Способ получения композиционного материала и заготовок из него для узла уплотнения


 


Владельцы патента RU 2567069:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (RU)

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам и уплотнениям, изготовленным из них. Изобретение может быть использовано в уплотнительной технике для элементов арматуры высокого давления и узлов уплотнения штоков компрессоров и насосов. Способ получения композиционного материала и заготовок из него для узла уплотнения предназначен для использования в нефтехимическом оборудовании с условиями эксплуатации: температура рабочей среды 330°С, давление 2200 атм (220 МПа). Композиционный материал на основе политетрафторэтилена содержит порошок меди, микроволокно базальта с заданным соотношением компонентов. При последующем прессовании и спекании получаются заготовки для уплотнительных элементов оборудования. Изготовленные из этого материала элементы уплотнения сохраняют работоспособность в течение 2-4 лет, тем самым создан улучшенный материал для надежной конструкции уплотнительного узла. 1 табл.

 

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам и уплотнениям, изготовленным из них. Изобретение может быть использовано в уплотнительной технике для элементов арматуры высокого давления и узлов уплотнения штоков компрессоров и насосов.

Известны полимерные композиционные материалы на основе политетрафторэтилена, являющиеся перспективными материалами для различных отраслей промышленности. Область применения таких материалов в узлах и изделиях машиностроения можно расширить введением различных наполнителей [1].

Фторопласт-4 (политетрафторэтилен) применяется для изготовления деталей уплотнительного и антифрикционного назначения. Недостатком фторопласта-4 является повышенная ползучесть (деформация) при длительном воздействии сжимающей нагрузки, что ограничивает ресурс работы и возможность его более широкого применения.

Одним из подходов к повышению износостойкости и снижению ползучести фторопласта-4 является разработка наполненных на его основе композиций. Уплотнительные и антифрикционные детали изготавливают путем механической обработки пластин, втулок и стержней, полученных методом холодного прессования порошка фторопласта-4 и композиций на его основе с последующим спеканием при температуре 370°С [2].

Известен полимерный материал и уплотнение, изготовленное из него, для применения в насосе высокого давления (патент РФ №2465503). Уплотнение изготавливается из материала, содержащего сшитый фторполимер и несшитый фторполимер для образования смеси фторполимеров. Предложенное уплотнение практически предотвращает утечки при давлении до примерно 120 МПа при переменных расходах.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению являются уплотнения запорной арматуры различного конструктивного исполнения и назначения из материалов «Констафтор» производства предприятия ООО "Константа-2", г. Волгоград.

Применение уплотнений из данных материалов в запорной арматуре и насосах позволило поднять температуру транспортируемых сред до 300°С, давления до 100 МПа, эксплуатировать оборудование в агрессивных средах. Повышение срока эксплуатации уплотнений достигается за счет высокой химической стойкости материалов, определяющей вероятность протекания деструктивных процессов в материале. Уникальная термостойкость и выносливость позволяют применять их в тяжело нагруженных узлах при повышенных температурах [3, 4].

Недостатком этих указанных решений в процессе эксплуатации оборудования являются недостаточная температура рабочей среды и давление. Кроме того, к недостаткам относится "прикипание" сопрягаемых деталей друг к другу, значительно снижает эффективность эксплуатации, ресурсные возможности оборудования, увеличивается расход запасных деталей.

Задачей настоящего изобретения является создание способа получения композиционного материала и заготовок из него для узла уплотнения нефтехимического оборудования с условиями эксплуатации: температура рабочей среды 330°С, давление 2200 атм (220 МПа). Одной из проблем в данной области является создание улучшенного материала для надежной конструкции уплотнительного узла.

Одним из решений является применение в конструкциях уплотнительных узлов новых полимерных композиционных материалов.

Указанная цель достигается тем, что предлагаемый композиционный материал на основе политетрафторэтилена содержит порошок меди, микроволокно базальта, предварительно механоактивированные в течение 2 мин в планетарной мельнице, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Фторопласт 4, ГОСТ 10007-80 - 75; порошок меди ПСМ-1, ГОСТ4960-75 - 15; микроволокно базальта, ТУ 5769-001-16361318-2003 - 10. При этом заготовки из него для узлов уплотнения получают прессованием при давлении 220 МПа и последующем спекании путем последовательного увеличения температуры от 20°С до 300°С за 6,5 часов с выдержкой в течение 1 часа, дальнейшего понижения температуры с 300°С до 250°С за 6,5 часов и с 250°С до 20°С за 6,5 часов.

Изготовление композиционного материала и заготовок из него технологически совмещаются. Материал изготавливается и поставляется в виде заготовок, которые далее обрабатываются на стандартном металлорежущем оборудовании.

Заявляемый композициционный материал имеет следующие механические характеристики.

Характеристика материала

Характеристика, размерность Величина, точность измерения
Плотность, г/см3 2,10+0,10
Предел прочности при сжатии, МПа 5,0+0,5
Модуль упругости при растяжении, МПа 550+50
Модуль упругости при сжатии, МПа 450+50
Твердость но Бринеллю, МПа 60+10
Температура плавления матрицы, °С 327+5

Полученный новый композициционный материал применяется для уплотнительного узла аварийного высокоскоростного клапана реактора полиэтилена высокого давления. Уплотнение, полученное из заявляемого материала, обеспечивает герметичность клапана химического реактора полиэтилена высокого давления в эксплуатационном режиме нагружения. Заявляемый материал применяется в качестве уплотнений в узлах первого и второго каскадов компрессоров реактора в ООО «Томскнефтехим».

Для ООО «Томскнефтехим» разработаны, изготовлены и поставлены втулки из полимерного композиционного материала в качестве заготовок для уплотнительных элементов.

Проведенные в условиях производства испытания в период с марта 2005 г. по февраль 2006 г. показали необходимую герметичность клапана в эксплуатационном режиме нагружения и уплотнительные кольца рекомендованы к дальнейшему использованию в сальниках арматуры высокого давления вместо импортных аналогов.

Изготовленные из этого материала элементы уплотнения сохраняют работоспособность в течение 2-4 лет (зарубежные прототипы требовали замены каждые 2-4 месяца). Условия эксплуатации: температура рабочей среды 330°С, давление 2200 атм (220 МПа).

Источники информации

1. Машков Ю.К., Полещенко К.Н., Поворознюк С.Н., Орлов П.В. Трение и модифицирование материалов трибосистем. - М.: Наука, 2000. - 280 с.

2. Кондрашов Э.К., Бейдер Э.Я., Донской А.А. и др. Опыт применения фторполимерных материалов в авиационной технике // Российский химический журнал. Т. LII. №3. - 2008. С. 30-44.

3. Современные полимерные и композиционные материалы для уплотнительной техники [Электронный ресурс]. - режим доступа: http://www.constanta-2.ru/index.php?page=stati-l

4. Зерщиков К.Ю., Семенов Ю.В., Ваниев М.А. и др. Полимерные уплотнения для экстремальных условий эксплуатации // Трубопроводная арматура и оборудование. №3(30). - 2007. С. 55-56.

Способ получения композиционного материала и заготовок из него для узла уплотнения на основе политетрафторэтилена, полученного из шихты, предварительно механоактивированной в течение 2 минут в планетарной мельнице, содержащей порошок меди, микроволокно базальта при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Фторопласт 4-75;
порошок меди ПСМ-1 - 15;
микроволокно базальта - 10;
прессованием заготовки в форме цилиндра или втулки давлением 220 МПа и спеканием путем последовательного увеличения температуры от 20°С до 300°С за 6,5 часов с выдержкой в течение 1 часа, дальнейшего понижения температуры с 300°С до 250°С за 6,5 часов и с 250°С до 20°С за 6,5 часов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу изготовления плоских многослойных изделий из гибких материалов путем прессования. Согласно способу формируют сборку соединяемых материалов, задают режим прессования - температуру, давление и время выдержки в сжатом состоянии.

Группа изобретений относится к способу получения водорастворимой пленки из нетканого полотна, к полученной данным способом пленке, к изделию единичной дозы, содержащему мешочек, сформированный из данной пленки, а также к способу обработки изделия из ткани, содержащему стадию, на которой используют указанную водорастворимую пленку.

В способе формуют корпус, включающий камеру, в первой пресс-форме в чистой комнате и формуют часть контейнера во второй пресс-форме в чистой комнате того же класса, что и первая, при этом в части контейнера устройством для заполнения контейнера может быть выполнен прокол с образованием отверстия с возможностью восстановления ее герметичности.
Настоящее изобретение относится к полиэтиленовой пленке, свободной от растворителя и которая может применяться, например, в мембранах, упаковках, баллистике. Полиэтиленовая пленка имеет соотношение между прочностью в первом направлении в плоскости пленки и прочностью во втором направлении в плоскости пленки, перпендикулярном первому направлению, в диапазоне 0,1-10:1.

Изобретение касается технологии изготовления изделий из полимерных композиционных материалов. Преимущественно, заявляемый способ предназначен для изготовления высокоответственных конструкций сложной формы летательных аппаратов.
Изобретение относится к технологии получения высокопрочных полиэтиленовых пленок, филаментов или лент и может быть использовано при производстве композитов и антибаллистических материалов.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к производству колес из эластичных полимерных композиционных материалов. .

Изобретение относится к способу двухстадийной обработки полимерных материалов методом твердофазной экструзии и ультразвуковым воздействием. Область применения - технологии переработки пластических масс методами обработки давлением в твердой фазе. Технической задачей способа является повышение эксплуатационных характеристик профилированных изделий из полимерных материалов. Процесс обработки разделен на две стадии, реализуемые в одном устройстве. На выходе из основной формующей фильеры ячейки изделие проходит через устройство дополнительной обработки, не связанное жестко с ячейкой и колеблющееся с ультразвуковой частотой в направлении, параллельном оси формующего инструмента. 1 ил.

Изобретение относится к способу изготовления панели, включающей износоустойчивый слой. Способ изготовления панели, включающей износоустойчивый слой (7, 8), включает стадии использования по существу жесткого субстрата (1), использования износостойких частиц (8), использования иономера (7), нанесения износостойких частиц (8) и иономера (7) на субстрат (1) и совместного спрессовывания и/или сплавления субстрата (1), износостойких частиц (8) и иономера (7), при этом иономер частично или полностью расплавлен. Полученная таким образом панель обладает повышенной стойкостью к механическим повреждениям, ударопрочностью и износостойкостью, а также приятна на ощупь и обладает благоприятными акустическими характеристиками. 12 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх