16.1. Спекание

16.1. Спекание
Спеканием производят изделия из полимеров, температура плавления которых превышает температуру термодеструкции, Основным представителем таких пласт¬масс являются фторопласты, а именно Ф-4 и Ф-4-НТД.
Они поставляются в виде белого рыхлого, жирного при растирании пальцами порошка с насыпной плотностью 400-500 кг/м . При нагревании фторопласт не плавится, в интервале температур 260-380 °С он размягчается, а при 415 'С на¬чинается его интенсивное разложение с образованием более чем вредных токсичных газо¬образных продуктов, представляющих собой соединения фтора (перфторизобути-,'icii, фтористый водород и др.). Фторопласт - кристаллический полимер. Его крис¬талличность может достигать 90%, по степень кристалличности зависит от режима нагревания-охлаждения при температуре от 260 до 380 "С.
Фторопласт характеризуется набором весьма ценных свойств, а именно; абсолют¬ной химической стойкостью, тсилостой костью до 250 !С, высокими диэлектрическими показателями, высокой антифрикционностью (р1|( < 0,05). Отрицательными свойства¬ми фторопласта являются: хладотекучесть при сравнительно невысоких напряжени¬ях (о\.ж > 15 МПа), быстрая истираемость при скоростях нескольким более 0,3 м/с и трудная перерабатываем ость в изделия.

Изготовление изделий из Ф-4 и Ф-4-ПТД включает следующие основные опера-пни: холодное формование заготовок, спекание заготовок в изделия в свободном со¬стоянии, охлаждение изделий и при необходимости механическая обработка.
Формование зяютомж выполняется на годравлических прессах при удельном давле¬нии в пресс-форме 30-40 МПа. Увеличение давления выше 40 МПа может привести к холодной вытяжке и в дальнейшем — к появлению третий в изделии. Загружаемый в форму порошок должен быть легкосыпучим. Поскольку Хлоропласт при хранении мо¬жет комковатьсн. то перед использованием порошок рыхлят, а в отдельных случаях тер-мостатируют при 240-250 *С до 120 минут для удаления низкомолекулярных фракций.
Порошок в форме разравнивают для достижения равноплотностн по всему объе¬му заготовки. Давление пуансона должно развиваться медленно н по достижении максимального значения выдерживаться в течение 2-3 мни. Луч шне результаты в от¬ношении равноплотностн дает двухстороннее прессование таблеток.
Плотность 41ТОроплвста в отформованной заготовке должна составлять 133-1,85 т/м3.
Спекание заготовок выполняется в специальных печах с многосторонним электри¬ческим нагревом п воздушной циркуляцией, выравнивающей температуру. Нагрев ступенчатый, с выдержкой при температуре 342 'С (аморфизацня кристаллической фазы) и 360-380 *С (размягчение всей массы фторопласта и ее «сплавление», сопро¬вождающееся проявлением эффекта прозрачности). Плотность спеченной заготовки должна составлять 2,2 т/м'\ сопровождающая его усадка достигает 4-7 %.
Продолжительность спекания определяется из расчета примерно 1 час на 3 мм толщины изделия.
Охлаждение заготовок, то есть образование собственно изделий с требуемым ком¬плексом свойств, — весьма ответственная операция. В зависимости от скорости ох¬лаждения н изделии <|х>рмнрустся преимущественно аморфная пли кристаллическая структуры, которые определяют такие свойства, как эластичность, газонепроницае¬мость, твердость, жесткость.
Аморфная структура формируется при быстром охлаждении изделия в интервале температур от температуры спекания до 250 'С. Закалка достигается опусканием из-зелий в воду. При ТАКОЙ обработке содержание кристаллической фазы в изделии не превышает 50 %.
Кристаллическая структура (степень кристалличности до 70 %) формируется при медленном охлаждении спеченных изделий непосредственно в остывающей печи. За¬готовки толщиной более 100 мм для предотвращения внутренних напряжений следу я охлаждать медленно.
Механическая обработка (токарная, фрезерование, сверление и другие способы) зтеченных заготовок применяется при производстве пленок и изделий различной конфигурации. При работе с фторопластам и рекомендуются высокие скорости режу-цего инструмента при его малых подачах.
Фторопластовые пленки получают двумя основными пюсобами. Первый состоит ) том. что цилиндрическую заготовку рабатывают при помощи широкого токарного ч-зца: патучеииую плоскую стружку татщнной 15-1000 мкм раскатывают между горя-1ими валками до уменьшения ее толщины до 5-7 мкм. Такая пленка менее триста, име-т повышенную продольную прочшкть и удушенные диэлектрические характеристи-vii (электрическая прочность до 250 к В/мм). Второй способ является непрерывным. Его :ущность состоит в следующем: порошкообразный полимер из вибропитателя подастся мл двухвалковый горизонтальный каландр и однократно прокатывается до толщины 10-50 мкм, а затем поступает в ванну с солевым расплавом, имеющим температуру при¬мерно 380 'С, где и происходит процесс равномерного и быстрого спекания. Далее плен¬ка Проходит через тянущие валки, поступает навалки раскаточные, затем у нее обреза¬ют кромку н наматывают в катушки и рулоны.
Фторопластовые трубы, шланги, капилляры и профильные изделия получают экструапонным методом, используя поршневой или червячный экструдер и головку с удлиненным дорном. Для облегчения переработки в порошок фторопласта добавля¬ют бензин или 6 %-ный раствор полиизобутилена в бензине. Сыпучесть Ф-4 также можно улучшить предварительным спеканием исходного порошка с последующим его измельчением или гранулированием.
Процесс червячной экструзии изделий из фторопласта состоит в следующем. Порошок или гранулы полимера поступают в нсобогреваемый материальный ци¬линдр, захватываются червяком н транспортируются в головку (червяк одно- или двухзаходный. с постоянными шагом и глубиной нарезки). Учитывая низкий коэффи¬циент трения фторопласта и отсутствие нагрева или охлаждения материала, па внут¬ренней поверхности цилиндра следует предусмотреть продольные канавки глуби¬ной до 1 -2 мм. Сжатие полимера происходит в головке, конический переход которой к формующему каналу составляет около 20°.
Особенность формующей головки состоит в увеличенной длине дорновой части, до¬стигающей 90D (D — диаметр изделия), а также в ее терморе|улнроваиии. В начальной части формующего зазора фторопласт должен спекаться нрн температуре 380 "С, а в кни¬це — охлаждаты:я до 250 *С. Для центрирования столь длинного дорна используют кон¬центрическую втулку, свободно посаженную на его конец. При пуске экструдера образу¬ющееся изделие выталкивает эту втулку и далее самоцентрирует положение дорна.
Регулируя степень сжатия порошка фторопласта и температуру по длине дорна, можно получать изделия с различной плотностью и, соответствен и о. проницаемо¬стью. Кроме того, используя промежуточную колык-пую загрузку, удается получать трубки и капилляры с различной норнстостью но толщине стенки. Таким образом производят изделия с мембранным зффектом, необходимым н кардиохирургическом ВИДОПротезнрованни. По этой прецизионной технологии в России работает фирма «Экофлон» (Санкт-Петербург).
Экструзионным методом получают изолированные провода и кабели для экстре¬мальных условии эксплуатации (агрессивность среды, повышенные температуры), уплотнители, трубы, фитинги для нужд химической промышленности. Листовой фторопласт используют для покрытий в виде циновок в спортивных сооружениях (летние трамплины и лыжные трассы).
Из композиции на основе фторопластов с различным наполнителем (кокс, гра¬фит, дисульфид молибдена, тальк) получают антифрикционные, не требующие смаз¬ки детали подшипников скольжения и сепараторы для подшипников качения.