Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА И ЗАГОТОВОК ИЗ НЕГО ДЛЯ УЗЛА УПЛОТНЕНИЯ

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.

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

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.