Ф4С15М5 композиционный материал

Стеклофторопласт Ф4С15М5 — композиционный материал на основе фторопласта-4 (политетрафторэтилена, ПТФЭ), наполненного размолотым стекловолокном (15 %) и дисульфидом молибдена MoS₂ (5 %). Материал сочетает высокую химическую стойкость фторопластовой матрицы с улучшенными трибологическими и механическими свойствами, обусловленными введением наполнителей. Ф4С15М5 востребован при изготовлении уплотнительных и антифрикционных изделий, работающих в агрессивных средах, в том числе при наличии конденсата.

Состав и назначение стеклофторопласта Ф4С15М5

Основу Ф4С15М5 составляет фторопласт-4 — высокомолекулярный кристаллический полимер тетрафторэтилена с температурой плавления около +327 °С. Обозначение марки отражает состав наполнителей: «С15» — 15 % размолотого стекловолокна, «М5» — 5 % дисульфида молибдена. Альтернативные наименования материала: PTFE F, FLON-2.

Стекловолокно повышает механическую прочность, жёсткость и износостойкость композита по сравнению с ненаполненным фторопластом-4. По данным производителей, введение стекловолокна повышает износостойкость материала более чем в 200 раз относительно чистого ПТФЭ и увеличивает сопротивление ползучести примерно в 1,5 раза. При этом химическая стойкость матрицы практически не изменяется, а электрические показатели меняются незначительно.

Базовая композиция Ф4С15 (фторопласт-4 + 15 % стекловолокна, без MoS₂) хорошо работает в среде сухих агрессивных газов, однако при наличии конденсата у неё наблюдается повышенный износ. Добавление 5 % дисульфида молибдена в композицию Ф4С15М5 решает именно эту проблему — MoS₂ выступает твёрдой смазкой и повышает износостойкость во влажных условиях.

Физико-механические характеристики Ф4С15М5

Ниже приведены основные физико-механические свойства стеклофторопласта Ф4С15М5 по данным технической документации.

Параметр PV (произведение контактного давления на скорость скольжения) является ключевым критерием при проектировании узлов трения. Чем выше допустимое PV, тем в более нагруженных условиях может работать материал. Значения PV для Ф4С15М5 превышают аналогичные показатели базовой композиции Ф4С15 на 10–15 %, что обусловлено смазывающим действием дисульфида молибдена.

Сравнительные свойства Ф4С15М5 и Ф4С15

Для понимания роли добавки MoS₂ приведём сравнение основных свойств двух родственных композиций.

Из таблицы видно, что основные прочностные показатели двух композиций близки. Ключевое различие — в трибологических свойствах: у Ф4С15М5 ниже коэффициент трения по стали (0,1–0,2 против 0,15–0,30), выше допустимые значения PV, а главное — устранена проблема повышенного износа во влажных условиях, характерная для Ф4С15.

Химическая стойкость и совместимость с контактными материалами

Поскольку матрицей Ф4С15М5 является фторопласт-4, композит сохраняет высокую химическую стойкость базового полимера. Материал устойчив к воздействию минеральных и органических кислот, щелочей, органических растворителей и окислителей. Разрушение фторопластовой матрицы возможно только при контакте с расплавленными щелочными металлами, элементарным фтором и трёхфтористым хлором при повышенных температурах.

Стеклофторопласт Ф4С15М5 допускается к работе в контакте с плакированными алюминиевыми сплавами, титановыми сплавами и нержавеющими сталями при температурах от −60 до +250 °С.

Материал не гигроскопичен (водопоглощение базовой композиции Ф4С15 составляет не более 0,04 % за 24 часа). Ф4С15М5 устойчив к атмосферным, климатическим и бактериальным воздействиям, физиологически инертен.

Преимущества и ограничения стеклофторопласта Ф4С15М5

Преимущества композиции Ф4С15М5

Стеклофторопласт Ф4С15М5 объединяет достоинства фторопластовой матрицы и двух видов наполнителей. Стекловолокно обеспечивает многократное повышение износостойкости (более чем в 200 раз по сравнению с ненаполненным фторопластом-4), рост сопротивления ползучести, повышение жёсткости. Дисульфид молибдена действует как твёрдая смазка: снижает коэффициент трения и устраняет критический недостаток базовой композиции Ф4С15 — ускоренный износ при работе во влажных газовых средах и в присутствии конденсата.

Композит не требует смазки в узлах трения, что важно в средах, где применение жидких смазочных материалов невозможно (агрессивные среды, вакуум, пищевая и фармацевтическая промышленность). Рабочий температурный интервал от −60 до +260 °С позволяет применять Ф4С15М5 как в криогенных установках, так и в высокотемпературном оборудовании.

Ф4С15М5 более эластичен по сравнению с коксонаполненным фторопластом Ф4К20, что делает его предпочтительным для изготовления уплотнительных манжет и поршневых колец.

Ограничения и особенности эксплуатации

При работе под высокими нагрузками износостойкость Ф4С15М5 уступает композициям на основе кокса и дисульфида молибдена. Например, композиция Ф4К15М5 (15 % коксовой муки + 5 % MoS₂) обладает относительной износостойкостью в 1000 раз выше, чем у ненаполненного Ф-4, тогда как для стеклонаполненных композиций этот показатель составляет около 250.

Фторопласт-4 в составе композита обладает низкой теплопроводностью (около 0,25 Вт/(м·К) для базовой композиции Ф4С15), что затрудняет отвод тепла из зоны трения. В нагруженных узлах трения с высокими скоростями скольжения необходимо предусматривать дополнительный теплоотвод.

Стеклофторопласт плохо склеивается — для соединения деталей из Ф4С15М5 с другими материалами необходимо применять механический крепёж или специальные методы подготовки поверхности (химическое травление натрий-нафталиновым комплексом). Материал хорошо обрабатывается точением, сверлением, фрезерованием и шлифованием, однако следует учитывать абразивное воздействие стекловолокна на режущий инструмент.

Области применения стеклофторопласта Ф4С15М5

Ф4С15М5 применяется прежде всего в узлах, где требуется сочетание антифрикционных свойств с химической стойкостью и работоспособностью во влажных средах.

Как антифрикционный материал Ф4С15М5 применяется в тех случаях, когда другие наполненные фторопласты непригодны из-за химической нестойкости наполнителя (например, кокса или бронзы) к рабочей среде. Выбор Ф4С15М5 вместо Ф4С15 оправдан при наличии конденсата или влажных газовых сред в рабочей зоне.

Формы поставки стеклофторопласта Ф4С15М5

Ф4С15М5 поставляется в виде заготовок для последующей механической обработки.

Заготовки обрабатываются стандартным металлорежущим инструментом. При токарной и фрезерной обработке рекомендуется применять инструмент с твердосплавными пластинами, так как стекловолокно в составе композита ускоряет износ режущих кромок из быстрорежущей стали. Хранить заготовки следует в закрытых сухих помещениях на полках или поддонах, на расстоянии не менее 1 м от отопительных приборов.