КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1995 года по МПК C08J5/16 C08L27/18 C08K3/22 C08J5/16 C08L27/18 

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к составам износостойких композиций на основе суспензионного политетрафторэтилена (ПТФЭ, фторопласта-4, Ф-4).

Известен серийно выпускаемый композиционный состав на основе фторопласта-4, содержащий в качестве неорганического наполнителя кобальт синий марки Ф4КС2 по ТУ 6-05-05-142-78 [1]
Известный композиционный состав обеспечивает высокую эластичность, тепловую и химическую стойкость изготавливаемых из него изделий.

Недостатком известного композиционного состава является его недостаточная износостойкость. Это объясняется тем, что кобальт синий содержится в этом материале в небольших количествах (порядка 2 мас.), что позволяет основной массе материала в виде фторопласта-4 сохранять присущую фторопласту высокую эластичность. Добавка кобальта синего в более значительных количествах для увеличения износостойкости материала вызывает неплотную упаковку частиц Ф-4 при прессовании и спекании заготовок.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является композиция на основе политетрафторэтилена, включающая в качестве одного из неорганических наполнителей окись циркония [2]
Недостатком известной композиции является невысокая эластичность получаемых из нее изделий. Введение окиси циркония в порошок Ф-4 приводит к обволакиванию частиц фторопласта мелкими частицами наполнителя. Это способствует повышению износостойкости материала, но из-за значительной экранировки частиц Ф-4 частицами наполнителя существенно снижается сцепление между последними при прессовании, что при растяжении готовых изделий приводит к их разрушению уже при небольших деформациях.

Изобретение направлено на повышение эластичности материала с обеспечением высокой его износостойкости.

Указанная задача решается двумя вариантами композиционного материала.

По 1-му варианту композиционный материал содержит суспензионный политетрафторэтилен, а в качестве неорганического наполнителя концентрат цирконовый.

2-й вариант композиционного материала включает суспензионный политетрафторэтилен и смесь концентрата цирконового с другим неорганическим наполнителем при их массовом соотношении (0,8-35) (5-20) соответственно.

Введение в порошок фторопласта-4 цирконового концентрата обеспечивает высокое относительное удлинение при разрыве образцов и высокую износостойкость материала, необходимые при эксплуатации уплотнительных изделий из данного материала в узлах трения. Цирконовый концентрат выпускается по ОСТ 48-82-81 в виде порошка. Для экспериментальной проверки заявляемого состава были подготовлены смеси, полученные с использованием центробежного смесителя.

Для проведения сравнительных испытаний из подготовленных смесей были изготовлены образцы изделий в виде пластин 130 х 100 х 2 мм для определения относительного удлинения при разрыве и в виде стержней с диаметром 10 мм и с высотой 20 мм для определения величины износа. Давление прессования составляло 300 кгс/см². Спекание всех образцов производили в камерной печи типа А-114М со скоростью нагрева 70^оС/ч, с выдержкой при 375^оС в течение 13 ч и скоростью охлаждения до 20^оС, равной 60^оС/ч.

Относительное удлинение при разрыве образцов определяли по ГОСТ 11262-80 на разрывной машине типа МРС-500 со скоростью перемещения захватов, равной 100 мм/мин. Испытания на износ производили при 22^оС согласно ТУ 6-05-1412-76 при трении торцовой поверхностью стержня о вращающийся диск. Давление поджатия стержня составляло 25 кгс/см² при линейной скорости 1 м/с. Материал контртела сталь 45 по ГОСТ 1050-74 с твердостью 55-60 HРC и шероховатостью поверхности не более 0,32 мм согласно ГОСТ 2789-73.

Результаты исследований представлены в таблице.

Как видно из таблицы, использование композиционного материала заявленного состава обеспечивает высокую износостойкость изделий и высокое относительное удлинение при разрыве, что позволяет успешно использовать предлагаемый материал для изготовления различных уплотнительных манжет для вращающихся валов и поступательно перемещающихся штоков.

Использование: изготовление уплотнительных манжет для вращающихся валов и поступательно перемещающихся штоков. Сущность изобретения: композиционный материал по первому варианту содержит, %: суспензионный политетрафторэтилен 70 - 99,2; и концентрат цирконовый 0,8 - 30,0; по второму варианту - суспензионный политетрафторэтилен 60 - 99,2 и смесь концентрата цирконового с другим неорганическим наполнителем при их массовом соотношении (0,8 - 35) : (5 - 20) соответственно, 0,8 - 40. Характеристика материала: прочность при растяжении 90-305 кгс/см² относительное удлинение при разрыве 130 - 380%, интенсивность износа при работе в паре со стальным контртелом (1,4-5,2)×10^-3г/ч. 2 с.п. ф-лы, 1 табл.

Композиционный материал, включающий суспензионный политетрафторэтилен и неорганический наполнитель, отличающийся тем, что в качестве неорганического наполнителя он содержит цирконовый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.

Суспензионный политетрафторэтилен 70 99,2
Цирконовый концентрат 0,8 30,0
2. Композиционный материал, включающий суспензионный политетрафторэтилен и неорганический наполнитель, отличающийся тем, что в качестве неорганического наполнителя он содержит смесь цирконового концентрата с другим неорганическим наполнителем при их массовом соотношении 0,8 35,0 5,0 20,0 соответственно при следующем соотношении компонентов, мас.

Суспензионный политетрафторэтилен 60,0 99,2
Смесь цирконового концентрата с другим неорганическим наполнителем при их массовом соотношении 0,8 35,0 5,0 20,0 соответственно 0,8 40,0