Фторопласт Ф4К20 в Минске

Фторопласт Ф4К20: листовой и плунжерный материал с коксовым наполнителем

Фторопласт Ф4К20 — композиционный материал на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ), наполненный 20 % коксового порошка. В отличие от ненаполненного фторопласта-4, Ф4К20 демонстрирует повышенную стойкость к ползучести при сжатии, сниженный коэффициент линейного термического расширения и улучшенную теплопроводность. Материал сохраняет характерную для ПТФЭ химическую инертность, но приобретает более высокую жёсткость и износостойкость, что делает его пригодным для узлов трения с ограниченной смазкой.

Технологические особенности и структура

Введение коксового наполнителя в матрицу ПТФЭ изменяет механизм деформации под нагрузкой. Частицы кокса воспринимают часть сжимающих напряжений, что снижает хладотекучесть — основной недостаток чистого фторопласта. Материал перерабатывается методами холодного прессования с последующим свободным спеканием при температуре 360–380 C. Заготовки из Ф4К20 выпускаются в виде листов, пластин, втулок и дисков, при этом максимальные размеры ограничены усилием пресс-оборудования и равномерностью прогрева при спекании.

Физико-механические характеристики Ф4К20 определяются дисперсностью коксового порошка и равномерностью его распределения. Оптимальный размер частиц наполнителя составляет 40–80 мкм; более крупные фракции снижают прочность при изгибе, а мелкодисперсный кокс увеличивает хрупкость. После спекания материал имеет плотность 2,10–2,20 г/см, что на 10–15 % выше, чем у ненаполненного ПТФЭ.

Эксплуатационные характеристики в узлах трения

Ф4К20 применяется в парах трения, работающих в условиях сухого скольжения или при граничной смазке. Коксовый наполнитель формирует на поверхности контртела вторичную плёнку переноса, снижающую коэффициент трения до 0,15–0,20 при работе по стали без смазки. Скорость изнашивания Ф4К20 в 3–5 раз ниже, чем у чистого фторопласта, что критично для уплотнительных элементов и подшипников скольжения, работающих при возвратно-поступательном движении.

Материал сохраняет работоспособность в интервале температур от –60 до +250 C. При этом предельно допустимая нагрузка на сжатие без остаточной деформации достигает 15–20 МПа, что вдвое превышает аналогичный показатель для Ф4. Теплопроводность Ф4К20 составляет 0,45–0,55 Вт/(мК) — этого достаточно для отвода тепла из зоны трения при умеренных скоростях скольжения (до 1 м/с).

Применение в промышленном оборудовании

Ф4К20 востребован в химическом машиностроении, насосостроении и компрессоростроении. Из него изготавливают:

• уплотнительные кольца и манжеты для плунжерных насосов, перекачивающих агрессивные среды;
• направляющие втулки и подшипники скольжения для валов центробежных насосов;
• седла и тарелки клапанов, работающих в средах с абразивными частицами;
• поршневые кольца бессмазочных компрессоров;
• опорные элементы и прокладки для узлов с высокими удельными нагрузками.

В отличие от бронзонаполненных композиций (Ф4К15М5), Ф4К20 не вызывает коррозионного поражения контртел из нержавеющих сталей и титановых сплавов, что расширяет область его применения в пищевой и фармацевтической промышленности. Материал также используется в арматуростроении для уплотнительных поверхностей запорной арматуры, работающей при перепадах давления до 10 МПа.

Сравнение с другими наполненными фторопластами

Ограничения и особенности монтажа

При проектировании узлов с Ф4К20 необходимо учитывать его повышенную жёсткость и меньшую эластичность по сравнению с чистым ПТФЭ. Радиальный зазор в подшипниковых узлах должен быть на 15–20 % больше, чем для Ф4, чтобы компенсировать тепловое расширение при пусковых режимах. Механическая обработка Ф4К20 выполняется быстрорежущим инструментом с охлаждением; при точении рекомендуется использовать положительные передние углы для предотвращения сколов на кромке.

Материал не рекомендуется применять в средах, содержащих расплавленные щелочные металлы и фтор — в этих условиях наполнитель деструктирует, а матрица теряет целостность. При контакте с концентрированной плавиковой кислотой при температурах выше 100 C наблюдается набухание поверхности, поэтому для таких сред предпочтительны композиции с графитовым наполнением.

Вопросы и ответы