Таблица 2.5

Продолжение табл. 2.5

Области применения пластмасс в уплотнительной технике

Температура по химической термостойкости материала, необходим анализ возможности приме-

Основные физико-механические показатели пластмасс

Таблица 2.6

= 500...800 МПа; Я = 50 МПа; р = = 22...45 МПа (Орр.оо = Ю... 15 МПа); аре = 20 ..36 МПа; 8р.р = 200...800%; 9хр -70°С; 9т = 125 °С - размягчение; а, = 10-*°С-1; с = 2,3 кДж/(кг-°С); 1 = 0.418 Вт/(м-°С).

ПЭВД по сравнению с ПЭНД имеет более низкие показатели (ГОСТ 16337 - 77) при повышенных температурах: М = (18...35)10 р = 0,92... ...0,93 г/см; 9т = 108 - размягчение; 9хр < -70°С; £0 = £р = 190...220 МПа; ар.р=12...16 МПа; ар.р(-бо)=45 МПа; ар.р(80) = 3,4...4,6 МПа; аре = 12,5 МПа; 8р.р = 150...600%; с = 2,3... 2,9 кДж/ /(кг • °С); Х = 0,29 Bt/(m-°Q. При высоком давлении [р, МПа): Е(345) = 6,1£о; £(690) = 11,4£о. ПЭ характеризуется высокой стойкостью в неорганических средах - кислотах (кроме азотной), щелочах, растворах солей и спиртов. В бензине, бензоле, толуоле, галоидопроизвод-ных углеводородах, жирах и ацетоне ПЭ набухает, в некоторых органических средах растворяется [30]. В ароматических и хлорсодержащих углеводородах его прочность сильно снижается. ПЭ стоек к радиации. ПЭ перерабатывают литьем под давлением при 9« 150...180°С и р = 5..Л0 МПа. Температурный диапазон эксплуатации уплотнителей из ПЭ от -60 до --80°С. При эксплуатации ПЭ склонен к образованию трещин по мере развития процессов старения.

Полипропилен (ПП) - полужесткий термопластичный продукт полимеризации пропилена. При 9< --160°С находится в частично кристаллическом состоянии. Химическая стойкость ПП аналогична стойкости ПЭ и немного ее превьпиает. Механические характеристики ПП выше, чем у ПЭ при 9 < 130... ... 140 °С; морозостойкость - от -15 °С. Температурный диапазон эксплуатации уплотнений из ПП от -5 до 100 °С-длительно, до 140°С - десятки часов. ПП не рекомендуется применять в сильно окисляющих средах, он растворяется при 9 > 80 °С в ароматических и хлорированных углеводородах. ПП изготов-

ляют по ТУ 6-05-1849 - 78, уплотнители получают литьем под давлением, прессованием, сваркой. Физико-механические показатели ПП: р = 0,9... 0,92 г/см; 9ш, = 160...170°С; £о = £р = 900 МПа; Еизг = 110...130 МПа; Я = 62 МПа; ар.р = 32 МПа; ар с =110 МПа; 8р р = = 650%; а, = (16...20)10-°С; с = = 0,9... 1,12 кДж/(кгК). При высоких р, МПа: £ (345) = 4,5Ео; £ (690) = 5£о.

Винипласт листовой (ГОСТ 9639 - 71) -термопластичный, материал на основе поливинилхлоридной композиции (ПВХ); основная структурная цепь содержит звенья-СНг-СНС1-. Из него изготовляют прокладки, используемые в пищевой и химической промышленности (стоек к разбавленным кислотам и щелочам, растворам солей, спиртам и др.). Непригоден для сред ароматических и хлорированных углеводородов вследствие значительного набухания. Температурный диапазон эксплуатации О.. .60 °С; р = 1,38 г/см; £о = £р = 300 МПа; Я = 1...2,5 МПа; Ор.р = 50 МПа; 0р.с = 90 МПа; 8р.р = 10 %; 9с = = 80...105°С; 9пл = 160...210°С. При высоких р, МПа: £ (345) = 1,3£о; £ (690) = 1,7£о.

Пластикат полнвннилхлоридный (ГОСТ 5960 -72) - материал на основе поливинилхлоридной композиции (ПВХ) с пластификатором. Стоек в большинстве кислот и спиртах. Из него изготовляют прокладки, используемые в химической промышленности. Диапазон температур от -15 до 60 °С; р = = 1,21... 1,27 г/см; 9хр = -40°С; Ор р = = 14 МПа; 8р.р = 340%.

Полиамиды (ПА) - термопласты на основе азотсодержащих соединений, имеющих в основной цепи полярные амидные группы (NH)...-NH-[СН2]- -NH-С-[СН2],,-С-отличаю-

воритсльной - к слабым кислотам и щелочам. Наличие в основной цепи полимера гетероатома -N= понижает химическую стойкость полимеров, которые, как правило, могут подвергаться гидролитической деструкции [63]. ПА недостаточно стойки к действию воды, сравнительно легко окисляются, особенно при нагревании и действии солнечной радиации. Из большого числа ПА в уплотнительной технике применяют полиамид 610, капролон В, композиционный материал - графитопласт АТМ-2. Полиамид 610 (ГОСТ 10589-73): р= 1,09... 1,11 г/см; £р= 1700 МПа, Я = 125 МПа; ар. = 50...60 МПа;

щиеся высокими механическими показателями и износостойкостью, высокой стойкостью к действию многих органических сред (растворителей) и удовлет-

8р.р=100%; а, = 11,7-10- °С-; 9 = = 215...221 °С; а, = 80 кДж/м1 Из него изготовляют защитные кольца в паре с резиновыми манжетами, шевронные манжеты, седла клапанов и другие уплотнители УН и УПС, эксплуатируемые при 9 = - 60... 70 °С в среде керосина, бензина, нефтяных масел, растворов моющих веществ. Полиамид 610 перерабатывают литьем под давлением (9 = = 270 °С, р = 100 МПа) и прессованием. Ароматические полиамиды (АПА) - термопласты, содержащие в химической структуре основной цепи кроме амидньгх групп ароматические кольца, которые повышают их стойкость к воздействию органических растворителей [30]. АПА отличаются высокой прочностью и износостойкостью, тепло- и морозостойкостью. Фенилон марки С2 по ТУ 6-05-221-226-72 выпускают в виде порошка. Его перерабатывают методами прямого прессования и пресс-литья с последующей механической обработкой . [58]. Из фенилона изготовляют поршневые кольца компрессоров, торцовые УВ и другие тяжело нагруженные уплотнители. Фенилон стоек к воздействию масел, бензина, слабых растворов кислот и щелочей, степень набухания в воде q < 10% (при этом линейные размеры изменяются на 2%); р=1,33 г/см; £р = 3100 МПа; Я = = 200 МПа; Орр = 120 МПа; 8рр = = 7%; 9 = 430°С; а, = 3,5 • 10""С"!;

X. = 0,14 Вт/(м°С). Фенилон и композиции на его основе склонны к старению в складских условиях, особенно при воздействии .света. Графелон 20 - композицию графита с фенилоном - применяют для разрезных поршневых колец компрессоров, работающих при больших перепадах давлений в условиях трения без смазочного материала. Вследствие высокой упругости и малой хладо-текучести графелона эти кольца не требуют силовых элементов - эспандеров. Физико-механические показатели: р=1,3 г/см; £р = 4000 МПа; Я = = 300 МПа; Ор р = 80 МПа; 8р р = = 6,5%; а, = 4-10-°С-.

Поликарбонаты (ПК) - термопласты на основе полиэфиров угольной кислоты. Выпускают дифлон по ТУ 6-05-1668-80, который перерабатывают литьем под давлением. Из него изготовляют уплотнители затворов криогенной арматуры. Дифлоны стойки к атмосферным воздействиям (включая тропики), теплостойки и светостойки; р = 1,2 г/см; £р = 2300 МПа; Я =110 МПа; Ор.р = = 50...75 МПа; ар.с = 80...120 МПа; аизг = 80...110 МПа; Ок = 120 кДж/м; ер.р = 70 %; 9ш, = 220°С; а, = 5,5 х X 10-°С-.

Полиимид марки ПМ-67 (ТУ П-622-69) - термореактивный сополимер ароматических диангидридов и диаминов - перерабатывают горячим прессованием и обрабатывают резанием. Отличается высокой стойкостью к радиации и инертностью в среде топлив и синтетических РЖ, поэтому его применяют для уплотнений клапанов в атомной энергетике. Нестоек в среде концентрированных кислот и щелочей, а также в воде при высокой температуре [64]; р = 1,4 г/см; £р = 5000 МПа; Я = 230 МПа; Ор р = 100 МПа; 8р р = = 4...14%; 9, = 427°С; а, = = 3,2-10- = °С-1; Х = 0,76 Вт/(м-°С).

Выпускают композиции полиимидов с графитом, нитридом бора, дисульфидом молибдена, обладающие повышенными характеристиками и применяемые для несмазываемык УПС и УВ

В вакууме. Полиимиды дефицитны и склонны к старению при повышенной температуре.

Текстолит - слоистый листовой материал, изготовляемый горячим прессованием хлопчатобумажной ткани, пропитанной синтетической смолой термореактивного типа (феноломальдегидной и др.) и снабженной присадками. Текстолит поделочный конструкционный ПТК (по гост 5-78) [р= 1,3...1,4 г/см £р = 3900...6400 МПа; Я = 300 МПа; арр = 100 МПа; Срс = 150 МПа; Е„зг = = 140 МПа; вр.р=1%; 9, = 200°С; а, = (2,0... 4,1) 10-°С-; = 0,21 Вт/ (м-°С)] выпускают в виде плит, стержней и трубок, применяют для клапанов, прокладок, поршневых колец, изготавливаемых механической отработкой. Достаточно стоек в среде масел, топлив, слабых растворов кислот и щелочей при 9 = - 40... 80 (100) °С, имеет хорошие антифрикционные свойства и высокую износостойкость.

Графитопласт (ГПл) - материал на основе эпоксидно-кремний-органической смолы с антифрикционными наполнителями.

ГПл марки АМС-1 по ТУ 48-20-45-83 (р=1,77 г/смЗ; Я=400 МПа; а..= = 50 МПа; а, = 4 10-°С-; = 0,35 Вт/ (м-°С) применяют для УПС кислород-

ных компрессоров [58]. АМАН - многокомпонентный материал на основе полимеров новых типов с высокой термохимической и радиационной стойкостью, предназначенный для уплотнений, работающих в условиях трения без смазочного материала, высокого вакуума и радиации [86]. АМАН марки эстеран-1 имеет показатели: р = 3,6 г/см; Я = = 250 МПа; Стр.р = 80 МПа; а, = = 10* °С -1; X = 0,43 Вт/(м °С).

Фторопласты - пластмассы на основе полимеров и сополимеров галогено-производных (фтора или фтора и хлора), этилена и пропилена. В уплотнительной технике используют фторопласт-4, фторопласт-40, фторопласт-3 и антифрикционные композиции на основе фторопласта-4 (табл. 2.7). Особенность фторопластов - исключительно высокая химическая инертность в большинстве рабочих сред (инертность фторопласта-4 превышает инертность всех остальных пластмасс, благородных металлов, стекол и фарфора). Замечательны антифрикционные свойства фторопластов. Их применяют в широком диапазоне температур, однако теплофизические и конструкционные их свойства при этом существенно изменяются, что необходимо учитывать в конструкциях [89, 94].

Физико-механические и теплофизические показатели фторопластов

Таблица 2.7

Фторопласт-4 - пластмасса на основе ПТФЭ. Его выпускают по ГОСТ 10007 - 80 в виде порошка, который подвержен терморазложению при Эг>415°С и перерабатывают методом предварительного формования при Э = 20...30°С, р = 25...35 МПа и последующего спекания заготовок без пресс-форм при 375 °С. Свободное спекание обеспечивает в материале заготовки практическое отсутствие пор и внутренних напряжений. Свойства заготовок [89] по ТУ 6-05-810-76 приведены в табл. 2.7. Трубчатые заготовки повышенной точности изготовляют по ТУ 6-05--1876-79, пленку-по ТУ 6-05-757-81 [89]. Основа фторопласта-4 - линейный термопластичный частично кристаллический (9пл « 327 °С) полимер со степенью кристалличности ние

ния после спекания заготовки: при быстром охлаждении - закалке Кр % * 0,45 (получается закаленный материал с р = 2,12...2,15 г/см); при медленном охлаждении вместе с печью Кр 0,8 (р = 2,18...2,25 г/см). Закаленный материал мягче и пластичнее обычного, однако его свойства не стабильны во времени - при эксплуатации показатели постепенно снижаются, поэтому из закаленного фторопласта-4 изготовляют только детали, эксплуатируемые при низких температурах. Наличие в струк-

Кр = 0,45...0,8. Значе-Кр зависит от скорости охлажде-

2S0 f, С

Рис. 2.22. Температурная зависимость коэффициента линейного расширения фторопласта-4

туре фторопласта-4 аморфной фазы, для которой 9j.« -120 °С, обусловливает его относительную мягкость (Я « 35 МПа) и отсутствие хрупкости. Хрупкость не проявляется даже при 9 = - 269 °С, поэтому в исключительных случаях эксплуатации при условии стабильности температуры фторопласт-4 можно использовать в температурном диапазоне -269°С...-1-260°С. При этом уплотнения могут терять герметичность вследствие изменения параметров aj, Eq, Я и др. (табл. 2.8). Температурный коэффициент линейного расширения aj фторопласта-4 с повышением температуры изменяется не монотонно (рис. 2.22). Пик на кривой в области 9 = 20°С связан с преобразованием его кристаллической структуры. Модуль Ее фторо-

ЗависимосТь показателей (Ф-3) от температуры

фторопласта-4 (Ф-4), фторопласта-40 (Ф-40) и

Таблица 2.8 фторопласта-3

Для аморфной фазы полимера