RU2324708C2 - Способ изготовления изделий из композиционных материалов на основе политетрафторэтилена - Google Patents
Способ изготовления изделий из композиционных материалов на основе политетрафторэтилена Download PDFInfo
- Publication number
- RU2324708C2 RU2324708C2 RU2006111168/12A RU2006111168A RU2324708C2 RU 2324708 C2 RU2324708 C2 RU 2324708C2 RU 2006111168/12 A RU2006111168/12 A RU 2006111168/12A RU 2006111168 A RU2006111168 A RU 2006111168A RU 2324708 C2 RU2324708 C2 RU 2324708C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressing
- temperature
- furnace
- mpa
- vibrations
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к полимерным композиционным материалам (ПКМ) на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ), и может быть использовано при изготовлении деталей металлополимерных узлов трения машин различных видов техники. Технический результат достигается использованием энергии ультразвуковых колебаний частотой 20±3 кГц и амплитудой колебаний в пределах 8÷12 мкм при прессовании композиционной смеси. При этом колебания непрерывно воздействуют на прессующий пуансон в течение 2÷3 минут. Предварительно проводят смешивание порошков смеси в смесителе с частотой вращения ножей не менее 2800 мин-1. Холодное прессование композиции производят в закрытой прессформе под давлением 50±5 МПа. Отпрессованную заготовку нагревают в печи до температуры 360±5°С со скоростью 1,5-2,0 град/мин. Затем выдерживают при этой температуре 8÷9 мин на 1 мм толщины стенки изделия и охлаждают до температуры 327°С со скоростью 0,3-0,4 град/мин и от 327°С до комнатной температуры вместе с печью. Технический результат заключается в повышении механических и триботехнических свойств композиционного материала и экономичности технологического процесса получения изделий из ПКМ на основе ПТФЭ. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Description
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к антифрикционным полимерным композиционным материалам (ПКМ), и может быть использовано при изготовлении деталей металлополимерных узлов трения машин различных видов техники.
Известен способ изготовления изделий из политетрафторэтилена (ПТФЭ) и ПКМ на его основе (см. Д.Д.Чегодаев, З.К.Наумова, И.С.Дунаевская. Фторопласты. Л.: Изд-во Химической литературы. 1960), при котором порошок ПТФЭ засыпают в пресс-форму и равномерно распределяют по всему объему, прессуют при комнатной температуре под давлением 35 МПа, спекают в свободном состоянии при температуре 360-380°С и охлаждают вместе с печью. Этот способ имеет недостатки, поскольку изделия и заготовки имеют недостаточный уровень механической прочности, высокий и нестабильный уровень усадки.
Известен другой способ изготовления изделий из ПКМ на основе ПТФЭ (АС №1812190, МПК C08J 5/15), при котором порошки ПТФЭ, бронзы, дисульфида молибдена и измельченных углеродных волокон смешивают в смесителе с частотой вращения ножей 2800 мин-1, прессуют заготовки при давлении 100-110 МПа и спекают при температуре 360±5°С, охлаждают от температуры спекания до 327°С со скоростью 0,3-0,4 град/мин, от 327 до 20°С - свободно вместе с печью. При этом измельченное углеродное волокно получают из углеволокнистого материала, выдержанного в жидком фреоне не менее 48 часов. После сушки материал разрезают на кусочки и измельчают в мельнице в присутствии порошка ПТФЭ при частоте вращения ножей 7000 мин-1 в течение 3-9 мин.
Рассмотренный способ наиболее близок по своей технической сущности к предлагаемому изобретению, однако ему также присущи недостатки, снижающие характеристики механических свойств композиционного материала и экономичность способа. Основной недостаток известного способа заключается в том, что при холодном прессовании невозможно достичь достаточно плотной упаковки частиц матрицы и наполнителей. Обработка углеродного волокна в жидком фреоне в течение 48 часов также не обеспечивает решение этой задачи, а двух-, трехкратное увеличение давления прессования до 100-110 МПа лишь частично способствует повышению плотности упаковки частиц. В результате предел прочности композиционного материала снижается, увеличиваются затраты на производство (расходуется фреон, увеличиваются энергетические затраты и износ прессового оборудования) и снижается производительность.
Задача изобретения - повышение характеристик механических и триботехнических свойств композиционного материала и экономичности технологического процесса получения изделий из ПКМ на основе ПТФЭ.
Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом способе изготовления прессование композиционной смеси осуществляют при непрерывном воздействии на прессующий пуансон энергии ультразвуковых колебаний частотой 20±3 кГц в течение 2-3 мин и амплитудой колебаний в пределах 8÷12 мкм. Прессование производят в закрытой пресс-форме под давлением 50±5 МПа в течение 2,0÷3,0 мин при амплитуде колебаний пуансона в пределах 8÷12 мкм, отпрессованную заготовку нагревают в печи до температуры 360±5°С со скоростью 1,5-2,0 град/мин, выдерживают при этой температуре из расчета 8÷9 мин на 1 мм толщины стенки изделия, охлаждают до температуры 327°С со скоростью 0,3-0,4 град/мин и от 327°С до комнатной температуры вместе с печью.
В условиях высокочастотных колебаний существенно снижается сила сцепления (взаимодействия) частиц композиционной смеси, они легко смещаются относительно друг друга и под давлением прессования достигается значительное сближение и плотная упаковка всех частиц смеси. Сближение частиц до уровня межмолекулярного взаимодействия способствует значительному усилению связей между частицами, которые окончательно стабилизируются в процессе последующей термообработки (спекании), благодаря чему достигается значительное повышение механической прочности композиционного материала.
Использование энергии ультразвуковых колебаний позволяет исключить малоэффективную операцию обработки углеродных волокон в жидком фреоне в течение 48 часов с последующей сушкой и в 2 раза со 110 до 55 МПа снизить давление прессования.
Для передачи энергии ультразвуковых колебаний прессуемой композиции изготавливают специальный волновод-инструмент, представляющий собой полуволновой стержень с заданным законом изменения площади поперечного сечения, выполненный заодно с прессующим пуансоном и совершающий под рабочей нагрузкой продольные колебания с заданной частотой и амплитудой колебания.
Отработку заявляемого способа производили на трех различных по составу композициях. Составы композиций приведены в табл.1.
Таблица 1 | ||||
Композиция | Содержание, мас.% | |||
Углеродное волокно | Скрытокристаллический графит | MoS2 | ПТФЭ | |
1 | - | 3...12 | - | 88-97 |
2 | 3-12 | - | - | 88-97 |
3 | 6 | 8 | 2 | 84 |
Изготовление изделий из композиций 1, 2, 3 производят по следующему способу. Композицию из порошков смешивают в смесителе с частотой вращения ножей 2800 мин-1, прессуют заготовки под давлением 50-55 МПа с одновременным воздействием на прессуемую смесь энергии ультразвуковых колебаний с частотой 20 кГц и амплитудой 8-12 мкм и спекают при температуре 360±5°С в течение 8-9 мин на 1 мм толщины стенки изделия, охлаждают от температуры спекания до 327°С со скоростью 0,3-0,4 град/мин, а далее до 20°С - свободное охлаждение с печью.
Определение предела прочности при растяжении σв и относительного удлинения при растяжении производят по методикам ГОСТ 11262-80, модуля упругости - по методике ГОСТ 9550-81.
Износостойкость ПКМ определяют по скорости изнашивания на машине трения, работающей по схеме трения палец - диск. Пальцы диаметром 5 мм изготавливают из испытуемого материала, диск (контртело) - из закаленной углеродистой или легированной стали. Испытание ведут при скорости скольжения 1 м/с и контактном давлении 3 МПа.
Необходимое давление прессования и продолжительность воздействия ультразвука определяются из условия получения максимальной прочности композиционного материала. Изготавливали образцы из композиций 1, 2, 3 при давлении прессования 35, 50 и 75 МПа. Наибольший предел прочности 23,8 МПа и модуль упругости 265 МПа получены при давлении 50 МПа, при этом при давлении 35 МПа и 75 МПа предел прочности образцов меньше на 12 и 2,5%, а модуль упругости меньше на 10,5 и 3,8 соответственно. Наибольшее значение показателей механических свойств (предел прочности, модуль упругости) получены при воздействии ультразвука в течение 2,0...3,0 мин.
Оценку эффективности предлагаемого способа проводили при давлении прессования 50 МПа и воздействии ультразвука в течение 2,5 мин с момента начала прессования, т.е. с момента контакта пуансона с прессуемой смесью.
Для оценки эффективности заявляемого способа проводят испытание пальцев, изготовленных по известному и заявляемому способам. В табл.2 приведены данные об относительном изменении показателей механических и триботехнических свойств при использовании энергии ультразвуковых колебаний по сравнению с показателями свойств образцов, изготовленных по известному способу.
Таблица 2 | ||||
Композиция | Изменение показателей свойств, % | |||
предел прочности, Δσв | модуль упругости, ΔЕ | относительное удлинение, Δδа | скорость изнашивания, ΔU | |
1 | +2,8...9,5 | +18...25 | -8...25 | -23 |
2 | +2,2...4,1 | +18...82 | -5...24 | -32 |
3 | +18 | +38 | -35 | -36 |
Примечание. Знак + означает увеличение показателя. | ||||
Знак - означает уменьшение показателя. | ||||
Для композиций 1, 2 изменение показателей соответствует диапазону изменения содержания наполнителей (3...12)%. Значение изменений скорости изнашивания приведены для содержания наполнителей 6 мас.%. |
Из приведенных данных следует, что при изготовлении образцов по заявляемому способу предел прочности повышается на 2,2-18%, модуль упругости - на 18-38% в зависимости от вида и содержания наполнителей или в среднем предел прочности увеличивается на 7,7-10,5%, а модуль упругости - на 24,7-48,3%. При этом относительное удлинение и скорость изнашивания снижаются в среднем на 16-28% и на 30,4% соответственно.
Комплексное улучшение механических и триботехнических свойств композиционного материала, изготовленного по предлагаемому способу, выражающееся в повышении модуля упругости и износостойкости в среднем на треть, позволяет существенно увеличить ресурс работы и надежность узлов трения (подшипников скольжения, направляющих, герметизирующих устройств) и машин в целом.
Claims (2)
1. Способ изготовления изделий из полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена с дисперсными и волокнистыми наполнителями, при котором осуществляют смешивание наполнителей с политетрафторэтиленом в смесителе с частотой вращения не менее 2800 мин-1, холодное прессование в закрытой прессформе, нагревание до температуры 360±5°С в печи со скоростью 1,5-2,0 град/мин, выдержку при этой температуре 8÷9 мин на 1 мм толщины стенки изделия, охлаждение до температуры 327°С со скоростью 0,3-0,4 град/мин и от 327°С до комнатной температуры - охлаждение вместе с печью, отличающийся тем, что прессование композиционного материала осуществляют при непрерывном воздействии на прессующий пуансон энергии ультразвуковых колебаний частотой 20±3 кГц в течение 2÷3 мин и амплитудой колебания в пределах 8÷12 мкм.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прессование композиционных материалов в закрытой прессформе осуществляют под давлением 50±5 МПа при воздействии на прессующий пуансон энергии ультразвуковых колебаний.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006111168/12A RU2324708C2 (ru) | 2006-04-05 | 2006-04-05 | Способ изготовления изделий из композиционных материалов на основе политетрафторэтилена |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006111168/12A RU2324708C2 (ru) | 2006-04-05 | 2006-04-05 | Способ изготовления изделий из композиционных материалов на основе политетрафторэтилена |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006111168A RU2006111168A (ru) | 2007-11-10 |
RU2324708C2 true RU2324708C2 (ru) | 2008-05-20 |
Family
ID=38957721
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006111168/12A RU2324708C2 (ru) | 2006-04-05 | 2006-04-05 | Способ изготовления изделий из композиционных материалов на основе политетрафторэтилена |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2324708C2 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2471822C1 (ru) * | 2011-07-05 | 2013-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет "СГТУ" | Способ получения полимерного пресс-материала |
RU2546161C2 (ru) * | 2013-05-29 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Способ изготовления изделий из полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена и устройство для изготовления изделий |
RU2632843C1 (ru) * | 2016-07-18 | 2017-10-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" | Способ получения полимерных композиций на основе политетрафторэтилена, содержащих минеральный наполнитель |
RU2707361C1 (ru) * | 2019-03-20 | 2019-11-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) | Способ изготовления изделий из композиционных материалов |
-
2006
- 2006-04-05 RU RU2006111168/12A patent/RU2324708C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2471822C1 (ru) * | 2011-07-05 | 2013-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет "СГТУ" | Способ получения полимерного пресс-материала |
RU2546161C2 (ru) * | 2013-05-29 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Способ изготовления изделий из полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена и устройство для изготовления изделий |
RU2632843C1 (ru) * | 2016-07-18 | 2017-10-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" | Способ получения полимерных композиций на основе политетрафторэтилена, содержащих минеральный наполнитель |
RU2707361C1 (ru) * | 2019-03-20 | 2019-11-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) | Способ изготовления изделий из композиционных материалов |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006111168A (ru) | 2007-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Aigbodion et al. | Effect of bagasse ash reinforcement on dry sliding wear behaviour of polymer matrix composites | |
RU2324708C2 (ru) | Способ изготовления изделий из композиционных материалов на основе политетрафторэтилена | |
Feng et al. | A study on the friction and wear behavior of polytetrafluoroethylene filled with potassium titanate whiskers | |
Çuvalci et al. | Investigation of the effect of glass fiber content on the mechanical properties of cast polyamide | |
Negrov et al. | Manufacture of slip bearings from PTFE-based composite | |
RU2546161C2 (ru) | Способ изготовления изделий из полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена и устройство для изготовления изделий | |
CN107177145B (zh) | 填充改性聚四氟乙烯材料及其应用和制备方法 | |
Wenxia | Plasma treatment of carbon fiber on the tribological property of polyimide composite | |
RU2403269C2 (ru) | Способ изготовления полимерного нанокомпозиционного материала и материал, изготовленный этим способом | |
CN104710659B (zh) | 协同杂化的纺织废胶基阻尼减振复合材料及其制造方法 | |
CN115975318A (zh) | 一种低磨损自润滑材料及其制备方法 | |
CN113024993B (zh) | 一种聚醚醚酮复合材料及其制备方法与应用 | |
Kabat et al. | Polymeric composite materials of tribotechnical purpose with a high level of physical, mechanical and thermal properties | |
RU2603673C1 (ru) | Способ изготовления изделий из композиционных материалов на основе политетрафторэтилена | |
Nishitani et al. | Friction and wear properties of recycled natural fiber reinforced plant-derived polyamide 1010 biomass composites | |
RU2707361C1 (ru) | Способ изготовления изделий из композиционных материалов | |
RU2410202C1 (ru) | Способ получения изделия из спеченного композиционного материала на основе карбида вольфрама со связкой из стали | |
RU2266925C2 (ru) | Способ изготовления изделий из композиционных материалов на основе полимеров | |
Voropaev et al. | On the effect of intermediate pressing of preforms on the formation of a defect-free structure of finished products from carbon fiber-filled polytetrafluoroethylene | |
RU2552744C2 (ru) | Базальтофторопластовый композиционный материал триботехнического назначения | |
RU2675520C1 (ru) | Полимерный материал триботехнического назначения на основе политетрафторэтилена | |
Nishitani et al. | Effect of addition of PP-g-MA on the tribological properties of hemp fiber reinforced plant-derived Polyamide1010 biomass composites | |
CN112266560A (zh) | 一种纳米聚四氟乙烯复合材料及其制备方法 | |
Panda et al. | THE RESULTS OF THEORETICAL AND EXPERIMENTAL STUDIES OF TRIBOTECHNICAL PURPOSES COMPOSITES ON THE BASIS OF EPOXY COMPOSITE MATERIAL. | |
Nishitani et al. | Influence of initial fiber length on the mechanical and tribological properties of hemp fiber reinforced plants-derived polyamide 1010 biomass composites |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090406 |