Отчет об измельчении и смешивании фторопласта Ф-4 на

Отчет об измельчении и смешивании фторопласта Ф-4 на
роторно-вихревой мельнице
Автор текста: Краснов Александр Анатольевич,Заместитель директора НТИ по научной
работе и маркетингу, к.физ.-мат.н. e-mail: krasnov@ntds.ru, 8 (962) 726-49-20
Первые исследования измельчения, смешивания и получения композитов на основе первичных и
вторичных фторопластов с разными наполнителями на роторно-вихревых мельницах были проведены в
2001 году. В частности, были исследованы композиции на основе первичного суспензионного ПТФЭ Ф-4
следующего состава:
Ф4К15М15 (80% Ф-4 + 15% кокса + 5% МоS2)
Ф4К15УВ5 (80% Ф-4 + 15% кокса + 5% углеродных волокон)
Ф4Бр60М3 (37% Ф-4 + 60% Бронзы + 3% МоS2)
Композиции были приготовлены методом сухого смешения в центробежном смесителе с частотой
вращения мешалки 2800 мин-1 и затем измельчены в роторно-вихревых мельницах в двух динамических
режимах. Из данных смесей были изготовлены пластины 100х130х2мм, из них вырублены образцы для
определения прочности при растяжении и относительного удлинения при разрыве. В табл.1
представлены результаты испытаний, которые проводились на универсальной разрывной машине Zwick,
ФРГ, модель 1362, имеющейся в НПО «Пластполимер», Санкт-Петербург. Авторы благодарны
А.К.Пугачёву и В.В.Щербаку, ОАО «Пластполимер» (СПб), совместно с которыми эта работа была
выполнена, и которые любезно предоставили полученные результаты.
Таблица1
Свойства композиций на основе Ф4 при различном способе помола и
смешения
Композиция
Ф4К15М15
Ф4К15УВ5
1
Способ обработки
Прочность при
растяжении, МПа
Относительное
удлинение при разрыве,
%
Традиционный
14,1
12,0-15,5
186
62-248
Роторно-вихревая
мельница, I режим
18,8
18,3-19,3
354
352-360
Роторно-вихревая
мельница, II режим
17,7
16,5-19,0
350
284-412
Традиционный
12,9
11,5-15,1
19
16-28
Композиция
Ф4Бр60М3
Способ обработки
Прочность при
растяжении, МПа
Относительное
удлинение при разрыве,
%
Роторно-вихревая
мельница, I режим
15,6
14,9-16,6
54
20-96
Роторно-вихревая
мельница, II режим
15,6
14,9-16,2
200
120-260
Традиционный
8,3
7,8-8,8
41
16-64
Роторно-вихревая
мельница, I режим
10,4
8,8-12,4
14
12-20
Роторно-вихревая
мельница, II режим
14,2
13,3-15,2
12
8-20
Примечание: подчёркнуто среднее значение параметра, рядом через черту дано
минимальное и максимальное значения параметра, полученные в пяти опытах.
Также на роторно-вихревых мельницах был обеспечен совместный помол и смешение порошков
суспензионного ПТФЭ марки Ф-4 и углеродных нанотрубок. Рис.1 иллюстрирует хорошее перемешивание
и внедрение трубок в частицы полимера.
2
Рис.1. Смесь ПТФЭ марки Ф-4 и углеродных нанотрубок.
Повышение эластичности и прочности фторопластовых композиций, достигнутое только за счёт
применения роторно-вихревых мельниц, вызвало интерес ООО «Экспресс-Эко» (г. Обнинск). Поэтому в
2004 г., совместно с ООО «Экспресс-Эко» были поставлены опыты по повышению эксплуатационных
характеристик пористых плёнок при увеличении дисперсности порошков суспензионного ПТФЭ марки Ф-4
и введении наполнителей – дисперсионного ПТФЭ Ф-4Д марки «Ш» и модифицированного ПТФЭ Ф-4
марки «МН».
По техническому заданию ООО «Экспресс-Эко» был выполнен цикл работ по измельчению
порошков ПТФЭ разных марок и последующему их смешению с другими порошковыми материалами,
такими как активированный уголь и диатомит. Некоторые характерные кривые гранулометрического
состава до и после роторно-вихревого помола представлены на рис.2 и рис.3.
3
Рис.2. Гранулометрический состав исходного порошка Ф -4
марки ПН-20 и его же после раздельного и совместного
измельчения в смеси с порошком Ф-4 марки «МН»
4
Рис.3. Гранулометрический состав исходного порошка Ф -4
марки ПН-20 и его же после раздельного и совместного
измельчения с порошком рыхлого диатомита (кизельгура)
Важное достоинство сухого роторно-вихревого способа измельчения, заключается в том, что
измельчать можно не только фторопласт-4 (полученный суспензионной полимеризацией), но и другие
марки порошков ПТФЭ, а именно:
1.
фторопласт-4М (фторопласт Ф-4, модифицированный сополимером гексафторпропилена);
2.
фторопласт-4Д (дисперсионный фторопласт, полученный эмульсионной полимеризацией);
3.
фторопласт-4ДМ (то же, что и предыдущий фторопласт, но модифицированный сополимером
перфторэфира).
На просьбы ООО «Экспресс-Эко» к руководству Кирово-Чепецкого ХК и завода «Галоген»
измельчить фторопласт-4Д и фторопласт-4ДМ был получен отказ, потому что технические возможности
струйных мельниц, которые использует химкомбинат для измельчения фторопласта, не позволяют этого
сделать. Данные порошки очень комкуемы и способны образовывать довольно крупные слипшиеся
агломераты.
5
Изменения, происходящие с гранулированными порошками Ф-4Д и Ф-4ДМ при измельчении в
собственном диспергаторе ООО «Экспресс-Эко» в среде изопропилового спирта и при сухом
измельчении в роторно-вихревой мельнице, иллюстрируют рис.4 – рис.6.
Исходный порошок представляет собой агломераты, имеющие размеры около 500-700 мкм, после
измельчения порошок становится волокнистым.
Рис.4. Фотографии исходного порошка фторопласта Ф -4Д
6
Рис.5. Фотография, иллюстрирующая морфологию порошка Ф 4Д после его диспергации в среде изопропилового спирта в
собственном диспергаторе ООО «Экспресс-Эко»
7
Рис.6. Фотография порошка Ф-4Д после его измельчения в
роторно-вихревой ударной мельнице.
Результаты экспериментов
показали высокое качество
предварительного измельчения полимерных компонентов для
эксплуатационными свойствами. Столь тонкий
смешения и целесообразность
получения плёнок с высокими
помол фторопласта не удаётся обеспечить ни на
струйных мельницах, ни на другом измельчительном оборудовании вследствие высокой пластичности
фторопласта. Фильтровальные свойства пористых плёнок улучшаются при введении активного угля БАУА и порошка «Кизельгур Шенк CBR 3».
Авторы выражают благодарность заместителю директора ООО «Экспресс-Эко», Обнинск,
Российская федерация, Е.Ю.Астахову за плодотворное сотрудничество и предоставленные материалы.
Представленные материалы не отражают всех результатов работ, связанных с оптимизацией
технологий измельчения и смешения компонентов композиций на основе фторорганических соединений,
а также с переработкой отходов фторопласта и композитов на его основе, выполненных с применением
роторно-вихревых мельниц.
8
Выводы
1)
Роторно-вихревые мельницы (РВМ) позволяют измельчать все известные модификации
фторорганических соединений с получением порошков, номинальная крупность которых по
уровню 90 - 97 % лежит в интервале от 1 до 20 мкм в зависимости от поставленной задачи,
требуемой производительности и свойств исходного порошка.
2)
РВМ позволяют также смешивать композиты с получением импрегнированных друг в друга
частиц. Требования к скорстям смешивания (100, 200 или 300 м\сек) является вопросом, на
который надо отвечать путем эксперимента. Очевидно, что большая скорость смешивания
позволяет параллельно смешиванию еще и доизмельчяить продукт и частично внедрить
один компонент смешивания в другой, получая при этом реальный композит, а не простое
перемешивание двух порошков.
3)
Производительность разработанной линейки мельниц лежит ориентировочно в интервале от
0,1 до 100 кг/час. (для фторопласта, для процессов измельчения).
4)
Удельные затраты энергии на помол составляют порядка 1 – 10 кВт*час/кг в зависимости от
сложности задачи.
5)
Разработаны эффективные решения футеровки узлов мельницы при работе с абразивными
наполнителями. Это важно, если приходится измельчать вторичные фторопластовые
композиции, наполненные шунгитом, коксом и т.п.
6)
При необходимости в согласованные сроки возможна отработка режимов дополнительной
узкой классификация полученных порошков (как первичных, так и вторичных) по любой
границе крупности в интервале 0,1 – 20 мкм (например, 0,1 – 1, 1 – 3, 3 – 5 мкм и т.п.).
7)
Существует возможность изготовления специальных герметичных камер измельчения со
специальными режимами охлаждения, нагрева или подачи контролируемой газовой среды.
9