Способ получения композиционного материала и заготовок из него для узла уплотнения

Авторы патента:

Алексеев Леонид Андреевич (RU)

Реутов Анатолий Ильич (RU)

Иванова Лариса Рюриковна (RU)

Реутов Юрий Анатольевич (RU)

Люкшин Борис Александрович (RU)

B29C43/00 - Формование прессованием, т.е. приложением внешнего давления для подачи формуемого материала; устройства для этого (формование или пропитка прессованием композитных материалов, содержащих армирующие элементы иные, чем короткие волокна B29C 70/40; прессы вообще B30B)

Владельцы патента RU 2567069:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (RU)

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам и уплотнениям, изготовленным из них. Изобретение может быть использовано в уплотнительной технике для элементов арматуры высокого давления и узлов уплотнения штоков компрессоров и насосов. Способ получения композиционного материала и заготовок из него для узла уплотнения предназначен для использования в нефтехимическом оборудовании с условиями эксплуатации: температура рабочей среды 330°С, давление 2200 атм (220 МПа). Композиционный материал на основе политетрафторэтилена содержит порошок меди, микроволокно базальта с заданным соотношением компонентов. При последующем прессовании и спекании получаются заготовки для уплотнительных элементов оборудования. Изготовленные из этого материала элементы уплотнения сохраняют работоспособность в течение 2-4 лет, тем самым создан улучшенный материал для надежной конструкции уплотнительного узла. 1 табл.

Известны полимерные композиционные материалы на основе политетрафторэтилена, являющиеся перспективными материалами для различных отраслей промышленности. Область применения таких материалов в узлах и изделиях машиностроения можно расширить введением различных наполнителей [1].

Фторопласт-4 (политетрафторэтилен) применяется для изготовления деталей уплотнительного и антифрикционного назначения. Недостатком фторопласта-4 является повышенная ползучесть (деформация) при длительном воздействии сжимающей нагрузки, что ограничивает ресурс работы и возможность его более широкого применения.

Одним из подходов к повышению износостойкости и снижению ползучести фторопласта-4 является разработка наполненных на его основе композиций. Уплотнительные и антифрикционные детали изготавливают путем механической обработки пластин, втулок и стержней, полученных методом холодного прессования порошка фторопласта-4 и композиций на его основе с последующим спеканием при температуре 370°С [2].

Известен полимерный материал и уплотнение, изготовленное из него, для применения в насосе высокого давления (патент РФ №2465503). Уплотнение изготавливается из материала, содержащего сшитый фторполимер и несшитый фторполимер для образования смеси фторполимеров. Предложенное уплотнение практически предотвращает утечки при давлении до примерно 120 МПа при переменных расходах.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению являются уплотнения запорной арматуры различного конструктивного исполнения и назначения из материалов «Констафтор» производства предприятия ООО "Константа-2", г. Волгоград.

Применение уплотнений из данных материалов в запорной арматуре и насосах позволило поднять температуру транспортируемых сред до 300°С, давления до 100 МПа, эксплуатировать оборудование в агрессивных средах. Повышение срока эксплуатации уплотнений достигается за счет высокой химической стойкости материалов, определяющей вероятность протекания деструктивных процессов в материале. Уникальная термостойкость и выносливость позволяют применять их в тяжело нагруженных узлах при повышенных температурах [3, 4].

Недостатком этих указанных решений в процессе эксплуатации оборудования являются недостаточная температура рабочей среды и давление. Кроме того, к недостаткам относится "прикипание" сопрягаемых деталей друг к другу, значительно снижает эффективность эксплуатации, ресурсные возможности оборудования, увеличивается расход запасных деталей.

Задачей настоящего изобретения является создание способа получения композиционного материала и заготовок из него для узла уплотнения нефтехимического оборудования с условиями эксплуатации: температура рабочей среды 330°С, давление 2200 атм (220 МПа). Одной из проблем в данной области является создание улучшенного материала для надежной конструкции уплотнительного узла.

Одним из решений является применение в конструкциях уплотнительных узлов новых полимерных композиционных материалов.

Указанная цель достигается тем, что предлагаемый композиционный материал на основе политетрафторэтилена содержит порошок меди, микроволокно базальта, предварительно механоактивированные в течение 2 мин в планетарной мельнице, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Фторопласт 4, ГОСТ 10007-80 - 75; порошок меди ПСМ-1, ГОСТ4960-75 - 15; микроволокно базальта, ТУ 5769-001-16361318-2003 - 10. При этом заготовки из него для узлов уплотнения получают прессованием при давлении 220 МПа и последующем спекании путем последовательного увеличения температуры от 20°С до 300°С за 6,5 часов с выдержкой в течение 1 часа, дальнейшего понижения температуры с 300°С до 250°С за 6,5 часов и с 250°С до 20°С за 6,5 часов.

Изготовление композиционного материала и заготовок из него технологически совмещаются. Материал изготавливается и поставляется в виде заготовок, которые далее обрабатываются на стандартном металлорежущем оборудовании.

Заявляемый композициционный материал имеет следующие механические характеристики.

Характеристика материала

Характеристика, размерность	Величина, точность измерения
Плотность, г/см³	2,10+0,10
Предел прочности при сжатии, МПа	5,0+0,5
Модуль упругости при растяжении, МПа	550+50
Модуль упругости при сжатии, МПа	450+50
Твердость но Бринеллю, МПа	60+10
Температура плавления матрицы, °С	327+5

Полученный новый композициционный материал применяется для уплотнительного узла аварийного высокоскоростного клапана реактора полиэтилена высокого давления. Уплотнение, полученное из заявляемого материала, обеспечивает герметичность клапана химического реактора полиэтилена высокого давления в эксплуатационном режиме нагружения. Заявляемый материал применяется в качестве уплотнений в узлах первого и второго каскадов компрессоров реактора в ООО «Томскнефтехим».

Для ООО «Томскнефтехим» разработаны, изготовлены и поставлены втулки из полимерного композиционного материала в качестве заготовок для уплотнительных элементов.

Проведенные в условиях производства испытания в период с марта 2005 г. по февраль 2006 г. показали необходимую герметичность клапана в эксплуатационном режиме нагружения и уплотнительные кольца рекомендованы к дальнейшему использованию в сальниках арматуры высокого давления вместо импортных аналогов.

Изготовленные из этого материала элементы уплотнения сохраняют работоспособность в течение 2-4 лет (зарубежные прототипы требовали замены каждые 2-4 месяца). Условия эксплуатации: температура рабочей среды 330°С, давление 2200 атм (220 МПа).

Источники информации

1. Машков Ю.К., Полещенко К.Н., Поворознюк С.Н., Орлов П.В. Трение и модифицирование материалов трибосистем. - М.: Наука, 2000. - 280 с.

2. Кондрашов Э.К., Бейдер Э.Я., Донской А.А. и др. Опыт применения фторполимерных материалов в авиационной технике // Российский химический журнал. Т. LII. №3. - 2008. С. 30-44.

3. Современные полимерные и композиционные материалы для уплотнительной техники [Электронный ресурс]. - режим доступа: http://www.constanta-2.ru/index.php?page=stati-l

4. Зерщиков К.Ю., Семенов Ю.В., Ваниев М.А. и др. Полимерные уплотнения для экстремальных условий эксплуатации // Трубопроводная арматура и оборудование. №3(30). - 2007. С. 55-56.

Способ получения композиционного материала и заготовок из него для узла уплотнения на основе политетрафторэтилена, полученного из шихты, предварительно механоактивированной в течение 2 минут в планетарной мельнице, содержащей порошок меди, микроволокно базальта при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Фторопласт 4-75;
порошок меди ПСМ-1 - 15;
микроволокно базальта - 10;
прессованием заготовки в форме цилиндра или втулки давлением 220 МПа и спеканием путем последовательного увеличения температуры от 20°С до 300°С за 6,5 часов с выдержкой в течение 1 часа, дальнейшего понижения температуры с 300°С до 250°С за 6,5 часов и с 250°С до 20°С за 6,5 часов.

Изобретение относится к способу изготовления плоских многослойных изделий из гибких материалов путем прессования. Согласно способу формируют сборку соединяемых материалов, задают режим прессования - температуру, давление и время выдержки в сжатом состоянии.

Способ получения пленок из нетканых полотен // 2543892

Группа изобретений относится к способу получения водорастворимой пленки из нетканого полотна, к полученной данным способом пленке, к изделию единичной дозы, содержащему мешочек, сформированный из данной пленки, а также к способу обработки изделия из ткани, содержащему стадию, на которой используют указанную водорастворимую пленку.

Способ изготовления контейнера (варианты) // 2531451

В способе формуют корпус, включающий камеру, в первой пресс-форме в чистой комнате и формуют часть контейнера во второй пресс-форме в чистой комнате того же класса, что и первая, при этом в части контейнера устройством для заполнения контейнера может быть выполнен прокол с образованием отверстия с возможностью восстановления ее герметичности.

Полиэтиленовая пленка и способ ее изготовления // 2531294

Настоящее изобретение относится к полиэтиленовой пленке, свободной от растворителя и которая может применяться, например, в мембранах, упаковках, баллистике. Полиэтиленовая пленка имеет соотношение между прочностью в первом направлении в плоскости пленки и прочностью во втором направлении в плоскости пленки, перпендикулярном первому направлению, в диапазоне 0,1-10:1.

Способ изготовления изделия из полимерного композиционного материала трансферно-мембранным формованием "тмф" (варианты) // 2496640

Изобретение касается технологии изготовления изделий из полимерных композиционных материалов. Преимущественно, заявляемый способ предназначен для изготовления высокоответственных конструкций сложной формы летательных аппаратов.

Способ получения высокопрочной полиэтиленовой пленки // 2489453

Изобретение относится к технологии получения высокопрочных полиэтиленовых пленок, филаментов или лент и может быть использовано при производстве композитов и антибаллистических материалов.

Композиции полиэтилена высокой плотности, способ их получения, изготовленные из них изделия и способ изготовления таких изделий // 2444545

Компрессионное формование распушенного целлюлозного материала // 2434746

Способ изготовления изогнутых объектов // 2367569

Способ армирования колес с упругими деформируемыми спицами и пресс-форма для изготовления колес // 2357861

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к производству колес из эластичных полимерных композиционных материалов. .

Способ двухстадийной обработки полимерных материалов методом твердофазной экструзии и ультразвуковым воздействием // 2574267

Изобретение относится к способу двухстадийной обработки полимерных материалов методом твердофазной экструзии и ультразвуковым воздействием. Область применения - технологии переработки пластических масс методами обработки давлением в твердой фазе. Технической задачей способа является повышение эксплуатационных характеристик профилированных изделий из полимерных материалов. Процесс обработки разделен на две стадии, реализуемые в одном устройстве. На выходе из основной формующей фильеры ячейки изделие проходит через устройство дополнительной обработки, не связанное жестко с ячейкой и колеблющееся с ультразвуковой частотой в направлении, параллельном оси формующего инструмента. 1 ил.

Способ изготовления панели, включающей износостойкий слой, и панель // 2583456

Изобретение относится к способу изготовления панели, включающей износоустойчивый слой. Способ изготовления панели, включающей износоустойчивый слой (7, 8), включает стадии использования по существу жесткого субстрата (1), использования износостойких частиц (8), использования иономера (7), нанесения износостойких частиц (8) и иономера (7) на субстрат (1) и совместного спрессовывания и/или сплавления субстрата (1), износостойких частиц (8) и иономера (7), при этом иономер частично или полностью расплавлен. Полученная таким образом панель обладает повышенной стойкостью к механическим повреждениям, ударопрочностью и износостойкостью, а также приятна на ощупь и обладает благоприятными акустическими характеристиками. 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Гранулирующий шнековый пресс // 2601004

Изобретение относится к устройствам переработки методом проходного прессования высококонцентрированных полидисперсных композиций и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Гранулирующий шнековый пресс включает шнек, многоканальный пресс-инструмент и корпус, содержащий втулку. На внутренней поверхности втулки изготовлены рифы сноповидной формы с широким трапециевидным основанием на дне рифа и наружной расширяющейся частью со скругленными боковыми стенками и регулируемым радиусом сопряжения. В рифах размещены съемные упругие вкладыши, изготовленные без полостей, однополостные или многополостные с постоянной или переменной площадью сечения полостей в поперечном и/или в продольном направлении. Технический результат: увеличение удерживающей способности рифов за счет расширения интервала изменения упругости вкладышей, сокращение количества вынужденных остановок пресса из-за срыва массы с рифов, расширение допустимого интервала формуемости различных по составу и физико-механическим свойствам перерабатываемых полидисперсных композиций на том же гранулирующем шнековом прессе, снижение затрат за счет легковыполнимой оперативной замены комплекта упругих вкладышей без замены рифленой втулки при обслуживании и переналадке пресса для формования различных композиций. 4 ил., 2 пр.

Термостойкая матрица для формования изделий из композитных материалов // 2607362

Изобретение относится к формованию изделий из композитных материалов. Термостойкая матрица имеет внутри один или несколько слоев электропроводящего материала, подключенного к источнику электричества, причем электропроводящие элементы имеются и в ребрах жесткости матрицы. Обеспечивается повышение прочности матрицы, а также исключается ее коробление при нагреве. 1 з.п. ф-лы.

Способ формования изделия прямым прессованием премикса с использованием армирующего элемента // 2641918

Изобретение относится к способу формования изделия с армирующим элементом прямым прессованием премикса. Согласно способу, предварительно устанавливают армирующий элемент на платформу нижней части пресс-формы, контактирующую с центральной частью нижней поверхности армирующего элемента. Верхнюю поверхность, торцы и края нижней поверхности армирующего элемента оставляют открытыми для контакта с премиксом. Загружают премикс в нижнюю часть пресс-формы и смыкают верхнюю и нижнюю части пресс-формы, при этом сжимают армирующий элемент. Изобретение обеспечивает повышение прочности получаемых изделий. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ изготовления полиуретановой шины с повышенными амортизирующими свойствами и устройство для его реализации // 2641932

Изобретение относится к способу и устройству для изготовления массивных полиуретановых шин с повышенными амортизирующими характеристиками. Согласно способу пресс-форму устанавливают горизонтально. В полость пресс-формы засыпают полые сферические элементы. Пресс-форму закрывают. Герметизируют дренажное отверстие пресс-формы. Под давлением подают неполимеризованный полиуретан и откачивают воздух. После частичного заполнения полости пресс-формы неполимеризованным полиуретаном пресс-форму подвергают воздействию вибраций. После прекращения вибраций, дренажное отверстие открывают, переводят пресс-форму в вертикальное положение и придают ей вращательное движение вокруг ее оси. После полимеризации полиуретана пресс-форму останавливают, возвращают ее в горизонтальное положение, в прилегающую к ободу незаполненную часть полости пресс-формы под давлением подают неполимеризованный полиуретан до заполнения полости. Изобретение обеспечивает повышение физико-механических свойств получаемых изделий. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Оснастка для формирования фиброармированных пластиков и способ формирования конструкции фиброармированных пластиков // 2647031

Группа изобретений относится к оснастке для формирования фиброармированного пластика (ФАП) и способу формирования конструкции из ФАП. Оснастка содержит оснастку (22) удержания основной конструкции и оснастку (26А; 26D) удержания армирующей части, обладающую гибкостью. Оснастка для формирования ФАП применяется при соединении основной конструкции (12) и армирующей части (14А; 14В) для формирования конструкции 10 из ФАП. Оснастка (22) удержания основной конструкции выполнена с возможностью позиционировать и удерживать основную конструкцию (12), выполненную из волоконного компонента. Оснастка (26А; 26D) удержания армирующей части позиционирована относительно оснастки (22) удержания основной конструкции и выполнена с возможностью позиционировать и удерживать армирующую часть (14А; 14В), поджимая при этом армирующую часть (14А; 14В), выполненную из волоконного компонента. Способ формирования конструкции из ФАП содержит операции для изготовления конструкции. Технический результат, достигаемый при использовании группы изобретений, заключается в обеспечении объединения и формирования основной конструкции и армирующей части с высокой точностью. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

Линия по производству изделий из композитного материала // 2647305

Изобретение относится к производству строительных изделий из сыпучих материалов и полимерных отходов и может быть использовано для получения химически стойких покрытий полов, плитки и других изделий. Линия по производству изделий из композитного материала снабжена пространственной вертикально ориентированной рамой, на которой закреплены секция для подготовки формовочной смеси и вертикальная секция разогрева. Корпус секции подготовки смеси выполнен с разнотемпературными зонами. В корпусе установлен шнек для перемешивания и подготовки смеси. Вертикальная секция разогрева выполнена в виде полого корпуса с расположенным в нем обогреваемым полым валом, в верхней части которого имеются шнековые лопасти и разрозненные лопатки. Полый вал снабжен приводом с возможностью реверсивного хода вала. Секция подготовки формовочной смеси закреплена на раме под углом до 50° и соединена с секцией разогрева посредством общей рамы и приемопередаточных устройств. Технический результат, достигаемый при использовании линии по изобретению, заключается в улучшении плотности формуемой массы и, соответственно, прочностных характеристик конечного продукта, а также обеспечивается более интенсивный прогрев всей смеси за счет нагрева не только корпуса, но и внутреннего полого вала, разогреваемого индукционными токами. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.