Технологические особенности получения композиционных материалов на основе ПТФЭ
Изделия из материалов на основе ПТФЭ получают по двум основным технологиям - экструзией через обогреваемую формующую головку и прессованием с последующим спеканием.
Для изготовления пористых заготовок со значительно улучшенными антифрикционными свойствами применяется способ прессование заготовок из порошка политетрафторэтилена и композиционной порошковой смеси на его основе с цеолитами при давлении 12,5 МПа и 25 МПа [16]. Отпрессованные таким образом пористые заготовки пропитывают жидким моторным маслом марки М-8В в течение 24 часов при температуре 150 °С, затем подвергают их «свободному спеканию» (изделия спекаются в свободном состоянии без приложения давления) в программируемой муфельной печи при 375 °С со скоростью нагрева 2 град/мин до 300 °С и 3 град/мин до 375 °С (время выдержки 0,3 ч на 10-3 м толщины образца). После выдержки печь отключается и изделие остывает вместе с печью. Преимуществом такой технологии получения пористых заготовок из ПТФЭ и композитов на его основе является то, что для ее реализации не требуется использования фреонов и других компонентов, которые при взаимодействии между собой выделяют газообразные (вредные для человека) вещества, и также использование специального технологического оборудования.
В патенте [17] описан способ изготовления изделий из композиционных материалов на основе политетрафторэтилена, включающем смешивание компонентов, холодное прессование заготовок, последующее спекание в закрытой форме, обеспечивающей натяг в результате теплового расширения заготовки, и охлаждение в форме, спекание производят в диапазоне температур (280-350) °С с выдержкой при максимальной температуре спекания в диапазоне времени τ = (0,5 - 1,0) а, где τ - время в мин, а - максимальная толщина изделия в мм. Причем заготовки перед спеканием обрабатывают при температуре (20±5) °С в течение 1-2 мин раствором фторсодержащего олигомера "Фолеокс" или "Эпилам" и сушат до полного удаления растворителя. Кроме того, заготовки после спекания охлаждают в форме в жидкой среде при температуре (20±5) °С.
Так же применяется способ изготовления изделий из композиционных материалов на основе полимеров, отличающийся тем, что заготовку спекают в закрытой форме с натягом по двухступенчатому циклу с последующим отжигом, причем первая стадия цикла осуществляется при температуре (280±5) °С в течение времени τ = (0,5 - 1,0)а, вторая стадия цикла осуществляется при температуре (350±5) °С в течение τ = (1-1,5)а, отжиг осуществляют при температуре (280±5) °С в течение τ = (0,5-1,0)а, а затем охлаждают изделие в форме со скоростью 0,5-1 град/мин.
Для изготовления колец и прокладок из политетрафторэтилена применяют в качестве оборудования экструдеры [18], содержащие цилиндр с размещенными на них насадками, выполненными с центральным и периферийными формующими отверстиями, сообщенными соответственно с центральным и периферийными подводящими каналами, отличающийся тем, что стенки периферийных подводящих каналов выполнены коническими, сужающимися в направлении периферийных формующих отверстий с углом при вершине (10-15) o и плавно сопряжены с центральным подводящим каналом. При этом стенки центрального подводящего канала выполнены коническими, сужающимися в направлении центрального формующего отверстия с углом при вершине (20-25) o. Экструдер работает следующим образом. Образованная после прессования в прессе для таблетирования порошка таблетка-заготовка вставляется в цилиндр экструдера, закрывается насадкой и фиксируется гайкой. В экструзионном цилиндре под действием поршня происходит выдавливание таблетки-заготовки через систему калиброванных отверстий и с образованием валиков экструдата. Введение различных углов раскрытия в переходных конусах и обеспечивает равномерную подачу пасты к калиброванным отверстиям.
Для формования высоконаполненных полимерных композиций используется метод экструзии. В качестве оборудования используются экструдеры следующего исполнения [19]. Экструдер содержит установленные на станине материальный цилиндр с приводным червяком и загрузочным бункером, конусообразную формующую головку, неподвижно закрепленную на выходе из материального цилиндра, электронагреватели, охватывающие материальный цилиндр между загрузочным бункером и формующей головкой, шнековый смеситель с приемным бункером-дозатором, герметично связанный с загрузочным бункером. Соосно формующей головке установлена калибрующая насадка, выполненная в виде двух герметично соединенных между собой коаксиальных цилиндров и снабженная коллектором для подвода смазывающей эмульсии. С калибрующей насадкой жестко соединена охлаждающая насадка, включающая последовательно соединенные секции в виде полых резервуаров, снабженных коллектором для подвода охлаждающей жидкости и отверстием для ее слива. Температура охлаждающей жидкости в каждой секции снижена по сравнению с температурой предыдущей секции по ходу движения изделия. Калибрующая насадка выполнена перфорированной с отверстиями во внутреннем цилиндре по всей длине насадки. Охлаждающая насадка снабжена конусообразной трубой, проходящей через все секции насадки и герметично соединенной с калибрующей перфорированной насадкой. Поперечное сечение конусообразной трубы соответствует поперечному сечению калибрующей перфорированной насадки и уменьшается пропорционально уменьшению площади поперечного сечения конусообразной трубы таким образом, что площадь поперечного сечения трубы на выходе из охлаждающей насадки равна 0,89-0,99 площади поперечного сечения на входе. В охлаждающей насадке между охлаждающими секциями, охватывающими конусообразную трубу, расположен слой из термоизолирующего материала. Данное устройство экструдера позволяет повысить качество готовых изделий и получать изделия без дополнительной допрессовки.
Выводы по главе 2
Наиболее распространенным наполнителем при получении композиционных материалов триботехнического и герметизирующего назначения на основе ПТФЭ являются дисперсные фрагменты углеграфитовых волокон (УВ), полученные с применением процессов графитизации и карбонизации органических полимерных волокон - вискозных, полиамидных, полиэфирных и т.п. [6-11].
Наиболее распространенной технологией переработки композитов на основе ПТФЭ является технология, включающая операции дозирования, смешивания дисперсных компонентов, холодного прессования заготовок и последующего их спекания при ступенчатом подъеме температуры выше температуры плавления ПТФЭ (фаза монолитизации) и ступенчатом снижении температуры заготовки до комнатной (фаза отжига). Процесс термообработки осуществляют на воздухе или в защитной среде в объеме технологической установки с регулируемыми параметрами процессов нагрева/охлаждения. Изделия (заготовки) из композитов на основе ПТФЭ, полученные по данной технологии, обладают показателями прочности при растяжении σр до 17-20 МПа [11, 14-18].