Ф-4УВ20 (Флубон-20), подробнее.
Ф-4УВ20 — композиция фторопласта-4 с углеродным волокном
Ф-4УВ20 (Флубон-20) — композиционный антифрикционный материал на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ, фторопласт-4), наполненного 20 % углеродного волокна по массе. Материал разработан для работы в узлах трения без смазки или с ограниченной смазкой. Основная область применения — уплотнительные и опорные элементы компрессоров общего назначения, а также подшипники скольжения, поршневые кольца, сепараторы и подвижные опоры различных машин и механизмов.
Введение углеродного волокна в матрицу фторопласта-4 повышает износостойкость материала в 2000 раз по сравнению с ненаполненным Ф-4. Одновременно возрастают жёсткость, твёрдость и теплопроводность, снижается склонность к хладотекучести. При этом сохраняются ключевые преимущества ПТФЭ-матрицы: химическая инертность практически ко всем агрессивным средам, низкий коэффициент трения и широкий температурный диапазон эксплуатации.
Состав и принцип наполнения
Ф-4УВ20 состоит из 80 % порошка фторопласта-4 марки О (ГОСТ 10007-80) и 20 % измельчённого углеродного волокна. Углеродное волокно получают из углеродных тканей УТМ-8 или УТМ-8-1с. Диаметр элементарных нитей углеродного волокна составляет 5–10 мкм.
Фторопласт-4 в чистом виде обладает крайне низкой износостойкостью и значительной хладотекучестью — склонностью к необратимой деформации под постоянной нагрузкой. Эти недостатки ограничивают его применение в нагруженных узлах трения. Введение углеродного волокна создаёт армирующий каркас в полимерной матрице, который воспринимает механические нагрузки, препятствует пластическому течению и одновременно снижает интенсивность износа.
Углеродное волокно как наполнитель имеет ряд преимуществ перед другими добавками (коксовая мука, стекловолокно, графит): собственный низкий коэффициент трения, высокая прочность, химическая инертность, повышенная теплопроводность. Благодаря этому углефторопластовые композиции обеспечивают лучший отвод тепла из зоны трения и меньший износ контртела, чем коксо- или стеклонаполненные аналоги.
Физико-механические характеристики Ф-4УВ20
В таблице приведены основные физико-механические и теплофизические свойства композиции Ф-4УВ20 в сравнении с ненаполненным фторопластом-4.
| Параметр | Ф-4 (ГОСТ 10007-80) | Ф-4УВ20 |
|---|---|---|
| Плотность, кг/м³ | 2120–2200 | 2120–2130 |
| Модуль упругости при растяжении, МПа | 410 | 1290 |
| Прочность при разрыве, МПа | 14,7–34,5 | 18–26 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | 250–500 | 130 |
| Разрушающее напряжение при сжатии, МПа | 11,8 | 30–34 |
| Ударная вязкость, кДж/м² | 125 | 28–33 |
| Твёрдость по Бринеллю, МПа | 29,4–39,2 | 50 |
| Температурный коэффициент линейного расширения (–10…+100 °С), ×10⁻⁵ °С⁻¹ | 8–25 | 6,6 |
| Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К) | 0,25 | 0,5 |
| Относительная износостойкость (Ф-4 = 1) | 1 | 2000 |
| Коэффициент трения по стали | 0,04 | 0,2 |
| Интервал рабочих температур, °С | от –269 до +260 | от –260 до +260 (кратковременно до +320) |
Что показывают данные
Модуль упругости Ф-4УВ20 превышает показатель чистого фторопласта-4 более чем в 3 раза (1290 МПа против 410 МПа). Это означает существенно меньшую деформацию деталей под нагрузкой — критически важное свойство для уплотнительных колец и подшипников скольжения.
Разрушающее напряжение при сжатии возрастает почти втрое: 30–34 МПа против 11,8 МПа у чистого Ф-4. Детали из Ф-4УВ20 способны воспринимать значительно более высокие контактные давления без пластической деформации.
Теплопроводность увеличивается вдвое (0,5 Вт/(м·К) против 0,25 Вт/(м·К)), что улучшает отвод тепла из зоны трения и снижает риск термодеструкции полимерной матрицы при интенсивной работе.
Температурный коэффициент линейного расширения снижается в 3–4 раза по сравнению с ненаполненным фторопластом. Это обеспечивает стабильность размеров уплотнений при изменении температуры и позволяет выдерживать более жёсткие посадочные допуски.
Ударная вязкость Ф-4УВ20 (28–33 кДж/м²) значительно ниже, чем у чистого Ф-4 (125 кДж/м²). Это типичная особенность наполненных фторопластов: армирующие частицы повышают жёсткость, но снижают способность поглощать энергию удара. Данное обстоятельство необходимо учитывать при проектировании деталей, подверженных ударным нагрузкам.
Коэффициент трения по стали у Ф-4УВ20 (0,2) выше, чем у ненаполненного Ф-4 (0,04). Тем не менее этот показатель остаётся достаточно низким для надёжной работы без смазки, а колоссальный прирост износостойкости (в 2000 раз) с избытком компенсирует увеличение коэффициента трения.
Сравнение с другими фторопластовыми композициями
На практике выбор между различными наполненными фторопластами зависит от конкретных условий эксплуатации. Каждая композиция имеет свою специфику.
Ф-4К20 (фторопласт-4 + 20 % коксовой муки) — наиболее распространённая и универсальная композиция. Износостойкость Ф-4К20 в 600 раз выше, чем у ненаполненного Ф-4, что существенно уступает показателю Ф-4УВ20 (2000 раз). Ф-4К20 рекомендуется для задач общего назначения, где требования к износостойкости умеренные.
Ф-4С15 (фторопласт-4 + 15 % стекловолокна) — применяется в узлах, контактирующих с пищевыми средами и где требуется повышенная электрическая изоляция. По износостойкости значительно уступает углеволокнистым и коксонаполненным композициям.
Ф-4К15М5 (фторопласт-4 + 15 % коксовой муки + 5 % дисульфида молибдена) — обладает наиболее низким коэффициентом трения среди наполненных фторопластов. Износостойкость Ф-4К15М5 в 1000 раз выше, чем у чистого Ф-4. Рекомендуется для направляющих опор скольжения, где важна плавность хода.
Ф-4УВ20 превосходит перечисленные композиции по износостойкости и модулю упругости. Применение Ф-4УВ20 оправдано в наиболее нагруженных узлах трения, где требуются максимальная долговечность и минимальная деформация под нагрузкой.
Область применения
Детали из Ф-4УВ20 работают в воздушной, жидкой и газовой средах, а также в вакууме. Основные области применения:
Компрессорная техника — поршневые кольца, направляющие элементы, уплотнения штоков и клапанов для компрессоров общего назначения и безмасляных компрессоров. Высокая износостойкость и способность работать без смазки делают Ф-4УВ20 оптимальным материалом для этих узлов.
Подшипники скольжения — самосмазывающиеся втулки и вкладыши для механизмов, работающих с ограниченной смазкой или без неё. Низкий коэффициент трения и высокий модуль упругости обеспечивают несущую способность и ресурс подшипника.
Уплотнительные элементы — манжеты, сальниковые набивки, торцевые уплотнения для насосов и арматуры, работающих с агрессивными средами (кислоты, щёлочи, органические растворители). Химическая инертность ПТФЭ-матрицы позволяет использовать Ф-4УВ20 там, где эластомерные уплотнения непригодны.
Опорные элементы — подвижные опоры скольжения, направляющие, сепараторы подшипников качения. Минимальное термическое расширение и стабильность размеров при изменении температуры обеспечивают точность позиционирования.
Химическая стойкость
Ф-4УВ20 наследует химическую стойкость матрицы — фторопласта-4. Материал устойчив к воздействию минеральных и органических кислот, щелочей, органических растворителей и окислителей. Не набухает и не растворяется в подавляющем большинстве химических сред.
Среды, разрушающие Ф-4УВ20: элементарный фтор, трёхфтористый хлор при повышенных температурах, расплавы и растворы щелочных металлов. Кроме того, углеродное волокно может окисляться в среде газообразного кислорода при температурах, близких к верхнему пределу рабочего диапазона. Поэтому при работе в кислородных средах следует применять не углеволокнистые, а коксонаполненные или стеклонаполненные композиции.
Формы поставки
Заготовки из Ф-4УВ20 выпускаются методом прессования с последующей термообработкой (свободное спекание). Формы поставки: стержни, втулки (кольца), диски. Заготовки выпускаются двух сортов — высшего и первого. Заготовки высшего сорта предназначены для антифрикционных и уплотнительных деталей специального назначения, первого сорта — для деталей общего назначения.
Изготовление деталей из заготовок Ф-4УВ20 производится методом механической обработки (точение, фрезерование, сверление). Материал хорошо обрабатывается стандартным твердосплавным инструментом.
Подробнее о графитонаполненных и других наполненных композициях фторопласта-4 можно узнать в соответствующем разделе каталога.
Условия хранения
Заготовки из Ф-4УВ20 хранят в закрытых складских помещениях, защищённых от прямых солнечных лучей и атмосферных осадков. Материал не гигроскопичен, не подвержен биологическому разложению, не выделяет токсичных веществ при нормальных условиях. Срок хранения заготовок практически не ограничен — ПТФЭ-матрица не подвержена старению при температурах до +260 °С.
