Фторопласт - описание свойств и показателей

Об отсутствии же пористости свидетельствует полная прозрачность образца во время спекания при 370-390°С. Даже незначительная пористость вызывает мутность образца. Пористость, равная примерно 0,1-0,2%, заметно влияет на точность определения плотности. Данные о зависимости удельного объема и плотности от температуры для образца со степенью кристалличности 68% (плотность медленно охлажденного изделия) приведены ниже:

Температура, °С

Удельный объем, см 3 /г

Плотность, г/см 3

Температура, °С

Удельный объем, cм 3 /г

Плотность, г/см 3

* При нагревании от 19,6 до 22°C удлиненный объём увеличивается на 0,74% ** При 327°С удлиненный объём увеличивается на 20%.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФТОРОПЛАСТА-4

Основные показатели физико-механических свойств фторопласта-4 приведены ниже:

Разрушающее напряжение, кгс/см 2 Значения при растяжении: - - незакаленный образец (кристалличность 05-08%) 140-350* - закаленный образец (кристалличность 50%) 160-315* при сжатии: - - при 1%-ной деформации 100 - 10%-ной деформации 185 Сопротивлению изгибу (стрела прогиба 6 мм) 185 Относительное удлинение при разрыт, % 250-500 Остаточное удлинение, % 250-350 Напряжение при 10%-ном удлинении, кгс/см 2 110-120 Модуль упругости, кгс/см 2 - - при изгибе при 20°С 4700-8500 - сдвиге 2700 2700 Ударная вязкость, кгс·см/см 2 100 (не ломается) Ударное растяжение, кгс·см/см 2 (DIN 53448) - - при 20°С 650 - 23°С 680 (удлинение при 20°С - 20%, при 23°С - 30%) - Твердость: - по Бринеллю, кгс/мм 2 3-4 по Шору при 20°С - - шкала С 85-87 - шкала D 55-59 Твердость по Роквеллу - - шкала I 80-95

· В зависимости от того, как вырезан образец: поперек направления прессования-высокие значения, вдоль направления прессования-малые.

Температура, °С

Разрушающее напряжение при растяжении, кгс/см 2

Относительное удлинение при разрыве, %

Модуль упругости, кгс/см 2

Данные о зависимости физико-механических свойств фторопласта-4 от температуры приведены ниже.

Показатели

Температура, °С

Разрушающее напряжение при сжатии *, кгс/см 2

Модуль упругости при сжатии, кгс/см 2

* Разрушающее напряжение при сжатии равно напряжению, при котором деформация составляет 0,2%.

Зависимость деформации фторопласта-4 при сжатии от температуры:

Деформация, %

Нагрузка, вызывающая деформацию, кгс/см 2

Одним из важнейших прочностных показателей является предел текучести при растяжении, т.е. то напряжение, при котором возникают остаточные деформации. Он зависит от степени кристалличности, скорости растяжения и температуры. При степени кристалличности 65% и скорости растяжения 100 мм/мин зависимость предела текучести от абсолютной температуры Т (в К) описывается эмпирической формулой (справедливой от 20 до 300°С): lgσT= 0,53166+483,64/Т Ниже приведены значения пределов текучести для некоторых температур, рассчитанные по этой формуле: Температура, °С . 25. 50. 75. 100. 150. 200. 250 Предел текучести, кгс/см2 . 42,4. 106,9. 83,5. 67,2. 46,6. 35,5. 28,6

При длительном воздействии нагрузок остаточные деформации возникают при меньших напряжениях (40-50% от рассчитанных по формуле). При конструировании изделий из фторопласта-4 следует учитывать ползучесть. Ползучесть (деформация при длительном действии нагрузки) рассчитывается по формуле: lgγt=lgγ1+a·lgt где γt - деформация за t сут; γ1 - деформация за 1 сут; а - коэффициент, зависящий в основном от температуры и в меньшей степени от нагрузки, если она не превышает 40-50% предела текучести. Значения коэффициента a и некоторые данные о ползучести для образцов со степенью кристалличности 50% приведены в таблице. Деформация за 1 сут (γ1) при других нагрузках и температурах определяется опытным путем. При степени кристалличности 65-68% ползучесть меньше.

Ползучесть фторопласта-4

Температура, °С

Нагрузка, кгс/см 2

Деформация, %

Коэффициент а

АНТИФРИКЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ФТОРОПЛАСТА-4

Данные о зависимости коэффициента трения от нагрузки [статической и динамической (при малых скоростях) коэффициенты трения фторопласта-4 по стали без смазки одинаковы] приведены ниже:

Нагрузка, кгс/см2 1 3 10 20 Коэффициент трения 0,4 0,1 0,06 0,05

При наличии смазки он примерно в 2 раза меньше. Динамический коэффициент трения фторопласта-4 по стали без смазки при нагрузке

20 кгс/см2 зависит от скорости скольжения:

Скорость скольжения, см/c 4 8 20 40 80 160 Динамический коэффициент трения 0,05 0,1 0,15 0,23 0,24 0,27

В присутствии наполнителя при малых скоростях скольжения коэффициент трения несколько выше, а при больших скоростях - ниже, чем коэффициент трения чистого фторопласта-4 по стали. При 327°С (на поверхности трения) коэффициент трения фторопласта-4 по стали резко возрастает (в несколько раз), что приводит к катастрофически быстрому износу и разрушению подшипника.

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФТОРОПЛАСТА-4

Неспеченный фторопласт-4 (в виде порошка) имеет степень кристалличности 95 - 98%, после спекания - от 50% (закаленный) до 68 - 70% (незакаленный). Ниже 19,6°С элементарная ячейка кристалла фторопласта-4 состоит из 13 групп CF2, выше 19,6°С - из 15 групп CF2. При 19,6°С триклиническая упаковка переходит в менее упорядоченную, гексагональную, что сопровождается увеличение объема кристаллитов на 0,0058 см3/г (1,2 объемн. %), или увеличением объема образца при степени кристалличности 68% на 0,74%. При наличии внешнего давления точка перехода понижается на 0,013°С на каждую атмосферу. При 30°С имеет место второй переход кристаллической структуры, но изменение объема составляет едва 1/10 часть изменения объема при 19,6°С. Под высоким давлением (4500 кгс/см2 при 70°С) возникает третий переход. Температура стеклования аморфных участков, определенная по температуре хрупкости, колеблется от -97 до -100°С, а по точке перегиба кривой зависимости модуля упругости составляет -120°С. Температура перехода аморфного твердого тела в переохлажденную жидкость равна 127°С. При 327°С кристаллиты фторопласта-4 плавятся, и он становится полностью аморфным, совершенно прозрачным (при отсутствии пористости), высокоэластичным, но не течет (вязкость выше 1011 П). Объем возрастает на 20%.

Точка плавления зависит от внешнего давления - на каждую атмосферу повышается на 0,154 °С. При остывании расплава ниже 327 °С образец мутнеет и становится непрозрачным - молочно-белым. Скорость кристаллизации зависит от температуры (максимальная скорость при 310-315 °С), от продолжительности выдержки в расплавленном состоянии при 370-390 °С (чем больше время спекания, тем быстрее кристаллизуется образец) и от среднего молекулярного веса полимера (чем ниже молекулярный вес полимера, тем быстрее он кристаллизуется). На этом основан метод косвенной оценки молекулярного веса фторопласта-4: образец в виде диска толщиной 2 мм спекают при 370 °С в течение 13 ч и охлаждают от 370 до 250 °С в течение 5 ч. По плотности полученного образца при 23 °С можно оценить молекулярный вес: 2,16-2,19 г/см3-для высокомолекулярного полимера, 2,20-2,22 г/см3-для низкомолекулярного.

Ниже приведены некоторые теплофизические свойства фторопласта-4:

Теплостойкость по Вика (при нагрузке 5 кгс), °С 110 Удельная теплоемкость, ккал/(кг·°С) - при 0°С 0,23 при 50°С 0,25 Коэффициент теплопроводности, ккал/(м·ч·°С) 0,20

Термический коэффициент линейного расширения зависит от температуры:

Температура, °С от -60 до -10 19,6 30 40 200 300 Термический коэффициент линейного расширения α·105, 1/°С 8 54 28 11 25 64

На практике удобнее пользоваться средними значениями термического коэффициента линейного расширения для определенных интервалов температур. Следует также учитывать, что при нагревании изделий из фторопласта-4 в них часто возникают внутренние напряжения, вызывающие необратимое изменение размеров. Иногда вместо ожидаемого при нагревании удлинения образца он сокращается. Данные, приведенные ниже, относятся к образцам, в которых полностью отсутствуют внутренние напряжения:

Термический коэффициент линейного расширения α·105, 1/°C

Изменение размеров изделия*, %

Термический коэффициент линейного расширения α·105, 1/°C