МОНОАКСИАЛЬНО ВЫТЯНУТОЕ ФОРМОВАННОЕ ИЗДЕЛИЕ ИЗ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА Российский патент 1999 года по МПК C08J5/18 C08L27/18 D01D5/42 D01F6/12 

Изобретение относится к моноаксиально вытянутому формованному изделию из политетрафторэтилена (ПТФЭ), которое может быть выполнено из пленки, ленточки, нити или волокна, а также к способу его изготовления.

ПФТЭ благодаря своей термостабильности и химической инертности представляет собой ценный материал. Из патента Австрии АТ-В-370.674 известны моноаксиально вытягиваемые пленки из спеченного ПТФЭ, прочность которого в направлении вытягивания имеет значения от 50 до 140 H/мм². На первой стадии получения этих пленок порошок ПТФЭ прессуют в цилиндрическую формованную заготовку. Затем формованную заготовку спекают, после чего производят отслаивание пленок, нагревание до температуры не ниже не менее 327^oC и вытягивание.

В патенте Великобритании GB-A-2025835 описано изготовление пористых формованных изделий из ПТФЭ по способу экструзии паст, согласно которому пастообразную массу, содержащую в основном порошок ПТФЭ и смазку (углеводород), прессуют через головки, после чего путем высушивания удаляют смазку. Затем формованную заготовку нагревают выше точки плавления кристаллита ПТФЭ (327^oC) и в процессе нагревания вытягивают.

В патенте Австрии АТ-B 391.473 описывается способ изготовления моноаксиально вытягиваемого формованного изделия из ПТФЭ, согласно которому пастообразную массу ПТФЭ непрерывно перерабатывают в формованную деталь, которую пропускают через множество роликов или валков, нагревают и вытягивают, причем перед приложением усилия вытяжки формованную заготовку нагревают до температуры от 327 до 450^oC и подвергают формованную деталь, которую пропускают через множество роликов или валков, нагревают и вытягивают, причем перед приложением усилия вытяжки формованную заготовку нагревают до температуры от 327 до 450^oC и подвергают при этом спеканию. Этот способ позволяет получить моноаксиально вытянутое формованное изделие из ПТФЭ с показателями прочности в направлении вытягивания не менее 22 сН/текс (500 H/мм²).

Известно, что комплексные нити из ПТФЭ, изготавливаемые матричным способом формования по патентам США US-A-2.893.105 и US-A-2.933.154, и нити, изготавливаемые разрезанием пленки, полученной строганием, по патенту Австрии АТ-B-340.561, могут применяться для производства плетеных шнуров для сальниковых набивок. Кроме того, в патенте Австрии AT-B-347.003 описано, каким образом на подобные нити наносят покрытие из ПТФЭ и графита для улучшения антифрикционных свойств.

Кроме того, известно, что полученные с помощью экструзии паст, ориентированные, но не спеченные пленочные ленточки при их пропитке диспергированным ПТФЭ и замасливании кремнийорганическими или парафиновыми маслами используются для изготовления сальниковых набивок. Такие пленочные ленточки имеются в торговле и с графитовым наполнителем.

Недостатком всех этих продуктов с графитовым наполнителем является то, что графитовый наполнитель, предназначенный для повышения антифрикционных свойств, имеет черную окраску, что не позволяет применять его в некоторых областях промышленности. К тому же эти продукты проявляют большую склонность к текучести (хладотекучесть), что естественно способствует износу. Недостаток заключается и в том, что прочность моноаксиальных формованных изделий с графитовым наполнителем составляет менее 10 cH/текс.

Известны моноаксиально вытянутые высокопрочные формованные изделия из политетрафторэтилена с иными (не графитовыми) наполнителями, например, в виде двуокиси титана, но и они имеют прочность лишь около 5 сH/текс (WO 90/10673 AT).

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков, расширение области применения материала ПТФЭ и создание моноаксиально вытягиваемого формованного изделия из ПТФЭ, имеющего светлую окраску и обладающего более высокой прочностью и меньшей склонностью к хладотекучести, чем известные формованные изделия из ПТФЭ с наполнителем. Следующая цель изобретения заключается в изготовлении формованного изделия из ПТФЭ с различными антифрикционными свойствами.

Предложенное согласно изобретению моноаксиально вытянутое формованное изделие из политетрафторэтилена отличается тем, что оно в качестве наполнителя содержит тальк и/или слюду, и/или термостойкий полиамид, и/или отмученный мел в количестве до 40 мас.% и обладает прочностью не менее 10 сH/текс. В качестве термостойких полиимидов пригодны, в частности, те из них, которые названы в европатенте EP-A-119185 и в патенте США US-A-3.985.934.

Неожиданный результат был получен, когда по способу экструзии паст порошок ПТФЭ смешивали с указанными наполнителями, перерабатывали, например, в пленки и подвергали последние спеканию и последующему вытягиванию, причем несмотря на присутствие наполнителя достигнуты очень высокие показатели прочности. В то время как прочность нити из ПТФЭ без наполнителя (полученный по патенту АТ-В-370.674) составляет 5 - 15 сН/текс, нить с наполнителем, изготовленная согласно изобретению, имеет прочность до 25 сН/текс. С увеличением разрывной прочности одновременно снижается относительное удлинение при разрыве и повышается сопротивление ползучести, которое при использовании нитей в качестве уплотнений для сальников представляет собой важный параметр.

Предпочтительна форма выполнения формованного изделия согласно изобретению отличается тем, что в качестве наполнителя предусмотрен тальк и/или слюда, и/или термостойкий полиамид в количестве от 20 до 30 вес.%. Подобное формованное изделие обладает хорошими антифрикционными свойствами. Измерения, проведенные согласно ДИН 53 375, показали, что коэффициент трения нитей из чистого ПТФЭ составляет примерно 150 (110-200), нитей с графитовым наполнителем - 50 - 100 и нитей согласно изобретению с тальковым наполнителем - 30 - 70.

Если формованное изделие согласно изобретению в предпочтительном варианте имеет удлинение максимально 30%, то оно пригодно для использования, например, в насосах в качестве отличного материала для уплотнения вала (в корпусе сальника). Для этой цели до сих пор широко применяются формованные изделия из ПТФЭ с графитовым наполнителем. Как уже говорилось выше, эти известные формованные изделия характеризуются недостаточным сопротивлением ползучести и большим износом, в результате чего продукты истирания, имеющие в случае графитового наполнителя черную окраску, выходят из корпуса сальника и могут изменить цвет и загрязнить, например, светлую жидкость, по отношению к которой производится уплотнение, что нежелательно. Данная форма выполнения предложенного согласно изобретению формованного изделия не имеет всех этих недостатков.

Предложенное формованное изделие в случае его выполнения в виде нити может с успехом использоваться для изготовления плетеных уплотнений.

Следующая предпочтительная форма выполнена предложенного согласно изобретению формованного изделия отличается тем, что в качестве наполнителя предусмотрен отмученный мел в количестве не менее 5 вес.%. Оказалось, что отмученный мел повышает трение скольжения по меньшей мере до 200, благодаря чему такой материал вполне пригоден для всех тех целей применения, когда важное значение приобретает трение скольжения.

Предпочтительная форма выполнения предложенного формованного изделия характеризуется тем, что в качестве наполнителя исключительно предусмотрен отмученный мел, а также тем, что оно выполнено в виде дентальной комплексной нити. Оказалось, что дентальная комплексная нить в процессе ее использования щадит десны в большей степени, чем дентальная комплексная нить согласно уровню техники. На трение скольжения дентальной комплексной нити можно влиять за счет количественного содержания отмученного мела. Исследования показали, что дентальная комплексная нить с содержанием отмученного мела от 0,1 до 15 вес.% является наиболее пригодной.

Изобретение относится далее к способу изготовления предложенного согласно изобретению формованного изделия, который отличается тем, что:
порошкообразный политетрафторэтилен смешивают с тальком и/или слюдой, и/или термостойким полиимидом, и/или отмученным мелом и углеводородом;
полученную смесь формуют в заготовку и освобождают от углеводорода;
формованную заготовку, освобожденную от углеводорода, спекают и затем в спеченном состоянии подвергают вытягиванию.

Целесообразно использовать наполнитель в таком количестве, чтобы его содержание в готовом формованном изделии не превышало 40 вес.%.

Наиболее благоприятно нагревать формованную заготовку для спекания до температуры не ниже 327^oC, предпочтительно в интервале 380-400^oC.

Для достижения указанных показателей прочности формованного изделия согласно изобретению целесообразно подвергать спеченную заготовку вытягиванию в соотношении от 1 : 5 до 1 : 20, предпочтительно от 1 : 5 до 1 : 15.

Особенно целесообразный вариант предложенного способа заключается в том, что формованная заготовка представляет собой пленку, которую после спекания и вытягивания разрезают на ленточку, и эти ленточки, кроме того, подвергают фибриллированию посредством игольчатого валка.

Предпочтительные варианты осуществления данного изобретения более подробно поясняются на следующих примерах. Изготовление предложенного формованного изделия осуществляется при этом на спекательно-вытяжной установке, описанной в патенте Австрии АТ-В-391.473.

Пример 1. 100 вес.ч. имеющегося в продаже порошка ПТФЭ Хостафлон ТФ 2029 фирмы Хехст АГ смешивают с 25 частями талька (Наинч А-30) и 30 частями обычной для экстракции паст смазки (углеводород с интервалом кипения 186 - 214^oC) и прессуют в цилиндрические формованные заготовки. Эти цилиндрические заготовки прессуют затем в жгут, после чего развальцовывают в пленку и путем высушивания освобождают от смазки. Далее высушенную пленку спекают при температуре 385^oC и подвергают затем вытягиванию в соотношении 1 : 7. Получают поразительно мягкую пленку (30 - 38 по Шору Д) с хорошими антифрикционными свойствами и прочностью 21,3 сН/текс при удлинении 6,5%.

Пример 2. 70 частей порошка ПТФЭ типа Хостафлон ТФ 2029 смешивают с 30 частями талька А-30 и 30 частями смазки и таким же образом, как описано в примере 1, развальцовывают в пленку, высушивают, спекают и подвергают вытягиванию. Прочность составляет 19,5 сН/текс при удалении 5,5%.

Пример 3. Смесь, подобную описанной в примере 1, перерабатывают таким же образом в пленку, но спекают при температуре 395^oC и затем подвергают вытягиванию в соотношении 1 : 8,5. Прочность составляет 24,5 сН/текс при удлинении 5%. После этого пленку фибриллируют и пропитывают парафиновым маслом в количестве 22%.

Конечный продукт является квазикомплексной нитью, которую можно непосредственно перерабатывать в плетеные шнуры. Парафиновое масло служит при этом приработочной смазкой.

Пример 4. 100 частей порошка ПТФЭ типа Алгофлон ДФ 200 (изготовитель - акционерное общество Ауситонт С.п.А.) смешивают с 47 частями талька А-60 и 30 частями смазки и перерабатывают в пленку. Эту пленку спекают при 390^oC и подвергают вытягиванию в соотношении 1 : 6. Прочность полученной пленки составляет 16 сН/текс при удлинении 8%.

Пример 5. Смесь, подобную описанной в примере 4, перерабатывают таким же образом в пленку, но спекают ее при температуре 395^oC и подвергают вытягиванию в соотношении 1 : 7. Прочность составляет 17,5 сН/текс при удлинении 5%. Далее пленку после вытягивания фибриллируют и пропитывают парафиновым маслом в количестве 20%.

Пример 6. 75 частей порошка ПТФЭ типа Хостафлон ТФ 2029 смешивают с 25 частями слюды и 27 частями смазки и таким же образом, как описано в примере 1, перерабатывают в пленку и подвергают вытягиванию. Прочность составляет 16,5 сН/текс при удлинении 8,5%.

Пример 7. 100 частей порошка ПТФЭ типа Алгофлон ДФ 200 смешивают с 10 частями отмученного мела и 25 частями смазки и перерабатывают в пленку. Эту пленку спекают при 390^oC, подвергают вытягиванию в соотношении 1 : 13,5 и разрезают на ленточки. Прочность полученных ленточек составляет 26 сН/текс при удлинении 4,5%. В этом продукте за счет включения отмученного мела увеличивается трение скольжения. Продукт может применяться в качестве дентальной комплексной нити.

Описывается моноаксиально вытянутое формованное изделие из политетрафторэтилена, содержащее в качестве наполнителя тальк, и/или слюду, и/или термостойкий полиимид, и/или отмученный мел, максимальное содержание наполнителя в формованном изделии 40 мас.%, имеет прочность в направлении вытягивания не менее 10 сН/текс. При использовании в формованном изделии в качестве наполнителя отмученного мела оно пригодно для изготовления дентальных комплексных нитей. Технический результат - расширение области применения материала ПТФЭ, имеющего светлую окраску и обладающего более высокой прочностью и меньшей склонностью к хладотекучести, чем формованные изделия из ПТФЭ с графитовым наполнителем. 2 с. и 11 з.п.ф-лы.

1. Моноаксиально вытянутое формованное изделие из политетрафторэтилена с наполнителем, отличающееся тем, что в качестве наполнителя использован тальк, и/или слюда, и/или термостойкий полиимид, и/или отмученный мел, максимальное содержание наполнителя в формованном изделии составляет 40 мас.%, а прочность изделия в направлении растяжения не менее 10 сН/текс. 2. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что в качестве наполнителя использован тальк, и/или слюда, и/или термостойкий полиимид в количестве 20 - 30 мас.%. 3. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что в качестве наполнителя использован отмученный мел в количестве не менее 5 мас.%. 4. Изделие по одному из пп.1 - 3, отличающееся тем, что удлинение составляет максимально 30%. 5. Изделие по п. 1, отличающееся тем, что в качестве наполнителя использован отмученный мел, а изделие выполнено в виде дентальной комплексной нити. 6. Изделие по п.5, отличающееся тем, что содержание отмученного мела составляет 0,1 - 15 мас.%. 7. Способ изготовления формованных изделий по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что он включает следующие стадии:
а) порошок политетрафторэтилена смешивают с тальком, и/или слюдой, и/или термостойким полиимидом, и/или отмученным мелом в качестве наполнителя и углеводородом; б) полученную смесь формуют в предварительно формованное изделие и освобождают от углеводорода; в) предварительно формованное изделие, освобожденное от углеводорода, спекают и растягивают по одной оси в спеченном состоянии, причем количество наполнителя в формованном изделии не превышает 40% по массе, а растяжение по оси осуществляют таким образом, что предел прочности формованного изделия в направлении растяжения равен по меньшей мере 10 сН/текс. 8. Способ по п.8, отличающийся тем, что формованную заготовку для спекания нагревают до температуры не ниже 327^oC. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что заготовку нагревают до температуры 380 - 400^oC. 10. Способ по одному из пп.7 - 9, отличающийся тем, что спеченную заготовку подвергают вытягиванию в соотношении от 1 : 5 до 1 : 20. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что заготовку подвергают вытягиванию в соотношении от 1 : 5 до 1 : 15. 12. Способ по одному из пп.7 - 11, отличающийся тем, что формованная заготовка представляет собой пленку, которую после спекания и вытягивания разрезают на ленты. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что спеченную и вытянутую ленту фибриллируют.