Спосіб одержання полімерного композитного матеріалу на основі політетрафторетилену

Спосіб одержання полімерного композитного матеріалу на основі політетрафторетилену, армованого вуглецевим волокном, що включає змішування компонентів у сухому стані, формування заготовок під тиском та їх спікання у вільному стані, який відрізняється тим, що спікання проводять в режимі каскадної термічної обробки. (19) (21) u200901562 (22) 23.02.2009 (24) 27.07.2009 (46) 27.07.2009, Бюл.№ 14, 2009 р. (72) БУДНИК АНАТОЛІЙ ФЕДОРОВИЧ, ІЛЬЇНИХ АННА АНАТОЛІЇВНА, БУДНИК ОЛЕГ АНАТОЛІЙОВИЧ, РУДЕНКО ПАВЛО ВОЛОДИМИРОВИЧ, БУРМІСТР МИХАЙЛО ВАСИЛЬОВИЧ, ЮСКАЄВ ВОЛОДИМИР БОРИСОВИЧ, ТОМАС АЛЕВТИНА ОЛЕКСАНДРІВНА 3 42870 В процесі такого термічного впливу на складові композитного матеріалу при нагріванні враховується те, що: 1) термічне розширення композиту проходить практично на протязі всього циклу нагрівання до (380±10) °С, тому швидкість підйому температури повинна бути не більше 40 °С за годину; 2) точка переходу кристалічної фази політетрафторетилену в аморфну при нагріванні від 320 до 330 °С потребує часу витримки при переході не менше години в залежності від товщини заготовки; 3) термічна релаксація високо еластичних напруг, одержаних композитом в результаті формування, проходить до температури 342 °С; 4) неможливість візуального контролю за фазовими переходами при спіканні за прозорістю композиту потребує тривалості спікання не менше 1,5 год на кожний сантиметр товщини виробу; 5) при охолодженні композиту нижче 327 °С в полімерній матриці проходить утворення кристалітів. Максимальна швидкість кристалізації проходить при температурі 310 °С, а швидкість охолодження в цьому температурному інтервалі дозволяє одержати ступінь кристалічності від 45 до 85 %; 6) в зв'язку з низькою теплопровідністю фторопластів швидкості охолодження композиту повинні бути 8...15 °С/год., тому охолодження після спікання повинно проходити не менше 5 год. від температури 370 до 250 °С; 7) підвищити швидкість охолодження до 50 °С/год. можна тільки після того, як температура в серединних шарах композиційної заготовки досягне нижньої температури кристалізації 288 °С; 8) після охолодження заготовки до 250 °С її можна вийняти з печі, завернути в азбестову ковдру і охолоджувати до 23 °С в такий спосіб; 9) одержані заготовки з композиту необхідно зберігати при 23 °С не менше 2-3 діб до використання, чи механічної обробки. В процесі спікання матеріалу заготовки на стадії сплавляння часток полімеру і вуглецево волокнистого наповнювача в композиті закладаються хімічні, фізико-механічні, фізико-хімічні і електричні властивості майбутнього виробу. Після каскадного режиму термічного впливу на композит при спіканні, що включає поєднання нагрівання з різними швидкостями і витримки різної тривалості з повільним охолодженням, проходить позмінна почергова розорієнтація і стабілізація його структури на молекулярному рівні. При цьому відбувається орієнтація фрагментів макромолекул, що дозволяє сформувати більш однорідну надмолекулярну структуру і стабільні властивості композиту по всьому об'єму. В результаті цього міцносні характеристики та зносостійкість композиту підвищується. Показники Границя міцності при розриві, МПа Інтенсивність зношування -10-7 мм3/Н·м 4 Реалізація заявленого способу ілюструється таким прикладом. Приклад. Вуглецеве волокно отримували з тканини УТМ-8 подрібненням у ножовій дробарці МРП-1 при 7000 об./хв. протягом 5 хвилин. Волокно (15 мас. %) змішували з порошком політетрафторетилену (85 мас. %) на дробарці МРП-1 у сухому стані протягом 5 хвилин. Одержану композицію пресували в заготовку при Рпр.=70 МПа. Заготовку у вільному стані піддавали спіканню в печі з обертовим по дом в такому режимі каскадної термічної обробки: 1. Нагрівання заготовки від 23±1 °С до 105±5 °С протягом 2,0 годин. 2. Витримка при температурі 105±5 °С протягом 0,5 годин. 3. Нагрівання від 105±5 °С до 155±5 °С протягом 1,0 години. 4. Витримка при температурі 155±5 °С протягом 0,5 годин. 5. Нагрівання від 155±5 °С до 255±5 °С протягом 2,0 годин. 6. Витримка при температурі 155±5 °С протягом 0,5 годин. 7. Нагрівання від 255±5 °С до 325±5 °С протягом 1,0 години. 8. Витримка при температурі 325±5 °С протягом 1,0 години. 9. Нагрівання від 325±5 °С до 355±10 °С протягом 0,5 годин. 10. Витримка при температурі 355±10 °С протягом 3,0 годин. 11. Нагрівання від 355±10 °С до 380±10 °С протягом 0,5 годин. 12. Витримка при температурі 380±10 °С протягом 3,0 годин. 13. Зниження температури від 380±10 °С до 325±5 °С на протязі 5,0 годин. 14. Зниження температури від 325±5 °С до 315±5 °С на протязі 1,0 години. 15. Зниження температури від 315±5 °С до 285±5 °С на протязі 1,5 годин. 16. Витримка при температурі 285±5 °С протягом 0,5 годин. 17. Зниження температури від 285±5 °С до 255±5 °С протягом 0,5 годин. 18. Зниження температури від 255±5 °С до 105±5 °С протягом 3,0 годин. 19. Охолодження з піччю, або в азбестовій ковдрі до 23±2 °С. 20. Термостабілізація заготовки 2-3 доби при нормальних умовах. Властивості фторопластових полімерних композитів одержаних за відомим способом і способом, що заявляється представлені в таблиці Спосіб спікання Відомий (прототип) Заявлений (каскадний) 19,2 23,8 9,0 5,8 Результат випробувань показує, що композит виготовлений за заявленим способом перевищує прототип за міцністю на 24 %, за зносостійкістю на 55 %. 5 42870 Суть корисної моделі полягає в тому, що каскадний спосіб спікання фторопластового композиту з почасовою витримкою на кожній із сходин каскаду дозволяє зняти некомпенсовані напруги від формування в об'ємі композиту, забезпечуючи повне протікання структурних перетворень в об'ємі композиту при переході через характерні точки температур фазових перетворень, попереджує порушення цілісності композиту при охолодженні (розтріскування) та формування потрібного співвідношення фаз полімерної матриці. Все це до Комп’ютерна верстка І.Скворцова 6 зволяє сформувати структуру політетрафторетиленового композиту з вуглеволокнистим наповнювачем з високою гомогенністю за об'ємом і стабільними властивостями композиту в будьякому перерізі. Як результат, характеристики міцності та зносостійкості композита суттєво підвищуються і він з повним правом може рекомендуватися для виготовлення конструкційних матеріалів загального та антифрикційного призначення, здатних працювати при високих температурах і в хімічно активних середовищах. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601