Втулки из фторопласта Ф4К20: конструкционные элементы для узлов трения
Втулки из фторопласта Ф4К20 — это изделия, получаемые механической обработкой заготовок из композиции на основе политетрафторэтилена, наполненной 20 % коксового волокна. В отличие от ненаполненного Ф4, материал Ф4К20 демонстрирует повышенную стойкость к истиранию при работе в паре со стальными валами и сниженную ползучесть под нагрузкой. Такие втулки применяются в узлах сухого трения и при ограниченной смазке, где требуется сохранять стабильные геометрические размеры при повышенных удельных давлениях.
Технические характеристики материала Ф4К20
Композиция Ф4К20 сохраняет основные достоинства фторопласта: химическую инертность к агрессивным средам, низкий коэффициент трения (0,15–0,20 в паре со сталью без смазки) и работоспособность в диапазоне температур от –60 до +260 C. Введение коксового наполнителя повышает твёрдость по Шору D до 60–65 единиц и снижает деформацию под нагрузкой. Предел прочности при растяжении составляет 14–18 МПа, относительное удлинение при разрыве — 60–120 %. Коэффициент линейного теплового расширения в интервале 20–100 C — 8–12 10 1/C, что требует учёта при посадке в металлические корпуса.
Втулки из Ф4К20 изготавливаются с внутренним диаметром от 4 до 200 мм, наружным — до 250 мм, длиной до 300 мм. Допуски на посадочные поверхности — h8/H9, шероховатость Ra 0,8–1,6 мкм. Для компенсации теплового расширения рекомендуется посадка с натягом 0,05–0,15 мм в стальные или чугунные гнёзда.
| Параметр | Значение для Ф4К20 | Метод испытания | Условия | Примечание |
|---|---|---|---|---|
| Предел прочности при растяжении | 14–18 МПа | ГОСТ 11262 | 23 C | после вылежки 24 ч |
| Относительное удлинение при разрыве | 60–120 % | ГОСТ 11262 | 23 C | скорость 50 мм/мин |
| Твёрдость по Шору D | 60–65 | ГОСТ 24621 | 23 C | через 15 с |
| Коэффициент трения по стали | 0,15–0,20 | ГОСТ 11629 | без смазки, P = 1 МПа | V = 0,5 м/с |
| Интенсивность изнашивания | 1–3 10 мм/(Нм) | ГОСТ 11629 | сталь 45, HRC 45 | контртело шлифованное |
Конструктивные особенности и эксплуатация
Втулки Ф4К20 применяются в опорах скольжения центробежных насосов, перемешивающих устройств, дозирующих насосов и запорной арматуры. Материал работоспособен в контакте с растворами кислот, щелочей, органическими растворителями и нефтепродуктами при температурах до 200 C. В пищевой промышленности и на фармацевтических производствах использование Ф4К20 ограничено из-за наличия коксового наполнителя — для таких сред применяются втулки из чистого Ф4 или Ф4К15М5.
При проектировании узлов с втулками из Ф4К20 необходимо учитывать:
- рабочее удельное давление — до 5 МПа при возвратно-поступательном движении и до 10 МПа при вращательном;
- скорость скольжения — до 1 м/с при сухом трении, до 3 м/с при подаче смазки;
- температурный режим — длительная эксплуатация при –60…+200 C, кратковременно до +260 C;
- материал контртела — сталь с твёрдостью не менее HRC 40, шероховатость Ra 0,4–0,8 мкм;
- зазор в сопряжении — 0,1–0,3 % от диаметра вала для компенсации теплового расширения.
Втулки из Ф4К20 поставляются в виде готовых изделий с обработанными посадочными и внутренними поверхностями либо в виде заготовок для последующей механической обработки. Допускается изготовление втулок с буртом, пазами под стопорение и канавками для подачи смазки. Для монтажа в корпус рекомендуется запрессовка с последующей расточкой внутреннего отверстия до требуемого размера — это исключает деформацию втулки при посадке.
Вопросы и ответы
Чем Ф4К20 отличается от ненаполненного фторопласта Ф4?
Введение 20 % коксового волокна снижает ползучесть под нагрузкой в 2–3 раза и повышает износостойкость в 5–10 раз. При этом коэффициент трения несколько возрастает, а химическая стойкость сохраняется практически полностью.
Какие допуски выдерживаются при изготовлении втулок Ф4К20?
Стандартные посадки — H8/h8 для внутреннего диаметра и h8 для наружного. По запросу возможна обработка с допусками H7/h7 и шероховатостью Ra 0,4 мкм.
Можно ли использовать втулки Ф4К20 в пищевом оборудовании?
Не рекомендуется. Коксовый наполнитель не соответствует требованиям к материалам, контактирующим с пищевыми продуктами. Для таких применений следует выбирать втулки из Ф4 или Ф4К15М5.
Какой зазор предусмотреть между втулкой Ф4К20 и валом?
Рекомендуемый зазор — 0,1–0,3 % от диаметра вала. Для вала 50 мм зазор составит 0,05–0,15 мм. При высоких температурах зазор увеличивают до 0,5 %.
