Композиты фторопласта-4 с ПЭЭК и ПФС

Композиты фторопласта-4 с ПЭЭК и ПФС — антифрикционные материалы на основе фторопласта-4 (ПТФЭ), наполненные порошком суперконструкционного термопласта: полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) или полифениленсульфида (ПФС). В отличие от кокса, стекловолокна или бронзы полимерный наполнитель не царапает сопряжённую деталь, поэтому такие композиты хорошо работают в паре с мягкими металлами, например с алюминием. В опытах наполнение Ф-4 полиэфирэфиркетоном снижало износ на несколько порядков при сохранении низкого трения. Из композитов делают уплотнения, поршневые и направляющие кольца, втулки и подшипники скольжения для работы без смазки.

Заявки на композиты и детали из них принимаем на 5052082@mail.ru.

Зачем наполнять фторопласт-4

Ненаполненный фторопласт-4 имеет очень низкий коэффициент трения и почти универсальную химическую стойкость, но у него два слабых места:

• высокий износ — при трении без смазки поверхностный слой легко срезается, и деталь быстро теряет размер;
• хладотекучесть (ползучесть) — под постоянной нагрузкой материал медленно течёт даже при комнатной температуре, уплотнения теряют натяг.

Классический путь — наполнители: кокс, графит, углеродное и стекловолокно, бронза, дисульфид молибдена (марки Ф4К20, Ф4К15М5, Ф4С15 и другие — см. «Фторопласт Ф-4К20»). Они резко снижают износ, но твёрдые частицы работают как абразив: мягкий вал или цилиндр из алюминия изнашивается заметно сильнее. Полимерные наполнители — ПЭЭК и ПФС — решают эту задачу иначе.

ПЭЭК и ПФС: что это за наполнители

Показатель	ПЭЭК (полиэфирэфиркетон)	ПФС (полифениленсульфид)
Тип	частично кристаллический ароматический полимер	частично кристаллический ароматический полимер
Температура плавления	около 343 °C	около 280–290 °C
Температура стеклования	около 143 °C	около 85–100 °C
Роль в композите	упрочняющая фаза, резко снижает износ	упрочняющая фаза, снижает износ, не истирает мягкий контртел

Оба полимера твёрже и жёстче фторопласта-4, но мягче металлических и минеральных наполнителей. При спекании композита (выше 327 °C) ПЭЭК размягчается и образует с матрицей взаимопроникающую структуру, а ПФС при этой температуре уже расплавлен.

Как работают композиты Ф-4 с ПЭЭК

При трении фторопласт образует на поверхности металла тонкую плёнку переноса. У чистого Ф-4 она непрочна: частицы постоянно отрываются, и износ велик. Частицы ПЭЭК закрепляют плёнку и воспринимают контактное давление. В исследованиях композиты Ф-4 с 10–40 % ПЭЭК показывали интенсивность изнашивания порядка 10⁻⁷–10⁻⁹ мм³/(Н·м) при коэффициенте трения около 0,1–0,2 — на несколько порядков меньше, чем у ненаполненного Ф-4 и у чистого ПЭЭК. Результат сильно зависит от размера частиц, способа смешения и спекания, поэтому свойства конкретной партии подтверждают испытаниями.

Композиты Ф-4 с ПФС

ПФС действует похоже: создаёт твёрдую фазу, которая принимает нагрузку и удерживает плёнку переноса. Композиции Ф-4 с ПФС выбирают прежде всего для пар трения с мягкими металлами, где минеральные наполнители нежелательны из-за износа сопряжённой детали.

Какой композит выбрать

Условия работы	Рекомендуемый вариант
Мягкий контртел (например, алюминий), сухое трение, умеренная нагрузка	Ф-4 с ПФС или с ПЭЭК
Высокая нагрузка и скорость без смазки, требуется минимальный износ	Ф-4 с ПЭЭК
Повышенная температура длительной работы	Ф-4 с ПЭЭК — у ПЭЭК выше температура стеклования и плавления

Оптимальный выбор для узлов с мягким контртелом и сухим трением — Ф-4 с ПЭЭК: он даёт наименьший износ и не повреждает сопряжённую поверхность. Состав (доля наполнителя) подбирают под нагрузку, скорость и температуру.

Где применяют

• поршневые, направляющие и опорные кольца компрессоров без смазки;
• манжеты и уплотнения гидро- и пневмоцилиндров, в том числе с алюминиевыми гильзами;
• втулки и подшипники скольжения, работающие без смазки;
• направляющие и антифрикционные ленты.

Ограничения

• ПЭЭК и ПФС уступают фторопласту-4 по стойкости к отдельным агрессивным средам, например к концентрированным кислотам-окислителям; совместимость проверяют под конкретную среду.
• Нагрев выше 260 °C, как и для любого фторопласта, допустим только с вытяжкой (ГОСТ 10007-80).

Формы поставки и что указать в заявке

• заготовки: втулки, стержни, пластины, кольца; готовые детали по чертежу;
• наполнитель (ПЭЭК или ПФС) и его доля либо условия, по которым её подобрать;
• материал и твёрдость сопряжённой детали, скорость, давление, температура, наличие смазки;
• рабочая среда;
• количество.

Вопросы и ответы

Чем фторопласт с ПЭЭК лучше фторопласта с коксом или бронзой?

Полимерный наполнитель не истирает мягкий контртел. С твёрдыми наполнителями изнашивается не только деталь из композита, но и мягкий вал, например алюминиевый; с ПЭЭК повреждение сопряжённой поверхности минимально.

Сохраняет ли композит химическую стойкость фторопласта?

Матрица — фторопласт-4, но частицы наполнителя контактируют со средой на поверхности. ПЭЭК и ПФС химически стойкие полимеры, однако к концентрированным кислотам-окислителям их стойкость ниже, чем у фторопласта. Для таких сред состав согласуют отдельно.

Можно ли сварить детали из композита Ф-4 с ПЭЭК?

Наполненные композиции свариваются хуже чистого фторопласта. Подробнее — в статье «Сварка фторопласта-4».

Заказать композиты фторопласта-4 с ПЭЭК и ПФС

Поставляем заготовки и детали из фторопласта-4 с ПЭЭК и ПФС по чертежу и техническому заданию. Пришлите условия работы узла на 5052082@mail.ru — подберём состав и сообщим сроки.