CC BY
59
УДК 678.027.3
A.M. Ханов, В.А. Москалев, Д.В. Смирнов, А.А. Нестеров, Д.А. Петров
Пермский государственный технический университет
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ ТЕРМОРАСШИРЕННОГО ГРАФИТА МЕТОДОМ ЭКСТРУЗИИ
Приведены результаты экспериментального изучения процесса плунжерного прессования (экструзии) термопластичного композиционного материала с терморасширенным графитом в качестве наполнителя.
Одним из направлений комплексных исследований кафедры «Конструирование машин и сопротивление материалов» Пермского государственного технического университета, связанных с производством изделий из терморасширенного графита (ТРГ) и изучением его свойств, является оценка возможности изменения метода экструзии для получения уплотнений на основе ТРГ.
Предприятие «Новомет-Силур» (г. Пермь) производит и поставляет широкую гамму уплотнений из терморасширенного графита в виде ленты, фольги, уплотнительных колец, сальниковых набивок для обеспечения герметичности подвижных фланцевых соединений, используемых в запорной арматуре и многих других устройствах, применяемых в различных отраслях промышленности.
Технология получения терморасширенного графита содержит стадию интеркалирования (окисления) природного графита, например, серной кислотой. Интеркалированный графит подвергают термоудару при температуре 900-1500 °С. Молекулы серной кислоты мгновенно переходят в газообразное состояние, происходит смятие углеродных слоев графита в кристаллической решетке и образование тончайших червеобразных частиц ТРГ значительного объема с плотностью 1-4 гм/дм3 [1].
Существующий процесс производства уплотнительных колес из ТРГ включает формирование изделий путем прессования спирально навитой фольги или пакета из прокладочных материалов. Практика эксплуатации таких изделий в ряде случаев выявила нарушение сплошности уплотнений путем расслоений, что может вызвать потерю герметичности соединения.
Метод экструзии широко и успешно применяется для производства изделий различного профиля из термопластичных материалов, используемых
в кабельной технике, электротехнической промышленности и других отраслях [2, 3].
Наполненные графитом термопласты традиционно используются в качестве антифрикционного материала для деталей машин, работающих в узлах трения в условиях затрудненной смазки или без смазочного материала. По этой причине на начальном этапе исследований в качестве связующего компонента была выбрана одна из модификаций политетрафторэтилена -фторопласт-4. Этот материал обладает низким коэффициентом трения, свойством самосмазки, химической стойкостью. При температуре 415 °С разлагается, минуя жидкую фазу, что ограничивает диапазон рабочих температур изделий, содержащих фторопласт.
В настоящей работе опробован способ получения путем экструзии прутков или труб из композиции, в которой наполнителем являлся терморасширенный графит в порошкообразном состоянии, связующим компонентом -порошок фторопласта. Содержание последнего компонента варьировали в интервале 20-30 мас. %. Полученную шихту измельчали до дисперсности 30-50 мкм и тщательным перемешиванием доводили до однородного состояния.
На рис. 1 приведена схема получения образцов из ТРГ в виде прутков или труб малого диаметра путем выдавливания исходной шихты через коническую матрицу. Для изготовления прутков использовали пуансон с плоской рабочей поверхностью, для получения труб пуансон оснащали цилиндрической иглой.
Процессу экструзии предшествовали предварительное уплотнение смеси, нагрев и выдержка в печи заготовки вместе с оснасткой при температуре 300-350 °С. Деформирование заготовки осуществляли на универсальной испытательной машине УИМ-50 с постоянной скоростью 10 мм/мин. Степень деформации (коэффициент вытяжки) варьировали в пределах X- ^0/^к = 15 - 30 (где ^0 и ^к - начальная и конечная площади поперечного сечения заготовки). Рис. 2 дает представление о внешнем виде полученных образцов (изделий). На образцах малого диаметра получено удовлетворительное качество поверхности при постоянстве размеров поперечного сечения. На трубах большего размера наблюдается некоторое нарушение сплошности, проявляющееся в растрескивании и короблении полуфабриката.
р
г
Рис. 1. Схема плунжерной экструзии:
1 - пуансон; 2 - контейнер; 3 - матрица;
4 - игла; 5 - заготовка; 6 - изделие (полуфабрикат)
Рис. 2. Экструдированные образцы из терморасширенного графита
Описанная технология в настоящее время реализуется в лабораторных условиях для выявления основных закономерностей формирования структуры материала и свойств изделий в зависимости от технологических параметров процесса. На рис. 3 представлена оснастка для проведения процесса экструзии.
Рис. 3. Оснастка для экструзии ТРГ
Опыты по экструзии термопласта с ТРГ-наполнителем подтверждают принципиальную возможность осуществления подобной технологии.
Список литературы
1. Белова М.Ю., Малкова И.А., Исаев О.Ю. Эксплуатационные свойства изделий из терморасширенного графита с наноструктурными фазами // Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология: сб. тез. докл. 6-й междунар. конф., 28-30 окт. 2009 г. - Троицк, 2009. -
С.126-127.
2. Э. Фишер. Экструзия пластических масс. - М.: Химия, 1970. - 288 с.
3. Володин В.П. Экструзия профильных изделий из термопластов. -СПб.: Профессия, 2005. - 480 с.
Получено 23.03.2010
