2. Характеристика фторопластов и капролона

2.1 Фторопласты и их свойства

Уникальные свойства фторопласта делают изделия из него незаменимыми в химической, электротехнической промышленности, приборостроении, машиностроении, пищевой, легкой и медицинской промышленности, пользуется огромным спросом у нефтеперерабатывающей отрасли. Из фторопласта изготавливают детали, химическую аппаратуру, мембраны, клапаны, прокладки, трубы, отводы, колонны и подшипники, транспортерные ленты и многое др.

В зависимости от условий применения используются изделия из смеси фторопласта-4 с различными компонентами: коксом, дисульфидом молибдена, стеклопорошком и углеродным волокном. При введении добавок повышается стойкость к истиранию, жесткость, прочность при сжатии, уменьшается деформация при нагрузке, при этом большинство ценных качеств фторопласта-4 не изменяются.

Применение изделий из фторопластов дает быструю окупаемость всех затрат за счет расширения функциональных возможностей и увеличивает срока службы оборудования, экономит потребление энергии и расходов на обслуживание и ремонт, повышает надежность работы оборудования.

Композиционные материалы на основе фторопласта применяют для изготовления подшипников скольжения, манжет, уплотнительных колец, прокладок гидравлических систем (станков, автомобилей), механических устройств, уплотнений поршневых и плунжерных компрессоров, направляющих сборочных конвейеров и загрузочных автоматов, оборудования для переработки продуктов, направляющих тросов автомобилей, промышленных и строительных машин, скользящих опор конструкций мостов, железных дорог, машин, дисков сцепления для точных механизмов, деталей системы управления самолетом, системы нейтрализации газа, системы реверсивного устройства двигателя [1].

Фторопласт -4 - кристаллический полимер, температурой плавления кристаллитов 327°С и температурой стеклования аморфных участков от -100 до -120°С. Даже при температуре выше температуры разложения (415°С) фторопласт -4 не переходит в вязкотекучее состояние (при 370°С вязкость его расплава равна ≈1011 П, т.е. в 1000000 раз больше вязкости, (необходимой для литья под давлением), поэтому переработка его возможна только методом спекания отпрессованных таблеток.

В зависимости от скорости охлаждения (до температуры ниже 250°С) после спекания можно получить закаленные изделия со степенью кристалличности ≈50% и плотностью ≈2,15 г/см3 или незакаленные со степенью кристалличности более 65% плотностью выше 2,20 г/см3. При температуре эксплуатации и от -269°С до +260°С степень кристалличности, достигнутая при данном режиме охлаждения, не меняется, при температуре выше 260°С степень кристалличности постепенно увеличивается, особенно быстро она вырастает при 310 - 315°С.

Таблица 2.1

Степень кристаллизации фторопластов

Степень кристалличности, %	Плотность при 23°С, г/см3	Степень кристалличности, %	Плотность при 23°С, г/см3
40.0	2.12	69.4	2.21
43.2	2.13	72.8	2.22
46.5	2.14	75.2	2.23
49.7	2.15	78.0	2.24
53.0	2.16	80.7	2.25
56.3	2.17	82.6	2.26
59.7	2.18	85.2	2.27
63.1	2.19	89.0	2.28
66.5	2.20	-	-

Об отсутствии же пористости свидетельствует полная прозрачность образца во время спекания при 370-390°С. Даже незначительная пористость вызывает мутность образца. Пористость, равная примерно 0,1-0,2%, заметно влияет на точность определения плотности.

Данные о зависимости удельного объема и плотности от температуры для образца со степенью кристалличности 68% (плотность медленно охлажденного изделия) приведены в таблице 2.2:

Таблица 2.2

Зависимость удельного объема и плотности от температуры

Температура, °С	Удельный объем, см3/г	Плотность, г/см3	Температура, °С	Удельный объем, cм3/г	Плотность, г/см3
-50	0.440	2.27	175	0.4769	2.10
-25	0.443	2.26	200	0.482	2.08
0	0.447	2.24	225	0.488	2.05
+25	0.453	2.21	250	0.495	2.02
+50	0.456	2.19	275	0.503	1.99
+75	0.459	2.18	300	0.514	1.95
+100	0.463	2.16	325	0.534	1.88
+125	0.467	2.14	327	0.640	1.57
+150	0.471	2.12	350	0.655	1.53

Основные показатели физико-механических свойств фторопласта -4 приведены в приложении 1.

Антифрикционные свойства фторопласта

Данные о зависимости коэффициента трения от нагрузки (статической и динамической (при малых скоростях) коэффициенты трения фторопласта-4 по стали без смазки одинаковы) приведены ниже:

Таблица 2.3

Зависимость коэффициента трения от нагрузки

Нагрузка, кгс/см2	1	3	10	20
Коэффициент трения	0,4	0,1	0,06	0,05

При наличии смазки он примерно в 2 раза меньше.

Динамический коэффициент трения фторопласта -4 по стали без смазки при нагрузке ~ 20 кгс/см² зависит от скорости скольжения:

Таблица 2.4

Динамический коэффициент трения фторопласта - 4

Скорость скольжения, см/c	4	8	20	40	80	160
Динамический коэффициент трения	0,05	0,1	0,15	0,23	0,24	0,27

В присутствии наполнителя при малых скоростях скольжения коэффициент трения несколько выше, а при больших скоростях - ниже, чем коэффициент трения чистого фторопласта -4 по стали.

При 327°С (на поверхности трения) коэффициент трения фторопласта -4 по стали резко возрастает (в несколько раз), что приводит к катастрофически быстрому износу и разрушению подшипника.