Физико-механические свойства фторопласта-4
Основные показатели физико-механических свойств фторопласта-4 приведены ниже:
- Разрушающее напряжение, кгс/см 2
- при растяжении
— незакаленный образец (кристалличность 05-08%) …. 140-350*
— закаленный образец (кристалличность 50%) …………. 160-315* - и сжатии
— при 1%-ной деформации ……………………………………… 100
— 10%-ной деформации ………………………………………….. 185
- по Бринеллю, кгс/мм 2 ……………………………………………… 3-4
- по Шору при 20°С
— шкала С ………………………………………………………………. 85-87
— шкала D ………………………………………………………………. 55-59 - Твердость по Роквеллу
— шкала I ……………………………………………………………….. 80-95
* В зависимости от того, как вырезан образец: поперек направления прессования-высокие значения, вдоль направления прессования-малые.
Показатели Температура, °С -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 Разрушающее напряжение при растяжении, кгс/см 2 незакаленный образец — 350 325 300 200 180 — 135 115 — закаленный образец — 500 440 330 250 240 — 200 190 — Относительное удлинение при разрыве, % незакаленный образец — 70 100 150 470 650 — 600 540 — закаленный образец — 100 160 190 400 500 — 500 480 — Модуль упругости, кгс/см 2 при сжатии (незакаленный образец) 18000 17000 15000 11000 7000 4500 3300 2400 1700 — при изгибе незакаленный образец 27800 23900 23300 18100 8500 5100 4800 3800 — 2450 закаленный образец 13200 11300 9800 7400 4700 4000 2900 2180 — 1100 Данные о зависимости физико-механических свойств фторопласта-4 от температуры приведены ниже.
Физико-механические свойства фторопласта-4 при низких температурах
Показатели Температура, °С −93 −123 −153 −193 −223 −269 Разрушающее напряжение при сжатии *, кгс/см 2 350 — 980 1260 1554 1750-1960 Модуль упругости при сжатии, кгс/см 2 — 52500 — — — 70000 * Разрушающее напряжение при сжатии равно напряжению, при котором деформация составляет 0,2%.
Зависимость деформации фторопласта-4 при сжатии от температуры
Деформация, % Нагрузка, вызывающая деформацию, кгс/см 2 -50°С 0°С 25°С 50°С 100°С 150°С 200°С 1 203 157 62 49 31 17,5 11 2 304 210 92 66 39 27 20 3 350 236 105 77 48 33 27 4 374 251 120 85 59 39 31 5 390 262 127 92 62 44 35 Одним из важнейших прочностных показателей является предел текучести при растяжении, т.е. то напряжение, при котором возникают остаточные деформации. Он зависит от степени кристалличности, скорости растяжения и температуры. При степени кристалличности 65% и скорости растяжения 100 мм/мин зависимость предела текучести от абсолютной температуры Т (в К) описывается эмпирической формулой (справедливой от 20 до 300°С):
Ниже приведены значения пределов текучести для некоторых температур, рассчитанные по этой формуле:
Температура, °С …………………… 25………50………75……100…….150……200……250
Предел текучести, кгс/см 2 ……. 42,4…..106,9…..83,5…..67,2…..46,6…..35,5…..28,6
При длительном воздействии нагрузок остаточные деформации возникают при меньших напряжениях (40-50% от рассчитанных по формуле).
При конструировании изделий из фторопласта-4 следует учитывать ползучесть. Ползучесть (деформация при длительном действии нагрузки) рассчитывается по формуле
где γt — деформация за t сут; γ1 — деформация за 1 сут; а — коэффициент, зависящий в основном от температуры и в меньшей степени от нагрузки, если она не превышает 40-50% предела текучести.
Значения коэффициента a и некоторые данные о ползучести для образцов со степенью кристалличности 50% приведены в таблице. Деформация за 1 сут (γ1) при других нагрузках и температурах определяется опытным путем. При степени кристалличности 65-68% ползучесть меньше.
Ползучесть фторопласта-4
АНТИФРИКЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ФТОРОПЛАСТА-4
Данные о зависимости коэффициента трения от нагрузки [статической и динамической (при малых скоростях) коэффициенты трения фторопласта-4 по стали без смазки одинаковы] приведены ниже:
При наличии смазки он примерно в 2 раза меньше.
Динамический коэффициент трения фторопласта-4 по стали без смазки при нагрузке ~ 20 кгс/см 2 зависит от скорости скольжения:
В присутствии наполнителя при малых скоростях скольжения коэффициент трения несколько выше, а при больших скоростях — ниже, чем коэффициент трения чистого фторопласта-4 по стали.
При 327°С (на поверхности трения) коэффициент трения фторопласта-4 по стали резко возрастает (в несколько раз), что приводит к катастрофически быстрому износу и разрушению подшипника.
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФТОРОПЛАСТА-4
Неспеченный фторопласт-4 (в виде порошка) имеет степень кристалличности 95 — 98%, после спекания — от 50% (закаленный) до 68 — 70% (незакаленный). Ниже 19,6°С элементарная ячейка кристалла фторопласта-4 состоит из 13 групп CF2, выше 19,6°С — из 15 групп CF2. При 19,6°С триклиническая упаковка переходит в менее упорядоченную, гексагональную, что сопровождается увеличение объема кристаллитов на 0,0058 см 3 /г (1,2 объемн. %), или увеличением объема образца при степени кристалличности 68% на 0,74%. При наличии внешнего давления точка перехода понижается на 0,013°С на каждую атмосферу. При 30°С имеет место второй переход кристаллической структуры, но изменение объема составляет едва 1/ 10 часть изменения объема при 19,6°С. Под высоким давлением (4500 кгс/см 2 при 70°С) возникает третий переход.
Температура стеклования аморфных участков, определенная по температуре хрупкости, колеблется от -97 до -100°С, а по точке перегиба кривой зависимости модуля упругости составляет -120°С. Температура перехода аморфного твердого тела в переохлажденную жидкость равна 127°С.
При 327°С кристаллиты фторопласта-4 плавятся, и он становится полностью аморфным, совершенно прозрачным (при отсутствии пористости), высокоэластичным, но не течет (вязкость выше 10 11 П). Объем возрастает на 20%. Точка плавления зависит от внешнего давления — на каждую атмосферу повышается на 0,154 °С. При остывании расплава ниже 327 °С образец мутнеет и становится непрозрачным — молочно-белым. Скорость кристаллизации зависит от температуры (максимальная скорость при 310-315 °С), от продолжительности выдержки в расплавленном состоянии при 370-390 °С (чем больше время спекания, тем быстрее кристаллизуется образец) и от среднего молекулярного веса полимера (чем ниже молекулярный вес полимера, тем быстрее он кристаллизуется). На этом основан метод косвенной оценки молекулярного веса фторопласта-4: образец в виде диска толщиной 2 мм спекают при 370 °С в течение 13 ч и охлаждают от 370 до 250 °С в течение 5 ч. По плотности полученного образца при 23 °С можно оценить молекулярный вес: 2,16-2,19 г/см 3 -для высокомолекулярного полимера, 2,20-2,22 г/см 3 -для низкомолекулярного.
Ниже приведены некоторые теплофизические свойства фторопласта-4:
- Теплостойкость по Вика (при нагрузке 5 кгс), °С …………………… 110
- Удельная теплоемкость, ккал/(кг·°С)
- при 0°С …………………………………………………………………….. 0,23
- при 50°С …………………………………………………………………… 0,25
Термический коэффициент линейного расширения зависит от температуры:
Температура, °С От -60 до -10 19,6 30 40 200 300 Термический коэффициент линейного расширения α·10 5 , 1/°С 8 54 28 11 25 64 На практике удобнее пользоваться средними значениями термического коэффициента линейного расширения для определенных интервалов температур. Следует также учитывать, что при нагревании изделий из фторопласта-4 в них часто возникают внутренние напряжения, вызывающие необратимое изменение размеров. Иногда вместо ожидаемого при нагревании удлинения образца он сокращается.
Данные, приведенные ниже, относятся к образцам, в которых полностью отсутствуют внутренние напряжения:
Температура, °C Термический коэффициент линейного расширения α·10 5 , 1/°C Изменение размеров изделия*, % Температура, °C Термический коэффициент линейного расширения α·10 5 , 1/°C Изменение размеров изделия*, % От -193 до+25 8,6 -1,85 От 25 до 100 12,4 +0,93 ОТ -150 до +25 9,6 -1,68 От 25 до 150 13,5 +1,59 От -100 до +25 11,2 -1,4 От 25 до 200 15,1 +2,64 От -50 до +25 13,5 -1,01 От 25 до 250 17,4 +3,92 От 0 до 25 20,0 -0,50 От 25 до 300 21,8 +5,99 От 25 до 50 12,4 +0,31 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙТСВА ФТОРОПЛАСТА-4
Показатели электрических свойств фторопласта-4 приведены ниже:
- Удельное электрическое сопротивление
- поверхностное, Ом …………………………………………………………………… >10 17
- на воздухе со 100%-ной относительной влажностью …………. >10 12
- после длительного пребывания в воде ……………………………… не меняется
- при толщине образца 4 мм ……………………………………………………. 25 — 27
- при толщине образца 0,1 — 0,3 мм ………………………………………….. 40 — 80
- при толщине образца 0,005 — 0,02 мм …………………………………….. 200 — 300
Данные о зависимости тангенса угла диэлектрических потерь от частоты приведены ниже:
Источник
Коэффициент трения скольжения
Коэффициент трения скольжения (k) – отношение силы трения к силе реакции опоры.
В таблице представлены значения коэффициента трения скольжения различных материалов.
Таблица — Коэффициенты трения скольжения различных материалов
Материал k Бронза по бронзе 0,2 Бронза по стали 0,18 Дерево по льду 0,035 Дерево сухое по дереву 0,25-0,5 Деревянные полозья по снегу и льду 0,035 Деревянные полозья, обитые железом, по снегу и льду 0,02 Дуб по дубу вдоль волокон 0,48 Дуб по дубу поперек волокон одного и вдоль волокон другого 0,34 Железо по льду 0,020 Канат пеньковый мокрый по дубу 0,33 Канат пеньковый сухой по дубу 0,53 Кожаный ремень влажный по металлу 0,36 Кожаный ремень влажный по дубу 0,27-0,38 Кожаный ремень сухой по металлу 0,56 Кожаный ремень, смазанный жиром, по металлу 0,23 Колесо со стальным бандажом по стальному рельсу 0,16 Лед по льду 0,028 Медь по чугуну 0,27 Металл влажный по дубу 0,24-0,26 Металл сухой по дубу 0,5-0,6 Металл по металлу (кроме пары сталь/сталь) 0,15-0,20 Металл по металлу при смазке 0,07-0,10 Подшипник скольжения при смазке 0,02-0,08 Сталь по железу 0,19 Сталь по льду (коньки) 0,02-0,03 Сталь по стали 0,18 Сталь (или чугун) по феродо и райбесту 0,25-0,45 Сталь по чугуну 0,16 Точильный камень по стали 0,94 Фторопласт по нержавеющей стали 0,064-0,080 Фторопласт-4 по фторопласту 0,052-0,086 Чугун по бронзе 0,21 Чугун по чугуну 0,16 Шина по влажному асфальту (до аквапланирования) 0,35-0,45 Шина по сухому асфальту 0,50-0,75 Шина по влажной грунтовой или гравийной дороге (до аквапланирования) 0,30-0,40 Шина по твердому грунту 0,4-0,6 Шина по гладкому льду 0,15-0,25 Шина по чугуну 0,83 Литература
Источник
- поверхностное, Ом …………………………………………………………………… >10 17
- при растяжении