Сварной шов имеет хорошую герметичность, но прочность его
остается невысокой. Коэффициент прочности сварного шва в р я ­
де с л у ч а е в ^ 0 , 5 .
Д е т а л и из фторопластов, способных э к стр уд и р о в а ться , могут
соединяться и ко н т а к тн ы ч методом сварки, для чего с в а р и в а е м ы е
кромки обоих элементов н а гр е в аю т с помощью горячего инстру­
мента или специального н а г р е в а т е л я до состояния р а с п л а в а ,
быстро п р и ж и м аю т д р у г к д р у г у и о х л а ж д а ю т под некоторым
давлением. При этом ж е л а т е л ь н о , чтобы при с ж а т и и о б р а з о в а л ­
ся небольшой облой, свидетельствующий о плотном прилегании
с в а р и в а е м ы х поверхностей. Тепловой сваркой пользуются, в част­
ности, для соединения труб из сополимера тетрафторэтилена с
гексафторпропиленом, из фторопласта-40, д ета л ей из фторопла­
ста-3 и др.
Из л и тер атур н ы х источников известно, что для с в а р к и листов
фторопласта-4 применяют промежуточный слой из сополимера
толщиной 0,05 мм. С помощью т а к о го слоя о к а з ы в а е т с я в о з м о ж ­
ной с в а р к а листов м е ж д у собой и с медной фольгой, покрытой
оловоникелевым сплавом. На тако м способе с в а р к и основано, в
частности, производство слоистого фторопластового п л а сти к а
д л я печатных схем. Соединение фторопласта-4 с другим и м а т е ­
р и алам и м ож н о осуществить н агреван и ем через промежуточный
слой сополимера C 2F 4 и СзРб.
Т е м п е р а т у р а н а г р е в а соединения с сополимером > 3 2 5 ° С, при
соединении с другим и м а т е р и а л а м и — до 3 3 0 ° С.
С к л е й к а . Поверхность фторопласта не способна с к л е и в а т ь ­
ся обычными кл еям и . К фторопласту-4 клеи пристают настолько
слабо, что применяется лишь вр ем ен н ая ( м о н т а ж н а я ) с к л е й к а
клеем из полиизобутилена.
М а л о у л у ч ш а е т с я сцепление и с шероховатой поверхностью.
96
Д .’я получения удовлетворительной прочности склеивания по­
верхность фторопласта подвергают предварительной обработке.
Часто применяют обработку фторопласта-4 в 1%-ном растворе
металлического натрия в безводном аммиаке. Н а обработку 1
поверхности фторопласта требуется около 8 Г натрия, растворен­
ного в 800 Г жидкого а.м.миака. Обработка заключается в по­
гружении фторопласта очищенной и обезжиренной поверхно­
стью в раствор на небольшой промежуток времени (от 1 до 5—
6 с е к ). В растворе происходит отрыв фтора и обугливание по­
верхности на небольшую глубину. Прочность склеивания о б р а ­
ботанной поверхности обычными клеями составляет от 25 до
100 кГ!см}, в зависи.мости от применяемого клея. Применяют
раствор натрия и нафталина в тетрагидрофуране. Полимер под­
вергают действию раствора в течение нескольких минут. О б р а ­
ботанный слой очень тонкий, глубиной около 1 мкм. Прочность
склеивания эпоксидными клеями составляет от 70 до 140 кГ1см^.
Други.м способом обработки поверхности является распыле­
ние алюминия. Порошок, проникший в поверхностный слой, р а с ­
творяют в соляной кислоте, а на шероховатую поверхность поли­
мера навулканизовывают слой каучука и через каучук склеивают
полимер обычными клеями. Поверхность фторопласта можно ме­
таллизировать или, еще до прессования, в поверхностный слой
добавить металлический наполнитель с увеличивающейся кон­
центрацией его в направлении поверхности. Металлизированная
поверхность приклеивается и припаивается к металлам. В дру­
гих случаях фторопласт-4 можно модифицировать путем привив­
ки винилацетата из 50%-ного раствора в этилацетате с помощью
у-облучения при интенсивности дозы 0,5 padjceK. Подготовленная
таким способом поверхность склеивается раствором поливинилацетата. Фторопласт-3 склеивают с другими материалами путем
применения ненасыщенных аминосоединений в комбинации с со­
ставным элементом сцепления.
При склеивании происходит реакция амина с поверхностью
полимера, причем ненасыщенный составной элемент амина вступает в реакцию со склеивающим реагентом. Склеивание двух
поверхностей получается в результате образования химических
связей. При выборе подходящего склеивающего вещества можно
склеить фторопласт-3 с любым материалом. Во всех случаях ис­
пользования клеев — при обклеивании (футеровки) аппаратов
фторопластами или соединении деталей — следует иметь в виду,
что химическая стойкость этих соединений уступает стойкости
основного материала. Поэтому долговечность и работоспособ­
ность склеенной конструкции в агрессивных средах всегда хуже
по сравнению с цельными изделиями.
>
7 Заказ ЗЙ
Г л а в а IV
ХИМИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА ИЗ ФТОРОПЛАСТОВ
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ
Требования к конструкциям. В ы с о к а я теплостойкость И х и м и ч еская стойкость фторопластов к п о д ав л яю щ е м у большинству
агрессивных сред, вклю чая окислители и их смеси, я в л я ю т с я
основным условием применения этих м а т е р и а л о в для химическои
аппаратуры.
Р а з в и т и е техники переработки фторопластов, особенно изго­
товление корпусных изделий и деталей, расш и ряет возможности
ИХ и с п о л ь з о в а н и я в х и м и ч е с к о м м а ш и н о с т р о е н и и .
В эксп луатац и и, н а р я д у с отдельными д е т а л я м и и у з л а м и
имеются целые технологические линии, ап п ар атур н о е оформлефторопл
нпе которых
При проектировании конструкций с использованием фторо­
пластов необходимо у ч и т ы ва т ь следующие основные положения,
р азм ер ы и форма фторопластовых элементов определяются
исходя из технической возможности их изготовления,^
толщина стенки п р ед усм а тр и в а ет ся минимальной, но д о с т а ­
точно прочной при данных условиях;
ж е с т к о с т ь и прочность фторопластового элемента достигается
к а к за счет применения утолщений и ребер ж есткости из с ам о го
м а т е р и а л а , т а к и путем усиления (бронирования) его оолее проч­
ными м а т е р и а л а м и ; конструкция детали д о л ж н а исключать кон­
центрацию напряжений в м е с т а х перехода и у ч и т ы ва т ь ср авн и ­
тельно большой коэффициент расширения фторопласта при изме­
нении тем п ер атур ы ;
изделия до лж н ы быть по возможности просты, не требовать
создания дорогостоящей оснастки, соответствовать требованиям
промышленной эстетики. В связи со сложностью переработки
фторопластов необходима м а к с и м а л ь н а я унификация изделии
из них.
Фторопластовый элемент дол ж ен быть гарантирован от чрез­
мерного перегрева, являю щ его ся причиной опасной токсичности,
а при контакте перегретого фторопласта с некоторыми в е щ е с т в а ­
ми^— причиной сильного в з р ы в а ;
фторопластовые элементы д о л ж н ы быть, по возможности,
цельные с наименьшим количеством соединений; металлические
поверхности, соприкасающиеся с фторопластом, до лж н ы быть об­
работаны, а острые у г л ы скруглены ;
1
98
.
_____________________________________________________ —
конструкцией а п п а р а т а долж н ы пр едусм атри ваться м а к с и ­
м а л ь н а я механизация работ, необходимый контроль и а в т о м а т и ­
ческие регулирование процесса;
0 6 1 ЦИМ требованием ко всем а п п а р а т а м я в л я е т с я сочетание
рациональной конструкции с ее стоимостью.
Большинство химических сред не о к а з ы в а е т воздействия на
фторопласты и их влияние не учитывается при конструировании
аппаратов. Однако длительное влияние температуры э к с п л у а т а ­
ции и других факторов необходимо иметь в виду.
Проектирование рекомендуется начинать с определения гео­
метрической формы и размеров а п п а р а т а с учетом техническо!!
возможности изготовления его элементов из Bbiopanfibix марок
fj)горопластов. Па этой стадии нередко встречаются затруднения
в конструктивном решении корпусных и н агруж ен н ы х элем ен­
тов, поскольку выбор форм и размеров ограничен. Однако, когда
необходима и экономически оправдана новая конструкция, ее
следует с о зд ав а ть , используя современные методы переработки
фторопластов.
Известно, что механическая прочность фторопластов, к а к
термопластов, в большой степени зависит от температуры (см.
гл. 1).
в большинстве случаев при высоких тем п ер атурах, когда
м ехани ческая прочность о к а з ы в а е т с я недостаточной, химическая
стойкость и диэлектрическая прочность остаются еще удо вл етво ­
рительными. К а к у к а з ы в а л о с ь выше, для увеличения жесткости
и прочности возможно бронирование отдельных элементов или
целого а п п ар ата м е т а л л а м и и неметаллами. В этом случае бро­
нирующий элемент воспринимает механические и термические
нагрузки, возникающие вс*тедствие различных коэффициентов
температурного расширения фторопласта и брони. Несмотря на
то, что бронированные элементы, б л а г о д а р я податливости фто­
ропласта под нагрузкой, работают успешно, предпочтение сле­
д у е т о т д а в а т ь небронированным а п п а р а т а м и д е т а л я м , конструк­
ция которых проще, а обслуж ивание дешевле.
Технологические р еж и м ы изготовления деталей в значитель­
ной степени о т р а ж а ю т с я на точности размеров последних. И з­
вестно, что у с а д к а фторопласта-4 с о с тав л яе т 4— 7%, причем от­
клонение для различных партий находится в пределах 1 %, а для
одной партии 0,5—0,7%.
Установлено, что в изделиях, сп ек аем ы х в специальных оп рав­
к а х (ш а б л о н а х ), отклонения в р азм ер ах , значительно меньше,
чем при свободном спекании.
Наименьшие колебания размеров наблюдаются у деталей,
изготовленных горячим прессованием и литьем под давлением.
Точность разм еров прессформ здесь приобретает большое з н а ­
чение, особенно при литье фторопласта- 3 , у с а д к а которого со­
с т а в л я е т около 1 %.
7
99
в определенных усл о ви ях д етали , полученные литьем под
давл ен и ем , м о гут соответствовать 3 —5-му к л а с с у точности, прес­
со ван н ы е детал и — 5 —7-му к л а с с у и крупногабаритные, не имею­
щие дефектов и б р а к а , — 7 —9-м у кл ассу.
В единичном производстве круп н огабаритн ы х изделий, р а з ­
мер которых в к а ж д о м измерении м о ж е т с о с т а в л я т ь несколько
метров, отклонения от з а д а н н ы х разм еров м о гут быть более
значительные. Д л я повышения точности изготовления крупно­
га б а р и тн ы х изделий необходима к а л и б р о в к а шаблонами.
о с н о в ы РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ
Суш,ествует р я д своеобразных подходов к расчету п л а с тм ас с
на прочность.
Согласно л и тер атур н ы м дан н ы м , д о п у ск а е м о е расчетное н а ­
п р яж ен и е в м а т е р и а л е оп ределяется по формуле
[а^] =
К
кГ/сл<2,
где Ов — предел прочности (временное сопротивление) в кГ/см^
п л а с тм ас с ы ;
k — коэффициент з а п а с а .
В п р едел ах уп руги х деформаций д о п уск аем о е н ап р яж ен и е мо­
ж е т быть определено по допустимой деформации
г д е е — д о п у с к а е м а я деф ормация;
Е — м о д у л ь упругости.
Определив т а к и м образо.м д о п у с к а е м ы е н а п р я ж е н и я , м ож н о
найти коэффициент з а п а с а прочности, по которому п р е д в а р и т е л ь ­
но у с т а н а в л и в а е т с я д о п у с к а е м о е н а п р я ж е н и е д л я данной м а р к и
п л а с тм ас с ы .
if
k — —E jl_ . k =
• k ^
[ab ’
[ab ’
[Ola ’
где kp, ксж, ku 3 — соответственно коэффициенты з а п а с а прочно­
сти при р астяж ен и и , с ж а т и и , изгибе;
<Jei O' .
— соответственно пределы прочности при р а с т я ­
жении, с ж а т и и , изгибе.
р азн ы х пластических
Коэффициенты з а п а с а про
м а т е р и а л о в различны и определяются экспериментально. П о л у ­
ченные д о п у с к а е м ы е н а п р я ж е н и я корректируются для к а ж д о г о
конкретного с л у ч а я
г i'
п
100
гдь [о]^ — о тко р р екти р о ван н ое д л я конкретного с у ч а я д о п у с к а е ­
мое н а п р я ж е н и е фторопласта;
п — коэффициент з а п а с а прочности, учиты ваю щ ий специ­
фику изготовления, у с л о в и я и дли тельн ость э к с п л у а ­
тации, особенности с т р у к т у р ы фторопласта и т. д.
Д л я длительно н а г р у ж е н н ы х д е т а л е й из фторопласта-4 д о п у ­
с к а е м ы е расчетны е н а п р я ж е н и я и деф ор м ац и я о п р еделяю тся по
уп рощ енны м ф о р м ул а м
0,062
[о]х - [о]
3,3-10
0.062
[е]х = 1е]
3,3-10“ '*
где [а]т, [е]т — соответственно д о п ускаем ы е расчетные н а п р я ж е ­
ния и деформации детали при нагружении в тече­
ние т часов;
[о], [е] — д о п у ск ае м ы е расчетные н апряж ен ия и деф орма­
ции при кратковременном статическом магружении.
Обычно долговечность фторопластовой детали в часах при­
нимается по проектируемой долговечности у з л а или ап п ар ата.
По другим источникам, з а расчетное напряжение м о ж е т быть
принято значение предела текучести фторопласта, деленное на
коэффициент з а п а с а прочности:
[а]
k
где От — предел текучести фторопласта;
k — коэффициент з а п а с а прочности.
Д л я фторопласта-4 предел текучести при тем п ературе 20° С
со ставл яет примерно ПО— 120 кГ1см^.
Коэффициент з а п а с а прочности принимается в зависимости от
условий нагрузки в пределах 1,5—3.
Д е т а л и из фторопласта-4 при длительном действии силы не
рекомендуется н а г р у ж а т ь свыше 30 кГ1см^. Это условие не распространяется на фторопластовые прокладки, где п редусм атри ­
ва ется значительно большее давление, обеспечивающее требуе»
мое уплотнение и герметичность соединения.
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ
Резьбовые соединения
Фторопластовые детали с резьбой можно получить п рессова'
нием, литьем под давлением и механической обработкой на с т а н ­
ках . В н агр уж ен н ы х резьбовых соединениях более предпочти101
тельиа упорная или т р а п е ц е и д а л ь н а я резьба. Ш аг резьбы всех
профилей до л ж ен быть нормальным, по возможности крупным.
Д л я метрических и к р у г л ы х резьб не рекомендуется мелкий ш а г
из-за недостаточной прочности фторопластов.
Вследствие недостаточной пропрессовки м а т е р и а л а прессо­
ванные резьбы на фторопласте-4 имеют пониженную прочность
на гребнях, поэтому их рекомендуется прессовать с припу­
ском.
Прессованием не у д а е т с я получить резьбу с высокой точ­
ностью из-за у с а д к и . Прочные и точные резьбы получают к а л и б ­
рованием и.ти нарезанием их на соответствующих с т а н к а х .
На д р у ги х фторопластах предпочтительнее получать резьбо­
вые профили в процессе прессования или литья под давление.м.
Прессование и литье под д авл ен и ем , по специфике технологии,
выполняется в нагретой прессформе. Это условие способствует
получению полного профиля и хорошего к а ч е ст в а резьбовой по­
верхности. Д о п у с к а е м а я длина свинчивания и число ниток прес­
сованных и литых резьбовых соединений м о гут быть определены
по формулам
Д - ( Д „ + 0.06 + ^,р)
L — ----------------------------- •
О,0035
A - ( A „ + 0,06-fAd,p)
п = --------------------------- !О, 0035s
где Д — допуск среднего д и а м е т р а резьбы в мм по ГОСТу
9253—59 (д л я прессованных резьб берется по 3-м у к л а с ­
су точности );
Ди — д о п уск на средний д и ам етр резьбы формующего э л е ­
м ента;
dcp — средний д и ам етр прессуемой резьбы;
5 — ш а г резьбы;
k — коэффициент, х ар актер и зую щ и й у с а
полимера при
прессовании.
^ _
~
'Фтах
min
100
где ij-’max — м а к с и м а л ь н а я величина расчетной у с а д к и в %;
4'min — м и н и м а л ь н а я величина расчетной у с а д к и в %•
Р а с ч е т прочности резьбового соединения на срез м ож н о выформуле
9Р
Г ср = -^ < [Т ],
TidQiufji
где Тср — н а п р я ж е н и я на срез, действующие в в и т к а х резьбы;
F — усилие, воспринимающееся резьбой;
do — д и а м е т р резьбы;
102
L — длина резьбы;
т — коэффициент зацепления, характеризующий одновре­
менность работы витков соединения и завнсяиии! от
конструкции и точности резьбы (для треугольных и
упорных профилен m = 0,95 н- 0,98);
[т] — допускаемое напряжение на срез;
1т]
k
где k — кoэффиц^!eнт з а п а с а прочности
Д лина резьбового соединения
2F
L
ш аг резьбы
S
2F
Jid^m [т] п
где п — число витков резьбы.
Фланцевые соединения
Наиболее часто фланцевые соединения в конструкциях а п п а ­
ратов и трубопроводах выполняются с применением накидных
размещенных на
фланцев
отбортовке горловин, отводов и т. п.
Отбортовка горловнн, отводов, патрубков и т. д. выполняется
с помощью переносных н а г р е в а е м ы х электроспнралью м е т а л л и ­
ческих конусов. Горловины больших диаметров (200—300 мм и
выше) отбортовывают таким ж е конусом, помещенным на н агр е­
вательную плиту. Отбортовываемый конец п атр уб ка прогревают
на конусе до 250—330° С и подвигают на него конус вручную или
специальным приспособлением. Р а б о та м о ж е т быть выполнена
на месте м о н т а ж а или ремонта ап п а р ата .
Н а д е ж н а я отбортовка м о ж е т быть в том случае, если конец
п а т р у б к а н агр ев ал ся до тем пературы , превосходящей точку п л а в ­
ления кристаллов. При более низкой тем пературе отбортовки
возможно «вы п о л зан и е» ее из-под гладкого фланца, если тем п е­
р а т у р а эксп луатац и и выше 100° С.
Н и ж е приведены ди ам етр ы отбортовки патрубков и труб
( в мм) для гл а д к и х накидных фланцев.
Диаметр (Dy) т р у б ы ....................
Диаметр о т б о р т о в к и ....................
10
22
15
30
20
40
25
50
32
60
50
90
75
115
100
140
Д л я фланцев с кольцевыми проточками на прилегающей по­
верхности ширина отбортовки м о ж е т быть уменьш ена на
2 0 — 257о.
103
ьефных фланцев больших д и ам етров м о ж н о о п р е д е л я т ь по ф о р м у л е
d
где dp
d
6
д и ам етр отбортовки в мм-,
н а р у ж н ы й д и ам етр п а т р у б к а в мм\
толщина стенки п а т р у б к а в мм\
р а д и у с скр угл ен и я кромки фланца в мм.
Рельеф
^
^ ________
чивают более высокую н а д е ж н о ст ь соединения по сравнению с
г л а д к и м и фланцами. Во врем я з а т я ж к и фланцевого соединения
фторопласт з а т е к а е т в кольцевые угл уб лен и я и у д е р ж и в а е т с я
Рис. 38. Ф ланцевы е соединения:
с, 6
свободный фланец; в — приварной фланец
с кольцевыми
проточками
значительно прочнее, чем в с л у ч а е г л а д к и х фланцев. Д л я а п п а ­
ратов и труб с высокими рабочей температурой и давлен и ем
рекомендую тся только рельефные фланцы.
Накидной фланец д о л ж е н иметь внутренний ди ам етр на
2 мм больше, чем н а р у ж н ы й д и ам етр п а т р у б к а ( т р у б ы ) .
П ривалочная к р о м к а с к р у г л я е т с я радиусом, приблизительно р а в ­
ным половине толщины стенки п а т р у б к а , т. е. г = 0,56. У рельеф­
ного фланца привалочная поверхность ш е р о х о в а т а я , в о з в ы ш а е т ­
ся на 1—2 мм н а д остальной и имеет две-три кольцевые заточки
глубиной 0,5— 1 мм.
Д и а м е т р возвышения реком ендуется несколько меньше д и а ­
метра отбортовки (приблизительно равный d + 5 6 ). Установлено,
что фланцевое соединение с отбортовкой на 90° в усл о ви ях боль­
шого д и ап азо н а рабочих т е м п е р а т у р м о ж е т не обеспечить г е р м е ­
тичности при снижении т ем п е р а т у р ы вследствие различных коэф­
фициентов тем пературного расширения фторопласта и м е т а л л а .
В т а к и х с л у ч а я х отбортовку выполняют под угл о м 45° и всты к
помеидают дополнительную д е та л ь . В необходимых с л у ч а я х с ж и ­
м аю щ ее устройство с н а б ж а е т с я компенсационными п р уж и н ам и .
Иногда м е ж д у фланцем и буртом помещ ается резиновая ш а й б а ,
обеспечивающая герметичность соединения.
На рис. 38, а — в п о казан ы некоторые виды фланцевых соеди­
нений фторопластовых элементов, наиболее часто применяемы х в
химическом машиностроении.
104
Нередко в процессе прессования или viHTb« под дав.пением
пол^’чают конструкцию или д е т а л ь с буртом д л я фланцевого соeди^rt'ния.
Металлический фланец н адевается после изготовления детали
или м о ж е т быть з а л о ж е н в прессформу перед изготовлением бур­
та. Фланцевое соединение в зависимости от условий э к с п л у а т а ­
ции м о ж е т быть собрано с прокладкой из более мягкого фторо­
пласта (Ф У М ) рли без прокладки. Переход от п атр уб ка к бурту
с к р у г л я е т с я радиусом не менее 1— 2 мм. Толщина бурта для
свободно сидящего фланца определяется по фор.муле
Об
СМ,
где ёб — наруж ны й диаметр болтов в см\
— количество болтов на свободном фланце;
06 — допускаем ое напряжение м а т е р и а л а болтов в кГ!см^\
Оф — д о п ускаем о е напряжение м ат е р и ал а бурта в /сГ/с.и^;
;1\ — длина плеча; 1\
/ = — ------- —см\
/
/
^1 — “Ьs)
/2 — длина плеча; /2 = —-— ------- - см\
— коэффициент ослабления
стиями;
фланца
болтовыми
отвер­
А~В
k — коэффициент свободного фланца; k = 1 —
А
С
4
2L
D\ — н ар уж н ы й диаметр бурта в см\
Dn — н ар уж н ы й диаметр прокладки в см\
А — наруж ный диам етр стального свободного фланца в см\
В — внутренний диаметр стального свободного фланца в см\
— толщина стенки фторопластовой детали, имеющей бурт,
в см ,
d — диам етр отверстия под болт в см\
С — диаметр окружности болтов свободного фланца в см\
р — внутреннее давление в кГ1см^.
Без применения прокладки {Di = D„) расчетная формула
значительно упрощается.
В ненагруж енны х соединениях толщина бурта м о ж е т быть
принята конструктивно из условий прочности на сдвиг
ig— ( 1 , 2 5 - ь I,5)s см.
Н а р у ж н ы й диам етр бурта выбирается наименьшим из у с ­
ловий прочности фторопласта на смятие фланцем и в большин105
стве конструкций оп ределяется упрощенным способом по фор­
муле
D i = D o + ( 1 . 2 5 - ^ - 2 ) s cm;
где Do — н а р у ж н ы й д и ам етр п а т р у б к а в см.
Зазор м е ж д у п атр убко м и н а д е в а е м ы м фланцем м о ж е т опре­
д е л я т ь с я ходовой посадкой по 3-м у или 4 -м у к л а с с у точности.
У з а к л а д н ы х фланцев зазор получается в р е з у л ь т а т е у с а д к и фто­
ропласта. В беспрокладочных соединениях на торце бурта д л я
лучшей герметизации м о ж е т быть один или несколько кольцевых
выступов шириной 1—2 и высотой 0,2—0,5 мм.
Расчетное усилие, действующее на болты, необходимое д л я
обеспечения герметичности сты к а , определяют по формуле
Qc
4
Р,
где Dcp,6 — средний ди ам етр бурта (п р о кл ад ки ) в см\
Р — внутреннее давл ен и е в а п п а р а т е в кГ1см^;
k — коэффициент з а т я ж к и {k = 1,5 -ь 2,5).
Условие прочности фланцевых болтов
4Q,
глй\
где 2
d\
(У т
< 0 , 607 .,
число болтов;
внутренний д и а м е т р резьбы болта;
предел текучести м а т е р и а л а болта с учетом рабочей
тем п ер атур ы .
Корпусные детали
В гл. III описано, что корпусные детали а п п а р а т о в м о гут
быть цельнопрессованными или цельными из намотанной пленки.
Н ередко для составления сборной конструкции 1<орпусов исполь­
зую т трубы и листы или цельнопрессованные полые детали. Тех­
нологические вводы обычно р а с п о л а га ю т на крыш ке, а в корпусе
лишь патрубки д л я слива.
Наиболее н а д е ж н ы м и в эк сп л уатац и и я в л я ю т с я патрубки, от­
прессованные заодно с корпусом а п п а р а т а . О днако расположение
их не м о ж е т быть произвольным и производится с учетом техно­
логии изготовления. Вполне технологичным считается р а з м е щ е ­
ние п атр уб ко в (до четырех) одинаковы х или различных д и а м е т ­
ров на одной или близких о к р у ж н о с т я х с осями, р а сп о л о ж ен н ы ­
ми под угл о м 90°.
Отступление от этого приводит к большим осложнениям при
р а з ъ е м е прессформы и вые.мке детали, а т а к ж е к поломке п а т р у б ­
ка вследствие сдвигов стенки при спекании в прессформе.
106
в случ ае спекания изделия без прессформы поломок не н а ­
блю дается.
Д лина патрубков м о ж е т быть назначена конструктивно, но
д о л ж н а быть достаточной для одной-двух повторных отбортовок.
Однако, если на цилиндре нужен один патрубок, то предпочти­
тельно ограничить его длину р азм ер ам и у с а д к и цилиндра, чтобы
удеш евить технологическую оснастку.
Независимо ст количества и места расположения патрубков в
цилиндрической стенке изделия, на его днище м о ж ет быть выполй-.
%
%
1
1
1
*
•
•
^
•
''
/
/
%
1
1
1
1
%
R!
■1. i
-
т
i
I
/
/
/
/
/
/
/
/
^
d3
б)
ч)
Рис. 39. Сборные штуцеры:
а — С отбортовкой на в т у л к у ;
б
с накидным фланцем; в — м еталл и ч еская втулка
нено несколько патрубков, ось которых д о л ж н а со вп адать с вер­
тикальной осью ап п ар ата.
Чтобы облегчить разъем л1 еталлического днища прессфор.чы,
патрубки д о л ж н ы иметь конусность 5—7°. Концы их могут быть
откры ты м и или «слепыми».
На плоских стенках изделия патрубки разм ещ аю тся в то.м
месте, где в процессе спекания нет сдви га его стенки относитель­
но стенки прессформы.
В д е т а л я х из труб или сваренных из намотанной пленки п а ­
тр уб ки выполняются сборными и, в редких случ аях, приварными.
Не всегд а технологически можно изготовить патрубок н у ж ­
ного д и ам е т р а , особенно малого, и в нужном месте корпуса. В т а ­
ком случае широко применяются сборные штуцеры, п р ед ставл яю ­
щие фторопластовую т р у б к у с буртом, армированную или не
армированную металлом (рис. 39, а — в).
Армированную в т у л к у помещают в отверстие корпуса и г а й ­
кой герметично з а ж и м а ю т на стенке. Р азбо ртовка штуцера мо­
ж е т быть выполнена на торец металлической а р м а т у р ы или на
некотором удалении с применением накидного фланца. Р азм ер ы
армирующей втулки не могут быть произвольными, т а к к а к для
соблюдения технологических парам етров прессования соотноше107
ние площади б ур та с обеих сторон реком ен дуется наиболее
близким к единице. В табл. 22 приведены р азм ер ы штуцеров и
армирующей втулки с наименьшим ди ам етр о м б у р т а (рис. 39).
Таблица 22
Размеры штуцеров (в мм]
10
15
20
25
37
50
13
21
25
32
45
60
dz
d.
s
с
M 2 0 x l,5
M 3 0 X l,5
M 3 3 X l,5 .
M 4 0 X l,5
M 5 4 x l,5
M 7 0 X 1 .5
30
40
43
52
66
82
1.25
2
2
2 .5
3
3 .5
2
2
2
2
2 .5
3
Большой ди ам етр б ур та облегчает процесс прессования, но
и тр еб ует большего с ж и м а ю щ е го усилия д л я герметизации. Д л и ­
на армирующей и фторопластовой вт ул к и н а з н а ч а е т с я ко н стр ук­
тивно.
Не в с е гд а экономически выгодно и возможно получить до­
статочно прочные и ж е с т к и е изделия из фторопласта, в ряде с л у ­
чаев целесообразно применить армирование. Это позволяет иметь
тонкие стенки детали, что особенно в а ж н о д л я а п п ар ато в с теп­
лообменом через стенку.
Все н агр узк и (в е с а ж и д ко сти , привода м еш а л к и и т. п.) р а с ­
пределяются на ж е с т к у ю (м еталл и ч ескую или немета.тлическую)
конструкцию, тем с а м ы м обеспечивается работоспособность а п п а ­
р ата. Сплошная а р м а т у р а стенки не о б я зат ел ь н а , если это не
о б усл о вли вается усл о ви ям и эксп луатац и и . Д о п у с к а е т с я примене­
ние решетчатой конструкции, ребер и колец ж естко сти . Оболочка
м о ж е т быть висящей на верхнем фланце или покоиться на под­
ставке.
С л е д у е т иметь в виду, что в процессе э к сп л у а т а ц и и происхо­
д я т циклические сдвиги фторопластовой оболочки относительно
ж есткой. Однако это н еж ел ател ьн о е явление лишь в редких с л у ­
ч а я х в ы з ы в а е т излом футеровки в предфланцевом поясе. Т е м ­
п ературн ы е деформации полимера и м е т а л л а в какой-то мере
компенсируются податливостью первого и геометрической формой
изделия, не в ы з ы в а я опасных местных переиапряжений. При
ж е л а н и и с в я з а т ь цельнопрессованную оболочку с армирующилг
к о ж у х о м последняя изготовляется двухслойной, с пористым под­
слоем и приклеивается.
Клей с у ш а т под избыточным д а в л е н и е м внутри а п п а р а т а .
Корпусы н ен а гр уж ен н ы х а п п ар ато в и малой емкости м о г у т
быть небронированными. Д л я придания в нужном месте ж е с т к о сти п р ед усм атр и ваю т ся ребра ж естк о сти и утолщенные пояса
в стенке.
108
Конструирование внутренних элементов а п п ар ата (перегород­
ки, ло ж н ы е днища, фильтрующие элементы и т. п.) всегда начинаюг с определения способа крепления. Этим во многом опреде­
л яется конструкция элемента и место его крепления. Известно,
что применить с в а р к у можно лишь при м о н т а ж е ненагруженных
или легко н агр уж ен н ы х внутренних эле.ментов из литьевых ( с в а ­
р и ваем ы х) м а р о к фторопластов. Если применяется фторопласт-4,
то возможно лишь механическое крепле­
ние. Горизонтальные перегородки и другие
элементы могут опираться на выступы или
кольцевой уступ на внутренней стенке кор­
пусной детали, созданный утолщенным
ПОЯСОМ.
в качестве опоры применяется кольце­
вой пояс, прикрепленный к стенке болтами.
Д л я н агр у ж е н н ы х перегородок или л о ж ­
ных днищ в нужном месте корпуса п реду­
см атр и ваю т фланцевое соединение, з а н и ­
мающее перегородку по периметру. Верти­
кальны е элементы (змеевик, перегородки,
отсекатели и т. п.) помещают в корпус на
Рис. 40. С хем а д л я
подставки, на распорной крестовине, в пазы
расчета прочности
или крепят болтами.
конусного днища
Любой из внутренних
нутренних элементов (если
это возможно) рекомендуется крепить к
крышке. При этом крепление к корпусу или крышке осуществляют болтами со специальной круглой головкой, защищенной
фторопластом. Армирующие элементы корпуса, днища и других
деталей рассчитываются на прочность без учета прочности фто­
ропластовой стенки.
Толщину стенки цилиндрического корпуса из фторопласта без
сварки, не усиленного арматурой, определяют по формуле
D
2,3 [оа]
см,
где D — внутренний диам етр в см\
2.
кГ1см
внутреннее
давление
в
а
п
п
а
р
а
т
у
р
е
Р
д о п ускаем о е напряжение на р астяж ен и е в кГ1см^.
Толщину стенки конических днищ и корпусов (рис. 40) с н а ­
чала определяют по н ап ряж ен и ям на изгиб в меридиональном
направлении в зоне перехода:
pD^y
СМ,
2а^Ф cos а
где у
поправочный коэффициент, зависящий от формы днища;
его находят по графикам тангенциальных напряжении;
109
а
V2 центрального у г л а ;
D
ди ам етр а п п а р а т а в см;
коэффицие
Ф
З а т е м проверяют
толщину
днища
по
величине
тангенциальU
ных напряж ен ии :
_
_
.
_
pD
2адф cos а
см:
ИЗ д в у х величин п р и н и м ается н а и б о л ь ш а я .
Критическое давл ен и е р, вы зы в а ю щ ее неустойчивость и потерю формы цилиндрической оболочки, м о ж н о определить по
формуле
2Е
Р
1—ц
кГ1см^
Dc
,
где Е — м о д у л ь упругости в кГ1см‘^\
коэффициент П уассо н а;
средний д и ам етр оболочки в см.
Dc
Крышки и днища
Конструирование кр ы ш ек (днищ) не (ы зы вает больших з а труднений, обусловленных техникой изготовления. По способу
изготовления крышки м о гу т быть цельнопрессованными (одно­
слойными или д в у х с л о й н ы м и ), литыми под давлен и ем и из л и ­
ста,
полученного р а з в ер ты в ан и е м
трубы. Ф о р м а кр ы ш ек
(днищ) — полусферическая, конусная, плоская.
В цельнопрессованных или литых к р ы ш к а х (дн ищ ах) любой
формы горловины, ш туцеры р а з м е щ а ю т с я конструктивно и изго­
товляю тся к а к одно целое с крышкой. В к р ы ш к а х из листа эти
элем ен ты м о гу т быть только сборными.
При конструировании м о ж е т быть предусмотрена достаточная
толщина крышки или днища и ж е л а е м а я форма. Крепление их с
корпусом а п п а р а т а выполняется с помощью накидных фланцев.
Иногда встречается и резьбовое соединение; в эт©м сл уч а е к р ы ш ­
к у изготовляют с цилиндрическим поясом, на котором н ар езаю т
резьбу. Толщину стенки сферической крышки или днища опре­
д ел яю т по формуле
S
рРб
4Ы
Do
Н
см.
где Dr, — ди ам етр окружности болтов в см\
внутреннее д а вл ен и е в а п п а р а т е в кГ1см^\
Р
[аа] — д о п уск аем о е н ап р яж ен и е на р а с т я ж е н и е в кГ1см^;
Й — высота крышки в см\
— толщина крыш ки в см.
ПО
Наибольшее напряжение в центре круглой плоской крышки
определяют по формуле
[а^] = 0,30
кГ!см‘^,
окружности болтов в см\
р — избыточное давление внутри а п п а р а т а в кГ1см^\
S — толщина крышки в см.
Наибольший изгиб
Dip
f - 0 , 0 4 6 1 —^
сл(,
£s3
’
где Е — м о д ул ь упругости в кГ1см^.
Толш,ина прямоугольной плоской крышки рассчитывается по
формуле
где
Об — диам етр
0,75рЬ^
Оа(1,0+1,61аЗ)
см,
где Ь — короткая сторона крышки по периметру болтов в см\
а — длинная сторона крышки по периметру болтов в см\
р — избыточное давлени е внутри а п п а р а т а в кГ/слг^;
S — толщина крышки в см.
Ь
а = — -<1
а
Наибольший прогиб плоской крышки составит
,
0,142^6-»
г = ------------ ------- с м .
'
£ s3 (l+ 2 ,2 1 a 3 )
В любом ап п ар ате при необходимости предусм атр и вается
усиление крышки м еталло м или стеклопластиками. Клеевое со­
единение фторопласта с броней осуществимо при условии изго­
товления двухслойной крышки (с пористым слоем ). Бронирую­
щ а я д е т а л ь для клеевого соединения д о л ж н а изготовляться в
р а з м е р а х фторопластовой, а не наоборот.
ТИПОВЫЕ АППАРАТЫ ИЗ ФТОРОПЛАСТОВ
Емкости
В производствах с сильно агрессивными и особо чистыми
ж и д к о с т я м и применяются фторопластовые емкости разного назначения, к а к промежуточные сосуды в технологической линии,
а т а к ж е д л я сбора и хранения продуктов. Форма сосудов д о во л ь­
но разнообразна: банки, цилиндрические сосуды, цистерны и т. п.
Л ю б а я форма сосуда м о ж е т быть выполнена цельнопрессоваиной или сборной, состоящей из корпуса со съемной крышкой.
В зависимости от р азм ер а и технологического назначения сосу­
ды могут быть неармированными и армированными металлом
или стеклопластиком.
lit
металлический корпус защитного слоя из суспензии фторопласта
или порошка. При изготовлении армированных аппаратов подго­
товленный за р а н е е вкл ад ы ш или оболочка из фторопластов поме­
щается, насколько это возможно, плотно в металлический кож ух.
Крепление футеровки выполняется, к а к правило, в местах соеди­
нения элементов конструкции.
Рис. 42. Емкость из фторопласта-4, армированная стальной рубашкой
Реакторы
Большое применение фторопласт-4 находит при изготовлении
м ал о га б а р и тн ы х реакторов для непрерывных тех нол о г и чес к и х
процессов. В зависимости от технологических параметров
реакторы применяются цельнофторопластовыми или ар м и р о ван ­
ными.
На рис. 43 показан реактор из фторопласта-4 для непрерыв­
ного процесса. Корпус — цельнопрессованный неармированный и
подвешенный к крышке. Н и ж н я я часть присоединена к корпусу
с помощью фланца, а м е ж д у ними помещен перфорированн!э 1и
диск (ложное днище). Впрессованная внутрь в с т а в к а направляет
входящий поток жидкости в нижние слои. Д л я обработки проте3 Заказ 393
113
каюшей ж и д к о с т и через подведенный снизу тр убопровод посту­
п а ет реактив. Д л я перемеш ивания с л у ж и т м е ш а л к а , приводима
рГактор"^(ри^^
собран из цельнопрессованного к о р п у с а
и кр ы ш ки с п а т р у б к о м . Ф то р о п л асто вы й корпус помещен в с т а л ь НОИ к о ж у х .
стенками
может
R поостоанстве
между
ц и р кул и р о ­
в а т ь тепточладоноснтель. Высокий п а т р у б о к крыш ки исиользов а т ь lea.iuA.idAunw
_________ попм.:»тп^1т \ ю п 1 его в а л
вГн т т я устро йства ж и д ко стн о го з а т в о р а ; герметизирующего в а л
меша'тки Внутренний п а т р у б о к впрессован в корпус па к р е с ю
н
и
Г
ы
ч
оаспорк^^^^^
ф
у
т
е
р
о
в
к
а
стального
в
а
л
а
и
лопасти
м
е
ш
а
л
к
и
видны.ч распорка.
.
выполнены из фторопласта. В к1п.1ш-
ке и с т е н к а х вмонтированы сбор­
ные штуцеры д л я присоединении
внешних K O M M V H H K a u n i i .
Н а рис. 4 4 , 6 п о ка зан реактор пекоторый
действия,
риодического
полусферичесобой
п р е д ст а в л яет
ский р езер вуар со c6opHoii плоской
стальной крышкой, футероваиио11
листовым фторопластом. Снизу к
крыш ке
специальными
болтами
прикреплен фторопластовый
ци­
линдр с перфорированным днищем.
Д и с к о в а я м е ш а л к а возвратнопоступательного д в и ж е н и я собрана
фторопластом
из
футерованного
армированного
стального в а л а и
фторопластового перфорированного
д и с к а , плотно в.чодящего в цилиндр.
Рис. 43. Р еактор из фторо
Верхний конец мешплкм уНиЮТмен
пласта-4
на к р ы ш к е фторопластовым сильфоном.
Сборные рабочие люки и штуцеры, а т а к ж е - п р и б о р ы контро­
ля смонтированы в крышке. Л\ешалка р а б о т а е т от электроприво­
д а , установленного на к р ы ш к е а п п а р а т а .
тп«\
Д л я повышения производительности м е ш а л к и на отверстиях
д и с к Г и дна цилиндра снизу у с т а н а в л и в а ю т с я односюронние
л е п естк о в ы е к л а п а н ы из пленки
„п ..
Д л я научных исследовании в иностранной
‘
зую т р еакт о р ы в виде трех с о а к с и а л ь н ы х
^
трех полимерных внутренних слоев, а т а к ж е дно и
„
пГакторов изготовлены из фторопласта-4 толшинои О,о мм
(с 20% графита или без него). В дне а п п а р а т а
; ; ' ' ’^ P ;
cти^ д Т , а м е т ^ м 1
для ввода
а п п а р а т е при мощности н а г р е в а т е л я 90 или 130 вт AOCiHiati
160 или 250° С.
114
.1 1 ,
1
1
1
Рис. 44. Реакторы :
а — корпус из фторопласта-4 в стальном
к о ж у х е ; б — полусферический резервуар,
футерованный фторопластом-4
Колонны
Конструирование колонн сорбции и ректификации основы­
в а е т с я на использовании труб из фторопласта-4 соответствую­
щего д и ам етр а. Корпус колонны монтируют из армированных
или неармированных царг, в зависимости от величины действую ­
щих нагрузок. В колоннах с насадкой концевые ц а р г и — укоро­
ченные, в них обычно монтируются технологические элементы.
В соединения м е ж д у царгами помещаются перфорированные
перегородки для насадки. В колоннах ректификации применяют­
ся тарелки с колпачками из фторопласта-4. Тарелки большого
д и а м е т р а з а ж и м а ю т с я по периметру в фланцевых соединениях
царг, а малого д и а м е т р а плотно вставл яю тся в колонну и к р е­
пятся на стер ж н евы х опорах или подвесках. Д л я сборки внутрен­
них элементов из фторопласта-4 применяют резьбовые соедине­
ния. В к р ы ш к ах и стенке колонн помещаются сборные штуцеры,
кар.маны термодатчиков и средства контроля процесса. Н а р у ж ­
н ая поверхность колонн покры вается слоем теплоизоляции.
На рис. 45, а —в представлены колонны и их детали р а з ­
личных конструкции и назначений. Геометрические формы
8
115
•
п
S;Г
^Ч^^Ч'А
о>
X
о ^
=?
,
Г\
н
сс
1 о”
са
О Ч
Q ,
сс
СЗ
а;
Sа:
tо
ю
^ со
w ii
о
ез О.
а: О _
= f- J3
-э-э-й
ь «а S'2
й;
Z
гз S
%•*>
^^^ О
Z
Сян 2 оS
о II а:о >с.с
Л
T
Z
а няоо
S
«
116
внутренних деталей из-за низкой прочности фторопласта отличаюТ1'я от металлических.
Д л я компенсации больших линейных расширений неармированных колонн в соединениях с другими ап п ар атам и п р е д ус м а т ­
ривают сильфонные или другие компенсирующие устройства, а в
опорах — свободное осевое смещение.
Широко применяют т а к ж е металлические колонны с защ и т­
ными покрытиями, например фторопластовой суспензией.
Теплообменники и испарители
Новым направлением в развитии теплообменной аппаратуры
д л я химической промышленности я в л я е т с я использование фто­
ропластовых трубок и пленки. По данным фирмы Дюпон тепло­
обменники из фторопластов могут применяться в 60% всех с л у ­
чаев теплообменных процессов. У к а з ы в а е т с я , что стоимость
фторопластовых теплообменников не выше стоимости теплооб.менников из нержавеющей стали эквивалентной производитель­
ности, а теплосъем при одинаковой занимаемой площади в 5 раз
больше, чем со стальных.
Недостатком фторопласта-4 я в л я е т с я его низкая теплопро­
водность, но б л а го д а р я низкой адгезионной способности потери
в теплопередаче от налипания на его поверхность незначительны,
в то время к а к отложения на поверхности из других материалов
превышают эти потери и компенсируют плохую теплопроводность
фторопласта. Кроме того, фторопласт-4 не см ач ивается ж и д к о ­
стями, имеющими поверхностное н атяж ен и е более 18 дин1см. На
его поверхности происходит кап ел ьн ая конденсация паров, при
которой коэффициент теплопередачи м ож ет быть на 50% выше,
чем при пленочной конденсации на поверхности металлов.
Установлено, что особенно целесообразно использование т р у ­
бок из фторопласта малого д и ам е т р а и с неоольшои толщиной
стенки. Широко применяются трубки диаметром 2,5—6,35 мм с
толщиной стенки 0,25—0,63 мм. а т а к ж е диаметром 20—25 мм с
толщиной стенки до 1 мм.
Ф ирма Дюпон вы п ускает теплообменники для о х л а ж д ен и я
агрессивных жидкостей и газов из фторопластовых трубок диа.метром 2,5 мм с толщиной стенки 0,25 мм. Трубки сериями по
1350 штук монтируют в стальном к о ж у х е диаметром 127 мм,
длиной 1220 мм. Поверхность теплообмена достигает 46 м'^, про­
изводительность по теплу 201 600 ккал1ч.
Поверхность теплообмена м о ж ет быть до 460 м^. Границы
применения по давлению и температуре; 15,75 k FIcm^- при 21°С и
3,5 k FIcm'^при 150° С.
Теплообменники такой конструкции применяют для о х л а ­
ж ден и я водой сернистой, азотной кислоты, метанола, к а у с т и к а ,
хлорида меди. Д л я н агр еван и я таллового м а с л а применяют
117
н а г р е в а т е л ь из д в у х секций по 250 трубок, обеспечивающий теп ­
лообмен 65 500 ккал1ч. После годовой эк сп л уатац и и не о б н а ­
руж ено изменения коэффициента теплоотдачи. При выпаривании
растворов сул ьф ата и к а р б о н а т а кальц и я интенсивность тепло­
обмена фторопластовых трубок снизилась на 8% по сравнению
с чистой поверхностью; у металлических трубок это снижение
достигло 60% .
Особый интерес п р едставляю т пленочные теплообменники.
Они более ком п актн ы , имеют большую скорость теплообмена,
низкое гидравлическое сопротивление, в о з м о ж н а л е г к а я з а м е ­
на или добавлени е пленок д л я увеличения производительности.
Обычно пленочные теплообменники набираю тся из яч еек к р у г ­
лой или прямоугольной формы, м е ж д у которыми п р о к л а д ы в а е т ­
ся пленка из фторопласта-4 толщиной 0,2— 0,5 мм. Ячейки с ж и ­
м аю тся по периметру. Внутри м о гут быть лабиринтные перего­
родки, с л у ж а щ и е опорой д л я пленки.
В процессах с небольшим теплообменом используются уп ро­
щенные конструкции теплообменников, например зм ееви ковы е,
сильфонные. З м е е в и к из экструдированной тр уб ки с м и н е р а л ь ­
ной мукой, нагретой до 260° С, н а м а т ы в а ю т на цилиндре м ен ь­
шего д и а м е т р а , чем аппарат. Сильфон изготовляют механиче­
ским прорезанием фторопластового цилиндра. Толщина стенк!!
гофр 0,6— 0,8 мм.
В ряде производств при определенных п а р а м е т р а х процесса
с а м а поверхность а п п а р а т а м о ж е т быть достаточной д л я пере­
дачи небольших количеств тепла.
Количество теп ла Q, п е р е д а в а е м о е через фторопластовую
стенку, можно определить по формуле
Q = kF{ti — /2) ккал/и,
где k — коэффициент теплопередачи в ккая1 {м'^ ■ч • град);
F — площ адь поверхности теплопередачи в м^',
и, h — т ем п е р а т у р ы теплоносителя и среды в °С .
В некоторых усло ви ях, особенно при отсутствии п е р е м е ш и в а ­
ния среды и при большом теплово.м напоре, коэффициенты
теплоотдачи с обеих сторон фторопластовой стенки требуют
экспериментальной проверки. Вычисленный по формуле коэффи­
циент теплопередачи через тонкие стенки отличается от истин­
ного:
k
1
1
S
1
а,
X
а -2
где 01 — коэффициент теплоотдачи от среды к стенке;
). — коэффициент теплопроводности фторопласта;
5 — толщина стенки;
а г — коэффициент теплопроводности от стенки к жидкости
118
На рнс. 46 показаны зависимости коэффициента теплопереД 31 ги k от толщины стенки фторопласта-4, при теплопередаче от
воды и глицерина к воде, полученные экспериментальным путем.
Д л я снижения гидравлического сопротивления используют
металлические теплообменники с фторопластовым покрытием со
стороны
агрессивной
среды
(минимальной Л кал/(см^-сек-град)-Ю^
т о л щ и н ы ).
труб
Испытания
диаметром 12,7 мм с
по­
фторопластовым
Рис. 46. Значение коэффициента теплопередачи
толщиной
крытием
\k)
при
различных
то
л
­
показали,
0 ,0 0 13 мм
щинах стенки изделия из
что коэффициенты теп­
фторопласта-4:
лопередачи становятся
/, 2 — от глицерина к воде
при нагревании
и кипении
в 2 раза больше, чем
без перемешивания; 3 — от
при работе трубок без
воды к воде в потоке
фторопластового
по­
крытия.
УКРНИИХИЛ1МА-
Шем разработаны кон­
струкции
трубчаты х
теплообменных
аппа'
ратов из отечествен­
ного
фторопласта-4.
Основным узло м конструкции теплообменмм
ного а п п а р а т а я в л я е т ­
2
3
Толщина с т е н к и
ся теплообменный элемент, представляющий
собой пучок трубок из фторопласта'4, н а р у ж н ы м диаметром от
2,5 до 6,4 мм при толщине стенки 10— 15% от внутреннего д и а ­
метра. Применение трубок малого д и а м е т р а значительно повы­
шает компактность теплообменных аппаратов, т а к к а к поверх­
ность теплообмена в единице объема пропорциональна д и а м е т ­
ру трубок. Концы трубок соединены м е ж д у собой и образуют
головку теплообменного элемента, которая т а к ж е с л у ж и т для
закрепления пучка и д л я его соединения с внешними ко м м ун и ­
кациями. Гибкость трубок позволяет организовать межтрубное
пространство переплетением их м е ж д у собой (рис. 4 7 ), при этом,
по условиям теплообмена трубки н ах о дятся в одинаковых условиях а меж трубное пространство со ставл яет 50—70% от пол'
ного объема пучка.
Н а рис. 48 показан ко ж ухо тр уб ч аты й теплообменник (за к р ы погружной элемент (открытый
тыи тип), а на рис. 49, а, б
тип). При необходимости повышения жесткости пучка труб,
119
Рис. 47. Узел крепления ф торо­
пластовых трубок в трубной ре­
шетке
Рис. 48. Кожухотрубчатый
менник из фторопласта-4
теплооб-
последние монтируются в перфориро! анном металлическом цилиндре (барабан) (рис. 50). М еж ду кожухом теплообменного
апп арата и пучком труб, з а ­
ключенным в барабан, у ста­
навливаются перегородки
уплотнениями 4. Эти пере­
городки с л у ж а т для у с т р а ­
нения байпасного течения
между кожухом 2 и б а р а б а ­
ном 3.
Закрепление головок 5
пучка 1 в кожухе 2 произ-
Рис. 49. П огружны е элементы из фторопластовых трубок:
а — с трубками в ци«тиндрУ1ческоП головке: б — с трубками в коллекторе д л я нагрева
ванн
водится с помощью разъемных колец 6, уплотнение каж дой го­
ловки достигается с помощью двух упругих 0 -о б р а з н ы х колец 7
или эластичной сальниковой набивки. Одно кольцо предохраня­
ет от протекания среды из межтрубного пространства, другое —
из внутритрубного.
120
'3 табл. 23 приведены основные характеристики к о ж у х о т р уб ­
чатых теплообменников из фторопласта-4.
Таблица 23
Конструктивные данные кожухотрубчатых теплообменников
из фторопласта-4
Диаметр
кожуха
в мм
Число трубок
с наруж ным
диаме! ром
2 ,5 4 мм
51
63
89
127
140
250
650
1350
Эффективная длина трубного
пучка в мм
Эффективная поверхность
теплообмена в
минимальная
максимальная
минимальная
максимальная
0 ,3 7
1,21
1,58
6,51
1,112
4 ,8 3
12,73
36,1
381
610
305
610
1144
2440
2440
3350
Установлено, что для типового случая теплообмена
теплообменниках из различных материалов при загрязнении
1
1
«
1
V
\
У^У1УУЛУ7
4
S
Рис. 50. К ожухотрубчатый теплообменник:
I — пучок трубок из фторопласта; 2 — к о ж у х ; 3 — б а р а б а н ; 4 — перегородка с уплотнением; 5 — т р у б н а я головка; 6 — разъемное кольцо; 7
О-образные кольца уплотнения; 8 — к ан ал
стенок слоем толщиной всего лишь 0,125 мм коэффициенты теп­
лопередачи медного и фторопластовых теплообменников отличаются в 1,3 раза. При использовании для охлаждения речион
или оборотной воды слой загрязнения может достичь 0,5- -1,5 мм,
это практически приведет к сближению значении коэффициента
теплопередачи металлических и фторопластовых теплообмен­
ников.
В табл. 24 приведены примерные значения коэффициентов
теплопередачи кож ухотрубчаты х теплообменников из фторо­
пласта-4.
На рис. 51 приведены зависимости рабочего давления среды
от температуры д л я трубок из фторопласта-4 диаметром 2 мм, а
на рис. 52 зависимость коэффициента трения от числа Рейнольд­
са для потока воды или воздуха. На рис. 53 д а н а зависимость
гидравлического сопротивления от скорости для трубок с внут­
ренним диаметром 2 мм, а на рис. 54 показана зависимость сни121
Перегонный ап п арат имеет штуцер д л я периодического з а л и ­
ва реактива, сборную воронку с выводом через стенку корпуса
ап п арата. Конденсатор-конус о х л а ж д а е т с я проточной водой, цир­
кулирующей под крышкой. Аппарат у с т а н а в л и в а е т с я на в о д я -
Рпс. 55. Тепломассообменные ап параты :
а — а п п а р а т д л я контрольной
очистки
р еакти во в
методом
испарения;
О — куб-н сп ар н тель
ную или песчаную баню. Образующийся в процессе работы кон­
денсат непрерывно стекает в сборник (рис. 55, а).
глицериновую
Куб-испаритель из фторопласта-4 помещен
В крыш ке
ванну, снабженную н а гр е в а т е л я м и сопротивления
вмонтированы штуцеры и средства контроля процесса, Вся поверхность корпуса о м ы в а етс я глицерином. Полусферическое
дно з а к а н ч и в а е тс я сливным патрубком с уплотнением в д н е
ванны. Стенки корпуса имеют минимальную толщину (рис. 55, б).
Конструкция а п п а р а та упрощается, есл {1 нагревательны й
элемент помещается внутри к уб а. Корпус к уб а м о ж е т быть уси ­
лен элем ентам и жесткости.
Лабораторная посуда
В ы со к а я химическая стойкость фторопласта, хорошая у д а р ­
ная вязкость, несмачиваемость большинством жидкостей я в ­
ляются большим преимуществом его перед традиционными м а т е ­
риалами: стеклом, квар ц ем и д а ж е платиной, используемыми д л я
лабораторной посуды.
Техника переработки фторопластов позволяет производить
большинство видов лабораторной посуды (банки, с т а к а н ы , чаши
и др.) и аппаратов.
124
ли л ер ах , измеренных любыми методами, можно рассчитать срок
с л у ж б ы футеровки из уравнения
х1^
л^збОО
или толщину футеровки, работающей заданное время.
я^О-т-ЗбОО
I
О
Л
ЬГi
tW
k
Ф
А
*1
Д л я установления величины Qx/Q шах, при которой среда,
пройдя пленку, вызовет первые очагн коррозии на металле, опы­
том определяется время прохожде­
ния среды через определенную тол­
щину образца.
t*
Наиболее пригодным для этой
цели я в л я е т с я прибор, представлен­
ный на рис. 72, состоящий из пря­
мой и U -образной стеклянных т р у ­
бок с фланцами из м е т а л л а или
пластмасс. М е ж д у соединенными
концами этих трубок помещается
испытуемая пленка, которая подвер­
гается воздействию кислоты, з а л и ­
той в цилиндрическую трубку.
В U -образную т р у б к у наливают
дистиллированную воду, которую по
мере испытаний проверяют рН-метром или индикатором. Попадание
кислоты в дистиллированную воду
о проницаемости
свидетельствует
«J
пленки в данный период. Аналогич­
Рис. 72. Прибор д л я опре­
деления
проницаемости
ные испытания возможны т а к ж е при
пленки фторопласта-ЗМ кис­
помещении пленки на вату, п о дкр а­
лотой
шенную индикатором и т. д.
Тихомировой Н. С. при испыта­
3,24-10 ® c m ' ^ I c c k ) в
нии пленки толщиной 1 мм при 20° С (D
60%-ной азотной кислоте было получено значение х = 1 0 при
длительности испытаний 967 ч. При этом на поверхности м е т а л ­
лической пленки наблюдались отдельные очаги коррозии.
Из уравнения
Qt
1
Qmax
получаем
X
Qt
0,999955
Qmax
173
V
В сякое значение
, меньшее 0,999955, при х = О будет
Qmax
обеспечивать любой з а п а с либо толщины защитного слоя, либо
длительности его эксплуатации.
0,99, толщина слоя полимера.
Например, принимая
Qmax
в котором б у д у т следы азотной кислоты (при общей толщине
слоя 4,4 м м ), составит
S t == 0 ,4 4 -0 ,9 9 — 0,4356 см.
Следовательно, з а п а с толщины, через которую не успела диф­
фундировать кислота, составит
6 = 0,44 — 0,4356 = 0,0044 см =^ 44 м км .
Коэффициенты диффузии сред в полимерах можно определить
из уравнения
Х/2
CM^fceK,
D
14400
где /
толщина ооразца в см-.
к
i=0
Qmax
In
Qmax
n
У
XT
0
привес образца в % через определенный п р о м еж у т о к
Qi
времени;
равновесном состоянии в %. который
привес образца
Qmax
х а р а к т е р и з у е т м акси м альн ое насыщение жидкостью;
— промежутки времени в ч.
П о д став л яя в эту формулу значения Qmax. определяем ы е лю­
бым способом, а т а к ж е н а б л ю д аем ы е значения привеса образцов
через определенные промежутки времени т,- в ч, находим коэф­
фициент Я, на основании которого определяем кЬэффициент диф­
фузии жидкости в полимер. Защитные свойства полимерных по­
крытий и срок их с л у ж б ы определяют т а к ж е качественным м е ­
тодом.
Так, В. Б. Тихомиров и М. А. О рж аховский р азр аб о тал и м е ­
тод определения срока с л у ж б ы покрытий по изменению его э л е к ­
трического сопротивления. М етод основан на том, что влияние
тем п ер атур ы на скорость многих химических и физических про­
цессов, происходящих в полимерном м атери але, н ахо дящ ем ся в
агрессивной среде, можно вы р ази ть уравнением Аррениуса, ко ­
торое м о ж ет быть написано в виде
\gK = A
174
в
т
о п р ед ел яем ая величина (срок с л у ж б ы ) ;
где
К
А н В
постоянные;
Т — абсолютная температура.
Из уравнения следует, что имеется линеиная зависимость
м е ж д у IgA^ и — . Таким образом, определив срок сл уж б ы поТ
крытия при повышенных темпеусловиратурах
(в
(е т я ж е л ы х
зависимость
ях),
полученную
срока сл уж б ы от температуры
можно проэкстраполировать в об­
ласти более низких рабочих т е м ­
ператур, в то время к а к получение
таких данных в условиях н а т у р ­
ных испытаний требует значи­
тельного времени.
Практически этот метод со­
стоит в следующем: на м еталли ­
ческие стержни наносится запдитное полимерное покрытие опре­
деленной толщины, рекомендуе­
мой в дальнейшем д л я защиты
изделия, и тераомметром марки
Е6-3 з а м е р я е т с я его сопротивле­
60 70 80 90 WOT
ние, которое, обычно, порядка
IQ10— JQI2
З атем образец по­ Рис. 73. Долговечность полимещ ается в агрессивную среду з>тилентерефталатных ( • —
о
)
и
полиэтиленовых
(о
при определенной температуре и
о) пленок в растворах азот
подвергается контролю измененой кислоты и едком натре
ния электросопротивления через
определенные промежутки време­
ни (например, сутки ). В случае проникновения кислоты до ме­
т а л л а сопротивление образца резко падает и составляет 10 ^ ом.
З а м е р я я при разных тем пературах (3—4-х значениях) эту постосвойств
защитных
величину,
характеризующую
потерю
янную
покрытия, т. е. его долговечность, строят графическую зависи­
мость в координатах
которая представляет прямую.
Продолжение этой прямой в область более низких температур
до пересечения с ординатой (20° С) позволяет определить срок
сл уж б ы покрытий для данной среды при 2 0 ° С. В качестве при­
мера на рис. 7 3 показана долговечность защитных полиэтилентерефталатных и полиэтиленовых покрытий в азотной кислоте и
едком натре. Этот метод з а с л у ж и в а е т внимания и находит при­
менение при испытании тонкопленочных покрытий любыми по­
лимерами, включая фторопласт.
%
Глава
VII
НАПОЛНЕННЫЕ ФТОРОПЛАСТЫ
Несмотря на комплекс ценных свойств фторопластов, таких
к а к исключительная химическая стойкость, термостойкость, влаго- и атмосферостойкость, хорошие электрические и антифрик­
ционные показатели, применение их в чистом виде ограничивает­
ся рядом недостатков, к которым в первую очередь относятся
низкая механическая прочность, хладотекучесть, м а л а я теплопро­
водность, высокий коэффициент линейного термического расш и­
рения, резкое увеличение износа и коэффициента трения при воз­
растании скорости скольж ения и др. С целью устранения этих
недостатков в мировой практике пошли по пути создания р а з ­
личных композиций на основе фторопласта с наполнителями.
НАПО Л НИТЕЛ И, И Х К Л А С С И Ф И К А Ц И Я
И свойства
в качестве наполнителей для фторопластовых композиции
применяются м атериалы , вы держ иваю щ ие тем п ер атур у спекания
фторопласта ( 3 7 0 - 3 8 0 °С ) .
Наполнители д о л ж н ы о б л а д а т ь высокой химической и атмосферостойкостью, теплопроводностью и электроизоляционными
своГ|Ствами. Наиболее распространенные наполнители можно
разделить на следующие группы.
Порошкообразные:
а) металлические — медь, серебро, свинец, никель, бронза.
олово, алюминии;
б) м и н е р а л ь н ы е — кварц, стеклопорошок, ‘ситалл, к е р а м и к а ,
слюда, каолин и т. д.;
в) органические — графит, с а ж а , уголь, кокс.
Волокнистые (армирующие наполнители):
а) волокнистые нетканые — стекловолокно, асбестовое волок­
но, графитовое, кварцевое, базальтово е волокно, металлические
УСЫ и т. д.
б) волокнистые ткан ы е — стеклоткани, графитовые, асбесто­
вые и б а з а л ь т о в ы е ткани.
Армирующие наполнители кар касн о го типа:
.металлическая с.мятая сетка, с м я т а я фольга.
Наполнители могут вводится во фторопласт к а ж д ы й в о т д е л ь ­
ности или в различных сочетаниях (комбинированные нaпoлtlител и ). в зависимости от назначения готовых композиций.
176
Порошкообразные наполнители
/Металлические наполнители применяются в виде тонких с ы ­
пучих порошков с размером частиц от 10 до 150 мкм. Частицы
металлических порошков имеют различную форму: дендрит­
н у ю — медь, сферическую — свинец, осколочнхю — никель. Форма
и размеры частиц металлического наполнителя определяют каче­
ство наполненных композиции. Фторопласт, наполненный порош­
ком меди с частицами дендритной формы, имеет высокие проч­
ностные характеристики, а — металлическим порошком с части­
цами сферической фирмы — высокую износостойкость. Кроме
того, металлические порошки при введении во фторопласт
повышают теплопроводность композиций, уменьшают пол­
зучесть, значительно увеличивают твердость и прочность при
сжатии.
Порошкообразный кварцевый наполнитель состоит из д в у о к и ­
си кремния (SiOa) — 99,95% с примесями AI 2O3, РегОз, СаО,
MgO, ЫагО.
Кварцевое
стекло
обладает
очень
высокой
химичео
о
скоп стойкостью к действию концентрированных минеральных
кислот при высоких температурах. Исключение составляют толь­
ко плавиковая и фосфорная кислоты. В качестве наполнителя
чаще всего применяют пылевидныи квар ц — марш аллит с насып­
ным весом 0,96— 1,0 Г/см^ и удельным весом 2,6—2,65 FIcAt^. Д л я
повышения твердости, прочности при сжатии и снижения усадки
наполненных фторопластов, кроме квар ц а, применяются стеклопорошок, ситаллы.
Стеклопорошок получается путем дробления и размола с т е к ­
ла щелочного и бесщелочного состава, с удельным весом 2,5—
2,6 Г1см^. Наибольшей химической стойкостью обладает щелоч­
ное стекло, которое рекомендуется для получения наполненных
фторопластов, предназначенных для работы в агрессивных
средах.
Ситаллы или стеклокристаллические материалы в последнее
время все шире применяются в качестве наполнителей для тер­
мопластмасс. С италлы получают из термостойкого стекла при
полной или частичной его кристаллизации; они имеют поликристаллическую стр ук тур у с размером частиц, не превышающим
2 мкм. Ситаллы обладают высокой химической стойкостью к
действию концентрированных кислот (кроме H F ), частично ще­
лочей, высокими диэлектрическими характеристиками, термо­
стойкостью. Наполненные ситаллами фторопласты обладают по­
вышенной износостойкостью, прочностью при сжатии, тверддостью.
Дисульфид молибдена — улучш ает антифрикционные х а р а к ­
теристики композиций, повышает твердость и прочность при с ж а ­
тии, сн и ж ает у с а д к у . Природный дисульфид молибдена полу­
чают при добыче медных руд из побочных продуктов. Это мине12 Заказ 393
177
\
р ал серого цвета, жирный на ощупь, обладающий хорошей
см а зы ваю щ ей способностью, которая объясняется строениехМ его
кристаллической решетки. К а ж д а я частица M 0 S 2 п р ед ставл яет
собой слой атомов молибдена, покрытый с обеих сторон слоями
атомов серы. Атомы Мо и S с в я з а н ы м е ж д у собвй химически
прочными с в я зя м и , ослабленными м е ж д у отдельными слоями
решетки, что объясняет сдвиг одного слоя решетки относительно
другого. M 0 S 2 сохран яет свои са м о с м а з ы в а ю щ и е свойства в ин­
т е р в а л е температур от —70° С до +430° С в воздухе, в в а к у у м е
до 1093° С. Д и сульф ид молибдена имеет достаточно высокую
химическую стойкость и исключительные антифрикционные свой­
ства. В качестве наполнителя применяется тонкий дисперсный
порошок M0 v^ибдeнитa высокой чистоты с со дер ж ан и ем примесеи
не более 2,5%.
Графит — п р е д с т а в л я е т собой кристаллическое вещество т е м ­
но-серого цвета, механические, химические, электрические и т е р ­
мические свойства которого объясняются в основном структурой
его кристаллической решетки. В кристалле графита атомы углео
рода расположены на расстоянии 1,46А в у г л а х правильных ше­
стиугольников так, что к а ж д ы й атом имеет только три соседних
ато м а. Шестиугольники расположены в п ар ал л ел ьн ы х плоско­
стях, расстояние м е ж д у которыми 3,345А, т. е. больше, чем р а с ­
стояние м е ж д у а то м ам и в шестиугольнике, поэтому с в я з ь атомор
в горизонтальной плоскости прочнее, чем с в я з ь плокостеи м е ж д у
собой. Слоистая с т р у к т у р а графита обусловливает различие его
О
графитов
своист
ральный и искусственный. Н а тур ал ьн ы й графит со д ер ж и т от Ш
до 50% минеральных примесей и от 1 до 5% летучих веществ.
Искусственный графит получается путем прокаливания шихты,
состоящей из нефтяного кокса и каменноугольной смолы без
доступа во зд ух а в специальных печах. В качестве наполнителя
для фторопласта используется в основном искусственный графит
в виде порошка с размером частиц, не превышающим 100 мкм.
В некоторых с л у ч а я х используют коллоидный графит м а р к и С
(остаток после просева на сите с сеткой 0,063 — не более 1 % ) .
Графитовый наполнитель у л у ч ш а е т теплопроводность и анти­
фрикционные свойства наполненных фторопластов, увел и ч и вает
прочность при сж ати и , с н и ж а е т х л ад о текуч есть и у с а д к у .
Кокс — применяется в качестве наполнителей д л я фторопла­
стов. Используется молотый, легко комкующийся порошок серо­
черного цвета (остаток после просева на сите с сеткой 0,085 —
не более 1 %) •
Волокнистые наполнители
Из волокнистых армирующих наполнителей наибольшее рас178
пространение получили рубленое стекловолокно, асбестовое и
графитовые волокна.
Стеклонаполнитель. Стекловолокно, используемое в качестве
армирующего наполнителя, имеет р яд преимуществ перед другими м атери алам и —
— высокую прочность при растяжении, огнестойкость, атмосферостойкость, высокую химическую стойкость, низ­
кую растяж им ость и стабильность размеров.
В качестве наполнителя применяют однонаправленное стек­
лянное волокно бесщелочного состава, изготовляемое из алюмоборосиликатного стекла. Д и ам етр волокна не превышает 10 мкм.
Кроме стеклянного волокна, используют рубленые стеклонити,
скрученные из первичных нитей, в свою очередь состоящих из
элементарных волокон диаметром 6 ± 0,5 мкм. Стекловолокни­
стый наполнитель обладает высокой механической прочностью.
возрастающей с уменьшением диам етра волокна, малой гигроско­
пичностью, высокими диэлектрическими свойствами. Рубленое
стекловолокно размером от 0 ,8 до 2 мм получают путем измель­
чения на специальных стеклорезках барабанного или гильотин­
ного типа, затем подвергают термообработке при 400—500° С с
целью устранения зам а с л и в а те л я .
Введение стекловолокнистого наполнителя в сотни раз повы­
шает износостойкость наполненных фторопластов, сниж ает коэф­
фициент линейного термического расширения, у с а д к у , повышает
стойкость к деформации под нагрузкой.
волокнистые материалы природ­
Асбестовые наполнители
ного происхождения, состоящие в основном из силикатов магния.
Д л я наполнения фторопластов, работающих в контакте со
щелочами, применяют хризотиловый асбест и амфиболовый
асбест в условиях действия кислот. Асбестовый наполнитель по­
выш ает сопротивление деформации под нагрузкой м атер и ал а,
снижает у с а д к у , повышает износостойкость.
Н О ВЫ Е ВИДЫ НАПО Л Н И ТЕЛ ЕЙ
В последнее время к а к за рубежом, т а к и в С С С Р применяют
новые волокнистые армирующие наполнители, из которых не­
обходимо отметить следующие: кварцевые волокна, прочность
которых 600—650 кГ/мм^ при диаметре волокна 0,8— 1 мкм\ к е ­
рамические волокна, температура размягчения к о т о р ы х — 1760—
1800° С; каолиновые волокна с температурой размягчения
1500° С и высокой стойкостью к действию влаги; графитовые и
карбонизованные волокна, получаемые пиролизом естественных
и синтетических органических волокон при тем пературах 700—
900 и 2700—3000° С; волокна диаметром от 5 до 50 мкм с содер­
ж анием углерода свыше 98% относятся к графитовым, а волок­
на с содержанием углерода от 91 до 98% — к карбоиизованным
12
179
(у гл е р о д и с т ы м ); графитовые и углеродистые волокна о б л адаю т
высокой термостойкостью, неплавкостью, химической инерт­
ностью, м а л ы м у д е л ь н ы м весом и достаточно высокой теплопро­
водностью.
П роводятся исследования в области получения армирующих
высокопрочных монокристаллических волокон или игольчатых
кристаллов ж е л е з а , сапфира, графита, имеющих высокую м е х а ­
ническую прочность: 1300, 1500 и 2000 кГ/см‘^ соответст­
венно.
Тканевые наполнители
К ткан ы м наполнителям, применяемым для армирования фто­
ропластов, относятся стеклоткани, графитовые, б а з а л ь т о в ы е т к а ­
ни и др.
Стеклоткани — в ы р а б а т ы в а ю т с я из стеклянны х нитей бесщелочного состава (д л я получения высокопрочных изделий) и щ е­
лочного состава (д л я получения изделий с высокой химической
стойкостью).
Стеклоткани имеют следующие типы переплетении; полотня­
ное (гарнитуровое) с а р ж е в о е и сатиновое.
Стеклоткани перед пропиткой суспензией фторуглеродно 1'\
смолы необходимо подвергнуть расшлихтовке, т. е. удалению
з а м а с л и в а т е л я путем кар ам ели зац и и (тепловой обработки) или
отмывки горячей водой с добавкой э м у л ь г а т о р а .
На основе фторуглеродных смол и стеклянны х графито­
вых тканей получаются слоистые м атер и ал ы , обладаю щ ие
высокой механической прочностью, химической стойкостью,
малой
усадко й
и хорошими
антифрикционными свойст­
вами. Кроме стеклопорошка, стекловолокна и стеклотканей из
ли тер атур ы известно применение и други х видов стеклонаполнителей.
Стеклянные микрошарики — пустотелые частицы сфериче­
ской формы; средний размер частиц — 60 мкм, объемный вес
190—224 кГ1м\
Пленочное стекло — с т е к л я н н а я фольга, п о л у ч а е м а я в ы т я г и ­
ванием непрерывной стеклоленты из р а с п л а в а стекло м ассы или
р астяги ван и ем обычного листового стекла. Толщина пленочного
стекл а 5 — 10 мкм.
Чешуйчатое стекло — получается в р е зу л ь т ат е деформа^ции
пленочного ст ек л а на отдельные чешуйки. Эти м а т е р и а л ы о б л а ­
даю т исключительной термостойкостью и электроизоляционными
свойствами. Н аполняя фторопласт чешуйчатым стеклом, можно
получить равнопрочный м а т е р и а л ; на основе пленочного стекл а
получают м а т е р и а л с высоким коэффициентом пропускания в
видимой части спектра.
180
Карк.^сные наполнители
В к а ч е с т в е а р м и р у ю щ и х наполнителей к а р к а с н о г о типа воз­
м о ж н о применение беспорядочно смятой металлической фольги
толщиной 20 мкм или мелкой м еталлической сетки. Наполнение
фторопласта в этом с л у ч а е выполняется с л ед у ю щ и м образом:
фольга из соответствую щ его м е т а л л а (м едь, н е р ж а в е ю щ а я сталь,
алю м ин и й ), п о к р ы т а я слоем фторопласта и т е р м о о б р а б о т а н и а я ,
с м и н а е т с я , с п р е с с о в ы в а е т с я и снова с п е к а е т с я . М е т а л л и ч е с к а я
фольга обеспечивает хороший теплоотвод и высокие м е х а н и ч е ­
ские х а р а к т е р и с т и к и , фторопласт — высокие антифрикционные
свойства. Аналогичным образом п о л уч ается м а т е р и а л на основе
фторопласта и м ет ал ли чес ко й сетки.
В Н И И Х И М М А Ш е получен фторопласт, ар м и р ованны й пер­
форированными п л а с т и н а м и из алюминия и н е р ж а в е ю щ е й стам а т е р и а л о б л а д а е т высокими м ех а н и ч ес ки м и и антифрик­
ционными х а р а к т е р и с т и к а м и .
Ком бинированные наполнители
Большой интерес п р е д с т а в л я ю т ко м б и н и р о ва н н ы е наполни­
тели, состоящие из у к а з а н н ы х выше наполнителей, в з я т ы х в р а з ­
личных соотношениях и позволяющие у л у ч ш и т ь комплекс
свойств наполненных фторопластов. Износостойкость наполнен­
ных фторопластов у в е л и ч и в а е т с я более чем в 500 раз, теплопро­
водность в 5 — 10 раз, сопротивление деформации при с ж а т и и в
3 — 4 р а з а , т в е р д о с т ь на 10% и т. д. При выборе наполнителей
необходимо у ч и т ы в а т ь у с л о в и я э к с п л у а т а ц и и наполненных фто­
ропластов; д л я целей химического машиностроения ц е лесо о б р аз­
но п р и м ен ят ь графит, стеклопорошок и во.токно, с и т а л л , к е р а ­
м и к у , а сб ест; д л я электрои золяцион ны х д е т а л е й — слюду, к в а р ­
цевый порошок, стеклочешуйки, стек.топленку; д л я пар трения,
р а б о т а ю щ и х без с м а з к и , — графит, ди сульф и д м о л и б д ен а в со ­
четании с а р м и р у ю щ и м и наполнителями (воло кн исты м и напол­
нителями) .
С в о й с т в а наполненных фторопластов з а в и с я т от в и д а и к о л и ­
чества вво ди м о го наполнителя, от м е т о д а см еш ения и р а з м о л а
композиции, от технологических п а р а м е т р о в процесса п р е с с о в а ­
ния и с п е к а н и я изделий.
Т ЕХН О Л О ГИ Я П О Л У Ч ЕН И Я Н А П О Л Н Е Н Н Ы Х
ФТОРОПЛАСТОВ
И зго товлен ие наполненных фторопластов путем сухо го с м е ш е ­
ния порошка фторопласта с порошкообразными или в о л о кн и с ты ­
ми н апо лн и телям и в с м е с и т е л я х р азл и ч н ы х типов исключает
181
I
к _
получение однородной композиции. Это объясняется тем, что фто­
ропласт-4 имеет волокнистое строение, легко к о м куется, не сыпуч
и плохо смеш ивается с наполнителем.
Известно несколько способов получения наполненных фторо­
пластов.
Наибольшее распространение получили три метода.
1. Совместный помол фторопласта с наполнителями (порош­
кообразными) при очень низких т е м п е р а т у р а х в среде ж и д к о го
азота при тем п ер атур е — 196° С.
2. С овм естн ая к о а г у л я ц и я суспензии фторопласта-4 н суспен­
зии наполнителя с последующей фильтрацией, сушкой и протир­
кой готовой композиции. Д л я этого сн ач ал а получают суспензию
порошкообразного наполнителя в воде с добавкой поверхностно­
активного вещ ества (тритон-х) в количестве 0 ,0 2 % от веса в о ­
ды, в эту суспензию вводится при интенсивном перемешивании
суспензия фторопласта, а затем ацетон. К о а гу л и р о в а н н а я смесь
фильтруется через фильтровальную т к а н ь или сетку и п р о м ы в а е т ­
с я водой. С у ш а т смесь в течение 16— 18 ч на перфорированных
противнях при 120° С и з а т е м просеивают.
На качество полученного наполненного фторопласта боль­
шое влияние о к а з ы в а е т длительность и скорость п ер ем еш и ва­
ния, т а к к а к слишком сильное или слабое перемешивание м о ж ет
в ы з в а т ь осаж ден и е наполнителя. Н аилучш ее качество продукта
получается при перемешивании
суспензий
со
скоростью
500 об!мин.
3. В отечественной практике распространен м етод получения
композиции на основе фторопласта с порошкообразными напол­
нителями при совместном помоле фторопласта и порошкообраз­
ного наполнителя на коллоидной мельнице в спирте. В з а в и с и ­
мости от типа коллоидной мельницы берутся определенные со­
отношения спирта, фторопласта и наполнителя.
С. Н. Ганзом и В. Д . Пархоменко разработан метод разм ола
композиции в спирте (соотношение твердой фазы и этилового
спирта 1 : 3 )
на коллоидной
мельнице 'кон усн о го
типа,
в которой измельчение
фторопласта-4 с наполнителями,
т а к ж е их тщательное перемешивание происходит в ре­
з у л ь т а т е трения м е ж д у рабочими
конусами,
имеющими
зазор в 0,1— 0,08 мм.
Получение наполненных фторопластов, содерлсащих н а р я д у с
порошкообразными
наполнителями рубленое стекловолокно
( а т а к ж е асбестовое и графитовое в о л о к н а ), было впервые в
стране осуществлено в Н И И Х И М М А Ш е.
В качестве исходных м атер и ал о в д ля получения наполненных
фторопластов были взяты фторопласт-4 м ар ки Б (ГОСТ
10007—6 2 ), графитовый порошок ТУ-01-104-67, дисульфид м о ­
либдена марки М В 4 -Г по Ц М ТУ 0 6 — 1—68 и стеклонить НС
150/2 ГОСТ 8325—61.
182
Д л я осуществления технологического процесса получения
фторопластов с комбинированным (порошкообразный, волокни­
стый) наполнителем былп спроектированы и изготовлены у с т а ­
новка д л я рубки стеклонитей и коллоидная мельница ударнокавитационного типа.
На рис. 74 приведена технологическая схема получения р а з ­
личных композиций типа ФКН-14 на основе фторопласта-4 с
комбинированным наполнителем.
Р убл ен ая стеклонить с длиной отрезков 1 2 jMm подвергается
предварительному обжигу при 400° С в течение 20 —30 мин для
Ы
_
_
_
_
Рис. 74. Технологическая схема получения наполненных
ФКН-14 с комбинированным наполнителем;
фторопластов
типа
I _ шпули со стеклонитью; 2 — н о ж -б ар аб ан ; <3, 4, 5, 6 — бункеры со стекловолокном,
фторопластом-4, графитом и дисульфидом
молибдена; 7 — емкость со спиртом;
8 — термошкаф д л я о б ж и га стеклонаполнителя; 9 — вибросито; 10 — весы; // — с м е ­
ситель д л я приготовления исходной смеси; 12 — бачок д л я подачи исходной смеси;
13 — коллоидная мельница; 14 — нутч-фильтр; /5 -* вибросито; J6 — термошкаф д л я
суш ки композиции; 17 — бункер д л я готовой композиции;
18 — весы;
19 — пресс.
20 — печь д л я спекания заготовок
устранения парафинового з а м а с л и в а т е л я ; после этого ctcKvTOboлокно и другие наполнители (графит и дисульфид молибдена,
предварительно просеянные через сито с размером ячеек
160 мкм) поступают из бункеров в смеситель, к у д а из емкости
подается этиловый спирт в соотношении 1 : 25 по весу. Получен­
ная исходная смесь поступает в бачок и затем в рабочую к ам ер у
мельницы,
где
подвергается
десятикратному
коллоидной
размолу.
После окончания размола смесь фильтруется на нутч-фильтре; в л а ж н а я композиция полностью протирается через сита с р а з ­
мером ячеек 3 X 3 мм и высуш ивается на перфорированных про­
тивнях при 120— 150° С до постоянного веса. Полученный
наполненный фторопласт уп а к о в ы в а е тся в полиэтиленовые м е ш ­
ки для предохранения от попадания влаги,
В НИИХИМ МАШ е разработан и внедрен производственный
метод получения наполненных фторопластов различных марок
(ФКН-7,
ФКН-14
соответственно
ВТУ № П — 16—69
и
БТУ.Ко п — 18— 69).
183
П ЕРЕРАБО ТКА НАПОЛНЕННЫ Х Ф ТО РО П Л А С ТО В В ИЗДЕЛИЯ
Напол} 11»енные фторопласты п ер ер аб аты ваю т в изделия т а к ж е ,
к а к чистыи полимер, в две стадии: предварительным холодным
таблетированием заготовки
при давлении
прессования от
250 до 1000 кГ/'см^ (давление прессования подоирается в зависимости от вида и количества н а ­
полнителя) с последующим спеканиS
ем заготовок при 370 ± 10° С.
7
4
Z
7
/
J
Рис. 75. Общий вид об­
легченной съемной прессформы д л я таблетирования из наполненных фто­
ропластов заготовок
диаметром до 200 мм:
1 — н а р у ж н о е кольцо м а т р и ­
цы; 2 — внутреннее кольцо
м атр и ц ы ; 3 — пуансон; 4 —
в т у л к а ; 5 — опорное ко л ь ­
цо; 6 — приемник: 7 — з а ­
гр узо ч н ая
воронка;
8 —
кр ы ш ка
Рис. 76. Общий вид стационарной
прессформы д л я таблетирования из
наполненных фторопластов заготовок
диаметром свыше 200 мм:
I — н а р у ж н о е кольцо м атр и ц ы ; 2 — внутреннее кольцо м атр и ц ы ; 3 — в т у л к а ; 4 —
опорная плита; 5 — и зделие; 6 — ш тан га
д л я п о дъ ем а п уан со н а; 7
пуансон
Таблетирование заготовок (деталей из наполненных фторо­
пластов) производится в специальных прессформах, изготовл я е м ы х из низколегированных сталей с полированной и
хромированной рабочей поверхностью. Д л я прессования з а г о т о ­
вок из наполненных фторопластов диаметром до 2 0 0 мм приме­
няются облегченные съемные прессформы (рис. 75), для заготовок диам етром выше 2 200
00 мм — стационарные прессформы
(рис. 76). Прессформы изготовляются с учетом пятикратного
уплотнения порошка по высоте при таблетированни, у с а д к и н а ­
полненных фторопластов в процессе спекания и припусков на м е ­
ханическую обработку.
Перед прессованием порошок измельчают на специальных
описанных ранее мельницах (см. гл. И ) ; рабочая поверхность
]84
и
марлеи. Н а в е с к а наполненного фторопласта засы пается в прессформу и р а з р а в ­
нивается по высоте, затем медленно дается необходимое д а в ­
ление.
При прессовании наполненных фторопластов для получения
качественных заготовок без пор и трещин необходимо соблюдение следующих условии: равномерная засы п ка в прессформу всей
навески м атер и ал а без последующего досыпания п подпрессовки
во избежание расслаивания м атер и ал а; медленное и равномерное опускание пуансона, плавная подача и медленный съем д а в ­
ления.
Скорость
движения
пуансона
не долж н а
превышать
—8 c m I m u h . Д л я прессования качественных изделий, имеющих
высоту больше 50 мм, необходимо д а в а т ь давление с двух сто­
рон специальной прессформой со сквозной матрицей.
В ы д е р ж к а под прессом таблетки в зависимости от количества
нaпoлнитev^я и высоты заготовки увеличивается от 2 - 3 до
5 мин.
Необходимое давление прессования зависит от состава ком­
позиций, т. е. от содержания в ней наполнителя. Нами установ­
лено, что при прессовании композиций, содержащих свыше 30%
порошкообразного наполнителя (графит, дисульфид молибдена),
оптимальным давлением прессования я в л я е т с я 500 кГ1см^. При
этом получается материал, имеющий прочность при разрыве
ПО— 120 кГ1см'^. При добавлении в наполнитель рубленого стек­
ловолокна в количестве 10 — 2 0 % давление прессования следует
принять 700—750 кГ/см^.
Разруш ающ ее напряжение при растяжении стеклонаполненных материалов3 с оощим
общим содержанием комбинированно­
го наполнителя 30—35% составляет 230—240 кГ1см^. Повышение
давления свыше ук азан н ы х величин осложняет процесс, т а к к а к
требует больших усилий прессования и не приводит к дальней­
шему упрочнению таблеток.
Основные приемы прессования уп ло тн и тельн ы х колец. Производится предварительная подготовка прессформ и компози­
ций, В зависимости от д и ам етр а колец прессформы для их
прессования берутся съемные или стационарные.
Н а в е с к а м ат ер и ал а рассчитывается по формуле
пресгформы
тщательно
обтирается
Р
наружный и внутренний диаметры
в см\
h — высота заготовки в см\
р — навеска м атер и ала в Г;
Y — удельный вес м атер и ал а в Г/см^.
где D h и £) в н
заготовки
185
Н а в е с к а порошка, просеенная непосредственно перед прессо­
ванием равномерно з а с ы п а е т с я через загрузочную воронку в
рабочую к а м е р у прессформы и р а з р а в н и в а е т с я по ысоте специальной мерной рейкой.
После медленной подачи рабочего д авл ен и я прессформа в ы ­
д е р ж и в а е т с я под прессом в течение 2 —5 мин, в зависимости от
высоты заготовки. Д а в л е н и е при прессовании композиций с по­
рошкообразными наполнителями д а е т с я 500 кГ1см^, а при прес­
совании композиции, в состав которых входит стеклонаполнитель,— 700 кГ1см^. Д е т а л и в приемник в ы т а л к и в а ю т в ы т а л к и ­
вателем.
Аналогично прессуют диски различных диаметров и к р угл ы е
пластины. При необходимости получения большого количества
тонких пластин (высотой 1—3 мм) целесообразно прессовать
ср азу целый пакет из 10— 15 пластин. Д л я этого н а в е с к а порош­
ка засы п ается в прессформу, тщательно р а з р а в н и в а е т с я ; сверху
н а к л а д ы в а е т с я п р о к л а д к а из винипласта толщиной 1,2— 1,5 мм,
затем след ую щ ая н а в еск а порошка и т. д. В ы д е р ж к а под д а в л е ­
нием прессформы производится из расчета оощеи высоты пластин
из композиции.
Так ж е прессуются прямоугольные пластины из наполненных
композиций, необходимые для изготовления образцов, п р о кл а ­
док, пластин ротационных компрессоров и т. д. В некоторых с л у ­
чаях для повышения механической прочности м а т е р и а л а его
армируют алюминием, сталью и др. Пластины ротационных ко.мпрессоров размером 170 X 55 X 5 мм из наполненных фторопла­
стов изготовляют армированными перфорированными алюминие­
выми листами толщиной 1 мм. Эти пластины прессуют сл ед ую ­
щим образом.
Общая н авеска м а т е р и а л а
(при расчете высоты з а г о ­
товки учи ты вается и толщина алюминиевой пластины) д е ­
лится на две части. Одна часть порошка засы п а ет ся в прессфор­
му и р азр авн и вается. Специальными крючками перфорированная
алюминиевая пластина у к л а д ы в а е т с я поверх засыпанного по­
рошка, причем к р а я алюминиевои пластины долж ны отстоять от
стенок на 3 —5 мм, затем сверху з а с ы п а е т с я вторая половина
навески.
При подаче д авл ен и я порошок наполненного фторопла­
ста п ро давли вается в отверстия алюминиевой пластины и с х в а ­
ты вается с нижни.м слоем порошка. При спекании алюминиевая
пластина о к а з ы в а е т с я прочно охваченной со всех сторон напол­
ненным фторопластом. Готовую пластину можно м е х а н и ч ^ к и
обработать, придав ей необходимые размеры.
Т а к ж е можно зап р ессо вать в д е т а л ь из нанолнепного фто­
ропласта любую арм и ровку; в частности, большой интерес пред­
с т а в л я е т изготовление поршневых колец д л я компрессоров, с з а ­
прессованным стальны м экспандером.
186
При изготовлении уплотнительных деталей из двухслойно­
го м атер и ал а (чистого фторопласта и наполненного) в рабо­
чую к а м е р у прессформы вставл яется цилиндрический вкладыш
из фольги, с наружной стороны которого засы пается навеска из
наполненного фторопласта, а с внутренней — из чистого. Затем
вклады ш извлекается, и производится прессование и спекание.
После спекания и механической обработки получается поршне­
вое кольцо, состоящее из д вух слоев: наружного — из более дорогом износостойкой композиции и внутреннего — из фторо­
пласта.
Опыт работы с наполненными фторопластами показал, что
для получения равнопрочных изделии высота заготовок не д о л ж ­
на превышать 100 мм. Кроме того, до спекания деталей, в осо­
бенности колец диаметром свыше 300 мм, не следует устранять
облой, образующийся при прессовании. Нарушение кромки коль­
ца приводит к образованию трещин по его периметру в процессе
спекания.
Повышение и снятие давления при прессовании должно быть
равномерным. Толчки приводят к образованию поперечных тре­
щин по всей таблетке.
Спекание заготовок (отпрессованных деталей) производит­
с я в обычных печах типа ЦЭП-167А, ЦЭП-168А (с вращ аю щ им­
ся подом и с рециркуляцией воздуха) при температуре
370 ± 1 0 ° С.
Исследование режимов термообработки показало, что для
получения качественных изделий необходимо, чтобы толщина их
не превыш ала 50 мм, при этом печь целесообразно нагревать
со скоростью 120 °С/ч вместе с изделием до рабочей температу ры .
Время в ы д е р ж к и деталей при рабочей температуре прини­
м а е т с я из расчета 0,5 ч на к а ж д ы е 3 мм высоты изделия.
Очень в а ж н ы м фактором явл яется режим охлаж дения спе­
ченных деталей. О хлаждение тонких образцов целесообразно
проводить со скоростью 180° С/ч ( з а к а л к а ) .
Однако з а к а л к а толстостенных изделий приводит в некото­
рых с л у ч а я х к образованию микротрещин, возникающих вслед­
ствие того, что из-за недостаточной теплопроводности м атериала
поверхностный слой детали о х л а ж д а е т с я быстрее, чем внутрен­
ние, и материал д а е т у с а д к у . Поэтому термообработанные д е т а ­
ли, имеющие высоту свыше 10 мм, следует о х л а ж д а т ь со ско­
ростью 30° С/ч в печи до температуры 100°С, а затем в асбе­
стовом одеяле до комнатной температуры.
Наполненные фторопласты, содержаидие порошкообразным
наполнитель, спекают в свободном виде без прессформ. Однако
введение волокнистых наполнителей (стекловолокна, асбеста,
графитового волокна и др.) требует некоторого первоначального
усилия при спекании, иначе изделия получаются пористыми и
187
малопрочными. Гакие композиции спекают в специальных з а ­
ж и м н ы х приспособлениях (рис. 77), которые позволяют с о з д а т ь
первоначальное усилие з а ж и м а 3 5 кГ1см'^', при этом прочность
образцов во зр астает в 2 - 3 р а з а по
сравнеиию с образцами, спеченными в
свободном состоянии.
Д л я устранения адгезии наполнен­
ного фторопласта к металлическим д е ­
т а л я м производится защ и та последних
л а к о м ФГ-9. Н а предварительно опескоструенную и обезжиренную поверх­
ность
металлических прокладочных
пластин наносятся д в а слоя л а к а с
сушкой I и II слоя на воздухе в тече­
ние 1 ч и при 150° С — в течение 2 ч.
Нанесенное покрытие препятствует а д ­
гезии наполненного фторопласта к
м е т а л л у , а т а к ж е з а щ и щ а е т поверх­
ность м е т а л л а от воздействия про дук­
Рис. 77. Общий вид при­
тов
р
азл
о
ж
ен
и
я
фторопласта.
способления д л я сп ека­
Большое количество однотипных
ния
стеклонаполненных
изделий из фтороплас­
детален из наполненных фторопластов
та-4:
спекают при одно.м режиме, причем
/ н 5 — ф ланцы; 2 — шпиль­
детали д о л ж н ы р а с п о л а га т ь с я т а к . что­
ка; 3 — прокладка;
4 —
изделие
бы м е ж д у ними был воз.можен доступ
в о зд ух а. При спекании колец больших
диам етров возможно изменение их формы (появление эллипсности), что п р ед уп р е ж д а етс я ох лаж ден и ем колец до 2 0 0 ° С, мон­
т а ж о м их на оправки меньшего д и а м е т р а (с расчетом на у с а д к у
м а т е р и а л а ) и последующим о х л аж д ен и ем до комнатной тем п е­
ратуры.
У с а д к а изделии при спекании зависит в первую очередь от
состава композиций (количества и вида наполнителя), у д е л ь ­
ного давл ен и я прессования и других факторов.
При введении порошкообразного наполнителя (графита, ди­
сульфид
молибдена)
в
количестве
25— 30%
и
давле­
нии прессования 500 кГ1см^ у с а д к а м а т е р и а л а составит 2,5—3%
При введении стекловолокнистого наполнителя в количестве
до 25% практически можно устранить у с а д к у по д и а м е т р у изделии.
М е х а н и ч е с к а я о б р а б о т к а з а г о т о в о к . Заготовки деталей из
наполненных фторопластов после спекания д о л ж н ы иметь г л а д ­
кую поверхность без видимых вкраплений, пор и мелких тре­
щин. Д л я контроля кач ества их из пластин (образцов-свидетелей) специальным штампом вы р уб аю тся образцы и определяют­
ся физико-механические показатели. Д е т а л и н у ж н ы х ти п о р азм е­
ров получаются из заготовок механической обработкой на токар 188
ипм и фрезерном станках при скорости резания не менее
300 m I m u h и малой подаче, что позволяет получить поверхность
BbisoKoro класса чистоты.
Двухслойные материалы на осмоно фторопласта и моют боль­
шое практическое значение; они необходимы в тех случаях, ког­
да требуется сочетание свойств чистого фторопласта (исключи­
тельная химическая стойкость, высокие днэлекгрические свой­
с т в а ) и наполненного (износостойкость, высокая прочность при
сж ати и , меньший коэффициент линейного термического pacninрения, способность адгезии к металлу и др.).
Комбинированный материал получают на основе чистого фто­
ропласта и фторопласта, flaпoлнeннoгo алюминиевой пудрой,
кварцевым песом, окисью хрома, окисью ж е л е з а и другими ве­
ществами в количестве 50. 33 и 25% к весу фторопласта.
Д етал и из такого м атериала получают совместным прессо­
ванием навески обоих материалов с последующим спеканием в
свободном виде. Полученные изделия в виде плит или полос,
состоящие из д вух слоев, способны приклеиваться к металлу
клеями со стороны наполненного слоя. В качестве клеч прпменяют эпоксидную смолу ЭД-5, пластифицированную жидким
тиоколом. Прочность клеевых соединений, к а к показали испы­
тания, возрастает с увеличением количества наполнителя, м а к ­
си м ал ьн ая прочность наблюдается при 50% наполнителя. Л у ч ­
шими наполнителями в ряде случаев оказались цемент )i к в а р ­
цевая пудра.
С. И. Ганзом и В. Д. Пархоменко разработаны композиции
на основе фторопласта-4, кварцевого песка («силитэн») и мо­
лотого андезита — андезитофторопласта.
Адгезионная способность к стали Ст. 3 силитэна с различным содерж анием наполнителя при склеивании клеем БФ-2
представлена пиже;
С-2
20
С-3
30
С-4
40
С-5
50
С-6
60
Адгезия в к Г / с .и ^ ..........................................................5 ,655,6 5
7 ,6 8
12.85
2 6 .7 8
3 4 ,4 7
Содержание S i O . , % .....................................................
Образцы склеивались под давлением р
1
1,2 кГ1см^, в ы ­
д е р ж к а при температуре 120—
- 1150°
5 0 ° С в течение 1,5 ч.
Достаточно высокую адгезию к стали Ст. 3 имеет андезитофторопласт, приклеенный клеем БФ-2.
Величина адгезии андезитофторопласта к стали Ст. 3 при
склеивании клеем БФ-2 дан а ниже.
&)держание андезита в %
Адгезия в кГ /см ^ .......................................
АФП-1
АФП-2
АФП-3
АФП-4
АФП-5
10
20
30
40
52
3 ,4 5
3,71
16,92
2 7 ,3 3
24,11
189
СВО Й СТВА НАПОЛНЕННЫ Х Ф ТО РО П Л А СТО В
Ф и з и к о - м е х а н и ч е с к и е с в о й с т в а . Наполненные фторопласты
представляю т собой рыхлые (в некоторых с л у ч а я х волокнистые)
порошки, легко комкующиеся и спрессовывающиеся в плотные
таблетки. Ц вет порошков зависит от цвета наполнителя. Порош­
кообразные наполнители, такие к а к графит, бронза, кокс, ситаллы и др., уменьш ают прочность наполненных фторопластов тем
больше, чем больше их введено nOviHMep. Это хорошо видно из
данны х табл. 3 4 , в которой приведены свойства наполненных
фторопластов, в ы п у с к а е м ы х английской фирмой Л и кви д Найтроджен Процессинг.
При введении наполнителя в большей или меньшей степени
меняются и другие свойства фторопласта (удельный вес, т в е р ­
дость, и тепловые х ар ак тер и сти к и ).
У д ел ь н ы й
вес
наполненных фторопластов зависит от
удельного веса применяемого наполнителя и его количества: с
увеличением количества наполнителя удельный вес композиции
возрастает. Однако избыток наполнителя м о ж ет в ы з в а т ь у в е л и ­
чение пористости и, к а к следствие, уменьшение удельного веса
м а т е р и а л а . Наибольшим удельны м весом обладаю т фторопласты»
наполненные бронзой, дисульфидом молибдена, медью (при со­
держ ании меди 5 0 % удельный вес композиции — 4,84 Г 1 с м ) .
Зная удельный вес фторопласта и наполнителя, можно рассчи­
т а т ь теоретический удельный вес композиции и, зам ер и в истин­
ный удельный вес, определить пористость м а т е р и а л а . Удельный
вес наполненных фторопластов зависит т а к ж е от р е ж и м а прес­
сования и термообработки.
ЛТТТ
К а к показали исследования, проводимые в Н И И Л И М М А Ш е ,
с увеличением давл ен и я прессования фторопласта с к о м ­
бинированным наполнителем (графит и дисульфид молиб­
дена) от 200 до 800 кПсмР- удельный вес м а т е р и а л а во зр а с т а ет
от 2,19 до 2,22 кГ1см^. П ар ал л ельн о с определением у д е л ь ­
ного’ веса рекомендуется определять и механические х а р а к т е р и ­
стики наполненных фторопластов, чтобы в ы б р ат ь оптимальным
режим прессования и термообработки^ образцов, обеспечиваю­
щ и й получение м а т е р и а л а с наименьшей пористостью.
Т в е р д о ст ь . Введение наполнителей увеличивает на 10— 1о /о
твердость композиции. М а к с и м а л ь н а я твердость обеспечивается
наполнителями, имеющими сферическую или чешуйчатую форму
частиц (бронза, дисульфид м о л и б ден а). С повышением темпе­
ратуры твердость наполненных фторопластов у м ен ьш ает ся в
меньшей степени, чем твердость чистого фторопласта.
Прочность при р а с т я ж е н и и . П о р о ш к о о б р а з н ы е наполнители,
такие, к а к графит, бронза, кокс, ситаллы, медь и др., уменьш аю т
прочность при растяж ении наполненных фторопластов тем боль­
ше, чем больше их содержание. Н ами установлено, например,
ICO
Э eS2 = i
'Удо'.п
•
__
_
___
•_
80*9 = ^
_
_
__
^
_
_
ш
ш.
__
_
_
_
_
_
_^ ^
Э o9Z = I *>*90 иг 80*9 = ^ *i^olju t- Го =
= cf Hdu h o q
у{ вэонси хнэиТтиффео^
"
5
?
'О
С5
р
О
«а.
S--0 1 » э оОэг otr э oSS -ЬО
О
U м
О
03
о
-
g р ii
к
I•S’
i I
^о ^
^S 5
я
-9
-=
у> я S S
£■§•
5-- 01 -юЭ
o6fl
9-- 01 -ю 0
о
ес
О.
iWofjU
o i ' O S ot/
S- - 01 -юо
о€6
4
В
ои
u
«
с
с
о
CL
О
э
oSS Ю
oV Э oSS J-O
1
f Z ‘Э o09S = i )
iwo j u
BMeAdJBH
(h
1
«V
iw o jy*
(b o o i ‘Э o 9 S )
O f'I BM cAdJBH
X
s:
a
c
iiv o j u
(h f r S ‘ Э o 9 S )
o t i BHeXdJBH
swrj/jM a (% 5 S 1
ниl7вwdoфэV) ИН1ВЖ0 Hdu HxooHhodu ifstfa d u
ф
X
I
о
X
X
м
X
О
I
О
Iо о
I
о
о
<£>
О
со
со
ю
а>
Ю
Ю
lO
00
00
ID
о
lO
0>
r* '
Ph
lO
CM
с>
00
Ю
С
Г
>
со
Ю
lO
CO
СЧ
Tt*
CM
^ o>
CM
CM
LO
00
CO
lO
CO
CO
о>
(N
T
t^
О)
с
£
> СО
о
ш
LO
со
со
О
ю
со
■Tf
со ю
со со
Tj< Tj"
lC 00 CO
C
D
CO
CM
t^
00 CO
о
о
сч
00
r^
С
Г
)
cr>
о <о
со о
со
со
со
О)
о
со
г-
00
о
00*
о со
00
t^
— о
00*
^со
со
О)
со
CO
CO
CO
fv«4 CM
lO
CO Ю
a-i
»л
Г%Г-,
со
Tf*
•гг
О
h-
oo
00
CO
о
t^ 00
о
о
00
CM
CM
со
irD
2
см
з;
со
со
см
со
00
m
CO
CO
cr>
CM
о
00
CO
CO
^
00
CO
{игз! J34 a apHJCH Hdu HxooHhodu iratfadu
о о
00
ю
ю
00
% a aHH3HHifVX эончхгэхноонхо
о
о
о о
о
о
CO
CO
CO
r^
CM
CM
О)
о о
см
см
00
см
3
Tf
сч
см
CO
о
CD
CD
о
Tf
CO
ТГ
CO
см
со
Н Э o9Z Hdu
Ю
t^
m
Г-. ю
L.O со
со
ю
CM
CM
CM
CM ш
00
CM со
со
t ^ y o ' j a оэа у я н ч 1гэ^у^
о
<N
CM
% a эи н вж dэtfoэ
lO
uO
LO
a aHH9»BduBH aatnoiBmXdeBd
ft >*
1°
Н 0 oOSI Hdu
ga
^ о
г- с*“
X
X
ф
О
CM
'Tt*
X
U
ф
у
п
м
о о
о
ID
в
н
U
>х
о
ш
V
ф
2ш
о
с
сф
о
о
.
вi w j j y a (%|
м
2X tfи'пвwdoфэV) ИИХВЖЭ Hdu HxooHhodu ifatfad u
X
0
)
X
iVCJlj^ a 99HJEH Hdu HxoojXduA qirXtfow
с
о
с«
тГ
otf D oSS J-O
ИИ ВЖЭ Hdu HxoojXduX qifXl^ow
§ w
W
<
£
>
o>
V*
Ra
О Я
•& s
dJ
cstj«
I
Hdu BHHsdi хнэиниффеоя yHMDahHWEHHt^*
со
^
i^ro=d|
_^ ^_
4
н
5
S
с
л
э
Ю
CM
6=; оX
C^l
i
2
см
о о
<о см
-«г
ю
г^«.
см
см*
U0 ю4
t:
6
g
А
is
з:
2g ^ IiS S - 5 «
«Л\ о
м я ^ о
S
и
:
ж о « о ■э<
O
J
н § I- о 2 . 1
и аи = U
ю
ei
t 5 г? ® s:
О § U* и CQ
е
191
в табл. 3 7 приведены средние у с а д к и по линейным р а з м е р а м
деталей из чистого фторопласта.
усадку,
сн и ж а ет
значительно
наполнителей
Введение
С. Н. Ганз и В. Д . Пархоменко в своих работах исследовали
у с а д к у фторопластов, наполненных графитом, сернокислым бари­
ем, нитридом бора, коксом и M 0 S 2. Р е з у л ь т а т ы испытаний приве­
дены в табл. 38.
Таблица 37
Усадки (в % ) по линейным разм ерам деталей
У с а д к а деталей в %
Измеряемые размеры
закаленных
незакаленных
5
4
7
4
7—8
Наружный диаметр колец
Внутренний диаметр колец .
Диаметр стержней, цилиндров
Высота всех изделий (прирост)
6
6
Ь7. - 8
Таблица 38
Влияние вида наполнителя на величину усадки наполненного фторопласта
У сад ка в % при содержании наполнителя в %
И змеряемые размеры
Г рафит
20
BaSO i
25
BN
25
Кокс
35
M o S,
30
•
Наружный диаметр . . . .
Внутренний диаметр . . .
В ы с о т а .......................................
4 , 3 —5 ,1
5 5 ,5 4 , 9 5 ,4 4 , 3 5 ,5
5— 6
3 , 8 —4 ,1 4 ,1 5 ,0 4 , 9 —5 , 0 3 ,7 5 —4 , 3 4 , 1 - 4 , 5
1,5 1,6 1 . ^ 2 , 1 1 ,5 — 2 ,0 1,75 2 , 8 1 , 9 - 2 , 0
При исследовании процессов у с а д к и наполненных фторопла­
стов установлено, что у с а д к а наполненных фторопластов м е н я ­
ется в зависимости от ди ам етр ов сп ек аем ы х изделий: д л я изде­
лий ди ам етр ом до 40 мм у с а д к а с о с т а в л я е т не более 1,2%; д л я
изделий ди ам етр ом в пределах 40—80 м м у с а д к а резко в о з р а с ­
тает, а при увеличении до 300 м м х а р а к т е р и з у е т с я р а в н о м е р ­
ным повышением.
Величина у с а д к и деталей из наполненных фторопластов м о­
ж е т быть подсчитана по эмпирической формуле
у
20,595
2 9 ,8 4 5
IgD
еличина у с а д к и в %;
где у
_D — диам етр д етал и в мм.
В Н И И Х И М М А Ш е проведены исследования влияния количе
ства наполнителя на величину у с а д к и ; р е з у л ь т а т ы этих иссле
194
довании приведены в табл. 39. Испытания показали, что при
введении графитового наполнителя во фторопласт в количестве
до J 0 % по весу у с а д к а м атер и ал а уменьшается по сравнению
с чистым фторопластом по н ар уж н о м у диаметру кольца с 3,54
до 2% , по внутреннему — с 4 до 3,2%Таблица 39
Влияние количества наполнителя
на величину усадки наполненных фторопластов
Измеряемые размеры
в мм
Наружный диаметр — 6 5 ........................
Внутренний диаметр — 2 5 ...................
Высота — 25 ................................................
Усадка в % при содержании графита в %
5
—3,54
4,01
+ 7 ,3 7
10
—2 ,0 0
—3,21
-Ь7,10
20
-2 .0
—3,21
+ 6 ,1 8
30
-2 ,0
—3,21
+ 5 ,1 6
Дальнейшее увеличение содержания графитового наполните­
ля у с а д к у не снижает.
Э лектр о и зо л яц и о н н ы е с в о й с т в а наполненных фторопластов,
т а к ж е к а к и все другие свойства, зав и ся т от вида и количества
наполнителя. Наиболее пригодными наполнителями, обеспечи­
вающими высокие электроизоляционные свойства, являю тся слю­
д а и кварц. Введение наполнителей не улучш ает диэлектрические
свойства фторопластов; обычно введение наполнителей д а е т появ­
ление частотной зависимости диэлектрической проницаемости е
и у г л а потерь t g 6 , которая отсутствует у чистого фторопласта.
Однако применение наполнителей целесообразно, т а к к а к при­
водит к удешевлению композиции и улучшению некоторых физи­
ко-механических свойств.
Трение и износ наполненны х фторопластов, Наполненные
фторопласты представляют большой интерес в качестве м а т е р и а ­
лов, обладающих высокими антифрикционными характеристи­
ками.
Введение наполнителей в десятки раз превышает износостой­
кость наполненных фторопластов, однако чрезмерное увеличение
содержания наполнителя в смеси приводит к повышению износа
материалов. Зависимость износостойкости и коэффициента тре­
ния наполненных фторопластов от вида и количества наполните­
ля д а н а в т а б л . 40.
Наилучшей износостойкостью обладают стеклонаполненные
фторопласты, а т а к ж е фторопласты, содерж ащ ие бронзу, графит
и медь.
а, интенсивность износа фторопласта,
об.)
и медью (15% об.)
наполненного графитом (30%
18 кГ1см^), в 246 и 1310 раз меньше
(при V = 0,5 м/сек и р
интенсивности износа чистого фторопласта. Митчел и Пратт по13
195
Таблица 40
Зави си м ость износостойкости и коэф ф ициента трения
от вида и количества наполнителя в ком пози ци и
Наполнитель
Стекловолокно ........................
Г р а ф и т ............................................
г р а ф и т ............................................
Дисульфид молибдена . . .
Дисульфид молибдена . . .
Б гр о н з а ............................................
М е д ь .................................................
Окись с в и н ц а ..............................
Окись свинца .............................
X
1
Ш
Скорость износа
в мг1мин
при н агр у зк е
Коэффициент трения
при н агр узке
^ £
^ §
с. с;
? с
о S сз
14
28
56
14
28
56
25
10
20
20
30
40
50
30
50
0 ,0 2
0 ,1 0
0 ,0 2
0 ,2 5
0 ,5 2
0 ,0 6
0,11
0 ,5 2
0 ,0 3
0 .0 9
0 ,2 3
0,21
5 ,6 0
1,66
0 ,4 3
0 ,4 0
1,66
0 ,2 0
0 ,1 7
2 4 ,7
4 ,9 5
3 3 ,1 5
9 ,1 3
3 ,4 3
5 ,8 2
9 ,1 3
2 ,6 8
0 ,0 7
0 ,1 8
0 ,1 2
0 ,1 5
0,11
0 ,0 2
0 ,0 8
0,11
0 ,1 4
0 ,1 4
0,21
0 ,1 8
0 ,2 0
0 ,1 8
0 ,1 0
0 ,0 9
0 .1 8
0 ,2 0
0 ,21
0 ,1 3
0 ,1 5
0 ,1 6
0 ,2 0
0 ,1 8
0 ,1 8
0 ,2 0
0 ,1 8
В кГ/См' г
В кГ/см г
к а з а л и , что при р = 7,3 кГ1см^ н v = 0,575 м1сек интенсивность
износа фторопласта, наполненного бронзовым порошком, в
9 3 5 раз меньше износа чистого фторопласта. ^Износостойкость
стеклонаполненных фторопластов по мере увеличения количества
стеклонаполнителя от 10 до 2 0 % увеличивается более чем на
3 5 %, при этом коэффициент трения остается постоянным.
Большой интерес п редставляю т фторопласты с комбинированТаблица 41
Физико-механические свойства антифрикционных материалов
Ф К Н -7 и Ф КН-14
Материал
Свойства
Удельный вес в Г/см^......................................................
Предел прочности при растяжении в кГ!см^ .
Предел прочности при сжатии в кГ/см^ {оус при
деформации 2 , 5 % ) ...................................................... •
Модуль упругости при растяжении в кГ/см- (при
деформации 0 , 2 % ) ................................................................
Удельная ударная вязкость в к Г •см 1см^ . . .
Теплопроводность в ккалКм-ч-град)
при 20° С ................................................................
» 100° С ................................................................
» 200° С ................................................................
Коэффициент линеиного термического расширения:
от 20 до 100° С
20 » 150° С
» 20 » 200° С
196
ФКН -7
Ф К Н -и
2 ,1 -2 ,2
ПО 120
2 ,1 -2 ,2
200 250
‘ 170
220
1 , 1 5 - 10<
40
1,85-10^
45
0 ,9 2
0 ,8 4
0 ,8 4
1,10
0 ,9 7
0 ,9 2
79 -1 0 ®
1 1 -1 0 -^
2 10~^
2- 10“ ^
2 - 5 - 10“ ^
ныл наполнителем, состоящим из стекловолокна и дисульфида
мол; 1бдепа, стекловолокна и графита и др.
В таких м а т е р и ал а х стекловолокно выполняет роль армирую­
щего наполнителя, повышающего прочность при сжатии, ум ен ь­
шающего коэффициент линейного термического расширения и
у с а д к у . Графит и дисульфит молибдена улучшают самосмазывающие свойства м атериала и его теплопроводность.
Разработанны е в НИНХИММАШе новые антифрикционные
м атериалы ФКН-7 и ФКН-14 (на основе фторопласта с графи­
том, дисульфидом молибдена и рубленым стекловолокном) о б л а­
дают высокой износостойкостью. Интенсивность линейного из­
носа материалов ФКН-7 и ФНК-14 при р = 25 /c/'/cж^, v =
= 2,5 м!сек, температуре 40°С по стали 3X13 составляет 4 - 1 0 - ''’
и 2 - 10 “ '° соответственно.
У казанные м атериалы представляют большой интерес для
узлов трения, работающих без смазки, а т а к ж е в контакте с
агрессивными средами. Основные свойства этих материалов даны в табл. 41.
Х И М И Ч Е С К А Я СТОЙ КОСТЬ Н А П О Л Н Е Н Н Ы Х Ф Т О Р О П Л А С Т О В
Наполненные фторопласты все шире начинают применяться
в химическом аппарате- и машиностроении для уплотнений узлов,
работающих в условиях воздействия различных ж идких и га з о ­
образных агрессивных сред. Поэтому вопрос химической cToiiкости этих материалов я в л я е т с я чрезвычайно в а ж н ы м .
В к а ж д о м отдельном случае агрессивная среда м о ж ет поразному воздействовать на наполненный фторопласт, в ы з ы в а я
набухание композиции или частичное разрушение наполнителя.
В большинстве случаев происходят одновременно д ва процесса;
набухание композиции за счет диффузии агрессивной среды в
м атериал и частичное разрушение наполнителя, приходящего в
соприкосновение с агрессивной средой. Х арактер воздействия
агрессивной среды на наполненный фторопласт зависит от вида,
концентрации, температуры и длительности воздействия агр ес­
сивной среды, от вида и количества наполнителя, от технологии
изготовления образцов наполненных фторопластов.
С. Н. Ганз и В. Д. Пархоменко изучали водо- и кислотопоглощение фторопластов, наполненных сернокислым барием, колло­
идным графитом, коксом и нитридом бора и др. Определение
химической стойкости материалов проводилось на образцах пря­
моугольного сечения размером 10 X 15 X 30 мм.
Химическую стойкость материалов оценивали по изменению
веса после вы дер ж ки образцов в агрессивных средах в течение
48 ч. Р езул ьтаты испытаний показали, что с увеличением колифторопл
197
ста увеличивается, причем наибольшим поглощением отличается
фторопласт-4, наполненный коксом и окисью алюминия.
В Н И И Х И М М А Ш е проводится работа по исследованию хиТаблица 42
Состав наполненных фторопластов
№
компози­
ции
1
2
3
4
5
6
Содержание наполнителя в %
от веса фторопласта
Графит
Дисульфид
молибдена
5
10
20
30
40
Стекло­
волокно
Содержание наполнителя в %
от веса фторопласта
№
компози­
ции
Графит
Дисульфид
молибдена
7
8
9
10
11
Стекло­
волокно
5
10
5
10
20
3
30 60
180
280
а)
360 Vсутки.
го
100
180
6)
280
360 Гсутки
Рис. 78. Зависимость изменения веса наполненных фторопластов от времени
а — 96%'Ная с е р н а я ки слота; 6 — 57%-ная а з о т н а я ки слота; в
36%-ная с о л я н а я ки
фторопласты, наполненные графитом соответственно 5, 10, 20, 30, 40%; S, 7, 8 — фтоф торопласты, наполненные
198
мИ‘»еской стойкости наполненных фторопластов, предназначенных
для применения в химическом машиностроении на образцах фто­
ропластов, наполненных графитом, дисульфидом молибдена.
р уб л е 11ым стекловолокном, а т а к ж е смесью ук аза н н ы х наполни­
телей.
Д л я испытаний применяются стандартные образцы в виде
двухсторонних лопаток толщиной 3 + 0,3 мм (ГОСТ 11262 6 8 ),
изготовленных из пластин путем вырубки специальным штампом.
Образцы наполненных фторопластов помещаются в колбы с при­
тертыми пробками (с[ 1абженные обратными холодильниками) и
заливаю тся агрессивной средой. Колбы помещаются в термостат
%
ЗбОтсутни
1N
\ \
\
%
ч
\
\
\
\
\
0.5
^
Ф
^3
1
\
\
ко
т
\
1,5
40
\
1
\
■■■
\
\
\
\
10
1
\
\
15
\
20
100
Ш
280
3 6 0 1с у т к и
ю
60 90
X сут ки
вы держ ки в агрессивных средах:
3,
4,
5
слота- г — 96%-ная у к с у с н а я кислота;
— 20%-ный едкий натр; У. 2,
ропласты. наполненные дисульфидом молибдена соответственно 3, 5, ША, 9, W, 11
стекловолокном соответственно 5, 10, 20%
)99
н в ы д ер ж и в а ю тся при нужной температуре, которая п о д д ер ж и ­
вается с точностью до ± 2 ° С. Общее время в ы д е р ж к и образцов
в агрессивных ср ед ах при комнатной тем пературе — 360 суток,
при тем пературе 100°С — 90 суток.
Промежуточные определения изменения веса и прочности об­
разцов производятся через 10, 20, 30, 60, 75, 90, 180, 250 суток.
Химическую стойкость образцов оценивают по изменению внеш­
него вида веса и прочности образцов.
Изменение веса после к а ж д о г о периода (X) в % привеса или
потери веса определяется по величине и з н а к у по формуле
X=
G
100,
где G — вес испытываемого образца до погружения в агрессив­
ную среду в Г ;
Gi — вес образца после в ы д е р ж к и в агрессивной среде в Г.
Положительное значение (Л") означает увеличение веса —
набухание, а отрицательное — уменьшение веса, обычно сопро­
во ж д аю щ ееся разрушением м а т е р и а л а .
Изменение механической прочности образцов определяется
в процентах по отношению к ее исходному значению.
Испытания композиций, состав которых приведен в табл. 42,
проводились в 96%-ной H 2S 4, 57%-ной HN 3, 36%-ной HCI,
9 6 % -ной С Н 3СООН и 2 0 % -ной NaOH.
Р е з у л ь т а т ы длительных испытаний образцов наполненных
фторопластов при комнатной температуре, представленные на
рис. 78, а — д, показали следующее.
Введение в фторопласт-4 графитового наполнителя от 5 до
40% вес. приводит к увеличению веса образцов композиций во
всех агрессивных средах, причем
м ак с и м а л ь н ы й
привес
( - f l , 4 8 % ) наблю дается в 96%-ной H 2S O 4 и минимальный в
2 0 % -ной NaOH (-|-0,5%). Введение во фторопласт дисульфида
молибдена в количестве от 3 до 10% в ы з ы в а е т после действия
азотной, соляной и уксусной кислот увеличение веса образцов
соответственно на 1,6; 1 и 0,5%. В серной кислоте происходит
незначительное уменьшение веса образцов, а в едком натре с н а ­
чала н аблю дается привес, а з а т е м уб ы л ь в весе на 0,25 и 0 ,2 0 %
соответственно. С увеличением количества к а ж д о г о вида наполHHTevTH, например графита, от 5 до 40% при воздействии а гр е с ­
сивных сред происходит увеличение веса образцов. Во всех пере­
численных с л у ч а я х снижение разруш аю щ его н а п р яж ен и я при
растяжении образцов после воздействия агрессивных сред при
комнатной тем пературе в течение 360 суток не превыш ает 5%
по сравнению с исходным значением.
Р е з у л ь т а т ы испытаний в агрессивных с р е д а х стеклонапол­
ненных фторопластов, полученных путем холодного таблетироваиия с последующим спеканием в свободном состоянии, показа200
ли, что введение во фторопласт стекловолокнистого наполнителя
от 5 до 2 0 % в ы з ы в а е т значительные изменения веса материала.
Так, в 96%-ной H 2S O 4 после вы держ ки образцов в течение
180 суток привес составил 0,9; 2,5 и 5,7% для композиций 9; 10
и 11 (см. табл. 42). Через 360 суток вы дер ж ки происходит умень­
шение веса композиций, содержащ их 2 0 % стекловолокна, за
счет частичного разрушения стеклонаполнителя. В 36%-ной НС1
композиции 9; 10 и 11 вначале обнаруживаю т привес — 0,5; 0,7
и 1,6%, а затем уменьшение веса — 0,6; 1,5 и 3% соответственно.
В уксусной кислоте происходит небольшое уменьшение веса всех
композиций; в едком натре — набухание и для композиции 11
уменьшение веса до 1,65%; в 5 7 % -ной HNO 3 происходит з н а ­
чительное падение веса образцов до 1,2; 2,6 и 5,6%- Падение
прочности образцов композиций, содержащ их стеклонаполнитель,
достигает 2 0 %.
Полученные данные свидетельствуют о недостаточной плот­
ности и большой пористости стеклонаполненных фторопластов;
агрессивные среды, проникая в многочисленные поры материала,
вызываю т увеличение веса образцов; приходя в соприкосновение
с отрезками бесщелочного стекловолокна, агрессивные среды ча­
стично разрушают его, в ы з ы в а я уменьшение веса и прочности
м атериала.
Р езул ьта ты при температуре ЮО'^С исследования химической
стойкости наполненных фторопластов, полученных спеканием в
специальных заж и м н ы х устройствах (табл. 43), показали слеТаблица 43
Изменение веса наполненных фторопластов в %
после действия агрессивных сред при температуре 100° С
в течение 90 суток
№
композиции
96%
H 2SO 4
36%
НС1
57%
HNO 3
96%
CHjCOOH
20 %
NaOH
+ 0 ,1 8
+ 0,22
-i-0 ,2 7
+ 0 .2 9
+ 0 .3 6
-! 0 . 2 6
‘ 0 ,2 3
-^ 0 .2 4
- 0 ,3 3
+ 0 ,1 7
•0 .0 8
+ 0 ,0 3
+ 0 ,0 5
-r0 ,3 2
+ 0 ,6 7
+ 0 ,7 5
+ 0.02
+ 0,02
+ 0 .0 4
+ 0 ,3 8
+ 0 ,6 2
-0 ,9 3
i
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
-г 0 , 0 8
+ 0 ,0 9
+ 0,21
+ 0 ,6 7
+ 0 ,8 2
^ 0 ,0 7
0 ,1 5
+ 0 ,3 8
-г0 ,2 4
+ 0 .4 2
+ 1,01
+ 0 ,2 3
+ 0 ,2 8
+ 0 ,2 3
' 0 ,2 9
-г 0 , 3 3
4 -2 ,6 7
4 -2 ,4 8
-гЗ ,0 7
— 1 ,9 0
— 2 ,5 5
-4 ,4 5
4 -0,10
+ 0 ,1 4
+ 0 .1 6
+ 0 ,1 9
■ f0 ,2 4
-4 .9 8
+ 4 .1 4
+ 3 .3 8
0 ,7 8
— 1 ,8 7
4 ,0 1
дующее: в едение графитового наполнителя в ы з ы в а е т увеличение
веса образцо всего лишь до 1 % в 96%-ной H 2SO 4, 2 0 %-ной
NaOH, 367о-ной HCI, 96%-ной С Н 3СООН и 57%-ной HNO 3.
201
Введение дисульфида молибдена до 10% в ы з ы в а е т н а б у х а ­
ние образцов в серной, соляной кислотах и едком натре.
В азотной кислоте имеет место сн ач ал а увеличение веса до
3 ,3 8 % , а з а т е м уменьшение его, по-видимому, за счет р а з р у ш е ­
ния наполнителя. Наличие стекловолокна приводит к увели че­
нию веса в серной, уксусной кислотах и едком натре и у м е н ь ш е ­
нию его в соляной и азотной кислотах. М а к с и м а л ь н о е изменение
веса образцов наполненных фторопластов в р е зу л ь т а т е действия
агрессивных сред при тем пературе 100° С не превыш ает 5 % , а
изменение прочности — 7% от исходного значения. Таким образом, фторопласты, напо
фидом молибд ен а и стекловолокном, относятся к группе химически стойких
м атери ало в, пригодных д л я работы в контакте с агрессивными
средами.
И сследованиями С. Н. Г ан за и В. Д . П архоменко на износо­
стойкость показано, что при работе фторопластов, наполненных
фитом и нитридом бора, в
Таблица 44
Износ наполненных
ф торопластов > в м г
в 507о-ной H2 SO 4
\Р =
1^— 1,5 M jc e K ,
врем я испытаний — 8 *^,
температура среды 20° С]
Содержание
наполнителя
в смеси в %
Вид
наполни­
теля
10
Кокс
B aS 0 4
BN
Тальк
MoSg
Графит
9
23
49
14
25
9
22
22
5
12
42
Таблица 45
Зависимость износа
наполненных ф торопластов в м г
от концентрации H N O 3 , вида
и количества наполнителя
к
zS
35
7
23
6
17
51
Вид и количество наполнителя
о п BaS04 Тальк г рафит BN
go
25?/о
25%
20%
25%
gz
MoS,
35%
Кокс
35%
- 4 . 5 — 19,2 + 2 3 . 4
35
+ 3 ,4 + 2 .9 + 5 ,4
50
+ 4 , 0 + 4 , 0 + 14.0% - 6 , 4 —2 5 ,5 + 3 4 . 4
‘ Износ чистого фторопласта в
тех ж е усл о ви ях составляет 54 мг.
серной кислоте лучшей износостойкостью о б л а д а е т фторопласт,
содерж ащ ий т а л ь к и кокс (табл. 44). Введение наполнителей в
KOvTHMecTBe до 10— 15% значительно с н и ж а е т износ м атер и ало в,
но дальнейш ее увеличение наполнителя не о к а з ы в а е т влияния.
Р е з у л ь т а т ы определения износостойкости наполненных фто­
ропластов при работе в азотной кислоте, приведенные в табл. 45,
показали, что вместо уменьшения веса образцов в р е з у л ь т а т е
износа в большинстве случаев н аблю дается увеличение его, что,
по-видимому, объясняется поглош.ением азотной кислоты м а т е ­
риалом.
202
Окончательно пригодность композиций д о л ж н а оцениваться
по результатам испытаний на трение в агрессивных средах.
П РИ М ЕН ЕН И Е Н А П О Л Н Е Н Н Ы Х Ф Т О Р О П Л А С Т О В
Применение наполненных фторопластов в машиностроении
обусловливается высокой химической стойкостью, антифрикциU
онными, термическими и самосмазывающими свойствами этих
материалов. Все более широкое применение наполненные фторо­
пласты находят в качестве уплотнительных материалов, из ко­
торых изготовляются поршневые, уплотнительные, опорные и
сальниковые кольца д л я компрессоров среднего и высокого д а в ­
ления, работающих без смазки цилиндров.
Поршневые кольца из наполненных фторопластов изготовля­
ются с прямым зам ком или зам ком внахлестку (рис. 79). Пло­
щ адь поперечного сечения этих колец меньше ранее применяе­
мых графитовых.
З а р у б е ж н ы е фирмы выпускают большое количество марок
наполненных фторопластов и уплотнительных колец из них. Так,
фирмой Дюпон (США) разработан р яд марок наполненных
фторопластов, к которым относятся: тефлон 1346, содержащий
6 0 7о бронзы, тефлон 1303 и 1305 с содержанием 15 и 25% стек­
ловолокна и др. Все эти материалы широко применяются д ля
изготовления подшипников, деталей насосов, компрессоров.
Фирма Ай-Си-Ай (Англия) вы пускает аналогичные м атери­
алы флюон VI00/Е с комбинированным наполнителем, флюон
VG15/E— 15% стекловолокна, флюон VG25/E — 25% стеклово­
локна.
Фирма « К а р л Хют» (Ф Р Г ) в качестве м атериала для
сам о см азы ваю щ и х поршневых колец производит материал теф­
лон 2714Г (со стеклонаполнителем) и тефлон 2714М со стеклонаполнителем с добавкой дисульфида молибдена. Последний
рекомендуется применять в компрессорах д ля с ж а т и я сухих г а ­
зов. В нашей стране т а к ж е изготовляются уплотнительные коль­
ца из наполненных фторопластов ФН-202, Ф4К20, АФ ГМ ,
ФКН-7, ФКН-14 и др.
Испытания колец из м атер и ал а ФКН-7 на двухступенчатом
угловом компрессоре ГрВП-20/8 показали, что срок служ б ы
поршневых колец этого м атер и ал а по сравнению с ранее приме­
няемыми графитовыми увеличивается в первой ступени до
55 000 ч, а во второй до 16 000 ч, тогда к а к срок с л у ж б ы ранее
применявшихся уплотнительных колец из антифрикционного
графита составляет в первой ступени 18 000 ч, а во второй —
3000 ч. З а м е н а графитовых колец в компрессорах без смазки
на кольца из м атер и ала ФКН-7 приводит к повышению ресурса
работы поршневых колец в 3—5 раз.
203
Испытания поршневых колец из м атери ало в Ф К Н -7 и
ФКН-14 в компрессоре 2 Р К - 1,5/220 (переоборудованном на р а ­
боту без см а з к и ) на сухом азоте (точка росы минус 55° С) по­
к а з а л и , что средний радиальный износ колец 1 и II ступеней
Зазор не более 0,2ми
Рис. 79. Поршневые кольца из
наполненных фторопластов:
а — общиП вид заго то во к колец;
6 — эски з кольца
(из м а т е р и а л а Ф К Н - 7 ), отнесенный к 100 ч работы, с о с т а в л я е т
0,0042 и 0,0519 мм, т. е. расчетная долговечность будет 50 000 и
4000 ч соответственно. Средний радиальный износ колец (из
м а т е р и а л а Ф К Н -14) III и IV ступеней с о с т а в л я ет 0,0503 и
0,0599 мм\ расчетная долговечность — 6000 и 3000 ч, т. е. срок
с л у ж б ы колец из м атер и ало в Ф КН -7 и ФКН-14 в несколько раз
превышает срок с л у ж б ы ранее применявшихся м а н ж е т н ы х уплотнении.
У п ло тн и тельн ы е м а н ж е т ы д л я х о л о д и л ь н о * г а з о в ы х м а ш и н .
П редварительны е испытания уплотнительных м а н ж е т из напол­
ненного фторопласта ФКН-7, ФН-202, работающих в условиях
ж и д ко го гелия, показали перспективность применения этих и
аналогичных м ат ер и ал о в (рис. 80).
О
204
Подшипники скольжения из фторопластов, наполненных стеклоьолокном, бронзой, дисульфидом молибдена, графитом, пока­
зали хорошую работоспособность при различных н а гр у зк а х в
средоХ жидкого азота и перекиси
Ф38,3Cj (.qQS)
водорода в течение 150 ч.
С ам осм азы ваю щ иеся подшип­
ники из наполненных фторопла­
стов применяются в у з л а х трения
ткац ки х станкоз, цапф железнодорожных вагонов, вкладышей
в
автомобилей,
подшипников
сельскохозяйственном и д о р о ж ­
Рис. 80. Уплотнительная ман­
ном оборудовании, в авиации и
ж
е
т
а
из
наполненных
фторо­
космонавтике.
пластов д л я холодильно-газо­
Элементы торцовых уплотне­
вых машин
ний насосов, с л у ж а щ и х для п о да­
чи кислот, щелочей, растворите­
лей, нефтепродуктов, т а к ж е HsroTOBvinraTCH из фторопластов на­
полненных графитом, стекловолокном и бронзой. Испытания тор­
цовых уплотнений из ФКН-7 сепараторов типа М С Ж для расти­
тельного м а с л а взамен бронзовых уплотнений (АЖ9-4) при р а ­
боте в паре со сталью при окружной скорости 15 м1сек п о к а з а ­
ли хорошую уплотняющую способность и износостойкость.
Испытаны детали торцового уплотнения из м атериала ФКН-7
насоса д л я перекачки серной кислоты при температуре +70° С,
при скорости вращения вала 2900 об1мин в паре с керамикой
ЦМ-332. Средний износ рабочей поверхности не превышает
0,03 мм на 100 ч работы. Испытания показали полную работо­
способность уплотнения.
С едла и футеровка для а р м а тур ы . Из наполненных графи­
том, коксом, сажей, стекловолокном фторопластов изготовляют-
Рис. 81. Общий вид уплотнительных втулок и венти­
ля из фторопласта, наполненного графитом
ся седла д л я шаровых клапанов, футеровка пробковых кранов и
кольцевые уплотнения различных машин (рис. 81, 82). Приме205
нение такой футеровки з а щ и щ а е т м атер и ал к р а н а от воздейст­
вия среды, а т а к ж е п редотвр ащ ает заед ан и е вентилей после
длительных периодов бездействия.
Отечественной промышленностью в ы п у с к а ю т с я д етал и насо­
сов АРТ-60 (рабочее колесо, у л и т к а , к р ы ш к а , гр у н д б у к с а , г а й ­
ки) из фторопласта-40, наполненного графитом.
П р окладки из наполненны.к фторопластов, обладающ ие в ы ­
сокой химической стойкостью (к действию концентрированных
кислот, щелочей, масел, растворителей), достаточной у п р у г о ­
стью, герметичностью и малой текучестью, широко применяют­
ся д л я уплотнения соединений труб из металлов, стекла, к е р а ­
мики и п ластм асс в химиче­
ской, пищевой, нефтеперераба­
тывающей промышленности.
Свойства т ак и х п рокладок
значительно лучше, чем свойст в а прокладок из чистого фто­
ропласта.
Так, при н а г р у з к е 140 кГ!см?
и те м п е р ату р е 150°С в течение
24 н деформация стеклонапол­
ненного фторопласта со стави ­
8
о
/
ла
/о а чистого — 22 % • Про­
к л а д к и из наполненных фторо­
пластов
можно
применять
до
^1/111»
д авл ен и я 140 кГ1см^ и т е м п е ­
ратуре до 200° С.
Рис. 82. Общий вид в кл ад ы ш а из
Сильфоны из наполненного
фторопласта со стеклонаполнитефторопласта применяются в
Л01м к электромотору
качестве уплотнительных уз л о в
в насосах и вентилях, в сильфонных насосах или дозатор ах.
Футеровочные пластины из фторопласта, паполненного г р а ­
фитом, а т а к ж е из силитэна и андезитофторопласта применяют­
ся д л я футеровки химической а п п а р а ту р ы с использованием
эпоксидных клеев или кл ея БФ-2.
фторо
наполненных графи
изго­
товления гибких теплообменных элементов, обладаю щих боль­
шей теплопроводностью.
фтороп
Глава
Vill
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗДЕЛИИ ИЗ Ф Т О РО П Л АСТ О В
Химическая промышленность. Высокие физико-химическиесвойства фторопластов, инертность к агрессивным средам вплоть
до окислительных, чистота продуктов, получаемых в оборудова­
нии из фторопластов или защищенном фторопластами, их диэлектрические, антиадгезионные и антифрикционные свойства
явились основой успешного применения этих материалов в хими­
ческой, пищевой, фармацевтической, медицинской, электротехни­
ческой, авиационной промышленности и других отраслях народ­
ного хозяйства.
В химической промышленности фторопласты используются
д л я аппаратов, насосов, коммуникаций, уплотнений подвижных
и неподвижных соединений, в оборудовании и средствах контро­
л я и автоматики.
Оборудование и коммуникации д л я транспортировки агрес­
сивных жидкостей внутри химических предприятий с к а ж д ы м
годом потребляют большое количество фторопластов. Здесь на­
ходят применение все марки фторопластов в виде порошка, г р а ­
нул, суспензии д л я покрытии и т. д.
Первоначальные з атр а ты на покрытие металлического обо­
рудования фторопластовой защитной пленкой много ниже з а ­
трат по футеровке того ж е оборудования фторопластом или из­
готовлению целиком из фторопласта.
Однако в пересчете на время эксплуатации часто более эко ­
номичным о к а з ы в а е т с я оборудование, футерованное фторопла­
стом или изготовленное из фторопласта полностью.
В насосах широко используются покрытия стальных деталей
поливинилфторидом, фторопластом-3, ЗМ и др.
Целиком из литьевых фторопластов и фторопласта-4 изго­
товляют детали насосов, соприкасающихся с агрессивной средой.
Р а з м е р ы и конструкции насосов очень разнообразны, от диафр агм о вы х микродозаторов до центробежных насосов большой
производительности. Отдельные детали насосов из фторопла­
ста-4 предназначены для перекачки любых агрессивных сред в.
условиях, исключающих абразивный износ. Отечественной про­
мышленностью освоен насос АРТ-60 с производительностью
24 м^!ч. Вентили угловые из фторопластов, с условным прохо­
дом 50, 70 и 100 мм изготовляются частично из фторопласта-4
(седло, клапан, гр ун дбукса, сальник).
Шаровые клапаны, облицованные фтороуглеродной смолой,
ф ир мо й Ррйбистос-МанхасЬтен. Т а ­
207'
кие шаровые клапаны испытывались в США в течение года и
выяснилось, что они стоики ко всем агрессивным средам , кроме
ж и д ко го фтора и расплавленных щелочей при 148° С.
В трубопроводах наибольшее применение получил фторо­
пласт-4. Д р у ги е фторопласты и фторопластовые покрытия т а к ­
ж е применяют, но в меньших количествах. Д и а м е т р труб от не­
скольких миллиметров до 500—700 мм. Трубы м ал ы х диам етров
изготовляют отрезка.ми до 2 м и длинными отрезками в несколь­
ко десятко в метров.
Из фторопластовых труб п ро клады ваю т внутренние и н а р у ж ­
ные технологические коммуникации, которые в эксплуатации
одинаково надеж ны .
В запорной и регулирующей а р м а т у р е более распростране­
ны фторопластовые покрытия деталей, соприкасающихся с а г р е с ­
сивной средой. Целиком из фторопластов изготовляют д и а ф р а г ­
мы, сильфоны, клапаны и другие элементы. Освоена футеровка
стальных и чугунных вентилей и предохранительных клапанов
фторопластами. В небольших количествах изготовляют пробко­
вые краны и другие конструкции вентилей целиком из фторо­
пластов.
Большим достоинством фторопластов я в л я е т с я их вы со кая
термостойкость, позволяющая применять насосы и трубопрово­
ды при высокой тем п ер атур е среды. Кроме того, снижаются
гидравлические потери в транспортных системах, возникающие
в р езультате трения. Фторопласты не склонны к сорбции в е ­
ществ и нарастанию на их поверхности различных отложений,
что т а к ж е в а ж н о д л я транспортных систем.
Применение фторопластов д а е т возможность повысить надежность транспортных систем д л я агрессивных сред, резко
сократить эксплуатационные расходы и получить, таким образом, значительный экономический эффект.
Например, при зам ен е труб (данные США) из 1П1келсвых
сплавов, фенопластов и эмалированных на трубы, ф утерован­
ные фторопластом, при перекачке органических растворителей
и соляной кислоты при 150° С и давлении 7 кГ1см^, простои на
ремонт сократились на 80% . потери продукта сведены до мини­
м ум а и увеличен срок с л у ж б ы . Известны случаи применения
трубопроводов, ф утероваш 1ых фторопласто,м-4
при
подаче
70%-ной серной кислоты при 250° С, а т а к ж е трубопроводов из
фторопласта-2 при гюдаче раствора четыреххлористого углерода
70% и три бутил фосфата 30%.
В некоторых производствах применение фторопластовых
трубопроводов более экономично по сравнению с применением
полиэтиленовых, б л а го д а р я длительной их эксплуатации.
Трубы из фторопласта-4 в отечественной промышлсн 1юсти
вы п ускаю тся диаметро.м до 470 ± 10 мм при толщине стенки
10 ± 5,0 мм и длине 1700 мм. Трубы соединяются с помощью
208
нькидных фланцев на разбортованных концах труб или с помо­
щью фланцев стальной брони.
Оторопластовые трубы и трубопроводы предназначены для
работы в любых агрессивных средах, концентрированных мине­
ральных кислотах и щелочах, окислителях, растворителях, неф­
тепродуктах при тем пературах от 195 до 250° С; трубы из фто­
ропласта обладают удовлетворительной прочностью. Так, труба
диаметром 30 мм с толщиной стенки 1,5 мм в ы д е р ж и в а е т внут­
реннее давление свыше 15 кГ1см^.
Фторопласт-4 и другие фторполимеры с успехом применяют­
ся в ар.матуре для изготовления тройников и крестовин (брони­
рованных) диаметром от 76 до 219 мм, соединяемых в системе
с помощью накидных фланцев.
Н о м ен кл атур а ар м а тур ы с применением фторопласта, в ы ­
пускаемой отечественной промышленностью, д а н а в табл. 46
(значения Ру в кГ1см^).
В настоящее время целые технологические линии имеют ап­
паратурное оформление из фторопласта-4. К таким линиям сле­
дует отнести, например, получение плавиковом кислоты высокой
степени чистоты.
Средства контроля и автоматики. Фторопласты успешно ис­
пользуются в различных д е т а л я х и у з л а х средств контроля и
автоматики. Так, в реакторах д л я защиты термопар, термомет­
ров сопротивления используются защитные чехлы из фторопласта-4, которые изготовляют прессованием из порошка или м е х а ­
нической обработкой заготовки. Толщина стенки чехлов выпол­
няется в пределах 0,8— 1,5 мм. С ледует учитывать, что низкая
теплопроводность фторопласта увеличивает инерцию системы
контроля.
В период быстрого подъема или снижения температуры сре­
ды погрешность системы может достигать нескольких градусов.
При медленном колебании температуры среды погрешность с т а ­
новится ничтол<ной.
Однако применение фторопластовых чехлов на датч и ках д а ­
ет возможность хорошо регулировать установившуюся тем п ер а­
т у р у технологических процессов в узком интервале ( ± 2 —3 ° С ) .
На рис. 83 показана конструкция узлов датчиков тем п ер ату­
ры с защитным чехлом из фторопласта-4.
Сами чехлы имеют форму пробирки, плотно насаженной на
датчик. Уплотнение в реакторе достигается поджатием фланца
чехла м е ж д у плоскостями или отбортованного конца чехла к
фаске п атр уб ка реактора. В условиях, где стоек фторопласт-3
или ЗМ, наносят защитное покрытие на металлический чехол из
суспензии этих фторопластов.
Д л я контроля расхода сильноагрессивных жидкостей приме­
няют у к а з а т е л и расхода (р о там етр ы ), в которых все детали,
14 Заказ 393
209
Таблица 46
А рм атура с применением фторопласта
Арматура и ее характеристика
Вентиль запорный чугунный, диафрагмовый, футеро­
ванный фторопластом или полиэтиленом, Р у -Ю , Т до
120° С ............................................................................................................
Вентиль запорный стальной диафрагмовый, футерован­
ный фторопластом 42П с мембраной из фторопласта 4В
с дублирующим с а л ь н и к о м ................................................................
Управление ручное с пневмоприводом, Ру*^0, Т до
125° для агрессивных с р е д ................................................................
Вентиль диафрагмовый стальной, футерованный фторо­
пластом, Р у - 1 0 , Т от — 60° С до + 9 0 ° С для агрес­
сивных сред газообразных и ж и д к и х ............................................
Вентиль сильфонный в исполкениях из монельметалла
и из нержавеющих сталей с сильфоном из фторопласта-4
с электроприводом во взрывобезопасном исполнении и руч­
ным дублером Ру'З, в а к у у м 750 мм р т . с т ., Т до
120° С для агрессивных с р е д ...........................................................
Вентиль сильфонный, футерованный фторопластом-4М
с пневмоприводом Р у Ь и в а к у у м 750 мм р т . с т . Т до
135° для агрессивных с р е д ................................................................
Вентиль сильфонный в исполнениях из монельметалла
и из нержавеющих сталей с сильфоном из фторопласта-4
и Р у З вакуум 750 мм р т . с т . до 120° С для агрессив-^
ных с р е д .......................................................................................................'
Вентиль запорный, стальной, футерованный фтороплас­
том с сильфоном из фторопласта^ Я^“4, Т до 150^" С для
агрессивных сред без взвешенных ч а с т и ц ..................................
Клапан диафрагмовый стальной в исполнении НЗ, ф уте­
рованный фторопластом-42Л, с мембраной из фторопласта-4В, с чугунным мембранно-исполнительным механизмом
Р у - 6 (для D// 25 мм), Р у А (для D y 40 и 50 лг.и) Т до
125° С для агрессивных с р е д ...........................................................
210
Диаметр условного
прохода О ь мм
У
6; 10; 15; 24; 25; 32;
40; 50; 70; 80; 100
25; 40; 50;
100; 150
25; 50; 70; 80;
100
10; 15; 25; 40;
50; 100; 125
25; 32; 40; 50;
80; 10Э; 150
10; 70; 80; 100;
125; 150; 200
25; 32; 40; 50;
70; 80; 100; 150
25; 40; 50
соприкасающиеся с агрессипной средой, изготовлен 1>( из фторо­
пластов. С уп 1ествуют различные конструкции ротаметров. Д л я
//////'Ту^Г'Т'ГГ
I
Г. i . Li-Lj
T
}
2-^1
O-ULJ
V- - ^
".
^
A
Рис. 83. Конструкция узлов крепления датчиков темпе­
ратуры с защитными чехлами из фторопласта-4:
1 — чехол; 2 — в т у л к а
контроля расхода непосредственно на трубопроводе у с т а н а в л и ­
ваются поплавковые ротаметры. Конусная тр уб к а может быть
изготовлена из фторопласта-4.
В тако м ротаметре у с т а н а в л и ­
в а ет с я подсвет д л я лучшей види­
мости поплавка.
Если т р у б а изготовляется из
фторопластов-ЗМ, 4М с у д о в л е т ­
ворительной прозрачностью, под­
свет не устанавливаю т. Поплавки изготовляют из фторопласта
различного цвета. Если не у д а е т ­
ся подобрать фторопласт с н у ж ­
ной плотностью, то поплавок из­
готовляют полым со свинцовым
Рис. 84. Поплавковый ротагрузом внутри герметично закрыметр
той полости (рис. 84).
Более сложны по конструкции ротаметры электрические
(рис. 85) и ротаметры электрические дистанционные ( Р Э Д )
14
211
(рис. 8 6 ), которые применяют в процессах, требующих д и с тан ­
ционного контроля расхода.
Д е т а л и ротаметра, соприка­
сающиеся со средой, изготов-
10
3
6
5
8
Рнс. 86. Р отам етр электричес­
кий дистанционный ( Р Э Д ) ;
Рис. 85. Электрический ротаметр;
I — ко рп ус; 2, 3 — ш туцер; 4, 5 — г а й к а ;
6 — н а п р а в л я ю щ а я ; 7 — т р у б к а защит*
п а я ; 8 — поплавок; 9 10 — ф ланец
/ — поплавок; 2 , 3 — ф ланец;
корпус; 5 — т р у б к а ; 6 — ко н ус;
направляю щ ая; 8 — гай ка;
эл ектр о м агн и тн ы й у з е л ; 10
жнна
4 —
7 —
9 —
пру-
ляют механической обработкой фторопластовых заго то во к соот­
ветствующей формы. П оплавок с сердечником из магнитного
ж е л е з а футеруют фторопластом-4, з а т е м механической обработ­
кой д о во д ят до точных размеров.
212
Расходомерная ш к а л а (тарировка) поплавковых ротаметров
мож зт быть выполнена на конусной трубке или жестко прикреп­
ленной к ней пластинке. Ш кал а на отдельной пластинке легко
заменяется.
Простым по конструкции, но очень в а ж н ы м элементом я в ­
ляется разделительная мембрана из фторопласта-4 перед мано­
метром,
показывающим
давление
агрессивных сред (рис. 87). Перед м а ­
нометром в фланцах з а ж а т а раздели­
тельная мембрана. В полость маномет­
ра зал и вается инертная
жидкость,
передающая прибору давление на
м ем брану со стороны агрессивной сре­
ды. М ем брана может быть изготовлена
из одного или нескольких слоев плен­
ки, в зависимости от диффузии агрес­
сивной среды и точности измерения
давления.
Д л я химической промышленности
большой интерес представляет изго­
товление из фторопласта гибких теп­
лообменников, обладающих большой
поверхностью теплопередачи и исклю­
чительной химической стойкостью.
Так, фирмой Дюпон разработан ряд
теплообменников из фторлона-4 из
тонкостенных трубок с н ар уж н ы м д и а ­
Рис.
87.
Узел
разделиметром от 2 до 6,35 мм при толщине
тельной
мембраны
из
стенки от 5 до 15% д и ам етр а. Фирмой
фторопласта-4 и мано­
рекомендуются
трубки
диаметром
метра,
показывающего
давление агрессивных
2,54 мм при толщине стенки 0,25 мм
сред
д л я работы при температуре 20° С и
давлении 18,3 кПсм^ и при т е м п е р ат у ­
ре 150° С при 4,2 кГ1см^. Гибкие трубки монтируются о пучки,
причем число их в пучке колеблется от 60 до 5000 шт. для д и а ­
метра 2,54 мм и от 40 до 800 шт. д ля диам етра 6,35 мм. С н а р у ­
ж и к к а ж д о й трубке прикрепляется лента из фторопласта в виде
продольных ребер, которые у д ер ж и в а ю т трубки на заданном
расстоянии д р у г от д р у га . Ш аг трубок в пучке составляет
4 —6,35 мм, размещение — по шестиугольникам.
Трубки крепятся к решеткам из фторопласта или металла,
покрытого фторопластом. Корпуса таких теплообменников изго­
товляются из металлических труб, а т а к ж е из гибких п л ас т м а с­
совых или резиновых шлангов и рукавов. Теплообменники из
фторопласта имеют развитую поверхность теплообмена до
650 м^/м^ по сравнению с величиной поверхности 130 м^1м^ для
металлических труб диаметром 19 мм.
213
Коэффициент теплопередачи через трубы из фторопласта в
1,5—2 р а з а ниже, чем через металлические, в среднем от
490 ккалЦ м^-ч-град) д л я с л у ч а я
жидкость/жидкость до
29 ккал1 {м^-ч-град) д л я систем газ/газ.
Основные преимущ ества теп.тообменников из фторопласта —
это исключительная химическая стойкость, несмачиваемость по­
верхности, гибкость труб, отсутствие склонности к образованию
накипи и осадков.
Фторопластовые теплообменники используются в процессах
кристаллизации, в качестве холодильников серной кислоты, к о м ­
прессорных холодильников, п огр уж н ы х н агр евателей конденса­
торов и т. д.
Д л я работы в условиях агрессивных сред очень широко при­
меняются сильфоны из фторполимеров в качестве гибкого соеди­
нения трубопроводов м е ж д у собой и с другим и д е т а л я м и . Р е ­
з у л ь т а т ы исследования работоспособности сильфонов показали
их высокую надежность. Так, сильфон ди ам етр ом 62 мм при
толщине стенки 1 мм в ы д е р ж и в а е т внутреннее давлен и е в
10 кГ1м'^ и свыще 500 000 циклов р а с т яж е н и е -сж а т и е. Сильфоны
из фторопласта-4 в течение 4 лет работаю т в ко н такте с соляной
и азотной кислотой и парами ароматических углеводородов при
тем п ер атур е 135° С; в контакте со спиртом и парам и окислите­
лей при 115— 120° С сильфонные соединения успещно работали
2,5 года.
фторопл
применя­
ющихся в химической, фармацевтической, пищевой и других
о тр асл ях промышленности, составляю т уплотнения.
Поршневые кольца из фторопласта по многим своим к а ч е ­
ствам превосходят поршневые кольца, изготовленные из чугуна,
стали, графита и других материалов.
Высокие кач ества фторопластовых колец лучше всего п р о яв­
л яю тся в у с т а н о в к а х , работающих с различными агрессивными
средами. Основные преимущества фторопластовых поршневых
колец;
низкий коэффициент трения; при трении по ч у гу н у при н а ­
гр узке 25 кГ1см^ он равен у фторопласта-4 — 0,079, у бронзы —
0,260, и ч угун а — 0,35;
в ы с о к а я теплостойкость; кольца из фторопласта могут р а ­
ботать в средах при т е м п е р а т у р а х от — 190° С до -f-260°C;
в ы с о к а я хим ическая стойкость к действию концентрирован­
ных кислот, щелочей, растворителей, масел, спиртов и других
сред;
способность р аб о тать без см азки — са м о с м а зы в а ю щ и е свой­
ства.
Поршневые кольца из фторопласта по своей конструкции из­
готовляются цельными, разрезными с з а м к а м и (п р ям ы м и , ко ­
сыми и в н а х л е с т к у ) и сегментными. Кроме поршневых колец, в
214
компрессорах без смазки устан авливаю тся фторопластовые не­
сущие кольца. Д л я обеспечения начального прижатия кольца к
стенком цилиндра под ним располагается стальной экспан­
дер.
Р еком ендуем ы е размеры поршневых колец по данным фир­
мы Карл Хют приведены в табл. 47.
Таблица 47
Размеры фторопластовых поршневых колец
для компрессора без смазки
1
1
Диаметр
цилиндра
в мм
«
Размеры поршневого кольца
в мм
Радиальная толщина направ­
ляющего кольца в мм
1
1
«
Радиальная
толщина
1
1
Высота
«
Толщина
экспандерного
кольца в мм
цел ьн ого
разрезного
1
1
1
40
70
:
100
3 .5
5
6 ,5
150
8
200
9
275
350
425
500
625
Свыше 625
10
12
1
5
6 ,5
6 ,5
8
10
11
14
16
13
14
16
20
20
25
25
3 ,5
5
6 ,5
8
9
9
10
13
13
16
16
1
2 ,5
2 ,5
2 ,5
5
6 ,5
6 ,5
6 ,5
6 ,5
6 ,5
8
18
0,8
0.8
0,8
1.2
1.5
2
2 ,5
2 ,5
3
3
3 ,5
На рис. 88 и 89 дан ы эскизы поршня компрессора с поршне­
выми кольцами из фторопласта, а т а к ж е конструкция уплотне­
ния с поршневыми кольцами из графита (слева) и фторопласта
(с п р а в а ). Применение фторопластовых уплотнительных колец
позволяет упростить конструкцию поршня, уменьшить количе­
ство поршневых колец и общую длину уплотнения, снизить вес
поршня.
Поршневые кольца из фторопласта рекомендуется приме­
нять:
в средах, которые не долж ны з а гр я з н я т ь с я смазкой (пище­
в а я , химическая промышленности), и д л я сильно коррозионных
сред;
д л я газов, активно вступающих в реакцию с минеральными
м аслам и ;
при низких тем пературах, например при производстве кис­
лорода;
при высоких тем пературах, где обычные смазки р а з л а г а ю т ­
ся и испаряются;
д л я уменьшения ш ум а и вибрации и т. д.
Эксплуатационные характеристики поршневых колец из
фторопласта при работе в компрессорах без смазки достаточно высоки. Так, по данным фирмы Карл Хют при экс215
плуатацин компрессора без смазки, сж имаю щ его в л а ж н ы й во­
дород, срок с л у ж б ы поршневых колец ступени высокого д авл ения (до 300 кГ1см^) составил 2000 ч вместо 100 ч ранее
применявшихся графитовых.
Кроме поршневых колец,
3
фторопласты широко приме­
няют д л я изготовления сальни­
ков, высокоскоростных вал о в ц
ч
P i i c . 88. Эскиз поршня к о м ­
прессора с опорными и у п ­
лотнительными кольцами из
фторопласта:
/ — шток; 2 — э к с п а н д е р ; 3
поршневое кольцо; 4 — га й к а
ш то к а; 5 — опорное кольцо
9
Рис. 89. Конструкция уплотне­
ния с поршневыми кольцами из
графита (сл ева) и фтороплас­
та (сп р ава)
валов, вращ аю щ ихся с низкой скоростью (до 0,8 м/сек). Фторо­
пластовые сальники могут работать без с м а з к и или со смазкой.
из-за которой у л у ч ш а е т с я теплоотвод с поверхности скольжения.
Фторопластовые сальники работаю т в интервале тем п ератур
от —250° до +250° С и не в ы з ы в а ю т износа в а л а .
Из фторопласта изготовляют уплотнительные м а н ж е т ы р а з ­
личной формы, которые используются при средних д а в л е н и я х и
скорости поступательного д в и ж е н и я 0,4—2 м/сек или о к р у ж н ы х
скоростях до 0,25 м/сек. М а н ж е т ы U- и V -обрйзной формы при­
меняются в широком диапазоне давлении.
На рис. 90 показан ы основные типы м а н ж е т , р еко м ен дуем ы е
фирмой К арл Хют ( Ф Р Г ) , а в табл. 48 приведены значения общей
высоты уплотнении, состоящих из V -образных м а н ж е т в колнчестве от 3 до 6 штук в наборе. Н а рис. 91 д а н эскиз у з л а с
уплотнительными м а н ж е т а м и V -образного типа.
Пример. П ять V -образных м а н ж е т ди ам етр о м 50 м м шири­
ной сечения 10 м м д аю т общую высоту уплотнения,
равную
46,1 мм.
Фторопласты д л я п р о кл адо к и набивок в некоторых а г р е с ­
сивных ср ед ах я в л я ю т с я единственным пригодным уплотнитель­
ным м атериалом . П р о к л а д к и из фторопласта м о гут применять216
run
уппот нит епьны х
Fan
уплотнитель ных
манжет
'
't^a»M<erT}
ш€
Типу
Колпачнодый
ТипW
9
О канаЗкой
Чашечный.
TunX
Конусный
Рис. 90. Основные типы м ан ж ет из фторопластов
Таблица 48
О бщ ая высота уплотнения в м м
Ширина сече­
ния манжеты
в мм
3
4
5
6
7 ,5
10
12,5
15
Количество V -образных м ан ж ет
3
4
5
6
14,5
17,3
20,1
2 2 ,9
2 8 ,0
3 3 ,7
40,1
4 5 ,8
17,2
2 0 ,6
2 3 ,9
2 7 ,3
3 3 ,2
3 9 ,9
4 7 ,7
5 4 ,8
19,9
2 3 ,8
2 7 ,8
3 1 ,8
3 8 ,5
46Л
5 5 ,3
6 3 ,9
2 2 ,6
27,1
3 1 ,6
3 6 ,2
4 3 ,7
5 2 ,3
6 2 ,9
7 2 ,9
ся д л я длительном эксплуатации в пределах температур
— 100° с Ч- +150° с при номинальной н агр узке 85 кГ1см~.
При более высокой температуре материал теряет уплотняю­
щую способность. Фторопластовые прокладки применяются д ля
уплотнения фланцев стальных, стеклянных и пластмассовых
труб всех типов. Плоские прокладки из фторопласта применя­
ются д л я уплотнения гладки х фланцев, фланцев с пазами при
н а г р у з к а х до 70 кГ1см^ и температуре 150° С. В табл. 49 приво­
д я т с я размеры прокладок, применяемых д л я трех типов флан15 Заказ 393
217
цевых соединений: I — плоский, II — шип — паз, III — выступ —
впадина.
Учитывая, что фторопласт-4 при н а г р у з к а х и особенно по­
вышенных т е м п е р а т у р а х о б л а д а е т большой текучестью, при ис­
пользовании его фланцевые
соединения выполняют спе­
циальной конструкции типа
//
«шип
—
паз».
Однако
и
в
/
У
7"’
•'У--' / /
этом случае во избеж ание
разгерметизации соединения
необходимо соблюдать опре­
деленные соотношения м е ­
ж д у р а з м ер а м и прокладки и
внутренним давлением в аппарате. И. А, Ш у п л я к и
Рис. 91. Эскиз узл а с уплотнительны­
Н. И. Таганов рекомендуют
ми м ан ж етам и V -образного типа
при расчете на плотность
соединений с п р о к л ад к а м и
из фторопласта-4 пользоваться формулой
2
I
Dв
п
Яо Г\Р т
Dв
Dн
\
начальное н ап ряж ен и е с ж а т и я прокладки;
где
п
коэффициент ж есткости прокладки;
Л
1
h
Уб
Л
Уп
Уб
£бРб ’
Уп ~тУб
п
/
1
4
:^
площадь прокладки, болтов;
м о дул ь упругости прокладки, болтов;
толщина прокладки;
т
1 , 4 1 , 6 — коэффициент з а п а с а плотности;
Dg, D h — внутренний и н ар уж н ы й д и а м е т р ы прокладки;
Р — д авл ен и е среды.
П р о к л а д к и изготовляют вырубкой из листовых м а т е р и а л о в ,
прессованием по р а з м е р у , а в случ ае больших р азм ер о в — м е ­
ханическим путем при резке труб по винтовой линии или стер ж О
ней с последующей в ы т я ж к о й по д и а м е т р у и сваркой концов
д л я получения з ам к н уто го кольца. Все эти методы трудоем ки и
малоэффективны.
Кроме п р о кл ад о к из чистого фторопласта, изготовляют про­
к л а д к и комбинированные, у которых фторопласт используется в
кач естве чехла, а сер д ц еви н а-вкл ад ы ш вы полняется из уп ругого
м а т е р и а л а , обычно термостойкой резины. Этот тип п р о кл ад о к
применяется д л я уплотнения соединений стеклянных, фарфоро­
вых, к е р а м и к о в ы х и эм ал и р о ван н ы х труб. В ы с о к а я хи м и ческая
стойкость т ак и х п рокладок обеспечивается фторопластовым чехло.м, а упругость — м я г к и м в к л а д ы ш е м .
Fn, Рб
Еп, Еб
h
О
218
Таблица 49
Размеры (в м м ) плоских прокладок из фторопласта
[по ^:анным фирмы Карл Х ю т |ФРГ)]
I
II
III
Типы фланцевых соединений
I
Диа­
метр
трубы
в мм
10
15
20
25
32
40
50
60
70
80
100
125
150
200
250
300
350
400
450
500
Внут­
ренний
ди а­
метр
14
20
25
30
38
45
57
70
76
89
108
133
159
216
267
318
368
420
470
520
Н аруж ный диаметр при высоте
фланцев в мм
10
38
43
53
63
75
85
95
107
115
132
152
182
207
262
318
373
423
473
528
578
328
378
438
490
540
595
111
II
16
162
192
218
273
330
385
445
497
557
618
25
285
342
402
458
515
565
625
40
45
50
60
70
82
92
107
117
127
142
168
195
225
292
353
418
475
542
Диаметр прокладок в мм
внут­ н а р у ж ­ вн ут­ н а р у ж
ренних ных
ренних ных
24
29
36
43
51
61
73
85
95
106
129
155
183
239
292
343
395
447
497
549
34
39
50
57
65
75
87
99
109
120
149
175
203
259
312
363
421
473
523
575
14
20
25
30
38
45
57
70
76
89
108
133
159
210
267
318
368
420
470
520
34
39
50
57
65
75
87
99
109
Вы­
сота
1,5
120
149
175
203
219
312
363
421
473
523
575
В табл. 50 приведены основные типы и размеры комбиниро­
ванных прокладок с мягким вклады ш ем , в ы п ус к а е м ы х (Ьиомой
(Ф РГ).
^ ^
Промышленностью освоен эластичный уплотнительный м а т е ­
риал из неспеченного фторопласта-4Д ( Ф У М ) , содержащий
с м а з к у . Этот материал вы пускается в виде шнура бесконечной
длины по Л1РТУ-870-62. Наличие такого м атер и ала упрощает
изготовление прокладок любых диаметров.
Ф УМ применяется в качестве химически- и теплостойкого
сам о см азы ваю щ его ся набивочного и прокладочного м атериала,
219
Таблица 50
Основные типы и разм еры комбинированных прокладок
с вкладышем, выпускаемых ф ирмой Карл Х ю т |ФРГ|
Тип
Сечение
Наиболь­
Наимень*
ший
ший
внутренний н а р у ж н ы й
диаметр
диаметр
L) в мм
D в мм
Суммарная
толщина
п р о кл адки
в мм
Толщина
чехла из
фторопласта
I
15
28 0
2 — 16
0 .3
2
15
28 0
2— 16
0 ,3
3
15
28 0
2— 16
0 ,3
4
10
60 0
3 — 30
0,5—1
5
10
600
3 — 30
0,5— 1
6
15
60 0
3 — 30
0,5— 1
7
15
60 0
3 — 30
0,5— 1
8
300
2 — 30
0,4
9
300
2— 30
0.4
10
15
28 0
16
0,3
11
15
28 0
2— 16
0.3
12
10
28 0
3 — 12
0,3
13
10
28 0
3— 12
0.3
14
10
28 0
3 — 12
0,3
15
10
280
3— 12
0.3
16
30 0
—
3—
30
%
0.3
17
300
3 — 30
0.3
18
15
28 0
19
15
280
20
15
28 0
Ш
З
к
С Д )
работаю щ его при тем п ер атур е от — 60 до - 1 5 0 ° С и д а в л е н и я х
до 64 кГ/см'^.
В зависимости от химической стойкости с м а з к и Ф У М в ы п у с ­
к а ю т д в у х м ар о к: м а р к а В — д л я различных агрессивных сред
220
промышленного типа; м а р к а Ф — д л я специальных условий р а ­
боты (в среде сильных окислителей и т. п.).
Ф УМ вы п ускается следующего сечения (длина образца не
менее 1 м) в мм, квадратны й — от 3 X 3 до 8 x 8 ; круглый —
диаметром от 2 до 22 мм-, прямоугольный — от 2 X 4 до 2 X 8.
Основные показатели физико-механических свойств ФУМ;
разрушающее напряжение при растяжении в кГ1см^ — не менее
20; относительное удлинение при разрыве в % — не менее 50.
П рокладки из Ф У М а применяются в соединениях типа
«шип — паз», « з а м о к » с зазорами не менее 0,2 мм на сторону
(и «выступ — в п а д и н а » ).
Высота выступа или шипа д о л ж н а быть больше глубины
впадины или паза не менее чем на 1,0— 1,5 мм.
Чистота уплотнительных поверхностей д о л ж н а быть не ниже
4-го класса. При подборе размеров шнура д л я прокладок можно
ориентироваться на следующие размеры в мм д л я фланцев
«шип — паз».
Ширина уплотнительной п о в е р х н о с т и .......................................2
7
10
13
Диаметр шнура круглого с е ч е н и я ................................................
2 2—3
3
—
Размеры шнура прямоугольного с е ч е н и я ..................................— 2 X 4 2 x 4 2 x 4
При у к л а д к е шнура круглого сечения концы его соединяют­
ся вместе (скручиваю тся), и образующееся кольцо у к л а д ы в а е т ­
ся в соединение. Концы шнура прямоугольного сечения соеди­
няются внахлестку.
Шнур в соединениях «шип — паз» у к л а д ы в а е т с я по внутрен­
нему (меньшему) ди ам етр у паза, а в соединениях типа « з а м о к »
и «выступ — впадина» — по н ар уж н о м у (большему) диам етру
уплотнительной поверхности (впадины).
Болты соединения с прокладками из ФУМ необходимо з а т я ­
гивать равномерно, избегая перекосов. Через 10— 12 ч после
сборки соединения следует повторно подтянуть болты.
Тип комбинированных прокладок и условия их эксплуатации
выбирают согласно рекомендациям НИИХИММАША.
Соединения, обладающие ограниченной подвижностью, в ы ­
полняются с помощью сильфонов. Сильфоны изготовляются
полностью из фторопласта-4 к а к методом прессования, т а к и
механической обработкой из заготовок. Сильфоны представляют
собой гибкие трубчатые устройства, способные воспринимать
осевое или радиальные перемещения, имеющиеся в трубопрово­
дах. Р азм ер ы сильфонов обычно согласовываются с потреби­
телем.
Д л я уплотнения подвижных соединений (валы насосов,
поршней, мешалок, штоков вентилей, кранов и т. д .), применя­
ют ФУМ и асбестовые шнуры с фторопластовой пропиткой.
Применение набивок из Ф УМ требует дополнительной у с т а ­
новки жестких поднабивочных колец, выполненных по 3-му клас221
су точности. М а т е р и а л колец вы би рается в зависимости от
среды. Шероховатость скользящей поверхности в сальнике
д о л ж н а соответствовать к л а с с у 8.
Отрезки шнура квад р атн о го сечения (со срезами на концах
под углом 45° С) у к л а д ы в а ю т с я кольцами в к а м е р у сальника.
Срезанные поверхности концов колец д о л ж н ы быть плотно при­
ж а т ы м и д р у г к д р у гу. Р а з р е з к а ж д о г о в к л а д ы в а е м о г о кольца
д о л ж ен быть смещен на 90° по отношению к р а з р е з у ранее вл о ­
женного кольца. Шнуры круглого сечения у к л а д ы в а ю т с я в к а м е ­
ру сальника в виде спирали, намотанной на шток.
Усилие з а т я г а Q сальниковых набивок из Ф У М в зав и с и м о ­
сти от рабочего д а в л е н и я среды вы б и р ается равным
Q = 3,5-v-4,0Pp^6 (при
кГ!смУ,
Q = 2,04-2,4Pj„^6 (при Рраб = 64 кГ1см^).
Через сутки после сборки соединения следует повторно под­
ж а т ь сальник усилием, р авн ы м первоначальному.
Освоены специальные набивки из голубого асбеста и фторо­
пласта, которые рекомендуются д л я уплотнения при работе с
сильно агрессивными средами.
В табл. 51 представлены р е з у л ь т а т ы испытаний этих наби­
вок и рекомендации д л я применения.
Электротехническая промышленность — одна из отраслей,
широко потребляющих изделия из фторопласта, обладаю щие
высокой электроизоляционной способностью (в 2 0 —30 раз в ы ­
ше, чем у д р уги х п л а с т м а с с ).
Фторопласт-4 — ценный электроизоляционный
м атериал,
особенно д л я работы в условиях высоких частот и тем пературы .
Фторопласт используется д л я изоляции различных типов
проводов и кабелей, широко применяется в эл е к т р о д в и га т е л я х ,
генераторах, трансформаторах, а п п а р а ту р е связи и электронной
аппаратуре. Д л я изоляции используется фторопластовая лента
толщиной от 0,006 до 1,5 мм (иногда с липким слоем ). Д л я изо­
ляции проводников используют т а к ж е гибкие фторопластовые
трубки, о к р а ш и в а е м ы е в черный, коричневый, красный, зеленый,
голубой, ж е л т ы й цвета.
В д в и г а т е л я х и генераторах фторопластовая лента (в сочета­
нии с лентой из стеклоткани) используется д л я обмотки катуш ек.
Кроме фторопласта-4, д л я изоляции применяется и фторо­
пласт-3. Электроизоляция из фторопласта-3 р аб о тает к р а т к о в р е ­
менно (4 ч) при тем п ер атур е от —55° С до +190° С, при преры­
вистой работе (250 ч) при тем п ер атур е от —40° С до - f l 5 0 ° C ,
при длительной работе от ( —4 0 ° С) до ( - f 1 3 5 ° С ). Фторопласт
применяется д л я изготовления конденсаторов емкостью до
20 мкф.
222
}
4
I
t
I
¥
О
сч
00
у Н
и
о
со
см гг
ф *
С
С
<
В,
о
U н
< е
а
<
о
н
о
ю
•»
с
<
о
н
>»
и
о
н
>»
о
о
•»
•»
с
<
<
у
is: о
о СО
ь~
>»
о
«^
со
н
ю
л^
Г*
S
с
<
X
—
2
X
>х
S
ао»
U
X
Z
ф
X
ш
ю
о.
\J
с;
о
н
>>
и
О
осо
(М
го сс
•*
Н Н Н
и и и
< < <
U U
а;
X
X
ю
н
2
с
W
ж
X
п
н
лс
>»
1«4
о.
X
«
X
ос
с
ж
2
ш
оX
X
X
л
е
«
W
ОС
с
Ч
2
сп
X
о.
ф
►«
ф
2
в
О
X
с:
н
о
а
S
lai
К
СЧ
X
О.
с»
и
S
2
а;
UD
CS
8о
to
с;
\D
>Q)
X
|р
а о
I
0>
оё
Ц
с> *
S
о.
О/
и
С
.a
Ю
т а
I
о;
fo
о
Ct
о
a
о
о г о
X тг
о
9S
о:
Л
а . сс S
is: S ОS
и -S - 0>
S
Си
(L*
ю <
и CD
X
и
з:
S
а
sо>
со
^о 5S
ш
Q.
о
о
о
о
с:
<
-
t°! =
^ Н
о
о
о
<
00
CNI
ф ф
•*
а
<
со
О)
о
о
о
а
•*
I
>»
c;
u
о
о
о
ю
GC
с
<
и
♦«
о
to
фш
^ А
о
О.
с;
и
Sii^
а>
X
н
о
ч
с
>>
О
о
00
ои
оа
о
X
оу
<У
а
S*
(V
э3
о
о
о
CN
со
са
и
со
3*
3*
о
о
о
о
ю
о
о
о
со
(N
о
о
ю
03
S
<
1^
и
о;
-I-
со
=5
о
3 -о
^ з1
00
с =
ass-
f=t
о
сз
2
4°
15 §л
т а
а:
к
т а
т а
D*
к
Q.
О
U
S
и
<
X
X
тят
(J
т а
о
к
S
с;
sr
Э
55
со
Е
VO
т а
“f“
о.
аЗ
гО
■=;
С
CQ
О
и
о
и
S
О)
т а
т а
к
X
сг
t=c
О) со
О.
о
S
—
я =
яю
»
23
о>
S
X
о
е
и
с:
<
X
U
та о
а; о
“
и
т а
X
О) « §
S S •*«
X SI
X
J3 S
X
КС 2
S
S оа;.
(V
э*
О
X
X >> Ч
m
о
т а
X X а
X
2
т а
о €0
О
О)
S
X
о
CJ
>v<
т а
X
S
I
и S
о.
о
о
сг О
8
О
К г
с ю S
S а
с< о
X
is:
X
»s
CD
) 3
S О
о;
X
с. я
а
,
н 3"
о 9 S с:
(V
с f—
CL ю
о О) оо .
о
Г' с
ю
н
к
X U г
X
«J ш
о.
п X
О SX
Si
Е а. а
Г"
CD >.
V н
О,
X
X
m S са
Сг
о.
о;
X
5
=(
О
а
О) 03
О
о. О Л
3 §п со 6
с
с
5
=
О а; о
£ 03 \о <
т а
X
0^
J3
CQ
о
S
н
>>
VO
о
о.
•
к
т а
т а
т а
т а
с
ffi
т а
т а
т а
т а
и
S о
S О
X СО
<У
1со=^ о
4
о
а,
S
>>
Он н
с о
о
X с
5
=( (У
о н
си
и
т а
т а
т а
т а
т а
о.
и
та
со CU
<У
X с
о
S
0> о
3
н сч
т а
т а
т а
лл
т а
X
ш
о
3
0
>
н
X
й)
ч
22
у
S
G
4
со
5
О/
г
со
н
а
а
цСП
со
Q.
03
а
>>
X
3
«
S
о
3
X
X
0ш0
о
U
U
о
а
с:
н
о
со
о
исо
с;
U
О
V
X
X
S
т а
с=■13
>^ я
Soo
^
S Wо
О .Я *
U
<
i
с
о
Си
ио
S
со
S
О)
т а
т а
О
чу
а
о
т а
03
о
н
о.
S
с
U
я
о
>п
Си
f
о
а
О)
•Э*
I
9
н :Х
о 0> S
f
т а
о;
J3 =(
а>
.
и о
о
о
га
WS
о
I
224
н
о
о
X
is:
т а
о
" 1.
о
(J
U
т а
X
S X2
I
ым
О)
S
S
о
К
о
2
н
X
S
о о
а.
с
а
н
и н
о
о с
о
о.
о
^
S
л S
S
а
о
о
S’ f
и о
Я
О.
sf
(в
ва
I
_
г#
еч
см
в
последние голы, бл<1Годпря подбору ciu-uii.i.;ibnhix клеев,
стали и з г о т о в л я т ь с я початпыо схо.мы m;i основе (^»торопласга-4
толиииюй 0,12 -3,1 мм д л я р.чдноприемиикон, телепию ров, тслефопов-усилителей и т. д.
Л\еталлизиров.. 1нп; 1Я г и б к а я ф торопластовая плепка с успе­
хом исп о л ьзуется вместо обычной проводки д л я с л о ж н ы х систем
в у п р а в л я е м ы х р а к е т а х , космических ко р абл ях .
Пищевая vi фармацевтическая промышлениосгь. Фгоро
пласт-4 п р и м ен яется в хлебопекарной промышленности. Тонкая
пленка 1])торопласта, н а н есен н ая на в а л ы и . 1, пр едо хр аняет их от
н али п ан ия теста; т а к и е ж е ан ти а д ге зи о н н ы е пленки применяю т­
с я в т е с т о м е ш а л к а х , на транспортных л е н т а х , д л я покрытия про­
тивней и ск о во р о д (толщина покрытия 0.05 .и.и).
Прозрачная пленка из фторопласта используется для у п а ­
ковки медикаментов, сухих сывороток, мази, косметических то­
варов. Из толстой пленки изготовляются фляги для питьевой
воды, шампуней, красящих веществ.
Из фторопластовых листов толщиной 0,75 мм изготовляют
подошвы для специальной об\ви.
Аэрозольные смазки на основе фторопласта применяются в
быту для см азы ван и я трущихся поверхностей выдвижных
ящиков. Очень важной областью применения фторопласта является медицина.
Применение фторопласта-4 в медицине обусловлено абсолютной химической и биологической инертностью. Фторопласт-4
все шире начинает применяться в сердечно-сосудистои и других
областях восстановительной хирургии. Клинические исследова­
ния показали, что изделия из фторопласта-4, по сравнению с
другими пластмассами, в 2 —3 раза, сокращают время реактив­
ных тканевы х процессов, а т а к ж е не вызываю т отложения фиб­
рина и тромбообразования на своей поверхности.
Д л я изготовления различных протезов применяются ткани и
войлок из отечественного фторопластового волокна. Из ткани
изготовляются пояски врастания протезов митральных и аор­
тальных клапанов сердца. Войлок из фторопласта-4 применяет­
ся д л я устранения м еж ж ел удо ч н ы х и межпредсердных дефек­
тов сердца человека. Из фторопластовой нити изготовляются
протезы кровеносных сосудов.
Приведенные сведения по применению фторопластов не
являю тся исчерпывающими, т а к к а к ооласти применения м а т е ­
риалов все больше расширяются; дополнительные данные по
вопросам применения в отдельных отраслях новых марок фто­
ропластов можно получить в специальной литературе.
Глава
IX
НЕКОТОРЫЕ П О Л О Ж ЕН И Я П О ТЕХНИКЕ Б Е З О П А С Н О С Т И
ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ Ф Т О Р О П Л А С Т О В
Политетрафторэтилен, политрифторэтилен, поливинилиденфторид и други е фторполимеры в обычных усло ви ях я в л я ю т ся
абсолютно инертными вещ ествами и не о к а з ы в а ю т никакого
токсического действия, б л а г о д а р я чему, например, фторопласт-4
применяется д а ж е в пищевой, хлебопекарной и ф армацевтиче­
ской промышленности. Однако при переработке в процессе спе­
кания отпрессованных фторполимеров начинают в ы д е л я т ь с я
газообразные продукты деполимеризации фторопластов. При
нагревании до 200° С начинается очень медленный процесс депо­
лимеризации; выделение газообразны х продуктов при нагреве
до 300° С очень мало, со ставл яет всего 0,0002% в час, однако
при дальнейшем повышении тем п ер атур ы до 400° С скорость деполи.меризации во зр астает; при тем п ер атур е 390° С потери в
весе составляю т 0,006% в час, а при тем п ер атур е 420° С —
0,09% в час. При разложении фторполимеров вы д ел яю тся р а з ­
личные ненасыщенные соединения, из которых особенно ядовит
перфторизобутилен, выделяю щ ийся при т е м п е р а т у р а х 700—
800° С; при более низких т е м п е р а т у р а х в ы д е л я е т с я большое ко ­
личество мономера тетрафторэтилена; при разлож ении д р уги х
марок фторопластов вы д ел я ю тся соответствующие мономеры,
димеры и другие низшие полимеры.
Особую опасность при разложении фторопластов п р е д с т а в ­
л я е т способность их мономеров окисляться на в о зд у х е с образованием нестойких перекисных соединении, которые, р а з л а г а я с ь ,
в свою очередь, образую т фторфосгены.
Фторфосгены взаимодействую т с влагой в о з д у х а и образуют
двуо ки сь угл е р о д а и фтористый водород.
Скорость образования фтористого водорода во в л а ж н о м в о з ­
д у х е зависит от температуры.
О
Температура в ° С .......................................
Скорость образования % в мин . . .
О
360
380
400
420
440
460
0 ,0 0 0 3 0 ,0 0 0 6 0 ,0 0 0 9 0 ,0 0 7 0 ,0 1 4 0,021
Фторфосгены, п о п ад а я на слизистые оболочки д ы х ат ел ь н ы х
путей человека, гидролизуются с выделением HF, вы зы ваю щ его
сильнеишие ожоги легких.
П р и зн акам и острого отравления я в л я ю т с я : р а з д р а ж е н и е
глаз, и слизистой оболочки носа, слюнотечение. При более в ы ­
соких концентрациях — изъязвление слизистых оболочек, носо­
вые кровотечения, рвота. При очень высоких концентрациях воз226
нигают спазмы гортани и бронхов, приводящие к отекам легких.
Предельно допустимая концентрация фтористого водорода со­
с т а в л я е т 0,0005 мг!л.
Признаки отравления перфторизобутиленом, тетрафторэтиленом и другими продуктами пиролиза — резкое раздраж ение
слизистых оболочек верхних дыхательных путей, при остром от­
равлении — отек легких.
Предельно допустимая концентрация перфторизобутилена —
0,0001 мг!л.
При термическом разложении фторопласта-3, который р а з ­
л а г а е т с я при более низких температурах, чем фторопласт-4, в ы ­
деляется большее количество токсичных газообразных продук­
тов пиролиза; так, при температуре 270° С их вы деляется 0,04%
в час. Ориентировочно д л я трифторхлорэтилена предельно д о ­
пустимая концентрация принята 0,008 мг!л.
Очень большую опасность представляют пожары в местах
хранения и переработки фторполимеров, т а к к а к при этом фторполимеры подвергаются действию очень высоких температур,
вызывающих их пиролиз с выделением токсичных продуктов.
Недопустимо курение в рабочих помещениях, т а к к а к пыль
фторопласта, оседая на горящей папиросе, р а з л а га е т с я , и про­
д у к т ы разлож ения попадают сразу в верхние дыхательные пути
человека.
К а к у ж е говорилось ранее, медленное выделение токсичных
продуктов разложения фторопластов начинается у ж е при 200° С,
поэтому воздух рабочих помещений всегда может быть з а г р я з ­
нен этими продуктами.
Отмечено, что у рабочих, зан яты х переработкой фторполи­
меров, наблюдаются некоторые изменения в органах дыхания,
сердечно-сосудистой системе, в органах пищеварения и высшей
нервной деятельности, вегетативной нервной системы, органов
кровообращения и кожи.
У аппаратчиков заводских цехов наблюдались лихорадочные
явлен и я (повышение температуры, озноб, изменение цвета к о ж ­
ных покровов), названные условно «фтористой лихорадкой».
Основные правила по технике безопасности при переработке
фторполимеров являю тся следующие:
1. М а к с и м а л ь н а я герметизация печного оборудования и обес43
и
печение его местной вытяжной вентиляциеи.
2. Обеспечение приточно-вытяжной вентиляцией всех рабо­
чих помещений, где происходит термическая обработка фторпо­
лимеров; кратность обмена воздуха не менее 8.
3. Обеспечение рабочих при з а г р у з к е и вы грузке печей спе­
циальными изолирующими противогазами.
4. Д л я определения чистоты воздуха в производственных по­
мещениях необходим регулярный контроль воздуха на содерфторорганических
шш
227
5. В помещениях, где х р ан я т с я и п ер ер аб аты ваю тся фторо­
пласты зап р ещ а ется курение и пользование открытым огнем.
6. При возникновении п о ж а р а в рабочем помещении или на
с к л а д е готовой продукции тушение п о ж а р а о сущ ествл яется в
изолирующих противогазах.
7. Рабочим, з а н я т ы м переработкой фторопластов, вы д аю тся
нейтрализующие средства (м о ло ко ), спецпитание, п р ед о став­
л я е т с я укороченный рабочей день (6 ч) и дополнительный от­
пуск — 12 дней.
фторопл
п ерер аб отке), помимо опасности отравления продуктам и тер м и ­
ческой деструкции материалов, возникает опасность отравления
некоторыми вида.ми наполнителей.
Графитовая пыль — при длительной работе с ней м о ж е т в ы ­
з в а т ь различные расстройства: утомляемость, каш ель, боли в
груди, одышку, д е р м а т и т и, в конечном итоге, пневмокониоз.
Предельно д о п усти м ая концентрация — 10 мг1м^.
Кварцевый порошок — в ы з ы в а е т силикоз, силико-туберкулез, отек легких. Предельно д о п ус т и м а я концентрация —
1,0 мг1м^.
Асбестовое волокно — опасно особой формой фиброза л е г ­
ких. Предельно до п усти м ая концентрация — 2 мг1м^.
Стекловолокно в ы з ы в а е т р а з д р а ж е н и е слизистых оболочек
верхних д ы х а т е л ь н ы х путей, сухость и п окалы ван и е в горле, з у д
и гнойничковые заб о л еван и я кожи. Предельно д о п усти м ая кон­
центрация — 3 мг/.и^.
Д исульф ид молибдена —^ хроническое отравление приводит к
нарушению обмена, прогрессирующему диффузионному процес­
су в легких с переходохМ в склероз. Предельно д о п у ст и м а я кон­
центрация — 0,006 мг/л.
Во всех с л у ч а я х при работе с наполнителями фторопластовнеобходимо иметь маски, очки, сп ец о деж д у из плотной ткани, а
т а к ж е противопылевые респиоатооы ПРШ -2М-59. ПРШ -2 и ло.
ЛИТЕРАТУРА
■I. А в г у с т о в Ю. А. Сборник инструкций по технологии защиты хими­
ческом аппаратуры полимерными материалами. М., ОНТИ, НИИХИММАШ,
1966, 32 стр.
2. А в г у с т о в Ю. А. П ластмассовые покрытия. «Всесоюзное химическое
общество им. М енделеева», т. VIII, 1966, № 3, стр. 261.
3. А 3 а р о в В. И., Д е г т я р е в В. В., Г о р я й н о в а А. В. Об изго­
товлении узлов химической аппаратуры из фторопласта-4. «Химическое и нефтяное машиностроение», 1968, № 1, стр. 28—30.
4. А н д р е е в с к а я Г. Д. Высокопрочные ориентированные стеклоплас­
тики. Л\., « Н а у к а » , 1966, 370 стр.
5. А ф а н а с ь е в П. А. Применение пластмасс в машиностроении. М.,
Машгиз, 1961, 198 стр.
6. Б е л ы й В. А., Ю р к е в и ч О. Р., М и р о н о в и ч Л. Л. Анализ неко­
торых способов нанесения тонкослойных полимерных покрытий. «П л астм ас­
сы», 1965, № 2, стр. 28—31.
7. Б е л ы й В. А., Ю р к е в и ч О. Р., М и р о н о в и ч Л. Л. Нанесение тон­
кослойных полимерных покрытий вибро-вихревым способом. «Технология м а ­
шиностроения», 1964, Кя 7, 12 стр.
8. Б и л ь м е й е р Ф. Введение в химию и технологию полимеров. М.,
«И зд. иностр. лит.», 1958, 570 стр.
9. Б и р г е р И. А.. Ш о р р Б. Ф., Ш н е й д е р о в и ч Р. М. Расчет на
прочность деталей машин. «Машиностроение», 1966, 616 стр.
10. Б о ж к о в Г. К. Влияние параметров прессования и спекания на свой­
ства фторопласта-4, «Пластические массы», 1967, Кя 4, стр. 53—54.
11. Б ОКИ и М. П., Ц ы п л а к о в О. Г. Расчет и конструирование д е т а ­
лей из пластмасс. М., «Машиностроение», 1966. 175 стр.
12. Б о р и с о в Б. И. О количественной оценке защитного действия поли­
меров от различных агрессивных сред. «П ластм ассы », 1965, № 4, стр. 50.
13. Г а л и л - О г л ы
Ф. А., Н о в и к о в А. С., Н у д е л ь м а н 3. Н.
Ф торкаучуки и резины на их основе. М., «Химия», 1966, 235 стр.
14. Г а н з С. Н., П а р X о м е н к о В. Д. Антифрикционные химически
стойкие материалы в машиностроении. М., «Машиностроение», 1965, 143 стр.
15. Г л у х о в Е. Е. Роль индекса расплава при определении некоторых
технологических параметров процессов переработки. «Пластические массы»,
1965, № 12, стр. 21.
16. Г р и н б л а т В. Н., Г л а д ы ш е в а Л . А., Л а п ш и н В. В. Опреде­
ление температурного интервала переработки полимеров при литье под д а в л е ­
нием. «Пластические массы», 1965, № 11, стр. 1.
17. Г а р б а р М. И., А к у т и н М. С. и др. Справочник по пластмассам.
М., «Химия», 1967, 462 стр.
18. Д о л л е ж е л Б. Пер. с чешек, под ред. ред. Вайнштейна Ю. И. Корро­
зия пластических материалов и резин. М,. «Химия», 1964, 248 стр.
19. Д о м а ш н е в А. Д . Конструирование и расчет химических аппаратов.
Машгиз, 1961, 624 стр.
20. Е ф р е м е н к о И. П., К о л о к о л о в а Т. Г. Опыт использования
полимерных материалов в качестве антифрикционных покрытий химического
оборудования, «Технология и организация производства», 1967, № 5, стр. 86.
21. З а в г о р о д н и й В. К. М еханизация и автоматизация переработки
пластических масс. М., «Машиностроение», 1964, 487 стр.
22. 3 а к у р д а е в а Е. Г., К а р н е Я. Я. Запорная и регулирующая ар ­
м атура д л я агрессивных сред. «Химическое и нефтяное машиностроение», 196Ь,
№ 10. стр. 11— 13.
23. 3 ы б и и Ю. А., С а м а с а т с к и й Н. Н. Наполненные фторопласты.
Киев, «Техника», 19, 1965, стр. 75.
24. Каталог. Фторполимеры. «Западно-Уральское ЦБТИ». 1967.
25. Каталог-справочник. Фторполимеры. «Союзхимэкспорт», 1965.
229
26. К л и н OB И. Я-, Г о р я и н о в а А. В. Новые неметаллические м а т е ­
риалы д л я химического машиностроения. «Химическое и нефтяное машиностроение», 1965, № 8, стр. 9— 13.
27. К л и н О Б И. Я. , Л е в и н А. Н. П ластмассы в химическом машино­
строении. М., Машгиз, 1963, стр. 212.
28. К о н д р а т ь е в Э. Н. Энергия химических связен. «Успехи химии»,
1957, № 26, 8, стр. 861—874.
29. К о з у л и н Н. А., Ш а п и р о А. Я. , Г а в у р и н а Р. К. О б ор удо ва­
ние д л я производства и переработки пластических масс. Л., «Х имия», Ленин­
градское отделение, 1967, 788 стр.
30. Л а 3 а р М., Р а д о Р., К л и м а н Н. Фторопласты. М .— Л., «Э н ер­
гия», 1965, 304 стр.
31. Вредные вещ ества в про.мышленности. Под ред. Л а з а р е в а Н. Б. Т. 1
и 2, М., «Х имия», 1965, 620 стр.
32. Л е щ е н к о С. С., К а р п о в В. Л., К а р г и н В. А. «В ы со ко м о ле­
кулярны е соединения». 1963, № 5, стр. 953.
М а л о в А. Н. Технологические основы конструирования детален из
пластм асс (Сборник статей. «П л астм ассы в машиностроении»). М., «М аш и ­
ностроение», 1964.
34. М о с к а т о в К. А. Исследование усталостной прочности плоско-вог­
нутых диафрагм. «Химическое машиностроение», 1965, Кя 6, стр. 6.
35. Н и к о л а е в а Т. Н. , К у д р я в ц е в а Н. С. Антикоррозионные по­
крытия
на основе модифицированного фторопласта-3 (фторопласта-ЗМ).
«П л астм ассы », 1962, № 1, стр. 41.
36. Н и к о л а е в а Т. Н. и др. Ускоренный метод получения покрытий
из суспензий фторопласта-ЗМ. «П л астм ас сы », 1964, Кя 5, стр. 45.
37. Н и к о л а е в А. Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на
их основе. М .— Л., «Х имия», 1966, 289—308, 768 стр.
38. Новые материалы в технике. Под ред. Тростянской Е. Б. М., «Х имия».
1964, 656 стр.
39. О р ж а X о в с к и й М. Л., З в я г и н ц е в а Н. В. «Л акокрасочны е м а ­
териалы и их применение». 1965, № 5, стр. 57.
40. О р ж а х о в с к и й М. Л . Закономерности влияния температуры и кон­
центрации агрессивной среды на долговечность полимерных материалов.
«П л астм ассы », 1966, № 5, стр. 60.
41. О р ж а х о в с к и й М. Л. , Т и х о м и р о в В. Б. Защитные покрытия
в атомной технике (сборник статей ). «А вто и зд ат», 1963, стр. 166— 173.
42. П е р е г у д Е. А. С ан и тар н ая химия полимеров. Санитарно-химичес­
кие методы исследования при производстве и применении синтетических поли­
меров. «Х имия», Ленинградское отделение, 1967, стр. 330.
43. П е р ц е в В. П., Е ф р е м е и к о И. П., М и х а й л ю с ь Н. Г. Тепло­
обменная ап п ар атур а из полимерных материалов. «Химическое и нефтяное м а ­
шиностроение». 1968, № 4, стр. 8.
44. П и к И. Ш. Прессовочные литьевые и поделочньГё пластические м а с ­
сы. «Х имия», 1964, 127—*'.36, 379 стр.
45. П ластмассы в машиностроении (сборник статей ). М., «М аш инострое­
ние», 1964, 344 стр.
46. Применение пластмасс в кабельной промышленности (сборник д о к л а ­
до в). ВНИИЭМ. 1964, 181— 189.
4 7 .-П р о к о п е и к о Е. Г., Л а п ш и н В. В. Вихревое напыление поли­
этилена низкого давления. «П л а с т м а с с ы ». 1961, № 8, стр. 26.
48. Проспект С С С Р на вы став ке «Х имия». 11—26 сентября 1965.
49. С е в е р и н П. А. Новое в технологии получения металлополимерных
антифрикционных материалов на основе политетрафторэтилена (материалы
к Третьей Всесоюзной научно-технической конференции 14— 17 июня 1966 г.),
Киев, 1966, стр. 76— 77.
50. С е м е н о в А. П. . М а т в е е в с к и й Р. М. , П о з д н я к о в В. В.
Технология изготовления и свойства содерж ащ их фторопласт антифрикцион­
ных материалов. iM., И зд-во АН С С С Р, 1963, стр. 64.
230
51. С л а в и н И. Ю. Применение новых материалов в компрессорах без
сказки . Сборник Цинтихимнефтемаш» ХМ—3. М., 1966, 30 стр.
52. С л о н и м е р Б. М. М онтаж трубопроводов из фторопласта. «Монт а ж 1 »ые и специальные работы в строительстве», 1965, № 3, стр. 10.
53. С л о и и м е р Б. М. Компенсация линейных удлинений стектянных
трубопроводов. «М онтаж ны е и специальные работы в строительстве», 1965,
N° 8, стр. 10— 12.
54. Стеклопластики. Под ред. М органа Д . Пер. с англ. под ред. Аврасина Я. Д . «И зд-во иностр. лит.», 1961, 481 стр.
55. С у р о в я X В., X у д 3 и н ь с к и С. Применение пластмасс в маши­
ностроении (перевод с польского). М., «Машиностроение», 1965, 427 стр.
56. С у х о в С. И. , Л е в и н А. И. Химическая аппаратура из бнпластмасс. «Химическое и нефтяное машиностроение», 1965, № 5, стр. 4—8.
57. Т и X о м и р о в а Н. С. Некоторые способы расчета срока службы
пластмассового слоя, работающего в агрессивных ж и дкостях в качестве фу­
теровки. «П л астм ассы », 1963, № 10, стр. 36.
58. Т и X о н о в а М. С., Г о р я и н о в а А. В. Неметаллические материа­
лы в химическом машиностроении. «Труды НИИХИММАШ», вып. 52, М..
«Машиностроение», 1967, стр. 3.
59. Т и X о н о в а М. С. Новые уплотнительные материалы на основе фто­
ропласта-4 с комбинированным наполнителем д л я компрессоров, работающих
без смазки. «Химическое и нефтяное машиностроение», 1965, № 12, стр. 30—31.
60. X у в и н к Р., С т а в е р м а н А. Химия и технология полимеров. Т. 1,
«Химия», 1965, 675 стр.
61. «Химическая промышленность за рубеж ом », 1964, № II, стр. 35—38.
62. «Химическая промышленность» за рубежом, 1963, № 11, стр. 83.
63. Ц а л л а г о в а Э. С. Свойства и применение фторуглеродных пласти­
ков. «Химия», Ленингр. отделение. Л., 1967, 97 стр.
64. Ч е г о д а е в Д . Д ., Н а у м о в а Ц. С. и др. Фторопласты. «Госхимиздат», 1960, 192 стр.
65. Ш т е р е н 3 о н А. Л., С т а в н и ц е р И. Л . Покрытие деталей в ки­
пящем слое фторопластом-3. «П ластм ассы », 1955, № 3, стр. 53.
66. F e n n e r O t t o . «M odern P la s t», 1964, 42, N 2, 148, 150, 208.
67. F e n n e r O t t o . «Chem. Eng.», 1964, 71, N 23, 170— 186.
68. «Chem. E ng.», 1964, 71, N 8, 108, 110.
69. G e h i n G. « P la s t. inform.», 1965, 16, N 351, 10— 11.
70. I r w i n A. S. «M odern P la s t», 1965, 43, N 1, 178, 240.
71. K o r t e F., G l e t W. «Z. Naturforsch», 1965, 206, N 7, 703—705.
72. Lommel Ditter «Kunststoff», 1966, 56, N 1, 33—35.
73. M ozvisvek M ax «Z p rav y vyzkum n. ustavu gum ar, a ’« P la st. T ech n o l.
1964, Kvetencerven».
74. M o n t e r m 0 3 0 I. C. «Rubber Chem. and Techn.», 1961, N 5, 1521.
75. «Consult. Eng.», 1965, 27, N 6, 654—656.
76. R o n d a S t u a r t K. « P la s t Technol.», 1964. 10, N 4. 42—44.
77. R o s s B. B. «P ra k t. Chem.», 1964, 15, N 2, 64, 66, 68, 73.
78. S a l a m o n F. A. «Ind. P last. mod. et elastom eres», 1965, 17, N 8, 127,
129, 131, 135.
79. «Chem. P rocess» (U S A ), 1965, 28, N 8. 61—67.
80. Британский патент № 742908 (11.5.1953).
81. Патент США 2551573 (8.5.I95I).
82. Патент США 2627529 (3.2.1953).
83. Патент США 2628989 (17.2.1958).
84. Патент США 2480560 (30.8.1949).
85. Патент США 2598283 (27.5.1952).
86. Патент США 2409948 (22.10.1946).
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
................................................................................................................................... 3
Глава /. Фторполимеры, методы получения и свойства (Тихонова М . С.)
5
Классификация ф т о р п о л и м е р о в ............................................ .......
,
5
М етоды получения ф т о р п о л и м е р о в ................................................... 6
Основные свойства ф т о р п о л и м е р о в ................................................... 10
Основные свойства фторполимеров отечественного произ­
водства
•
.
31
Основные свойства фторсодержащих к а уч ук о в . . . .
34
Глава II. Методы переработки фторопластов в изделия (Б о ж к о в Г. К ) 37
Особенности
п р о ц е с с а .............................................................................. 37
Прессование фторопласта-4 .
............................................ 3 8
С п е к а н и е .................................................................................................................5^
Специальные способы переработки фторопласта-4 . . .
58
Переработка фторопластов п р е с с о в а н и е м .................................. 61
Л итье под д а в л е н и е м .............................................................................. 64
Э к с т р у з и я ............................................................................................................... 71
Глава III. М етоды изготовления крупногабаритных изделий из фторо­
пласта-4 (Б о ж к о в Г. К . ) .............................................................................
Прессование пустотелых изделий с применением эластичной
к а м е р ы .................................................................................................................75
Оборудование и о с н а с т к а ......................................................................79
Прессование резиновой камерой различных по форме и зде­
лий .
................................................................................................................ 85
Спекание и контроль качества пустотелых изделий . . .
91
С в а р к а и склеивание ...................................................................................... 95
Глава IV. Химическая а п п а р а т у р а из фторопластов (Б о ж к о в Г. К., Горяннова А. В . ) ........................................................................................................98
Расчет и к о н с т р у и р о в а н и е .....................................................................98
Основы расчета на п р о ч н о с т ь ............................................................ 100
Расчет элементов к о н с т р у к ц и й .............................................................101
Типовые аппараты из ф т о р о п л а с т о в ................................................... I l l
Г лава V. Насосы. А р м а т у р а и трубопроводы из фторопластов ( Б о ж ­
ков Г. К.)
.................................................................................................................128
Н а с о с ы ....................................................................................
. . .
128
А р м а т у р а ............................................................................................................... 133
Трубы, фитинги и трубопроводы из фторопластов .
. 136
Глава VI. Применение фторопластов д л я защ итны х покрытий ( Г о ­
ряйнова А. В.) ........................................................................................................ 149
Требования к изделиям и защ ищ аемой поверхности .
. 149
Тонкослойные покрытия из порошкообразных материалов . 152
Тонкослойные покрытия из суспензий
...................................163
Тонкослойные покрытия на основе л ако в фторлон .
.
. 166
Толстослойные покрытия ф т о р о п л а с т а м и .................................. 168
Глава VII. Наполненные фторопласты (Тихонова М . С.)
.
.
.
.176
Наполнители, их классиф икация и свойства
.
.
.
.176
Новые виды наполнителей
...............................................................179
Технология получения наполненных фторопластов .
.
. 181
П ереработка наполненных фторопластов в изделия .
. 184
Свойства наполненных ф т о р о п л а с т о в ........................................... 190
Химическая стойкость наполненных фторопластов .
.
.197
Применение наполненных ф т о р о п л а с т о в ...................................203
Глава VIII. Области применения изделий из фторопластов ( Б о ж ­
ков Г. К., Горяйнова А. В . ) .....................................................................207
Глава IX. Некоторые положения по технике безопасности при перера­
ботке фторопластов (Тихонова М . С . ) ....................................................226
Л и т е р а т у р а .......................................................................................................................................229
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
12 726 Кб
Теги
3162, bojko, tihonov, goryannova, mashinostroenii, ftoroplasti
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа