Оптимизация состава и режимов горячего прессования трехкомпонентных уплотнительных материалов на основе фторопласта

На основании анализа результатов, полученных при исследова­ниях и требований, предъявляемых к уплотнительным материалам, работающих в подвижных соединениях, в качестве материала - основы выбран порошок фторопласта-40 (МРТУ 6-05-817-68) с размерами частиц 0,5—10 мкм. В качестве наполнителя, снижающе­го коэффициент трения, использован порошок фторопласта-4 Д1 ГГ (ТУ 6-05-041-372-72) с размерами частиц 30—160 мкм, а повы­шающего износостойкость и улучшающего релаксационные харак­теристики - порошки бронзы Бр. ОС 6-6 со средними размерами частиц от 5 до 125 мкм.

Смешивание порошков производили последовательно: сначала смешивали порошок фторопласта-4ДПТ с бронзовым порошком, а затем полученную смесь смешивали с порошком фторопласта-40, образующего оболочку на агрегатах с ядрами из частиц фторопла - ста-4ДПТ или крупных частиц бронзы или на агрегатах с промежу­точными оболочками из мелких частиц бронзы.

При оптимизации реализован пятифакторный дробный экспе­римент с применением ротатабельного планирования 2-го порядка с варьированием количества фторопласта-4ДПТ, бронзы и разме­ров частиц ее порошка, давления и времени горячего прессования при температуре 570 ±5 К. Значения уровней и интервалов варьи­рования факторов представлены в табл. 5.5. Кодированные значе­ния факторов выражали соотношением (5.1).

Опыты реализованы по условиям (табл. П3). составленным в со­ответствии с матрицей планирования (табл. П4). Параметрами оп­тимизации для уплотнительных материалов, способных работать в подвижных соединениях выбраны: коэффициент трения (I ), интен­сивность изнашивания (Д), релаксация напряжений, характеризуе­мая относительной величиной (^с) и модуль упругости (Еу). Сред­ние значения параметров оптимизации, определенные по четырем образцам материалов каждого опыта, приведены в табл. П3. Значе­ния их логарифмов, использованные при обработке результатов с целью получения математических соотношений параметров опти­мизации и влияющих на них факторов в степенном виде, внесены в табл. П4.

По результатам эксперимента получены уравнения: для коэф­фициента трения

I _ 14,5 2,19(0,1311пфф-1) р7,212(0,141пр-1) ч0,3685(),351пр-1)ф0,12 . (5 7)

1 _ е фф Р а фБ ; (5/)

Значения уровней и интервалов варьирования факторов

Факторы

Кодовое обозначе­ние факто­ров

Интервал

Варьиро­

Вания

Уровни факторов

Верх­

Ний

+

Основ

Ной

0

Ниж­

Ний

Фф - содержание фто­ропласта, %

*1

5

25

20

15

Фс - содержание графи­та, %

*2

3

18

15

12

Р - удельное давление горячего прессования, МПа

*3

5

35

30

25

Г - время горячего прессования (из расче­та на единицу наи­меньшего размера об­разца) на единицу высоты, мин/мм

Х4

2

10

8

6

Й - средний размер частиц бронзы, мкм

Х5

30

95

65

35

Для интенсивности изнашивания

I _ 157,8 45,015(0,1601пфф-1) ф34,0864(0,18141пфБ-1) 25,3986(0,15131пр-1) Х

TOC o "1-5" h z 1Ъ_ е фф фБ р Х

^7,4333(0,22531п г - 1) . 6,5305(0,13321п й - 1) . (5 8)

Для относительного изменения напряжений

Е _ Л8.789 ф7,028(0,1771пфф-1)ф7,1998(0,1861пфБ-1) .2,85(0,2441пг-1) 0,5 л0,178 .(5 9)

Ьп _ е фф фБ г Р Р ; (59)

для модуля упругости

Е _ _27,432 2,577(0,0761пфф+0,1871пр-1)ф0,867(0,5221пфБ-1) р8,802(0,1261пр-1) Х

Еу _е фф Фб Р Х (5.10)

Хг1.861(0,2331п г-1) й 0,018(5,771п й-15,2931п фБ -1) [МПа]

Анализ результатов позволяет выбрать количественное соотно­шение компонентов, размер частиц порошка бронзы, давление и время горячего прессования, при которых обеспечивается получе­ние материала на основе фторопласта-40, содержащего фторо - пласт-4ДПТ и бронзу, с лучшим комплексом характеристик.

123

Наименьшие расчетные значения коэффициентов трения полу­чены для материалов, содержащих 20-25 % фторопласта-4ДПТ, 10 % бронзы и изготовляемых при давлении горячего прессования 25-30 МПа. Размеры частиц порошков бронзы при указанных зна­чениях давлений горячего прессования не оказывают существенно­го влияния на значения коэффициентов трения.

На рис. 5.1 приведены зависимости расчетных значений интен­сивности изнашивания композиций от размеров частиц бронзы и давления горячего прессования при содержании бронзы в компози­циях 15 % и времени горячего прессования 10 мин/мм. При этих значениях количества бронзы и времени горячего прессования ин­тенсивность изнашивания получена наименьшей.

Пласт-40 20-25 % фторопласта-4 ДПТ, 15 % бронзы с размерами час­тиц порошка 40-50 мкм и изготовлении при давлениях 25-30 МПа и времени горячего прессования 10 мин/мм.

Тт 7,1998(0,1861п фБ -1) Д85(0,2441п - 1)

Наименьшие сомножители ФБ и ґ 1 в урав­

Нении (5.9) получают при значениях количества бронзы 14-16 % и времени горячего прессования 8 мин/мм.

Зависимости относительной релаксации напряжений в материа­лах от количества фторопласта-4ДПТ, размера частиц порошка бронзы и давления горячего прессования (рис 5.2), построенные по расчетным значениям характеристики, при содержании бронзы 15 % и времени горячего прессования 8 мин/мм показывают, что наименьшими значениями относительной релаксации напряжений обладают композиции, включающие 15-20 % фторопласта-4 ДПТ, 14-16 % бронзы с размерами частиц менее 10 мкм и изготовленные горячим прессованием при давлении 20 МПа в течение 8 мин/мм (зависимости 1 и 2).

Оптимизация состава и режимов горячего прессования трехкомпонентных уплотнительных материалов на основе фторопласта

3

А

О

X

® О 10 20 30 40 50 60 70

Размеры частиц порошков бронзы, мкм

Рис. 5.2. Зависимости относительной релаксации напряжений от размеров частиц порошков бронзы, количества фторопласта-4ДПТ и давления горячего

Прессования:

1 - фф = 15; 2 - фф = 20; 3 - фф = 25 % при р = 20 МПа;

4 - фф = 15; 5 - фф = 20; 6 - фф = 25 % при р = 30 МПа;

7 - фф = 15; 8 - фф = 20; 9 - фф = 25 % при р = 40 МПа

Лучшей уплотняющей способностью обладают материалы, имеющие меньшие значения модуля упругости.

Расчетные значения модуля упругости композиций, полученных при горячем прессовании в течение 8 мин/мм, определяющих наи­меньшую величину сомножителя ^1,861(0,2331п ‘ - ') в уравнении (5.10), выборочно сведены в табл. 5.6. Наименьшие значения модуля уп­ругости принадлежат материалу, содержащему 20 % фторопласта - 4ДПТ и 10 % бронзы с размерами частиц порошка 40 мкм (осталь­ное фторопласт-40), изготовленному при давлении 30 МПа и вре­мени горячего прессования 8 мин/мм.

Таблица 5.6

Значения модуля упругости композиций на основе фторопласта-40

Давление

Количество

Количество

Значения модуля упругости,

Горячего

Фторопласта-

Бронзы в

МПа, при размерах частиц

Прессова­

4ДПТ в ком­

Композиции,

Порошка бронзы, мкм

Ния, МПа

Позиции, %

%

10

40

70

10

944

905

998

20

15

1309

1078

1112

20

20

1783

1318

1304

10

958

919

1020

25

15

1388

1137

1144

20

1899

1399

1388

10

844

810

892

20

15

1171

963

994

30

20

1595

1178

1159

10

897

860

948

25

15

1222

1005

1038

20

1665

1230

1210

10

972

918

1027

20

15

1325

1090

1125

40

20

1805

1334

1312

10

1067

1022

1128

25

15

1454

1196

1235

20

1981

1440

1416

Рассмотрев условия получения композиций с небольшими зна­чениями коэффициента трения, интенсивности изнашивания, ре­лаксации напряжений и модуля упругости, для элементов уплотни­тельных узлов подвижных соединений можно рекомендовать материал на основе фторопласта-40, содержащий 20 % фторопла - ста-4ДПТ, 14-16 % бронзы с размерами частиц исходного порошка 35—45 мкм, изготовленный горячим прессованием смесей при дав­лениях 25—30 МПа в течение 8 мин/мм.

Комментарии закрыты.