ООО «Инновационные фторопластовые технологии» ДОКЛАДЧИК

ОАО «Научно-исследовательский физико-химический
институт им. Л.Я. Карпова»
ООО «Инновационные фторопластовые технологии»
РАФЛОН - новое поколение антифрикционных и уплотнительных
материалов в арматуростроении
ДОКЛАДЧИК:
д.ф.-м.н., Хатипов Сергей Амерзянович
ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru
Что такое РАФЛОН*?
РАФЛОН – инновационный полимерный материал, обладающий уникальными
физико-химическими свойствами:
•
•
•
•
Модифицирование ПТФЭ
•
•
•
•
Структура рыхлая,
множество пор.
сверхвысокой износостойкостью при
трении,
сверхнизкой ползучестью,
высокой химической стойкостью (стоек в
концентрированных кислотах, щелочах,
углеводородах, морской воде и др.),
высокой термической стойкостью (до
+250 0С),
хладостойкостью (до -190 0С),
отсутствием влагопоглощения и
эффектов набухания,
высокими антиадгезионными свойствами,
высокими диэлектрическими
характеристиками.
Структура плотная,
отсутствие пор.
* - радиационно-модифицированный фторопласт 4 (политетрафторэтилен)
ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru
2
ЭВОЛЮЦИЯ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫХ СТРУКТУР ПРИ РАДИАЦИОННОЙ
МОДИФИКАЦИИ ПТФЭ
ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru
СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ В КОМПОЗИТАХ ПТФЭ ПРИ РАДИАЦИОННОМ
МОДИФИЦИРОВАНИИ
Ф4КС2
Ф4КС2РМ
Ф4С15
Ф4С15РМ
ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru
Незаполненная
полость
СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ В КОМПОЗИТАХ ПТФЭ ПРИ РАДИАЦИОННОМ
МОДИФИЦИРОВАНИИ
Ф4УВ15
Ф4УВ15РМ
Ф4УВ15
Ф4УВ15РМ
ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru
Незаполненная
полость
Сравнительные свойства нового продукта
Деформационные кривые при циклическом растяжении и интенсивность изнашивания при
трении исходного Ф-4 и радиационно-модифицированного марки Ф-4РМ20.
Радиационная стойкость исходного и радиационно-модифицированного Ф-4 марки Ф-4РМ20
(гамма-облучение, вакуум 10-5 мм.рт.ст., 35 0С)
Прочность при растяжение, МПа
Поглощенная доза,
Мрад
0
20
100
300
Фторопласт-4
25
2
0*
0*
Рафлон-20
15
12
11
7
*ООО
Образец
полностью охрупчивается
«Инновационные
Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru
Изделия из РАФЛОН
ООО «ИФТ» выпускает линейку материалов марки РАФЛОН для различных
применений.
РАФЛОН
50
Показатель
РАФЛОН РАФЛОН РАФЛОН
100
200
200 МБ
РАФЛОН
200 ГБ
РАФЛОН
200 Б
Модуль упругости при
сжатии, МПа
450
550
700
1100
1300
1200
Твердость HB, МПа
35
40
45
62
64
61
Напряжение при 10%
деформации на сжатие, МПа
18
22
26
35
40
37
Интенсивность линейного
износа в режиме палец-диск
(5 МПа, 1 м/с), мкм/км
150-200
10-20
0,3
<0,1
<0,05
<0,1
Номенклатура готовых изделий из материала РАФЛОН состоит из:
Стержни, диски и втулки
вертикального
прессования
диам. 10-400 мм,
высота до 100 мм
Экструзионные
стержни
диам. 10…130 мм,
длина до 600 мм
Экструзионные
трубы
диам. 11-290 мм,
длина до 600 мм
Пластины
толщина 2-60 мм
ширина и длина
290-400 мм,
ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru
7
Сравнительные свойства нового продукта
Нижний предел
рабочей
температуры,
°C
Верхний предел
рабочей
температуры °C
Абразивная
стойкость
Прочность на
раздир
Газовая
проницаемость
Устойчивость к
сжатию
Хладотекучесть
Коэффициент
трения
Радиационная
стойкость
Климатическая
стойкость
Стойкость к
озону
Светостойкость
Стойкость к
углеводородам
Химическая
стойкость
Стойкость к
морской воде
Рафлон
ПТФЭ
ПФА
ПИ
ПЭЭК
ПВХ
ПУ
ПП
ЭТФЭ
Неопрен
Полиизопр
ен
Акрилатная резина
-250
-250
-250
-240
-18
-35
-50
0
-100
-40
-45
-20
260
230
260
480
260
70
100
104
150
110
130
160
Отл
Плохо
Плохо
Отл
Отл
Хор
Хор
Хор
Хор
Удовл
Средне
Отл
Удовл
Хор
Хор
Удовл
Средне
Низко
Низко
Низко
Низко
Хор
Удовл
Удовл
Плохо
Средне
Низко
Низко
Низко
Низко
Хор
Плохо
Плохо
Хор
Низко
Высоко
Высоко
Высоко
Низко
Низко
Низко
Низко
Средне
Отл
Плохо
Плохо
Отл
Отл
Отл
Отл
Отл
Отл
Хор
Отл
Отл
Отл
Отл
Отл
Отл
Отл
Хор
Хор
Хор
Хор
Отл
Отл
Отл
Плохо
Хор
Отл
Хор
Отл
Плохо
Хор
Хор
Плохо
Хор
Удовл
Средне
Высоко
Хор
Хор
Низко
Плохо
Отл
Удовл
Удовл
Удовл
Отл
Плохо
Плохо
Отл
Отл
Хор
Плохо
Отл
Отл
Отл
Плохо
Плохо
Хор
Удовл
Хор
Хор
Плохо
Удовл
Хор
Плохо
Отл
Хор
Хор
Хор
Плохо
Плохо
Отл
Хор
Хор
Удовл
Отл
ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru
Сравнение характеристик материалов марки РАФЛОН и некоторых аналогов
РАФЛОН
Показатель
Отечественные аналоги
Зарубежные аналоги
Оnflon13
Оnflon 103
3
РФ 50
РФ 200
РФ 200 ГБ
ПТФЭ
Ф4К20
Ф4С15
Ф4УВ15
TОflon
PTFО
ООО
«ИФТ»
ООО
«ИФТ»
ООО
«ИФТ»
КЧХК
КЧХК
КЧХК
КЧХК
Dupont,
США
Оnflon,
Канада
Оnflon,
Канада
Оnflon,
Канада
Интенсивность
изнашивания в
кинематической схеме
палец-диск (2.5 МПа, 1
м/с), мм3н-1м-1
(1-2)
×10-4
(1-3)
×10-8
(0.5-1)
×10-8
(4-10)
×10-4
(5–10)
×10-7
(3-10)
×10-7
(0.8-1)
×10-7
(1.2-8)
×10-4
(1-2)
×10-7
(1,5-3)
×10-7
(1,5-3)
×10-7
Скорость линейного
изнашивания в
кинематической схеме
палец-диск (2.5 МПа, 1
м/с), мкм/км
≤230
0.25-0.5
0.1-0.25
3500-5000
12-25
7-25
2-5
3500-5000
2-5
4-7
4-7
0.19-0.21
0.15-0.20
0.18-0.22 0.22 - 0.24 0.14 – 0.30 0.15 – 0.30 0.15 - 0.30 0.20-0.28
17-19
24-26
34-36
16-18
18-20
18-20
20-22
16-18
20-22
18-20
18-20
Ползучесть (деформация
при растяжении при
нагрузке, составляющей
70% от разрывной
прочности, за 100 час.),
%
5-8
1-2
0.5-1
150
90-100
70-85
50-70
130-180
50-70
70-80
70-80
Рабочая температура
при умеренных нагрузках
1-10 МПа и скоростях
скольжения до 2 м/с, 0С
150
200
250
100
150
150
150
100
150
150
150
Производитель
Коэффициент трения по
стали в области
умеренных нагрузок и
скоростей
Напряжение при 10%
сжатии, МПа
Оnflon151
0.20 – 0.20 – 0.25 0.20 – 0.25
0.25
- лучший из аналогов по данной характеристике
ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru
9
Сравнение материалов марки РАФЛОН с другими материалами
антифрикционного и уплотнительного назначения
РАФЛОН
Графиты
Показатель
Производитель
Интенсивность износа без
смазки в кинемати-ческой
схеме палец-диск (2.5 МПа, 1
м/с), мм3н-1м-1
Скорость линейного
изнашивания в кинематической
схеме палец-диск (2.5 МПа, 1
м/с), мм3н-1м-1
Коэффициент трения по стали
без смазки в области
умеренных нагрузок и
скоростей
Максимальная рабочая
температура при умеренных
нагрузках 1-10 МПа и скоростях
скольжения до 2 м/с
Пластики
РФ 50
РФ 200
РФ 200 ГБ
Терморасш.
графит
(ТРГ)
Антифрикц.
Графит
(АГ)
ООО
«ИФТ»
ООО
«ИФТ»
ООО
«ИФТ»
Россия,
Китай…
(1-2) ×10-4 (1-3) ×10-8 (0.5-1) ×10-8
Металлы
Полимеры на
основе ПЭЭК
Баббит
(Б-83)
Бронза
(оловянная)
MaurОr,
Германия
Россия,
Беларусь,
Германия, США
…
Россия
Россия
(1-2) ×10-7
(3-6) ×10-7
10-6 - 10-7
Без смазки не
исполь-зуется
Без смазки не
исполь-зуется
ZX-100K
СВМПЭ
Россия,
Германия,
Япония, Китай
ZОdОx,
Германия
(1-5) ×10-7
(1-5) ×10-7
0.25-0.5
0.1-0.25
2-12
2-12
2-5
7-15
2.5
Без смазки не
исполь-зуется
Без смазки не
исполь-зуется
0.19-0.21 0.15-0.20
0.18-0.22
0,15 - 0,20
0,15 - 0,20
0,20 - 0,26
0,22-028
0,25 - 0,30
Без смазки не
исполь-зуется
Без смазки не
исполь-зуется
200
250
550
400-650
100
120
180
110
250
Отлично
Отлично
Хорошо
Хорошо
Удовлетв.
Хорошо
Удовлетв.
Плохо
Плохо
≤230
150
Химическая стойкость (морская Отлично
вода, кислоты, щелочи,
углеводороды)
- лучший из материалов по данной характеристике
ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru
10
Сравнительные свойства нового продукта
Уплотнение
Низкотемпературный
режим работы
арматуры
Высокотемпературный
режим работы
арматуры
Рафлон
200 атм. до 180 °C
75 атм. до 260 °C
ПЭЭК
172 атм. до 175 °C
138 атм. до 260 °C
СВМПЭ
207 атм. до 38 °C
17 атм. до 121 °C
Композит ПТФЭ
152 атм. до 38 °C
55 атм. до 150 °C
ПТФЭ
100 атм. до 93 °C
55 атм. до 150 °C
ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
Антифрикционный и уплотнительный материал для авиационной техники (совместно с
ФГУП ВИАМ)
На базе ФГУП «ВИАМ» проведены испытания деталей уплотнительного и антифрикционного назначения,
изготовленных из радиационно-модифицированного ПТФЭ марки Ф-4РМ20. Испытания проводились в
интервале рабочих температур от -60 0С до 250 0С, в том числе при 250 0С в течение 1000 часов. Было
установлено, что по сравнению с традиционно используемым в авиационной технике композиционным
материалом Ф-4КС2 материал Ф-4РМ20 превосходит его:
• по модулю упругости при сжатии - в 1,9 раза,
• по напряжению сжатия при 10%-й деформации - в 1,4 раза,
• по меньшей величине деформации при сжатии (ползучести) под нагрузкой 14 МПа за 24 часа – в 1,6 раза,
• по меньшей величине остаточной деформации через 24 часа после снятия нагрузки 14 МПа – в 9 раз,
• по меньшему износу при трении под нагрузкой 2,5 МПа и скорости скольжения 1 м/с – в 11 раз.
Новый материал имеет также более высокую прочность при растяжении и удлинение при разрыве. Он
химически и коррозионно стоек и может применяться при температурах до 250 0С в контакте с
нержавеющими сталями, хромированными конструкционными сталями и титановыми сплавами, а также
с алюминиевыми сплавами с анодно-окисными и лакокрасочными покрытиями. Остальные свойства
разработанного материала аналогичны свойствам материала Ф-4КС2.
По результатам проведенных испытаний выпущено дополнение к паспорту № 1517 на
фторопласт Ф4КС2, рекомендующее применение Ф-4РМ20 в качестве деталей
уплотнительного и антифрикционного назначения в авиационной промышленности.
ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
Радиопрозрачные элементы для военной техники (совместно с ОАО ЦКБА, г. Омск и ФГУП
ЦАГИ)
1. Антенные укрытия (Ф4РМ в серийном использовании): СУ 35, СУ 30, МИГ 31. Летные испытания показали,
что:
• эрозионная устойчивость обтекателя повысилась, скорость весового уноса снизилась в 9 раз,
• потери электромагнитных волн в диапазоне частот выше 9 ГГц снизились в два раза,
• коэффициент усиления увеличился до 1,5 раз,
• минимальный коэффициент эллиптичности улучшился в 1,1 раза,
• минимальная ширина диаграмм направленности увеличилась на 4÷20°,
• уровень боковых лепестков диаграмм направленности уменьшился в 1,5÷2,2 раза.
2. Элемент крыла самолета для укрытия электронных блоков и блоков антенн (в процессе разработки, в ЦАГИ
одобрены расчеты прочности).
3. Элементы конструкций наземной техники (бронетранспортеры) и головок самонаведения ракет – Ф4РМ в
серийном использовании.
4. Вертолетная техника: Ми, К (радиоэлектронные комплексы разведки) – Ф4РМ в серийном использовании.
5. Диэлектрический цилиндрический резервуар, заполняемый поглощающей-охлаждающей жидкостью для
СУ и ТУ – проведены стендовые испытания (совместно с ОАО НИИП им. В.В. Тихомирова).
6. Авиационные шланги с повышенной трещиностойкостью – на стадии стендовых испытаний
(совместно с ОАО Гидравлика, г. Уфа).
ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
Радиационно-стойкие материалы антифрикционного, уплотнительного и
электротехнического назначения (совместно с ФГУП НПО им. С.А. Лавочкина)
1. Проект «СПЕКТР-УФ» (не запущен)
Время активного существования не менее 5 лет. РН «Зенит-2» с разгонным блоком «Фрегат-СБ».
Стартовая масса 2500 кг. Геосинхронная орбита 35800 км, наклонение 51,8°.
За счет применения радиационной модификации РАФЛОН-20 решена задача электроизоляции контактов нагревательных
элементов в конструкции УФ-телескопа Т-170М при условии минимального газовыделения в условиях полета. Т170М-0203-22
втулка, Т170М-0203-27 шайба изолирующая
2. Проект «ЭЛЕКТРО» (запущен)
Геостационарный гидрометеорологический космический комплекс второго поколения
Срок активного существования – 10 лет
Элементы антенно-фидерного устройства: Э2-7415-144 прокладка, Э2-7601-9 шайба, Э2-7602-3 шайба
3. Проект ФОБОС-ГРУНТ (не удачный запуск).
Межпланетный перелет.
ФМ-7602-4 вкладыш, ФМ-7601-4 вкладыш, ФС-4140-25 уплотнитель, ФС-4120-106 кольцо, КГЗУ (комплекс
грунтозаборного устройства) – втулка, лабиринтные шайбы привода остронаправленной антенны.
4. ФРЕГАТ
Разгонный блок.
РБФСТ-0411-306 пластина
ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru
РАФЛОН отмечен на всемирных выставках
ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru
15
ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru
Характеристики материала РАФЛОН и композитов на его основе
Основные характеристики линейки материалов марки РАФЛОН
Показатель
РФ 200
РФ 200 К
РФ 200 С
РФ 200 Г
РФ 200 У
РФ 200 МБ
РФ 200 ГБ
РФ 200 Б
Плотность г/см³, не менее
2.20
2.05
2.20
2.13
2.05
3.20
2.96
3.86
Модуль упругости при
сжатии, МПа
700
890
790
890
870
1350
1200
1150
Предел текучести при
сжатии, МПа, не менее
18
15
14
14
15
32
30
30
Твердость по Бринеллю,
МПа, не менее
40
45
45
45
50
62
61
62
Напряжение при 10%
сжатии, МПа
25
26
26
26
26
38
36
35
8-10
7-9
7-9
6-8
7-9
4.8
5.3
4.5
2-4
2-4
2-4
2.5-3
2-4
2.5
2.9
2.2
Деформация при сжатии
при 25 МПа за 1 час, %:
Суммарная
Необратимая
ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru
17
Характеристики материала РАФЛОН и композитов на его основе
(продолжение)
РФ 200
РФ 200 К
РФ 200 С
РФ 200 Г
РФ 200 У
РФ 200 МБ
РФ 200 ГБ
РФ 200 Б
14.5
13
12
13
11
13
12
12
Прочность при растяжении,
МПа, не менее
20
14-16
14-16
13-15
12-14
12-14
13-15
12-14
Относительное удлинение
при разрыве, %
80-120
50-100
50-100
50-100
50-100
30-60
30-60
30-60
0.18
0.21
0.23
0.20
0.18
0.18
0.19
0.18
0.22
0.76
0.98
0.19
0.14
0.3
0.1
0.5
200
200
200
200
200
250
250
250
стоек
стоек
стоек
стоек
стоек
стоек
стоек
стоек
<0.03
<0.03
<0.03
<0.03
<0.03
<0.03
<0.03
<0.03
100
100
100
100
100
100
100
100
Предел текучести при
растяжении, МПа
Коэффициент трения по
стали без смазки
(P=50 кг/см2, v=1 м/с,
Ra=0.15, HRc=0.4)
Скорость линейного износа,
мкм/км
(P=50 кг/см2, v=1 м/с,
Ra=0.15, HRc=0.4)
Рабочая температура при
умеренных нагрузках (1-10
МПа) и скоростях
скольжения (0.5-2 м/с), 0С
Химическая стойкость
(концентрированные,
кислоты, щелочи,
органические растворители,
морская вода)
Водопоглощение за 24 часа,
%
Радиационная стойкость
(ГОСТ 9.706, IV группа),
Мрад, не менее
ООО «Инновационные Фторопластовые Технологии», www.raflon.ru
18