Ф4УВ15М5 композиционный материал

Композиционный материал Ф4УВ15М5 — состав и общая характеристика

Ф4УВ15М5 — полимерный композиционный материал на основе фторопласта-4 (ПТФЭ), наполненного углеродным волокном и дисульфидом молибдена. Относится к группе углефторопластов — армированных композиций, предназначенных для работы в высоконагруженных узлах трения.

Расшифровка марки: Ф4 — фторопласт-4 (полимерная матрица), УВ15 — углеродное волокно 15 % масс., М5 — дисульфид молибдена (MoS₂) 5 % масс. Остальные 80 % массы приходятся на ПТФЭ-основу.

Углеродное волокно для данной композиции получают путём измельчения углеродных тканей марок УТМ-8 или УТМ-8-1с. В готовой композиции волокно находится в виде дисперсных частиц, равномерно распределённых в полимерной матрице, — это не слоистая структура с непрерывным армированием.

Роль наполнителей в композиции Ф4УВ15М5

Ненаполненный фторопласт-4 обладает исключительно низким коэффициентом трения и высокой химической стойкостью, однако отличается низкой износостойкостью и невысокой механической прочностью. Введение наполнителей позволяет устранить эти ограничения.

Углеродное волокно (15 %)

Углеродное волокно обладает рядом преимуществ перед другими наполнителями фторопласта: низким собственным коэффициентом трения, высокой прочностью и теплостойкостью, химической инертностью и хорошей теплопроводностью. Армирование углеродным волокном повышает износостойкость фторопласта-4 примерно в 2000 раз. Одновременно возрастают твёрдость, жёсткость и сопротивление деформации под нагрузкой.

Дисульфид молибдена (5 %)

Добавка MoS₂ дополнительно снижает коэффициент трения и повышает твёрдость композиции. Дисульфид молибдена выступает в роли твёрдой смазки: его слоистая кристаллическая структура обеспечивает лёгкое межслоевое скольжение. Это особенно важно для работы при высоких нагрузках, а также во влажных средах, где чисто углеволокнистые композиции могут проявлять повышенный износ.

Физико-механические свойства Ф4УВ15М5

Ниже приведены характеристики композиции Ф4УВ15М5 по данным справочных таблиц для композиций фторопласта-4. Для сравнения указаны значения ненаполненного Ф-4 и родственной композиции Ф4К15М5 (с коксовой мукой вместо углеволокна).

Ф4УВ15М5 отличается наименьшей плотностью среди фторопластовых композиций — 1,9–2,0 г/см³ (у ненаполненного Ф-4 плотность составляет 2,12–2,22 г/см³). Это объясняется низкой плотностью углеродного волокна по сравнению с коксовой мукой или стекловолокном.

Относительное удлинение при разрыве существенно ниже, чем у чистого фторопласта-4 (60 % против 350 %). Такое снижение пластичности типично для наполненных композиций и обусловлено присутствием жёстких частиц наполнителя, ограничивающих деформацию полимерной матрицы.

Сравнение Ф4УВ15М5 с другими композициями на основе Ф-4

Среди наполненных фторопластов Ф4УВ15М5 занимает нишу высоконагруженных антифрикционных узлов с требованием повышенной износостойкости. Относительная износостойкость в 2000 раз выше, чем у ненаполненного ПТФЭ — это наибольшее значение среди стандартных композиций. Для сравнения: у коксонаполненного Ф4К20 этот показатель составляет 600, у Ф4К15М5 — 1000, у стеклонаполненного Ф4С15 — 250.

В отличие от стеклонаполненных композиций (Ф4С15, Ф4С15М5), углеволокнистые наполнители химически инертны в большинстве агрессивных сред, что расширяет область применения Ф4УВ15М5.

По сравнению с Ф4УВ15 (аналогичная композиция без MoS₂), добавка дисульфида молибдена в Ф4УВ15М5 дополнительно улучшает трибологические характеристики при работе во влажных средах и при повышенных нагрузках.

Области применения композиции Ф4УВ15М5

Материал предназначен для антифрикционных деталей, работающих в воздушной, жидкой и газовой средах, а также в вакууме. Основные типы изделий:

• подшипники скольжения и накладные опоры скольжения;
• сепараторы подшипников качения;
• уплотнительные кольца подвижных и неподвижных соединений;
• поршневые кольца и сальниковые уплотнения;
• подвижные опоры трубопроводов и конструкций;
• направляющие втулки и элементы скольжения.

Равенство статического и динамического коэффициентов трения у композиций данного типа обеспечивает плавное и равномерное движение подвижных узлов без рывков при страгивании — это важное свойство для опор скольжения и направляющих.

Условия эксплуатации и ограничения

Композиция Ф4УВ15М5 работоспособна в интервале температур от −260 до +260 °С, при кратковременном воздействии — до 320 °С. При нагреве выше 260 °С физико-механические свойства материала снижаются, хотя химическая стойкость ПТФЭ-основы сохраняется вплоть до температуры разложения (~415 °С).

Ф4УВ15М5, как и все фторопластовые композиции, устойчив к воздействию большинства агрессивных сред: минеральных и органических кислот, щелочей, растворителей, окислителей и газов. Разрушение матрицы возможно только при воздействии расплавленных щелочных металлов, элементарного фтора и трёхфтористого хлора при повышенных температурах.

Материал не впитывает воду (водопоглощение ≤0,01 %), обладает электропроводностью за счёт углеродного наполнителя и не может использоваться как диэлектрик.

Формы поставки

Заготовки из Ф4УВ15М5 выпускаются в виде стержней, втулок (колец), пластин, дисков и брусков. Детали конечной конфигурации получают механической обработкой заготовок — точением, фрезерованием, сверлением и шлифованием. Материал хорошо поддаётся всем видам механической обработки.