ОАО «Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова» ООО «Инновационные фторопластовые технологии»

РАФЛОН - новое поколение анти фрикционных и уплотнительных материалов в арматуростроении

ДОКЛАДЧИК: д.ф.-м.н., Хатипов Сергей Амерзянович

ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru

Что такое РАФЛОН

*

?

РАФЛОН – инновационный полимерный материал, обладающий уникальными физико-химическими свойствами:

Модифицирование ПТФЭ

• • • • • • • •

сверхвысокой износостойкостью при трении, сверхнизкой ползучестью, высокой химической стойкостью (стоек в концентрированных кислотах, щелочах, углеводородах, морской воде и др.), высокой термической стойкостью (до +250

0 С

), хладостойкостью (до -190

0 С

), отсутствием влагопоглощения и эффектов набухания, высокими антиадгезионными свойствами, высокими диэлектрическими характеристиками.

Структура рыхлая, множество пор.

Структура плотная, отсутствие пор.

* - радиационно-модифицированный фторопласт 4 (политетрафторэтилен) ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru

2

ЭВОЛЮЦИЯ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫХ СТРУКТУР ПРИ РАДИАЦИОННОЙ МОДИФИКАЦИИ ПТФЭ

ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru

СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ В КОМПОЗИТАХ ПТФЭ ПРИ РАДИАЦИОННОМ МОДИФИЦИРОВАНИИ

Ф4КС2 Ф4С15

Незаполненная полость

Ф4КС2РМ Ф4С15РМ

ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru

СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ В КОМПОЗИТАХ ПТФЭ ПРИ РАДИАЦИОННОМ МОДИФИЦИРОВАНИИ

Ф4УВ15 Ф4УВ15

Незаполненная полость

Ф4УВ15РМ Ф4УВ15РМ

ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru

Сравнительные свойства нового продукта

Деформационные кривые при циклическом растяжении и интенсивность изнашивания при трении исходного Ф-4 и радиационно-модифицированного марки Ф-4РМ20. Радиационная стойкость исходного и радиационно-модифицированного Ф-4 марки Ф-4РМ20 (гамма-облучение, вакуум 10 -5 мм.рт.ст., 35 0 С)

Прочность при растяжение, МПа Поглощенная доза, Мрад Фторопласт-4 Рафлон-20 0 25 15 20 2 12 100 0* 11 300 0* 7

Изделия из РАФЛОН

ООО «ИФТ» выпускает линейку материалов марки РАФЛОН для различных применений.

Показатель РАФЛОН 50 РАФЛОН 100 РАФЛОН 200 РАФЛОН 200 МБ РАФЛОН 200 ГБ РАФЛОН 200 Б

Модуль упругости при сжатии, МПа Твердость HB, МПа Напряжение при 10% деформации на сжатие, МПа Интенсивность линейного износа в режиме палец-диск (5 МПа, 1 м/с), мкм/км

450 35 18 150-200 550 40 22 10-20 700 45 26 0,3 1100

<

62 35 0,1 1300

<

64 40 0,05 1200

<

61 37 0,1

Номенклатура готовых изделий из материала РАФЛОН состоит из:

Стержни, диски и втулки вертикального прессования

диам. 10-400 мм, высота до 100 мм

Экструзионные стержни

диам. 10…130 мм, длина до 600 мм

Экструзионные трубы

диам. 11-290 мм, длина до 600 мм

Пластины

толщина 2-60 мм ширина и длина 290 400 мм, ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru

7

Сравнительные свойства нового продукта

Рафлон Нижний предел рабочей температуры, °C Верхний предел рабочей температуры °C Абразивная стойкость Прочность на раздир Газовая проницаемость Устойчивость к сжатию Хладотекучесть -250 260 Отл Низко Хор Низко Коэффициент трения Радиационная стойкость Климатическая стойкость Стойкость к озону Светостойкость Стойкость к углеводородам Химическая стойкость Стойкость к морской воде Низко Отл Отл Отл Отл Отл Отл Отл ПТФЭ -250 230 Плохо Низко Плохо Высоко Низко Плохо Отл Отл Отл Хор Отл Хор ПФА -250 260 Плохо Плохо Высоко Низко Плохо Отл Отл Отл Хор Отл Отл ПИ -240 480 Отл Средне Хор Высоко Низко Отл Отл Хор Плохо Плохо ПЭЭК -18 260 Хор Средне Отл Хор Хор Хор Хор ПВХ -35 70 Плохо Хор Хор Хор ПУ -50 100 Отл Отл Средне Хор Средне Высоко Хор Отл Отл Отл Хор Плохо Хор ПП 0 104 Хор Удовл Плохо Плохо Отл Хор ЭТФЭ -100 150 Хор Удовл Низко Хор Отл Отл Удовл Отл Неопрен Полиизопр ен Акрилатная резина -40 110 Хор Хор Низко Удовл Средне Удовл Плохо Хор Отл Плохо Хор Удовл -45 130 Хор Хор Низко Удовл Низко Низко Удовл Плохо Плохо Плохо Хор Хор Хор -20 160 Удовл Удовл Низко Плохо Низко Удовл Отл Отл Удовл Плохо Плохо ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru

Сравнение характеристик материалов марки РАФЛОН и некоторых аналогов Показатель

Производитель

РФ 50 ООО «ИФТ» РАФЛОН РФ 200 ООО «ИФТ» РФ 200 ГБ ООО «ИФТ» ПТФЭ

КЧХК

Отечественные аналоги Ф4К20 Ф4С15

КЧХК КЧХК

Ф4УВ15 Зарубежные аналоги T Оflon PTFО Оnflon133 Оnflon 103 Оnflon151

КЧХК Dupont, США Оnflon, Канада Оnflon, Канада Оnflon, Канада Интенсивность изнашивания в кинематической схеме палец-диск (2.5 МПа, 1 м/с), мм 3 н -1 м -1 Скорость линейного изнашивания в кинематической схеме палец-диск (2.5 МПа, 1 м/с), мкм/км

(1-2) ×10 -4 ≤230 (1-3) ×10 -8 0.25-0.5

(0.5-1) ×10 -8 0.1-0.25

(4-10) ×10 -4 3500-5000 (5 –10) ×10 -7 12-25 (3-10) ×10 -7 7-25 (0.8-1) ×10 -7 2-5 (1.2-8) ×10 -4 3500-5000 Коэффициент трения по стали в области умеренных нагрузок и скоростей Напряжение при 10% сжатии, МПа

0.19-0.21

17-19 0.15-0.20

24-26 0.18-0.22

34-36

0.22 - 0.24 0.14 – 0.30 0.15 – 0.30 0.15 - 0.30 0.20-0.28

16-18 18-20 Ползучесть (деформация при растяжении при нагрузке, составляющей 70% от разрывной прочности, за 100 час.), %

5-8 1-2 0.5-1

150 90-100 Рабочая температура при умеренных нагрузках 1 10 МПа и скоростях скольжения до 2 м/с, 0 С

150 200 250

100 150

лучший из аналогов по данной характеристике

18-20 70-85 150 20-22 50-70 150 16-18 130-180 100 (1-2) ×10 -7 2-5 20-22 50-70 150 (1,5-3) ×10 -7 4-7 18-20 70-80 150 (1,5-3) ×10 -7 4-7 0.20 – 0.25

0.20 – 0.25 0.20 – 0.25

18-20 70-80 150 ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru

9

Сравнение материалов марки РАФЛОН с другими материалами антифрикционного и уплотнительного назначения Показатель

Производитель

РФ 50 ООО «ИФТ» РАФЛОН РФ 200 ООО «ИФТ» Графиты РФ 200 ГБ ООО «ИФТ» Терморасш. графит (ТРГ)

Россия, Китай…

Антифрикц.

Графит (АГ)

Россия, Германия, Япония, Китай

ZX-100K

Z ОdОx, Германия (1-2) ×10 -7

Пластики Металлы СВМПЭ

Maur Оr, Германия (3-6) ×10 -7

Полимеры на основе ПЭЭК

Россия, Беларусь, Германия, США … 10 -6 - 10 -7

Баббит (Б-83)

Россия

Бронза (оловянная)

Россия Без смазки не исполь-зуется Без смазки не исполь-зуется Интенсивность износа без смазки в кинемати-ческой схеме палец-диск (2.5 МПа, 1 м/с), мм 3 н -1 м -1

(1-2) ×10 -4 (1-3) ×10 -8 (0.5-1) ×10 -8

Скорость линейного изнашивания в кинематической схеме палец-диск (2.5 МПа, 1 м/с), мм 3 н -1 м -1

≤230 0.25-0.5

0.1-0.25

(1-5) ×10 -7 2-12 Коэффициент трения по стали без смазки в области умеренных нагрузок и скоростей

0.19-0.21

0.15-0.20

0.18-0.22

Максимальная рабочая температура при умеренных нагрузках 1-10 МПа и скоростях скольжения до 2 м/с

150 200 250

0,15 - 0,20 550 (1-5) ×10 -7 2-12 0,15 - 0,20 400-650 Химическая стойкость (морская вода, кислоты, щелочи, углеводороды)

Отлично Отлично Отлично

Хорошо Хорошо

лучший из материалов по данной характеристике

2-5 0,20 - 0,26 100 Удовлетв.

7-15 0,22-028 120 Хорошо 2.5

0,25 - 0,30 180 Удовлетв.

Без смазки не исполь-зуется Без смазки не исполь-зуется Без смазки не исполь-зуется Без смазки не исполь-зуется 110 Плохо 250 Плохо ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru

10

Сравнительные свойства нового продукта

Уплотнение Рафлон ПЭЭК СВМПЭ Композит ПТФЭ ПТФЭ Низкотемпературный режим работы арматуры

200 атм. до 180 °C 172 атм. до 175 °C 207 атм. до 38 °C 152 атм. до 38 °C 100 атм. до 93 °C

Высокотемпературный режим работы арматуры

75 атм. до 260 °C 138 атм. до 260 °C 17 атм. до 121 °C 55 атм. до 150 °C 55 атм. до 150 °C ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Антифрикционный и уплотнительный материал для авиационной техники (совместно с ФГУП ВИАМ)

На базе ФГУП «ВИАМ» проведены испытания деталей уплотнительного и антифрикционного назначения, изготовленных из радиационно-модифицированного ПТФЭ марки Ф-4РМ20. Испытания проводились в интервале рабочих температур от -60 0 С до 250 0 С, в том числе при 250 материалом Ф-4КС2 материал Ф-4РМ20 превосходит его: 0 С в течение 1000 часов. Было установлено, что по сравнению с традиционно используемым в авиационной технике композиционным

• • •

по модулю упругости при сжатии - в 1,9 раза, по напряжению сжатия при 10%-й деформации - в 1,4 раза,

•

по меньшей величине деформации при сжатии (ползучести) под нагрузкой 14 МПа за 24 часа – в 1,6 раза, по меньшей величине остаточной деформации через 24 часа после снятия нагрузки 14 МПа – в 9 раз,

•

по меньшему износу при трении под нагрузкой 2,5 МПа и скорости скольжения 1 м/с – в 11 раз.

Новый материал имеет также более высокую прочность при растяжении и удлинение при разрыве. Он химически и коррозионно стоек и может применяться при температурах до 250 разработанного материала аналогичны свойствам материала Ф-4КС2.

0 С в контакте с нержавеющими сталями, хромированными конструкционными сталями и титановыми сплавами, а также с алюминиевыми сплавами с анодно-окисными и лакокрасочными покрытиями. Остальные свойства

По результатам проведенных испытаний выпущено дополнение к паспорту № 1517 на фторопласт Ф4КС2, рекомендующее применение Ф-4РМ20 в качестве деталей уплотнительного и антифрикционного назначения в авиационной промышленности.

ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

• • • • • •

Радиопрозрачные элементы для военной техники (совместно с ОАО ЦКБА, г. Омск и ФГУП ЦАГИ)

1. Антенные укрытия (Ф4РМ в серийном использовании): СУ 35, СУ 30, МИГ 31. Летные испытания показали, что: эрозионная устойчивость обтекателя повысилась, скорость весового уноса снизилась в 9 раз, потери электромагнитных волн в диапазоне частот выше 9 ГГц снизились в два раза, коэффициент усиления увеличился до 1,5 раз, минимальный коэффициент эллиптичности улучшился в 1,1 раза, минимальная ширина диаграмм направленности увеличилась на 4÷20°, уровень боковых лепестков диаграмм направленности уменьшился в 1,5÷2,2 раза.

2. Элемент крыла самолета для укрытия электронных блоков и блоков антенн (в процессе разработки, в ЦАГИ одобрены расчеты прочности). 3. Элементы конструкций наземной техники (бронетранспортеры) и головок самонаведения ракет – Ф4РМ в серийном использовании.

4. Вертолетная техника: Ми, К (радиоэлектронные комплексы разведки) – Ф4РМ в серийном использовании.

5. Диэлектрический цилиндрический резервуар, заполняемый поглощающей-охлаждающей жидкостью для СУ и ТУ – проведены стендовые испытания

(совместно с ОАО НИИП им. В.В. Тихомирова).

6. Авиационные шланги с повышенной трещиностойкостью – на стадии стендовых испытаний

(совместно с ОАО Гидравлика, г. Уфа).

ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Радиационно-стойкие материалы антифрикционного, уплотнительного и электротехнического назначения (совместно с ФГУП НПО им. С.А. Лавочкина)

1. Проект «СПЕКТР-УФ» (не запущен)

Время активного существования не менее 5 лет. РН «Зенит-2» с разгонным блоком «Фрегат-СБ». Стартовая масса 2500 кг. Геосинхронная орбита 35800 км, наклонение 51,8°.

За счет применения радиационной модификации РАФЛОН-20 решена задача электроизоляции контактов нагревательных элементов в конструкции УФ-телескопа Т-170М при условии минимального газовыделения в условиях полета. Т170М-0203-22 втулка, Т170М-0203-27 шайба изолирующая

2. Проект «ЭЛЕКТРО» (запущен)

Геостационарный гидрометеорологический космический комплекс второго поколения Срок активного существования – 10 лет

Элементы антенно-фидерного устройства: Э2-7415-144 прокладка, Э2-7601-9 шайба, Э2-7602-3 шайба

3. Проект ФОБОС-ГРУНТ (не удачный запуск).

Межпланетный перелет.

ФМ-7602-4 вкладыш, ФМ-7601-4 вкладыш, ФС-4140-25 уплотнитель, ФС-4120-106 кольцо, КГЗУ (комплекс грунтозаборного устройства) – втулка, лабиринтные шайбы привода остронаправленной антенны.

4. ФРЕГАТ Разгонный блок.

РБФСТ-0411-306 пластина

ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru

РАФЛОН отмечен на всемирных выставках

ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru

15

ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru

Характеристики материала РАФЛОН и композитов на его основе

Основные характеристики линейки материалов марки РАФЛОН Показатель РФ 200 РФ 200 К РФ 200 С РФ 200 Г РФ 200 У РФ 200 МБ РФ 200 ГБ РФ 200 Б Плотность г/см³, не менее Модуль упругости при сжатии, МПа Предел текучести при сжатии, МПа, не менее Твердость по Бринеллю, МПа, не менее Напряжение при 10% сжатии, МПа Деформация при сжатии при 25 МПа за 1 час, %: Суммарная Необратимая 2.20

700 18 40 25 8-10 2-4 2.05

890 15 45 26 7-9 2-4 2.20

790 14 45 26 7-9 2-4 2.13

890 14 45 26 6-8 2.5-3 2.05

870 15 50 26 7-9 2-4 3.20

1350 32 62 38 4.8

2.5

2.96

1200 30 61 36 5.3

2.9

3.86

1150 30 62 35 4.5

2.2

ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru

17

Характеристики материала РАФЛОН и композитов на его основе

(продолжение) РФ 200 РФ 200 К РФ 200 С Предел текучести при растяжении, МПа 14.5

Прочность при растяжении, МПа, не менее Относительное удлинение при разрыве, % Коэффициент трения по стали без смазки (P= 50 кг/см 2 , v= 1 м/с, Ra=0.15, HRc=0.4) Скорость линейного износа, мкм/км (P= 50 кг/см 2 , v= 1 м/с, Ra=0.15, HRc=0.4) Рабочая температура при умеренных нагрузках (1-10 МПа) и скоростях скольжения (0.5-2 м/с), 0 С Химическая стойкость (концентрированные, кислоты, щелочи, органические растворители, морская вода) Водопоглощение за 24 часа, % 20 80-120 0.18

0.22

200 стоек <0.03

Радиационная стойкость (ГОСТ 9.706, IV группа), Мрад, не менее 100 13 14-16 50-100 0.21

0.76

200 стоек <0.03

100 12 14-16 50-100 0.23

0.98

200 стоек <0.03

100 РФ 200 Г РФ 200 У РФ 200 МБ РФ 200 ГБ РФ 200 Б 13 13-15 50-100 0.20

0.19

200 стоек <0.03

100 11 12-14 50-100 0.18

0.14

200 стоек <0.03

100 13 12-14 30-60 0.18

0.3

250 стоек <0.03

100



12 13-15 30-60 0.19

0.1

250 стоек <0.03

100 12 12-14 30-60 0.18

0.5

250 стоек <0.03

100

ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru

18