Результаты триботехнических испытаний

Для исследования триботехнических характеристик образцов материалов была применена схема испытания с вращением трех инденторов по неподвижному диску (n = 60 об/мин; t = 2 мин; Nнач = 20Н). Для испытания использовали микротрибометр FT2.

Для исследования использовали пластинчатые образцы из исходного ПТФЭ, ПТФЭ+ПА(3%), ПТФЭ+ПА(5%).

Результаты, полученные в ходе исследования, представлены в виде графика зависимости коэффициента трения от количества оборотов инденторов на рисунке 4.8.

Результаты триботехнических испытаний - student2.ru

Рисунок 4.8 - Зависимость коэффициента трения материалов от пути трения

Изменение коэффициента трения для предлагаемых составов композиций не превышает предела погрешности и находится в диапазоне значения 0,11.

Выводы по главе 4.

Применение составов на основе политетрафторэтилена, наполненного малыми концентрациями (до 5 масс.%) криогенноизмельченного порошкообразного полиамида ПА6 210/310 дисперсностью не превышающей 100 мкм., приводит к формированию изделий не отличающихся своими эксплуатационными характеристиками, однако более конкурентоспособных по ценовому критерию.

Анализ морфологических исследований свидетельствует об образовании характерной структуры композиционного состава с наличием межфазного взаимодействия и соответствующей зоной структурирования (рисунки 4.3-4.4).

Триботехнические и физико-механические испытания указывают на стабильность показателей материалов в ходе лабораторных испытаний, которые находятся в пределах значений, соответствующих изделиям на основе чистого ПТФЭ и способны стать альтернативной заменой по техническим характеристикам составам из [8-14].

ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Технологический процесс производства заготовок из ПТФЭ методом компрессионного прессования состоит из следующих основных стадий:

- подготовка сырья;

- прессование;

- термообработка заготовок [15-21].

Подготовка сырья

Политетрафторэтилен (фторопласт) - гидрофобный, легко комкующийся и легко электризующийся материал. В процессе хранения и транспортировки порошок фторопласта слёживается в комкованную несыпучую массу, которую перед началом прессования необходимо предварительно разрыхлить на дисмембраторе NOSSEN 8255 для разрушения комков и обеспечения равномерной засыпки порошка в пресс-форму. Дисмембратор состоит из литого чугунного корпуса, вставного подшипникового узла, крышки корпуса, подвижного диска измельчителя и электродвигателя с приводом и пусковой аппаратурой. На крышку корпуса смонтирован неподвижный диск и питательное устройство.

Принцип работы: фторопласт подается в питатель и через отверстие в крышке попадает в пространство между подвижным и неподвижным диском дисмембратора, где под действием центробежных сил отбрасывается на периферию к стенке прохода в пространство между молотками. Молотки запрессованы в диски и заглушены с торцевой стороны. Подвижный диск укреплен на валу с помощью гайки. Вал находится в подшипниковом узле и соединен с двигателем посредством ременной передачи через шкив, который укреплен на валу шпоночным соединением. Разрыхление осуществляется за счёт прохождением его через молотки от центра к стенкам.

В процессе транспортировки при низких температурах и при внесении в тёплое помещение на поверхности частиц порошка конденсируется влага, находящаяся в мешке или в помещении цеха. Поэтому порошок фторопласта - 4 перед прессованием должен быть термостатирован при температуре не ниже 21 °С в течение 24 ч или высушен в сушильном шкафу АРСМЗ 009.000 при температуре (150 ± 10)°С до содержания влаги не более 0,02 %.

Прессование

Технологический процесс таблетирования включает в себя следующие стадии: подготовка пресса и пресс-формы; засыпка порошка в пресс-форму; плавный подъём давления; выдержка при максимальном давлении прессования; снятие давления и извлечение таблетки из пресс-формы.

Перед началом прессования устанавливают необходимое манометрическое давление, зависящее от усилия прессования, КПД пресса и площади плунжера.

На гидравлический пресс-полуавтомат ДБ2432 устанавливают и закрепляют пресс-форму. Во избежание перекосов и выхода из строя пресс-формы необходимо тщательно центрировать матрицу и стержень пресс-формы относительно пуансонов.

При достаточно длительной эксплуатации пресс-формы неизбежно постепенное накопление масла на поверхности верхней плиты, которое может попасть в порошок в процессе засыпки его в пресс-форму и привести к браку.

Во избежание этого масло следует периодически удалять с плиты пресса. Перед засыпкой порошка фторопласта - 4 детали пресс-формы, соприкасающиеся с порошком, протирают растворителем (бензином, ацетоном) и начисто протирают бязью, смоченной в спирте.

Для получения изделий необходимых размеров навеску порошка в граммах определяют в зависимости от объёма изделия и плотности спечённого изделия.

В рамках подготовки лабораторных и производственных испытаний была разработана, спроектирована и изготовлена оснастка для изготовления изделия типа «кольцо» (приложение Б).

Навеска взвешивается на технических весах. После взвешивания навеска порошка засыпается в пресс-форму с помощью совка и разравнивается по площади прессования для получения равноплотной и качественной таблетки без трещин и короблений.

Процесс прессования таблетки состоит из трёх стадий:

- подъём давления;

- выдержка при максимальном давлении;

- снятие давления.

При приложении давления происходит уплотнение порошка за счёт удаления из него воздуха. Наиболее полное удаление воздуха достигается за счёт плавного повышения давления. Прессование заготовки осуществляется при давлении 25 МПа. После достижения максимального манометрического давления осуществляется выдержка заготовки из расчёта 1 минута на 1 кг массы изделия.

Аккумулирующие напряжения сжатия в процессе выдержки таблетки под давлением могут вызвать её растрескивание. Для предотвращения этого давление прессования снимается постепенно в течение (10 - 20) с. После полного снятия давления таблетка увеличивается по высоте на (2-3) % за счёт релаксации в ней упругих напряжений.

Последней операцией прессования является извлечение таблетки из пресс-формы. Операция выталкивания происходит за один непрерывный и плавный ход выталкивателя, исключающий рывки и остановки при движении. В процессе прессования таблетка подвергается радиальным напряжениям, которые не снимаются после снятия давления прессования. Эти напряжения вызывают незначительное увеличение заготовки по диаметру на (1- 2) %, поэтому любая остановка в процессе выталкивания таблетки приводит к преждевременному расширению материала, в результате которого образуются трещины по окружности, которые проявляются при термообработке.

В извлечённой таблетке ещё длительное время остаются остаточные напряжения сжатия, которые приводят к растрескиванию во время термообработки. Для предотвращения этого спрессованную таблетку выдерживают при температуре (20 ± 3) °С в течение 5 ч .

Термообработка заготовок

Заключительной стадией производства заготовок из фторопласта - 4 является термическая обработка - свободная выпечка в термических печах извлечённых из пресс-форм заготовок.

Для заготовок с толщиной стенки 3 мм термообработку следует проводить по следующему режиму:

- нагрев до температуры (375 ± 5) °С со скоростью нe более 50 град/ч;

- выдержка при температуре (375 ± 5) °С в течение 2 ч;

- охлаждение со скоростью не более 50 град/ч.

При длительном хранении отпрессованных заготовок (более 24 ч) их следует просушить перед термообработкой в течение (6 - 7) ч при температуре (150-160) °С.

Затем из полученной заготовки вырубаются кольца диаметром 32 мм (с внутренним отверстием диаметром 28 мм).

Выводы по главе 5.

В ходе разработки технологического процесса производства заготовок из составов на основе ПТФЭ были определены основные стадии: подготовка сырья; прессование; термообработка заготовок. Также были определены основные параметры процесса производства:

1 Давление прессования заготовки 25 МПа.

2 Режим термообработки:

- нагрев до температуры (375 ± 5) °С со скоростью нe более 50 град/ч;

- время выдержки при температуре (375 ± 5) °С в течение 2 ч;

- охлаждение со скоростью не более 50 град/ч.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения работы был изучен состав, свойства и технология изготовления герметизирующих материалов, применяемых в запорной арматуре. Определены основные достоинства и недостатки основных герметизирующих материалов.

При проведении патентного обзора особое внимание было уделено технологическим особенностям производства герметизирующих материалов и применяемым функциональным наполнителям, для повышения деформационно-прочностных характеристик. Широкое распространение получила технология прессования с последующим спеканием заготовок. Среди функциональных наполнителей наибольшее распространение получили углеродсодержащие (углеродные нанотрубки, порошок шунгита, фуллереновая сажа и др.).

В главе 3 приведён обзор методов проведения исследования физико-механических характеристик герметизирующих материалов (оптическая микроскопия, метод динамическогомикроиндентирования, определение прочности и относительного удлинения при разрыве, определение триботехнических характеристик). Для проведения исследования физико-механических характеристик были использованы образцы фторопласт-4, ПТФЭ+ПА(3%), ПТФЭ+ПА(5%).

При переработке композита в межфазных слоях образуется гибридная структура, состоящая из химически связанных между собой сеток - сшитых структур исходного полимера.

Предложен технологический процесс получения заготовок из фторопласта-4, полученных по следующим технологическим режимам прессования с последующим спеканием:

- нагрев до температуры (375 ± 5) °С со скоростью нe более 50 град/ч;

- время выдержки при температуре (375 ± 5) °С в течение 2 ч;

- охлаждение со скоростью не более 50 град/ч.

Разработана, спроектирована и изготовлена оснастка для изготовления изделия типа «кольцо» (приложение Б).

Проведена апробация результатов испытаний на ОАО «Гродно Азот» (приложение В).

Предполагаемая экономическая эффективность от использования в качестве наполнителей политетрафторэтилена полиамида 6 может составить более 130 миллионов белорусских рублей на 1 тонну используемого сырья.

Результаты работы апробированы на конференциях в Республике Беларусь и опубликованы в сборниках материалов конференций (приложение Г).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Наши рекомендации