Способ изготовления изделий из полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена и устройство для изготовления изделий



Способ изготовления изделий из полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена и устройство для изготовления изделий
Способ изготовления изделий из полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена и устройство для изготовления изделий

 


Владельцы патента RU 2546161:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области материаловедения, в частности к антифрикционным полимерным композиционным материалам, и может быть использовано при изготовлении деталей металлополимерных узлов трения и в целом машин различных видов техники. Способ изготовления изделий из полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена заключается в том, что осуществляют смешивание наполнителей с политетрафторэтиленом в смесителе с частотой вращения 2800 мин-1 и холодное прессование в закрытой пресс-форме. Затем устанавливают прессованную заготовку в закрытое устройство и создают дополнительное давление сжатия в направлении прессования. Причем дополнительное давление сжатия регулируют и устанавливают в пределах от 2,0 до 8,0 МПа. Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении характеристик механических и триботехнических свойств композиционного материала на основе политетрафторэтилена. 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к области материаловедения, в частности к антифрикционным полимерным композиционным материалам (ПКМ), и может быть использовано при изготовлении деталей металлополимерных узлов трения и в целом машин различных видов техники. Известен способ изготовления изделий из ПКМ на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) (АС №1812190, МПК C08J 5/15), при котором порошки ПТФЭ, бронзы, дисульфида молибдена и измельченных углеродных волокон смешивают в смесителе с частотой вращения ножей 2800 мин-1, прессуют заготовки при давлении 100-110 МПа и спекают при температуре 360±5°C, с выдержкой при этой температуре из расчета 8-9 мин на 1 мм толщины стенки заготовки, охлаждают от температуры спекания до 327°C со скоростью 0,3-0,4 град./мин, от 327 до 20°C - свободно вместе с печью. При этом измельченное углеродное волокно получают из углеволокнистого материала, выдержанного в жидком фреоне не менее 48 часов. После сушки материал разрезают на кусочки и измельчают в мельнице в присутствии порошка ПТФЭ при частоте вращения ножей 7000 мин-1 в течение 3-9 мин. Известному способу присущи недостатки, снижающие характеристики механических свойств композиционного материала и экономичность способа. Основной недостаток известного способа заключается в том, что при холодном прессовании невозможно достичь достаточно плотной упаковки частиц матрицы и наполнителей. Кроме того, при свободном спекании прессованной заготовки, вследствие различного теплового расширения компонентов, их размеры и объем частиц ПТФЭ и наполнителей изменяются на разную величину, что приводит к ослаблению и разрушению адгезионных связей, сформированных между ними на этапе прессования, а также к увеличению пористости. При последующем охлаждении при свободном охлаждении вне формы уровень адгезионного взаимодействия и пористости восстанавливаются незначительно, что приводит к снижению характеристик механических и триботехнических свойств ПКМ (предел прочности, скорость изнашивания и др.). Обработка углеродного волокна в жидком фреоне в течение 48 часов также не обеспечивает решение этой задачи, а двухкратное увеличение давления прессования до 100-110 МПа лишь частично способствует повышению плотности упаковки частиц. В результате предел прочности и износостойкость композиционного материала снижаются, увеличиваются затраты на производство (расходуется фреон, увеличиваются энергетические затраты и износ прессового оборудования) и снижается производительность. Известен другой способ изготовления изделий из полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена с дисперсными и волокнистыми наполнителями, при котором осуществляют смешивание наполнителей с политетрафторэтиленом в смесителе с частотой вращения не менее 2800 мин-1, холодное прессование в прессформе при воздействии на прессующий пуансон энергии ультразвуковых колебаний частотой 20±3 кГц в течение 2-3 мин и амплитудой колебания, в пределах 8-12 мкм, нагревание в печи до температуры 360±5°C со скоростью 1,5-2,0 град./мин, выдержку при этой температуре 8-9 мин на 1 мм толщины стенки изделия, охлаждение до температуры 327°C со скоростью 0,3-0,4 град./мин и от 327°C до комнатной температуры - охлаждение с печью (Патент РФ №2324708 С2 МПК C08J 5/14, опубл. 20.05.2008).

Рассмотренный способ наиболее близок по своей технической сущности к предлагаемому изобретению, однако ему также присущи недостатки, снижающие характеристики механических и триботехнических свойств композиционного материала. Практически не устраняется недостаток, связанный с разрушением адгезионных связей между частицами компонентов при свободном нагревании прессованных заготовок, поскольку прессование с наложением энергии ультразвуковых колебаний, повышая уровень адгезионного взаимодействия, не может повлиять на различие в тепловом расширении материала различных компонентов. Следовательно, неизбежно и снижение характеристик механических свойств композиционного материала. Кроме того, при использовании ультразвукового прессования значительно усложняется технологическое оборудование (дополнительно нужен ультразвуковой генератор) и дополнительная технологическая оснастка в виде специального волновода для передачи энергии ультразвука прессующему пуансону.

Технический результат изобретения - повышение характеристик механических и триботехнических свойств композиционного материала на основе ПТФЭ, а также упрощение технологического оборудования и технологии изготовления изделий из композиционных материалов на основе политетрафторэтилена.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления изделий из полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена, при котором осуществляют смешивание наполнителей с политетрафторэтиленом в смесителе с частотой вращения 2800 мин-1, холодное прессование в закрытой пресс-форме, установку прессованной заготовки в закрытое устройство, создание дополнительного давления сжатия в направлении прессования, согласно заявляемому изобретению, дополнительное давление сжатия регулируют и устанавливают в пределах от 2,0 до 8,0 Мпа.

Давление сжатия, регулируемое в пределах 2-8 МПа, создает напряженно-деформированное состояние в объеме прессованной заготовки и обеспечивает сохранение и усиление адгезионных связей между компонентами, сформированных при прессовании композиции, и значительно повышает характеристики механических и триботехнических свойств ПКМ.

Минимальное значение давления сжатия 2,0 МПа создает давление сжатия и деформацию заготовки, необходимые для компенсации возможного изменения объема вследствие теплового расширения элементов закрытого устройства и непостоянства размеров корпуса и пуансона, определяемого допусками на их изготовление.

Максимальное давление сжатия 8,0 МПа определяется пределами прочности и текучести политетрафторэтилена при сжатии и процессом рекристаллизации, который начинается при достижении определенной величины напряжения и деформации.

Проверку эффективности заявленного способа производили при изготовлении и исследовании ПКМ следующего состава: скрытокристаллический графит 4,5-9,0 масс. %, дисульфид молибдена 1,0-2,5 масс. %, углеродные нанотрубки 1,0-2,5 масс. %, ПТФЭ - остальное (86,0-93,5 масс. %).

Изготовление изделий (образцов ПКМ для исследования механических и триботехнических свойств) производили следующим образом. Композицию из порошков смешивали в смесителе с частотой вращения ножей не менее 2800 мин-1, прессовали заготовку под давлением 75 МПа, прессованную заготовку помещали в закрытое устройство, геометрия внутренней полости которого соответствует геометрии и размерам заготовки. С помощью регулировочного винта задавали давление 2,0 МПа и спекали при температуре 360±5°С в течение 8-9 мин на 1 мм толщины стенки изделия, охлаждали в форме от температуры спекания до 327°С со скоростью 0,3-0,4 град./мин, а далее до комнатной температуры - свободное охлаждение с печью.

Изобретение поясняется прилагаемым чертежом, на котором приведена конструкция в разрезе закрытого устройства для спекания прессованных заготовок. Устройство состоит из корпуса 1, пуансона 2, пружины сжатия 3, опорного кольца 4 и регулировочного винта 5.

После прессования заготовка 6 устанавливается в корпус 1, объемно замыкается пуансоном 2, с помощью пружины 3 и регулировочного винта 5 задается необходимое давление сжатия. Установленная в корпус заготовка испытывает заданное давление сжатия, при этом в процессе нагрева полностью исключается тепловое расширение, поскольку заготовка предварительно подвергается давлению сжатия по всему объему, которое значительно усиливается вследствие различия коэффициентов теплового расширения стального корпуса и ПТФЭ (при температуре 360°С в 25 раз). При нагреве заготовки до 360°С давление сжатия между частицами возрастает в 3,5 раза.

Для количественной оценки эффективности заявленного способа проводили испытания образцов, изготовленных по известному и заявленному способам. Определение предела прочности при растяжении σв и относительного удлинения при разрыве δ производили по методикам ГОСТ 11262-80, модуль упругости - по методике ГОСТ 9550-81. Износостойкость ПКМ определяли по скорости изнашивания на машине трения, по схеме трения «палец-диск». Пальцы диаметром 5 мм изготавливали из испытуемого материала, диск (контртело) - из закаленной углеродистой стали. Испытание вели при скорости скольжения 1,2 м/с и контактном давлении 1,5 МПа. В таблице 1 приведены показатели механических и триботехнических свойств образцов, изготовленных по известному и заявленному способу при трех режимах: при механическом давления сжатия 2 МПа, при давлении 6 МПа и при давлении 8 МПа. Из приведенных данных следует, что при изготовлении образцов по заявленному способу предел прочности повышается до 35%, модуль упругости - до 41%, скорость изнашивания уменьшается до 56%, коэффициент трения уменьшается на 17%.

Комплексное повышение характеристик механических и триботехнических свойств композиционного материала, изготовленного по заявленному способу, выражающееся в повышении предела прочности на 24-35% и снижении скорости изнашивания на 42-56%, позволяет существенно повысить работоспособность и значительно увеличить ресурс узлов трения (подшипников скольжения, герметизирующих устройств) машин в различных отраслях машиностроения.

Способ изготовления изделий из полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена, при котором осуществляют смешивание наполнителей с политетрафторэтиленом в смесителе с частотой вращения 2800 мин-1, холодное прессование в закрытой пресс-форме, установку прессованной заготовки в закрытое устройство, создают дополнительное давление сжатия в направлении прессования, отличающийся тем, что дополнительное давление сжатия регулируют и устанавливают в пределах от 2,0 до 8,0 МПа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к биофармацевтической гибкой трубке и изделию, включающему такую трубку. Гибкая трубка выполнена из смеси полиолефина и блок-сополимера на основе стирола и пластификатора.

Изобретение относится к высокочастотным композиционным диэлектрическим материалам, используемым в антенной технике и высокочастотных линиях передачи. Композиционный материал содержит уплотненный порошок фторопласта-4 с размером частиц не более 5 мкм, пропитанный связующим.

Изобретение относится к изделию, а именно к силовому кабелю, включающему полупроводниковый слой, содержащий полупроводниковую полиолефиновую композицию. Композиция содержит графеновые нанопластинки, где средняя толщина графеновых нанопластинок находится в диапазоне от 1 нм до 50 нм, а их боковой диаметр составляет 200 мкм или менее, и олефиновую полимерную смолу основы.

Изобретение относится к применению бутиловых ионсодержащих полимеров или частично галогенированных бутиловых ионсодержащих полимеров для снижения популяции и/или предотвращения накопления организмов, по меньшей мере на поверхности изделий, в композитном материале, в формованном изделии.

Изобретение относится к способу получения формованных изделий, содержащих полибутадиен, и может быть использовано в шинной промышленности в качестве формованных полос для боковых стенок или беговых дорожек шин.

Изобретение касается термопластических формовочных масс. Описаны термопластические формовочные массы, содержащие: A) от 10 до 98% масс.

Изобретение относится к способу повышения однородности смесей полиэтиленов, предназначенных для изготовления формованных изделий, пленок, труб, проводов и кабелей.
Изобретение относится к получению формовочной массы или формованного изделия. Формовочную массу готовят на основе смеси полиамида и маточной смеси, содержащей сложный эфир угольной кислоты, особенно с фенолами или спиртами, и полиэфирамид.
Изобретение относится к технологии изготовления упругих, звукопоглощающих и звукоизолирующих композиций на основе полиуретанов и термопластичных микросфер. Способ получения композиции из полимерного материала и порошкообразного наполнителя содержит процессы смешения компонентов, удаления газовых включений и полимеризации композиции.
Изобретение относится к композиции, которая обеспечивает активный барьер для газообразного кислорода с короткими периодами индукции поглощения кислорода. Композиция для изделия со сниженной газопроницаемостью содержит сложный полиэфир, сополимер простого эфира и сложного эфира и катализатор окисления, где сополимер простого эфира и сложного эфира содержит соединение цинка и по меньшей мере одно звено простого полиэфира, выбранное из группы, состоящей из поли(простого эфира тетраметилена) и поли(простого эфира тетраметилен-со-алкилена, где молекулярная масса указанного звена простого полиэфира находится в интервале от приблизительно 200 г/моль до приблизительно 5000 г/моль и указанное звено простого полиэфира присутствует в количестве от приблизительно 15 мас.% до приблизительно 95 мас.% указанного сополимера простого эфира и сложного эфира.
Изобретение относится к способу изготовления стеклопластиковых изделий. При реализации способа проводят очистку матрицы будущего изделия, обезжиривают ее с последующим нанесением разделительного воска и затем наносят защитно-декоративный слой - гелькоут с добавлением токопроводящих углеводородных волокон.

Изобретение относится к способу изготовления пластикового изделия. Способ включает в себя следующие этапы: экструзию приблизительно рукавной заготовки; разделение потока расплава внутри экструзионной головки или разрезание выходящего из нее или уже вышедшего экструдата таким образом, что получают заготовку приблизительно С-образного сечения, и деформацию заготовки внутри формы для формования с раздувом с приложением перепада давлений к полому телу.
Изобретение относится к изготовлению профильных изделий из композиционных полимерных материалов. Повышение физико-механических свойств изделий достигается за счет приготовления связующего непосредственно перед процессом пропитки волокнистого наполнителя.

Изобретение относится к области машиностроительной промышленности, производящей износостойкое оборудование с применением полиуретановых эластомеров. В способе упрочнение изделий из конструкционных полиуретановых эластомеров достигается сочетанием упругой холодной одноосной деформации изделия в пределах 1-3% от исходного размера с последующей механической фиксацией геометрических размеров упруго деформированного тела.

Гибкую рукавную пленку (10) раскраивают по спирали на плоскую полосу посредством разматывания рукавной пленки в плоском виде поворотным разматывателем (1), подавая плоский пленочный рукав к зоне (17) расширения рукава, в которой плоский рукав расширяется в круглый цилиндрический рукав и пропускается в осевом направлении над полой оправкой (14), наружный диаметр которой немного меньше диаметра расширенного рукава.

Изобретение относится к способу и устройству для производства блистерного полотна. .
Изобретение относится к области технологии пластических масс и касается способа изготовления художественного изделия из пластической массы. .
Изобретение относится к области технологии пластических масс и касается способа изготовления художественного изделия из пластической массы. .
Изобретение относится к области технологии пластических масс и касается производства художественных изделий (картин, панно, сувениров). .
Изобретение относится к области технологии пластических масс и касается производства художественных изделий (картин, панно, сувениров). .

Способ изготовления фасонного изделия из неупорядоченного мата, содержащего углеродные волоконные пучки со средней длиной волоконных пучков волокон от 5 до 100 мм и термопластичный полимер.
Наверх