Общая характеристика материалов Арфлон

Радиационно-модифицированные материалы на основе ПТФЭ выпускаются под общим названием – АРФЛОН. Материалы АРФЛОН получают путем предварительного прессования порошка ПТФЭ или его смесей с различными углеродными и неорганическими наполнителями при комнатной температуре с последующей радиационной обработкой прессованных заготовок выше температуры плавления полимерного компонента.

Благодаря применению радиационной технологии материалы АРФЛОН характеризуются высокой однородностью структуры и отсутствием пористости, свойственной обычному ПТФЭ и всем известным в мировой практике композитам на его основе. Композиты марки АРФЛОН характеризуются высоким адгезионным взаимодействием частиц наполнителя с полимерной матрицей. Воздействие радиации при высокой температуре приводит к молекулярному сшиванию поверхности частиц наполнителя с макромолекулами ПТФЭ, что значительно упрочняет композит. Причем одинаково хорошо сшиваются с макромолекулами ПТФЭ и углеродные (графит, кокс, углеволокно), и неорганические частицы наполнителя (стекловолокно, бронза, дисульфид молибдена, оксиды металлов).

Материалы АРФЛОН рекомендуются к применению в качестве уплотнительных, антифрикционных и электротехнических конструкционных деталей для работы в широком диапазоне температур от -196 до +260 °С (кратковременно до 320 °С) в нейтральных и химически и биологически агрессивных средах, в условиях воздействия УФ- и ионизирующего излучения. Радиационная стойкость материалов АРФЛОН увеличена по сравнению с ПТФЭ от 100 до 250 раз. Материалы Арфлон не набухают в углеводородах и водной среде, негорючи и морозоустойчивы.

Специальные марки АРФЛОН, предназначенные для применения в трибосопряжениях (подшипники скольжения, манжеты, сальники, опорные и уплотнительные поршневые кольца и др.) имеют PV-фактор при температурах t ≤ 200°С и скоростях скольжения от 1 до 3 м/с без смазки от 10 до 30 МПа×м/с соответственно, что на порядок выше типичных значений для материалов аналогов. Для реализации максимальных значений PV-фактора необходимо обеспечить эффективный отвод тепловых потоков из зоны трибоконтакта.

Характеристики материалов АРФЛОН обеспечивают высокую надежность и ресурс работы сопрягаемых деталей и не уступают лучшим мировым аналогам.

Структурная особенность материалов Арфлон

Материалы АРФЛОН, не содержащие наполнителей, AR100 и AR200, представляют собой структурно-модифицированный ПТФЭ. Для данных марок АРФЛОНа характерна сферолитная упаковка фибрилл ПТФЭ вместо ламеллярной упаковки, свойственной обычному ПТФЭ.

Композиты марки АРФЛОН характеризуются наличием прочных химических связей диспергированных частиц с макромолекулами ПТФЭ, а также формированием аксиолитов, в центре которых располагаются частицы наполнителя, а макромолекулы ориентированы радиально по отношению к центру аксиолита. В обычных термически спеченных композитах ПТФЭ частицы наполнителя не связаны с макромолекулами и не смачиваются ими, поскольку не совместимы ввиду различий в поверхностной энергии, а структура полимерного компонента композита остается ламеллярной, как в ненаполненном ПТФЭ.

Общая характеристика свойств материалов Арфлон

Материалы AR100 и AR200, не содержащие наполнителей, обладают по сравнению с обычным ПТФЭ, улучшенными эксплуатационными свойствами. При переходе от AR100 к AR200 увеличиваются плотность, модуль упругости, твердость, напряжение при заданной величине деформации, а также снижаются скорость изнашивания, деформация при заданной нагрузке, скорость ползучести и пористость. Характеристики AR100 и AR200 позволяют существенно увеличить предельно допустимые значения механических напряжений в области повышенных температур, а также предельно допустимые значения давлений и скоростей скольжения в трибосопряжениях. Снижение пористости способствует увеличению средних значений напряжений электрических пробоев. Арфлон марки AR200 превосходит традиционные композиты на основе ПТФЭ, такие как Ф4К20, Ф4К15М5, Ф4С15, Ф4УВ15, Ф4КС2, АФГ20ВС и др. по износостойкости, ползучести и деформационно-прочностным характеристикам, особенно в области повышенных температур, а также по стойкости характеристик к воздействию ионизирующего излучения.

Введение наполнителей обеспечивает дополнительные преимущества материалам Арфлон. Композиты Арфлон, полученные с применением высокотемпературной радиационной обработки, обладают по сравнению с AR200, повышенными износостойкостью, теплостойкостью, теплопроводностью, жесткостью, твердостью и сниженными коэффициентом трения, коэффициентом термического расширения и ползучестью. Это способствует дальнейшему увеличению предельно допустимых механических напряжений, в том числе в области повышенных температур, а также предельно допустимых давлений и скоростей скольжения в трибосопряжениях.


Табл.1.

Основные характеристики материалов Арфлон в сравнении с типичным ПТФЭ


№ п.п. Наименование показателя Марка материала
Типичный ПТФЭ Арфлон AR100 Арфлон AR101 Арфлон AR200
1 Плотность по ГОСТ 15139 при 20±2 °С, г/см³ 2.140-2.180 2.185-2.195 2.190-2.205 2.195-2.215
2 Модуль упругости при сжатии по ГОСТ 9550, МПа
20 °С 250-400 450-500 550-600 600-700
100 °С 150-160 230-260 270-290 280-330
150 °С 30-40 70-85 120-140 150-170
200 °С 20-25 60-80 100-120 120-130
250 °С 10-15 40-50 60-70 70-80
3 Модуль упругости при растяжении по ГОСТ 9550, МПа
20 °С 250-350 400-450 500-550 500-600
100 °С 135-145 200-220 230-250 230-250
150 °С 25-35 90-100 100-110 110-130
200 °С 15-20 50-60 60-70 70-80
4 Напряжение при 10%-деформации на сжатие по ГОСТ 4651, МПа
20 °С 12 19 22 25
100 °С 4.1 12 14 16
150 °С 3.5 8 10 11
200 °С 2.4 5 7 9
250 °С 1.6 3 5 7
5 Напряжение при 10%-деформации на растяжение по ГОСТ 4651, МПа
20 °С <6 <10 13 14
100 °С 3.5 7 8 11
150 °С 2.5 5.5 5.5 7
200 °С 2 3.5 4 5
6 Деформация при сжатии при 14 МПа при 20 °С за 24 часа, %:
- суммарная 16 12 10 8
- необратимая 12 2 1 0.2
7 Деформация при растяжении при 12 МПа при 20 °С за 100 часов, %
- суммарная 300 20 4 2
- необратимая 180 4 1 0.1
8 Деформация при растяжении при 0.5 МПа при 250 °С за 24 часа, %
- суммарная 20 5 3 2
- необратимая 14 1 0.5 0.2
9 Прочность при растяжении по ГОСТ 11262, МПа
20 °С 20-30 15-17 13-15 12-15
100 °С 13-15 10-12 10-12 11-13
150 °С 8-10 10-12 10-12 7-8
200 °С 6-8 6-8 6-8 5-7
10 Истинная прочность (нагрузка, отнесенная к истинному значению сечения образца в момент разрыва), МПа 120-130 120-130 115-125 100-110
11 Относительное удлинение при разрыве по ГОСТ 11262, %
20 °С 400-550 350-470 200-300 80-150
100 °С 400-500 350-400 300-400 200-250
150 °С 400-500 350-400 300-350 200-250
200 °С 400-500 300-350 300-350 200-250
12 Коэффициент динамического трения (при движении образца в виде цилиндра по металлическому диску без смазки и теплоотвода из зоны контакта):
– P=2.5 МПа, V=1 м/с, Rа=0.3, HRc 45 0.22 0.22 0.20 0.20
– P=10 МПа, V=1 м/с, Rа=0.3, HRc 45 0.20 0.20 0.18 0.18
13 Линейная скорость изнашивания (при движении образца в виде цилиндра по металлическому диску без смазки и теплоотвода из зоны контакта), мкм/км:
– P=2.5 МПа, V=1 м/с, Rа=0.3, HRc 45 5x103 0.5×103 0.5-1 0.1-0.3
– P=10 МПа, V=1 м/с, Rа=0.3, HRc 45 >104 (1-2)×103 1-2 1-2
14 Интенсивность изнашивания (при движении образца в виде цилиндра по металлическому диску без смазки и теплоотвода из зоны контакта), мм3/н*м:
– P=2.5 МПа, V=1 м/с, Rа=0.3, HRc 45 10-3 (0.3-0.5)×10-6 (0.5-1)×10-9 10-9
– P=10 МПа, V=1 м/с, Rа=0.3, HRc 45 10-3 (1-2)×10-6 (0.5-1)×10-9 10-9
15 Показатель вытягивания пустот, SVI ASTM D4895-04 <300 <100 <60 <50
16 Твердость по Бринеллю, МПа D2240 – 05 25-28 30-35 38-40 40-42
17 Твердость по Шору D2240 – 05 58-60 59-60 60-61 61
18 Тепловое старение на воздухе при 2500°С в течении 1000 часов:
– изменение прочности при разрыве, %, не более 10 10 10 10
– изменение удлинения при разрыве, %, не более 30 30 30 30
19 Температура плавления, 0С ASTM D 4591 327 320 315 312
20 Теплота плавления/кристаллизации, Дж/г ASTM D 4591 25-30 30-35 35-40 35-40
21 Коэффициент линейного термического расширения, 10-5
-60 °C 9 9 8 8
20 °C 12 11 10 10
100 °C 12 11 10 11
150 °C 17 16 15 15
200 °C 20 19 18 18
250 °C 24 23 22 21
22 Влагопоглощение после 1000 часов выдержки в воде при 60 °С, %, не более ГОСТ 4650 0.05 0.05 0.05 0.05
23 Диэлектрическая проницаемость при 109 Гц 2.1 – 2.2 2.1 – 2.2 2.1 – 2.2 2.1 – 2.2
24 Тангенс угла диэлектрических потерь при 109 Гц (1 – 3)×10-4 (1 – 3)×10-4 (1 – 3)×10-4 (1 – 3)×10-4
25 Электрическая прочность при постоянном напряжении (толщина образца 0.100±0.005 мм), кВ/мм >25 >50 >50 >50
26 Интегральный коэффициент оптического пропускания в области 400-800 нм для пленки 100 мкм, % ≥40 ≥50 ≥60 ≥80
27 Газовыделение, % ГОСТ Р 50109 ≤0.01 ≤0.01 ≤0.01 ≤0.01
28 Коррозионная стойкость, ГОСТ 9902 Применение до 2500 °С в контакте с нержавеющими сталями, хромированными конструкционными сталями и титановыми сплавами.
29 Радиационная стойкость, кГр, ГОСТ 9.706, IV группа 10 500 1000 2000



Табл.2.

Основные характеристики композитов Арфлон в сравнении с обычными композитами на основе ПТФЭ


№ п.п Наименование показателя Марка материала
Обычные композиты Композиты Арфлон
Ф4К15М5 Ф4С15 Ф4УВ15 AR203 AR204 AR215
1 Модуль упругости при сжатии по ГОСТ 9550, МПа
20 °С 650-750 550-700 700-800 800-900 1000-1100 1300-1400
150 °С 75-85 70-80 100-120 350-400 460-500 480-520
200 °С 60-70 60-70 60-70 230-250 260-300 350-370
250 °С 30-40 30-40 30-40 150-170 220-230 250-280
2 Напряжение при 10%-деформации на сжатие по ГОСТ 4651, МПа
20 °С 21 21 22 28 36 38
150 °С 6.5 7.0 7.3 14 17 18
200 °С 5.6 5.7 5.9 9.8 14.9 15.0
250 °С 2.5 3.0 3.2 8.4 9.9 11.9
3 Деформация при сжатии при 25 МПа за 1 час, %:
- суммарная
20 °С 25 22 20 5 4.5 4.1
150 °С 33 30 30 12 7 5.9
200 °С 40 40 56 22 16 15
- необратимая
20 °С 20 18 14 2.4 1.7 1.0
150 °С 25 24 22 4.4 2.1 1.5
200 °С 29 30 40 9.5 4.0 3.2
4 Прочность при растяжении при 20 °С по ГОСТ 11262, МПа >15 >15 >15 >15 >15 >15
5 Относительное удлинение при разрыве при 20 °С по ГОСТ 11262 °С, % >100 >150 >100 >100 >100 >50
6 Коэффициент динамического трения (при движении образца в виде цилиндра по металлическому диску без смазки и теплоотвода из зоны контакта при P=2.5 МПа, V=1 м/с, Rа=0.3, HRc=45) 0.25-0.38 0.25-0.30 0.24-0.26 0.14-0.16 0.14-0.18 0.18-0.20
7 Линейная скорость изнашивания (при движении образца в виде цилиндра по металлическому диску без смазки и теплоотвода из зоны контакта при P=5 МПа, V=1 м/с, Rа=0.3, HRc=45), мкм/км 5-10 3-5 2-3 0.3 <0.1 <0.1
8 Твердость по Бринеллю, МПа, D2240 – 05 28-30 28-30 30-32 42-45 55-58 70-75
9 Теплопроводность, Вт/м*К 0.34 0.28 0.35 0.35 0.38 0.45
10 Температура плавления, 0С ASTM D 4591 329 328 328 310 308 307
11 Теплота плавления/кристаллизации, Дж/г, ASTM D 4591 24 25 20 35-40 35-40 35-40
12 Радиационная стойкость, кГр, ГОСТ 9.706, IV группа 1 1 1 2500 2500 2500

ООО "НПП"Арфлон".

г.Москва, 1-й Вешняковский пр-д, д.2, стр.1 +7(499)390-62-02, info@npp-arflon.ru