Промышленный лизинг Промышленный лизинг  Методички 

0 1 2 [ 3 ] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Ниже приведены физико-механические свойства фторопласта-4

по данным, содержащимся в работах [30, 67].

Физико-механнческие свойства фторопласта-4

Плотность закаленного материала, г/см* (степень кристалличности около 50%) .... 2,15 Плотность иезакалениого материала, г/см* >

(степень кристалличности 65%) ...... 2,20

Плотность кристаллитов, г/см* ....... 2,35

Плотность аморфных участков, г/см* .... 2,007

Температура плавления кристаллов, °С ... +327 Температура стеклования (кристаллизации)

аморфных участков, °С.......... -120

Температура наибольшей скорости кристаллизации, °С ............... 310-315

Температура разложения (пиролиза), °С . . . Выше 415

Теплопроводность, кал/(см-с-°С) ...... (5,9-6,0)• 10"*

Удельная теплоемкость, кал/(г-°С)

Водопоглощение за 24 ч, % ........

Предел прочности образцов при растяжении, кгс/см:

незакалениых ............

закаленных .............

Относительное удлинение при разрыве, % . .

Остаточное удлинение, %..........

Предел прочности при статическом изгибе,

кгс/см .................

Модуль упругости при изгибе, кгс/см:

при +20° С..............

0,25 0,00

140-250 160-315 250-500 250-350

110-140

4 700-8 500

при -60° С.............. 13 200-27 800

Удельная ударная вязкость, кгс-см/см . Нагрузка на 1%-ную деформацию при 23° С, кгс/см:

кратковременная ..... ......

длительная ..............

Деформация (%) при 50° С для нагрузок:

84 кгс/см2 (24 ч) ... - (2-

140 кгс/см2 (24 ч) ..........

Твердость по Бринеллю НВ ........

Удельное объемное электрическое сопротивление Ом - см................

Электрическая прочность при толщине 4 мм,

кВ/мм . . . ...............

Горючесть .................

7.0 42

4-8 25 3-4

>101 (до 1020)

25-27 Не горит

Коэффициент линейного расширения а фторопласта-4, определенный на образцах, предварительно освобожденных от внутренних напряжений, высок и имеет сложную зависимость от температуры (рис. 8). При температурах около 20° С наблюдается ярко выраженное изменение величины коэффициента.

Химическая стойкость фторопласта превышает даже стойкость золота и платины. На фторопласт-4 действуют только расплавленные щелочные металлы и растворы их в аммиаке, трехфтористъш хлор и элементарный фтор, причем действие их проявляется лишь при высоких температурах. Крепкие и разбавленные кислоты, концентрированные растворы щелочей и самые сильные окисли-22

22 20

18 16

12 10,

v- о

-60 -20 О W 80 120 160 200 240 280 "С

Рис. 8. Зависимость коэффициента линейного расширения а фторопласта-4 от температуры

тели не действуют на фторопласт-4. Он не смачивается водой и не набухает ни в одном из растворителей, даже во фторированных органических веществах.

Под действием внешней нагрузки фторопласт-4 начинает течь, что приводит к остаточным деформациям конечной величины. Чем выше температура, тем при меньшей нагрузке начинается течение. Под действием высоких давлений остаточная деформация фторопласта-4 без нарушения целостности может быть очень большой (при прокатке можно обжать фторопласт в 3-3,5 раза). При этом прочность его резко возрастает, а удлинение снижается. При нагревании выше температуры, при которой производилось деформирование фторопласта, начинается восстановление формы и свойств деформированных образцов фторопласта, завершающееся при достижении +327° С.

Характер деструкции полимера при действии ионизирующего облучения зависит от соотношения прочности связей в главной и боковых цепях. Если прочность связей главной цепи выше, то происходит сшивание молекул полимера. У политетрафторэтилена же прочность связи С-С главной цепи ниже прочности связи С-F, поэтому при ионизирующем облучении фторо-пласта-4 в первую очередь разрушаются связи С-С, что приводит к деструкции молекул полимера. Молекулярный вес при этом уменьшается и материал становится хрупким. Фтористые полимеры уже после относительно небольшой дозы облучения на воздухе вначале твердеют, а затем превращаются в порошок [30].

Ниже для различных полимеров, применяющихся в качестве материалов для подшипников скольжения, приведены дозы радиации, снижающие в 2 раза прочность на разрыв или вызывающие чрезмерное охрупчивание полимера [94]:



Доза радиации, снижающая Полимер прочность на 50%

(мегарад)

Эпоксидная смола .......... 2000

Полиэфирная смола.......... 1250

.Фенолоформальдегидная смола .... 500

Нейлон ............... 250

Полиэтилен ............. 250

Политетрафторэтилен .......... 100

Полиацетальная смола ........ <С10

Следует, однако, принимать во внимание, что фторопласт, входящий в состав металлополимерных подшипников, до некоторой степени защищен от действия радиации металлическими основой и корпусом подшипника. Кроме того, имеются данные, что его стойкость против действия ионизирующего облучения в вакууме и инертных средах выше, чем на воздухе [94].

Суспензии политетрафторэтилена. Для ряда применений целесообразно иметь политетрафторэтилен в виде тонкодисперсных стабильных суспензий. Состоятони из коллоидных частиц полимера, удерживаемых во взвешенном состоянии каким-либо поверхностно-активным веществом. Так, для этой цели в суспензии, производимые в СССР, добавляется концентрат ОП-7 [68]; в, некоторые суспензии, производимые за рубежом, добавляют состав, именуемый «Тритон 100Х» [961. Суспензии применяют для нанесения покрытий, изготовления тонких пленок, пропитки пористых изделий и получения композиций с различными наполнителями. Водные суспензии фторопласта состоят из отрицательно заряженных гидрофобных частиц, средним диаметром порядка 0,3 мкм. Они стабилизированы смесью неионогенных и анионо-генных смачивающих поверхностно-активных веществ.

В СССР выпускают три разновидности суспензий [68]: 1) фто-ропласта-4ДВ, стабилизированную добавкой 3% (к весу полимера) поверхностно-активных веществ; 2) фторопласта-4Д, стабилизированную добавкой 9-12% поверхностно-активных веществ; 3) фторопласта-4ДП, стабилизированную добавкой до 12% поверхностно-активных веществ.

Все эти суспензии содержат около 60% фторопласта по массе (40% по объему), имеют плотность порядка 1,5 г/см и вязкость около 15 сП. Суспензии без стабилизатора (смачивателя) не выпускают, так как они быстро коагулируют в результате столкновения частиц ири их броуновском движении. Даже при наличии стабилизатора суспензии легко коагулируют при сильном взбалтывании, энергичном перемешивании, замораживании, кипячении, прибавлении электролитов или смешивающихся с водой органических растворителей (спирты, ацетон).

Суспензии фторопласта при длительном хранении слегка оседают, и должны периодически диспергироваться аккуратным покачиванием или встряхиванием. В отдельных случаях необходимы суспензии меньшей концентрации и вязкости. Для этого они могут быть разбавлены дистиллированной водой. Соотноше-24

Содержание твердого вещества, % (по массе)

Плотность, г/см"

Содержание фторопласта в 1 см, г

1,24

0,436

1,29

0,515

1,34

0,601

1,38

0,693

0,900

НИЯ между содержанием фторопласта в суспензии и ее плотностью даны в табл. 3 [96].

Другие фторосодержащие полимеры. В последние годы разработано большое количество фторосодержащих полимеров [9], молекулы которых кроме углерода и фтора содержат и другие элементы (хлор, водород и т. п.). К этим полимерам относятся: политрифторхлорэтилен или фторопласт-3 (-CFg-CFC1-)„, поливинилфторид (-СНа-CHF-)„, поливинилиденфторид (-СНа-CFa-)„; сополимеры тетрафторэтилена с гексафтор-пропиленом, фтористым винилом, олефинами типа изобутилена и пропилена, стиролом, фтористым и хлористым винилиденом, винилацетатом, сополимеры фтористого винилидена, например, с гексафторпропиленом, которые могут подвергаться вулканизации, и т. д. Некоторые из этих полимеров выпускаются в СССР [9] под марками: фторопласт-40, фторопласт-42, фторкаучук СКФ-32 и фторкаучук СКФ-26.

Полимеры эти обладают рядом ценных свойств фторопласта-4 и многие из них могут перерабатываться как обычные термопластичные полимеры. Однако по химической стойкости, теплостойкости и антифрикционным свойствам они, как правило, несколько уступают фторопласту-4.

Кроме фторопласта-4 из атомов только углерода и фтора состоят молекулы сополимера тетрафторэтилена и гексафторпропилена /-CF2-CF2-CF2-CF-\ . Этот полимер, отлича-

3 к

V СГз

ющийся от политетрафторэтилена наличием боковых групп CF3, так же как и последний, обладает высокой химической стойкостью к действию различных агрессивных сред, высокой стойкостью к тдрмоокислительным воздействиям, а также к термическому воздействию (в инертных средах и в вакууме). В отличие от политетрафторэтилена этот сополимер под воздействием ионизирующего облучения не подвергается деструкции, а «сшивается».

К сожалению, наличие боковых групп CFg ухудшает «врожденные» антифрикционные свойства политетрафторэтилена [93].

СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ и плотностью СУСПЕНЗИИ



2. Наполнители фторопласта

Для повышения механических свойств и износостойкости фторопласта-4 в него вводят различные мелкодисперсные наполнители. Наиболее часто для этого используют твердые вещества, обладающие высокими антифрикционными свойствами, так называемые твердые смазки. Металлические наполнители повышают теплопроводность композиционных материалов на основе фторопласта, механические свойства и износостойкость. Неорганические неметаллические наполнители вводят главным образом для повышения механических свойств и износостойкости при сохранении высоких изоляционных свойств. Коэффициент трения при этом может несколько повышаться.

Твердой смазкой является любой твердый материал, уменьшающий механическое взаимодействие между поверхностями, находящимися в относительном движении при действии нормальной нагрузки. Идеальная твердая смазка должна удовлетворять следующим требованиям:

а) иметь низкую прочность на срез в направлении скольжения и высокую прочность на сжатие в направлении действия приложенной нагрузки, т. е. физические свойства материала должны быть анизотропны (это позволяет получить низкие значения коэффициента трения);

б) адгезия к материалу основы должна превышать прочность на срез самой смазки, в противном случае твердая смазка будет быстро удалена из зоны трения (по этой причине тальк и слюда не являются хорошими твердыми смазками);

в) когезия между частицами должна быть большой, во всяком случае достаточной для образования на поверхностях трения относительно толстого ориентированного слоя смазки;

г) для правильной ориентации частиц твердой смазки между поверхностями трения размеры их в направлении низкого сопротивления срезу должны быть наибольшими;

д) смазка не должна претерпевать пластическую деформацию и выдавливаться под действием больших действующих перпендикулярно направлению скольжения нагрузок.

Как правило, не все приведенные требования могут быть удовлетворены одновременно.

По сравнению с жидкими смазками, анизотропные твердые смазки могут работать лишь с более высокими коэффициентами трения (0,05-0,16) и, соответственно, с большими затратами работы. Однако во многих практических случаях определяющим фактором является заданная длительность работы той или иной детали или узла, а не потребляемая на преодоление сил трения мощность.

Наиболее широко применяются две твердые смазки - графит и дисульдид молибдена, в которых анизотропия свойств сочетается с хорошей адгезией к подложке (основе). Ниже при-

Рис. §. Кристаллическая структура Графита

ведены свойства этих, а также других представляющих интерес (с точки зрения применения в качестве наполнителей для фторопласта) твердых смазочных веществ. Исследование слоистых материалов, применяемых в качестве твердых смазок, началось с графита, и многие положения, полученные при этих исследованиях, были применены впоследствии к дисульфиду молибдена.

Графит является одной из двух кристаллических модификаций углерода, наиболее устойчивой при обычных условиях [4, 91, 73]. В отличие от другой модификации - алмаза, графит кристаллизуется в гексагональной сингонии. Кристаллическая решетка графита слоистая. Слои образованы рядом параллельных плоских сеток (рис. 9) - плоскостей базиса, представляющих собой атомы углерода, расположенные в вершинах правильных шестиугольников. Расстояние между атомами в плоскости базиса составляет 1,42 А, а расстояние между плоскостями-3,35 А.

Атомы углерода имеют 2s- и 2р-электрона в наружной электронной оболочке. В кристаллической решетке графита происходит гибридизация 2s- и 2р-орбиталей (тригональная гибридизация). Благодаря этому возникают три эквивалентные орбитали под углом 120° одна к другой, лежащие в одной плоскости. Эти орбитали, взаимодействуя с орбиталями соседних углеродных атомов, образуют прочные ковалентные связи (сигма связи) в плоскости базиса. Остающийся электрон образует часть облака д-электронов, которое находится между любыми двумя соседними плоскостями базиса и существенно влияет на связь между слоями (усиливая относительно слабое вандерваальсовское взаимодействие). Энергия связи между атомами в плоскостях базиса близка 100 ккал/на грамм-атом, энергия же связи между слоями составляет всего несколько килокалорий. Это является причиной весьма большой анизотропии свойств графита в параллельном и перпендикулярном слоям направлениях. Кристаллы его легко расслаиваются по плоскости базиса. Твердость графита в направлении слоев приближается к твердости алмаза (энергия связи между атомами углерода в кристаллической решетке алмаза близка энергии межатомной связи в плоскости базиса), в перпендикулярном же направлении она очень мала. Вследствие этого графит считается очень мягким веществом (твердость по Моосу равна единице). Теплопроводность и электропроводность кристаллов графита в направлении слоев и перпендикулярно им отличаются в несколько раз, а коэффициент термического расширения - на два, три порядка.



0 1 2 [ 3 ] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31