Способ изготовления изделий из композиционных материалов на основе политетрафторэтилена



Способ изготовления изделий из композиционных материалов на основе политетрафторэтилена
Способ изготовления изделий из композиционных материалов на основе политетрафторэтилена
Способ изготовления изделий из композиционных материалов на основе политетрафторэтилена

 


Владельцы патента RU 2603673:

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

Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам изготовления полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе политетрафторэтилена, и может быть использовано при изготовлении заготовок и деталей металлополимерных узлов трения. Описан способ изготовления изделий из полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена, при котором осуществляют смешивание компонентов с политетрафторэтиленом, холодное прессование заготовок и последующее спекание, в котором перед спеканием заготовки, не извлекая из пресс-формы, подвергают предварительному давлению сжатия в пределах 0,2-0,5 МПа, спекание прессованных заготовок производят непосредственно в пресс-форме, при температуре 355-365°C. Технический результат: повышение характеристик механических и триботехнических свойств спекаемого композиционного материала, а также упрощение и снижение трудоемкости изготовления технологической оснастки и производства изделий из полимерных композиционных материалов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области материаловедения, в частности к технологии получения композиционных материалов, и может быть использовано при изготовлении заготовок и деталей из полимерных композиционных материалов различного функционального назначения, например деталей металлополимерных узлов трения машин и технологического оборудования.

Известен способ двухстадийной переработки политетрафторэтилена (Пугачев А.К., Росляков О.А. Переработка фторопластов в изделия: технология и оборудование. - Химия, 1987. - 167 с. (стр. 9, 31, 32, 111, 112)), в основе которого двухстадийный процесс: 1) получение прессованной заготовки холодным прессованием, 2) последующая термическая обработка прессованной заготовки - свободное спекание без формы в печах при температуре 360-380°С. Рассматриваемому способу присущи следующие недостатки. При так называемом свободном спекании в печах происходит тепловое расширение компонентов прессованной заготовки и неизбежное ослабление и частичное разрушение связей между частицами композита, сформированных в процессе холодного прессования вследствие значительного сближения частиц и сжимающих напряжений. Нарушение названных связей существенно снижает эффективность процессов структурообразования при термообработке и приводит к значительному снижению механических и триботехнических свойств композита.

Известен способ изготовления полимерных композиционных материалов методом холодного прессования заготовок с последующим спеканием в закрытом устройстве (Патент РФ №2266925, МПК C08J 5/500, В29С 43/56, опубл. 27.12.2005). Этот способ также является двухстадийным. Согласно названному способу на второй стадии после установки прессованных заготовок в специальное закрытое устройство при нагреве устройства с заготовками появляется натяг между заготовкой и формой в результате теплового расширения заготовок при повышении температуры.

Этот способ наиболее близок по технической сущности к предлагаемому изобретению, однако ему также присущи недостатки, снижающие характеристики физико-механических свойств композиционного материала. Основной недостаток заключается в том, что тепловое расширение заготовок, имеющих, например, форму цилиндрических или конических колец (показаны на фиг. 1-5 описания по патенту РФ №2266925), полностью ограничивается только при идеальном совпадении геометрической формы и размеров внутренней полости устройства с размерами прессованной заготовки изделия. Однако это невозможно вследствие задаваемых допусков на изготовление заготовок, изделий и деталей устройства. Поэтому при сборке закрытого устройства с прессованной заготовкой неизбежны зазоры между заготовкой и поверхностями внутренней полости устройства. Наличие зазоров значительно снижает положительный эффект от спекания заготовки в закрытой форме и уровень характеристик физико-механических свойств готовых изделий. Кроме того, при извлечении прессованных заготовок из пресс-формы и установке их в закрытое устройство с минимальными зазорами, велика вероятность нарушения целостности хрупких прессованных, но еще неспеченых заготовок.

Технический результат изобретения - повышение характеристик механических и триботехнических свойств спекаемого композиционного материала, а также упрощение и снижение трудоемкости изготовления технологической оснастки и производства изделий из полимерных композиционных материалов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления изделий из полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена, при котором осуществляют смешивание компонентов с политетрафторэтиленом, холодное прессование заготовок и последующее спекание, согласно заявляемому изобретению, после холодного прессования перед спеканием заготовку подвергают предварительному давлению сжатия в пределах 0,2-0,5 МПа. Нагрев и спекание прессованных заготовок производят непосредственно в пресс-форме, при температуре 355-365°С.

Предварительное давление сжатия создают с помощью груза, размещаемого на крышке пресс-формы с прессованной заготовкой, устанавливаемой в печь, либо для создания названного предварительного давления сжатия, пресс-форму с прессованной заготовкой устанавливают на пресс двухстороннего прессования, снабженный нагреваемыми верхней и нижней плитами, осуществляют предварительное давление сжатия в пределах 0,2-0,5 МПа и спекание заготовок непосредственно на прессе.

Таким образом, технический результат достигается за счет перехода к одностадийному процессу, при котором прессованные заготовки спекают и охлаждают, не извлекая из пресс-формы.

Сущность технического решения поясняется чертежами, где:

- на фиг. 1 показана схема прессования и термообработки заготовок полимерных композиционных материалов в пресс-форме, состоящей из матрицы в виде полого стального цилиндра 1, нижнего пуансона 2, на котором формируется прессованная заготовка 3, верхнего пуансона 4, с установленной на нем крышкой 5;

- на фиг. 2 - схема прессования и термообработки заготовок на прессе двухстороннего прессования. В пресс-форме, состоящей из матрицы в виде полого стального цилиндра 1, нижнего пуансона 2, на котором формируется прессованная заготовка 3, и верхнего пуансона 4, причем пресс-форма установлена на прессе двухстороннего прессования с нагреваемыми плитами с возможностью взаимодействия верхнего пуансона 4 с верхней плитой 6 пресса, а матрицы 1 - с нижней плитой 7 пресса.

При нагреве прессованной заготовки в пресс-форме (фиг. 1, фиг. 2) вследствие теплового расширения полимерной композиции в объеме заготовки развиваются значительные внутренние напряжения сжатия. Благодаря сжимающим напряжениям увеличиваются контактное давление и площадь взаимодействия между частицами полимерной матрицы и частицами наполнителей, что обеспечивает формирование сильных адгезионных связей, эффективное развитие процессов формирования более совершенной структуры полимерной композиции и как следствие значительное повышение характеристик физико-механических свойств ПКМ.

Задаваемое перед спеканием предварительное давление сжатия в пределах 0,2-0,5 МПа позволяет сохранить напряженно-деформированное состояние в объеме прессованной заготовки и уровень адгезионных связей между компонентами, сформировавшихся при прессовании композиции, что способствует повышению характеристик механических и триботехнических свойств ПКМ. Нижний предел давления сжатия 0,2 МПа определяется тем, что при более низких значениях давления повышение характеристик механических и триботехнических свойств проявляется незначительно. Верхний предел предварительного давления определяется тем, что при более высоких значениях давления возможно резкое снижение характеристик ПКМ вследствие недопустимого увеличения давления сжатия при спекании заготовок, приводящего к растрескиванию и разрушению изделий.

Проверку эффективности заявленного способа производили путем изготовления образцов и исследования характеристик ПКМ следующего состава: скрытокристаллический графит - 8,0 масс. %, дисульфид молибдена - 1,5 масс. %, белая сажа БС-120 - 3,0 масс. %, ПТФЭ - остальное.

Изготовление образцов ПКМ для исследования характеристик механических и триботехнических свойств производили по следующей технологии. Композицию из порошков смешивали в смесителе с частотой вращения ножей 2800 мин-1, прессовали заготовку под давлением 75 МПа, выдерживая под этим давлением в течение 3-5 мин. Затем пресс-форму закрывали крышкой (первая схема), создавали давление на крышку 0,2-0,5 МПа, нагревали пресс-форму с заготовками до температуры 355-365°С, выдерживали при этой температуре из расчета 8-9 мин на 1 мм толщины стенки изделия, охлаждали в пресс-форме до температуры 327°С со скоростью 0,3-0,4 град/мин, а далее до комнатной температуры - свободное охлаждение.

Находящаяся в пресс-форме прессованная заготовка испытывает заданное предварительное давление сжатия, и в процессе нагрева практически полностью ограничивается ее объемное тепловое расширение. Поэтому давление сжатия значительно увеличивается при повышении температуры вследствие значительного различия коэффициентов теплового расширения стальной матрицы и ПТФЭ (при температуре 360°С в 25 раз). При нагреве заготовки до 360°С, как показывают расчеты, давление сжатия между частицами возрастает в 3,5 раза.

Для количественной оценки эффективности заявленного способа проводили испытание образцов, изготовленных по известной технологии свободного спекания и по заявленному способу спеканием в пресс-форме при ограничении теплового расширения. Определение предела прочности при растяжении σв и относительного удлинения при разрыве δ производили по методикам ГОСТ 11262-80, модуля упругости - по методике ГОСТ 9550-81. Износостойкость ПКМ определяли по скорости изнашивания на машине трения, по схеме трения «палец-диск». Цилиндрические пальцы (образцы ПКМ) диаметром 5 мм испытывали при трении без смазки по стальному диску (контртело) из закаленной углеродистой стали. Испытание вели при скорости скольжения 1,2 м/с и контактном давлении 2,66 МПа. В таблице 1 приведены полученные значения характеристик механических и триботехнических свойств исследуемых образцов ПКМ.

Из приведенных данных следует, что при изготовлении образцов по заявленному способу предел прочности повышается на 26%, модуль упругости - на 35%, скорость изнашивания уменьшается на 43%.

Комплексное повышение характеристик механических и триботехнических свойств образцов композиционного материала, изготовленных по заявленному способу, выражающееся в значительном повышении предела прочности и модуля упругости, а также в снижении скорости изнашивания на 43%, позволяет существенно повысить работоспособность и значительно увеличить ресурс узлов трения (подшипников скольжения, герметизирующих устройств) машин в различных отраслях машиностроения.

1. Способ изготовления изделий из полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена, при котором осуществляют смешивание компонентов с политетрафторэтиленом, холодное прессование заготовок и последующее спекание, отличающийся тем, что перед спеканием заготовки, не извлекая из пресс-формы, подвергают предварительному давлению сжатия в пределах 0,2-0,5 МПа, спекание прессованных заготовок производят непосредственно в пресс-форме, при температуре 355-365°C.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительное давление сжатия создают с помощью груза, размещаемого на крышке пресс-формы с прессованной заготовкой, устанавливаемой в печь для спекания.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для создания предварительного давления сжатия пресс-форму с прессованной заготовкой устанавливают на пресс двухстороннего прессования, снабженный нагреваемыми верхней и нижней плитами, осуществляют предварительное давление сжатия и спекание заготовок непосредственно на прессе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу нанесения покрытия на полимерные пористые конструкции и может быть использовано для формирования композиционных полимерных пористых конструкций на основе полилактида медицинского назначения с размером пор от 300 мкм, отличающихся повышенной биоактивностью и гидрофильностью.

Изобретение относится к полипропиленовой композиции с высокой прочностью расплава, пригодной для получения термоформованных изделий и изделий, получаемых методом выдувного формования а также к способу их получения.

Группа изобретений относится к применению модифицированных наночастиц оксида кремния в древесно-стружечных плитах, к древесно-стружечной плите и к способу ее изготовления.

Изобретение относится к композиции для переформования компонентов, предназначенной для электронных устройств. Композиция для переформования содержит сополимер [А]-[В]-[А], где [А] представляет собой мономер жесткого блока, характеризующегося значением Tg, большим чем 30°С, а [В] представляет собой мономер мягкого блока, характеризующегося значением Tg, меньшим чем 20°С, и сополимер [А]-[В]-[А] включает более чем 35 мас.% мономера [А], смолу, придающую клейкость и от 0,05 до 5 мас.% в расчете на совокупную массу композиции УФ-поглотителя, выбираемого из группы, состоящей из бензотриазолов, триазинов и бензофенонов.

Изобретение относится к композиционным материалам на основе полиэтилентерефталата, предназначенных для изготовления однослойных емкостей в виде бутылок и контейнеров различного назначения, обладающих улучшенными свойствами газопроницаемости.
Изобретение относится к аморфному поли-альфа-олефиновому клею с низкой температурой нанесения и может быть использовано для производства впитывающих одноразовых изделий.

Изобретение относится к модифицированному серой хлоропреновому каучуку, формованным изделиям из него и способу его производства. Модифицированный серой хлоропреновый каучук, модифицированный на концах полимера соединением, выбранным из тетраметилтиурамдисульфида, тетраалкилтиурамдисульфидов с алкильными группами, имеющими от 2 до 7 атомов углерода, и солями диалкилдитиокарбаминовой кислоты с алкильными группами, имеющими от 1 до 7 атомов углерода.

Изобретение относится к статистическому сополимеру фосфоната и карбоната, полимерной смеси для получения изделия промышленного производства и изделию промышленного производства, содержащему указанный статистический сополимер.

Изобретение относится к композиту с медной фольгой, содержащему медную фольгу и ламинированный на нее полимерный слой, к формованному продукту и к способу их получения.

Изобретение относится к области получения огнестойких композиций на основе полимерного связующего и может найти применение в производстве деталей и изделий в электротехнике, радиотехнике и других отраслях промышленности.

Способ формования деталей из полимерных композиционных материалов с использованием двойного вакуумного пакета по изобретению относится к категории процессов трансферного формования (RTM), в частности к процессам пропитки жидким связующим с помощью вакуума (VaRTM).

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

Предложен способ изготовления композиционного материала на основе смолы, позволяющий более точно контролировать толщину композиционного материала. Согласно способу формируют стопу препрегов на матрице, имеющей заданную форму до получения стопы препрегов заданной толщины.

Изобретение относится к технологии получения изделий из гранулированных полимерных материалов. В пресс-форму засыпают полимер в виде гранул с размерами более 1 мм.
Изобретение относится к технологии получения высокопрочных полиэтиленовых пленок, филаментов или лент и может быть использовано при производстве композитов и антибаллистических материалов.

Изобретение относится к способу и устройству для изготовления бесшовной секции фюзеляжа воздушного судна из волоконных композиционных материалов. .

Изобретение относится к технологии получения изделий из полимерных материалов, в частности изделий из полимерных порошковых материалов, и может быть использовано при разработке новых технологий изготовления изделий различного функционального назначения.

Изобретение относится к устройству верхнего строения железнодорожного пути, в частности к электроизолирующим стыковым соединениям рельсов. .
Наверх