Композиционные материалы (далее композиции) на основе фторопласта-4 (далее фторопласт) являются перспективными материалами для техники XXI века.

Несмотря на свои выдающиеся свойства чистый или «ненаполненный» фторопласт часто не отвечает необходимым требованиям для ряда областей его применения. В частности, его применение в механике ограничивают ползучесть, деформация под нагрузкой, недостаточная износостойкость, низкая теплопроводность (прокладок, седел клапанов запорной арматуры, сальников, поршневых колец, высоковольтных переключателей, подшипников, опор скольжения, направляющих для станков с числовым программным управлением, футеровки трубопроводов и т.д.), которые можно улучшить путем введения наполнителей.

Материал Ф4К20, по сравнению с фторопластом-4, имеет в 600 раз большую износостойкость и при 10% деформации сжатия его внутреннее напряжение выше на 30%.

Материал Ф4К20 наиболее универсален по применению. Он рекомендуется для изготовления уплотнительных изделий подвижных соединений и изделий антифрикционного назначения.

Основное преимущество уплотнений из фторопластовых композиций, по сравнению с изделиями из стали, бронзы, чугуна, графита и других материалов, способность работать без смазки. Благодаря этому они могут применяться там, где наличие смазки нежелательно, устанавливаться в труднодоступных местах, где уход и смазка затруднительны или невозможны, и там, где отсутствие смазки приводит к нарушению работоспособности механизма.

Материал Ф4К15М5 имеет износостойкость в 1000 раз выше износостойкости ненаполненного Ф-4 и в 1,6 раза выше, чем у Ф4К20, и более низкий коэффициент трения. Материал пригоден для работы в узлах трения в условиях влажных газов, в том числе с наличием конденсата. Материал Ф-4К15М5 среди наполненных марок фторопласта-4 имеет наиболее благоприятные характеристики трения и износа для применения его в качестве накладных направляющих опор скольжения, подшипников скольжения. Равенство статического и динамического коэффициентов трения обеспечивает плавное и равномерное движение подвижных узлов оборудования.

Изделия из композиций Ф-4 пригодны для работы в условиях высокого вакуума, в среде углеводородных газов, сухого воздуха, жидких углеводородов, растворителей. Ф-4К20 может применяться в контакте с анодированными алюминиевыми сплавами, титановым сплавом ОТ-4 и нержавеющими сталями.

Добавление углерода (Ф4УВ15, Ф4К15УВ5) и углеродного волокна повышают износостойкость, твердость, удельную теплопроводность, сопротивление ползучести. Углеродное волокно снижает деформацию при нагрузке, повышает модуль упругости при сжатии и модуль пластичности.

Введение графита (Ф4ГР20, Ф4ГР15) используют в тех случаях, когда надо повысить механическую прочность и сохранить стойкость к воздействию агрессивных сред.

Добавление дисульфида молибдена (Ф4К15М5, Ф4М5, Ф4С15М5) увеличивает твердость и прочность, снижает коэффициент трения. Композиции со стекловолокном и 5% MoS2 используют для получения деталей, работающих в условиях глубокого вакуума, сухого и влажного воздуха и различных газов.

Введение стекловолокна (Ф4С15, Ф4С20ГР5) повышает износостойкость, уменьшает хладотекучесть. Добавление кобальта Ф4КС2 повышает механические свойства фторопласта до уровня композиции Ф4К20, в отличие от которой его можно применять в агрессивных средах.

Из фторопластовых композиций изготавливают:
- поршневые кольца и уплотнения штока в компрессорах и гидравлических цилиндрах;
- сальниковые уплотнения для герметизации подвижных соединений машин и арматуры;
- торцевые уплотнения, манжеты, шайбы, прокладки и др.
Фторопластовые композиции применяются во многих отраслях промышленности благодаря:
- высокой износостойкости;
- низкому коэффициенту трения (так, при трении по чугуну при нагрузке 25 кг/см2 у Ф-4К20 он равен 0,07);
- высокой теплостойкости;
- превосходной химической стойкости;
- способности работать без смазки.

Свойства композиций на основе фторопласта-4
Свойства Ф4К20 Ф4К15М5 Ф4С15 Ф4УВ15 Ф4К15УВ5 Ф4М5
Состав Ф-4 +20% кокса Ф-4 +15% кокса и 5% дисульфида молибдена Ф-4 +15% стекловол. Ф-4 +15% углевол. Ф-4 +15% кокса и 5% углевол. Ф-4 +5% дисульфида молибдена
Плотность, г/см3 2,05 2,1 2,17 1,95 2,0 2,2
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа 11,8-14,6 13,7-17,1 9,8-17,1 15-18 15-18 -
Относительное удлинение при разрыве, % 65 150 220 60 5 300
Модуль упругости, МПа
- при сжатии 805 800 520 - - -
- при растяжении 1500 - 480 - - -
Твердость по Бриннелю, кгс/мм2 49-53,8 49 39-43 - - -
Деформация под нагрузкой 10 МПа (24 ч, 220С), % 2,9-3,0 3,5-4,0 3,0-4,0 - - -
Напряжение при 10% деформации, МПа 21,5 20 19,5-20,5 - - -
Коэффициент теплопроводности, Вт/(МК) 0,23 0,29 0,25 - - -
Удельная теплоемкость, Дж/(кгК) 0,71 - 0,9 - - -
Коэффициент линейного расширения, 1х10-5,0С
от -60 до +200С 8-11 - 4,5-12,5 - - -
от +20 до +2500С 11-18 - - - - -
Теплостойкость по Вика,0С 145-160 - 130-140 - - -
Водопоглощение через 24 ч, % 0,03 - 0,04 0,01 0,01 -
ПредельноеPV, кПа м/с
приV= 0,05 м/с 490 588 343 - - -
приV= 0, 5 м/с 687 687 442 - - -
приV= 5 м/с 1078 1078 542 - - -
Интенсивность износа, г/ч, не более 2,0х10-3 0,8х10-3 3,0х10-3 1,5х10-3 1,5х10-3 5,0х10-3
Коэффициент трения по стали 0,14-0,30 0,1-0,39 1,5-0,30 - - -
Интервал рабочих температур,0С от - 60 до +250 от - 60 до +250 от - 60 до +250 от - 60 до +250 от - 60 до +250 от - 60 до +250

Правильно подбирая вид и количество одного или нескольких наполнителей, можно получать специальные композиции для достижения многих целей. Настоящая информация поможет конструкторам и проектировщикам, эксплуатационным службам правильно выбрать соответствующий назначению вид композиции. Рассматриваются композиции, у которых фторопласт образует матрицу. Существуют, однако, и такие варианты, где фторопласт вводится в качестве наполнителя в матрицу, состоящую из другого полимера, например, найлона, полиамида, поливиниленсульфида, поликарбоната, полиацеталя, резины и т.д. Обычно фторопласт в этих случаях добавляют для уменьшения износа и трения. Для этой цели предлагаем использовать тонкомолотый фторопласт. Данные по нему могут быть высланы по требованию.

Введение наполнителей во фторопласт дает улучшение целого комплекса свойств:

- увеличение сопротивления износу в 250-600, в некоторых композициях до 1000 раз;
- увеличение стойкости к текучести на холоде или ползучести в 2-3 раза;
- уменьшение коэффициента трения;
- увеличение жесткости в 2-3 раза;
- увеличение твердости на 10-15 %;
- увеличение теплопроводности на 100-300%;
- уменьшение термического расширения в 2-2,5 раза;
- увеличение поверхностной прочности.

Выбор наполнителей

В качестве наполнителей используют: стекло, бронзу, уголь, графит, кокс, мел, шпат, маршалит, дисульфид молибдена и т.д. Для специальных целей могут быть предложены композиции с другими наполнителями или комбинациями наполнителей, либо композиции со стандартными наполнителями в нестандартном процентном соотношении. Доля наполнителя составляет обычно от 5 до 40%, при увеличении содержания наполнителя более 40% физические свойства, как правило, резко ухудшаются. Можем предложить наполнители, при введении которых, даже менее 5%, свойства материала значительно изменяются.