Новый материал Ф-4РМ — ФОРПЛАСТ (ФОРсированный ПЛАСТик) — получен путем высокотемпературной физико-химической обработки стандартных заготовок (втулок, стержней, дисков, пластин, листов) из фторопласта-4 по ТУ 6-05-810 и обладает уникальным сочетанием свойств, присущих исходному полимеру (химической и биологической инертностью, антифрикционными, диэлектри-ческими, антиадгезионными и др. свойствами), и свойств, приданных ему путем обработки (износостойкостью, низкой ползучестью, высокой радиационной стойкостью).

По износостойкости, прочности, ползучести, величине обратимой деформации и радиационной стойкости новый материал существенно превосходит известные композиции на основе фторопласта-4 с такими наполнителями как стекловолокно, кокс, углеволокно, оксид кобальта, бронза и др. (Ф4С15, Ф-4К20, Ф4УВ15, Ф-4КС2, Сеперфлувис и др.).

Новый материал Ф-4РМ награжден медалями и дипломами международных выставок:

• Гран-При на VIII Московском международном салоне инноваций и инвестиций (г. Москва, 2008 г.);
• Золотая медаль на выставке «IENA 2006» (г. Нюрнберг, 2006 г.).
• Кубок Международной федерации изобретателей («International Federation of Inventors' Associations»), 2008 г.;
• Золотая медаль на выставке в рамках Российско-венгерских дней («Russian-Hungarian Innovation days Budapest 2007», г. Будапешт, 2007 г.);
• Золотая медаль на Международном салоне изобретений «Kонкурс Лепин» (г. Париж, 2008 г.);
• Серебряная медаль на Женевском салоне изобретений («Salon internationals des inventions 2007», г. Женева, 2007 г.);
• Диплом выставки "Инновационные достижения России" на XI Петербургском международном экономическом форуме (г. Санкт-Петербург, 2007 г.);
• Золотая медаль на 57-ом Всемирном Салоне инноваций, научных исследований и новых технологий «Иннова/Энерджи 2008» (г. Брюссель, 2008).

Рис. 1. Интенсивность износа Ф-4РМ по сравнению с лучшими композициями на основе фторопласта-4, мг/час (2.5 МПа, 1 м/с, сталь Ra=0.15)

Испытания трибологических, физико-механических и теплофизических свойств, климатической, химической и радиационной стойкости, потери массы и газовыделения проведены в ФГУП НИФХИ им. Л. Я. Карпова (г. Москва), а также ведущих отраслевых институтах и материаловедческих центрах России ФГУП ВИАМ, ФГУП НПО им. С. А. Лавочкина, ОАО Институт пластмасс им. Г. С. Петрова, ОАО Композит и др.

По результатам испытаний Ф-4РМ Форпласт, проведенных в Испытательном центре «ИЦ ВИАМ» Федерального государственного унитарного предприятия «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов», выпущено дополнение к паспорту № 1517 на фторопласт Ф4КС2, рекомендующее применение Ф-4РМ в качестве деталей уплотнительного и антифрикционного назначения в авиационной промышленности.

Проведены квалификационные промышленные испытания Ф-4РМ в составе уплотнений гидроцилиндров, поршневых и сальниковых уплотнений компрессоров, уплотнений шаровых кранов, сальниковых уплотнений и седел клапанов, щелевых уплотнений насосов и др. Подтверждено увеличение ресурса от 2 до 10 раз, по сравнению с использующимися в настоящее время материалами на основе полиоксиметилена, блоксополимеров полибутилентерефталата и полиэфиргликоля, полиамидов, полиэтилена, полиуретана, фторопласта-4.

На ряде предприятий начат выпуск продукции с использованием Ф-4РМ в составе цилиндров подвески грузовых автомобилей, шаровых кранов, компрессоров, насосов. Новый материал применен в изделиях космической техники в деталях электротехнического, антифрикционного и уплотнительного назначения (проекты «Электро», «Фобос-Грунт», «Спектр-УФ», «Фрегат», «МЦА» и др.).

На рис. 1 представлены сравнительные характеристики износостойкости Ф-4РМ и композиций на основе фторопласта-4.

В таблице 1 представлены сравнительные характеристики Ф-4РМ и исходного фторопласта-4.

На рис. 2 представлены деформационные кривые Ф-4РМ и исходного фторопласта-4 при циклическом воздействии нагрузки при 150 °С.

Модифицированию могут быть подвергнуты также стандартные заготовки композиций. Характеристики композиций по показателям текучести и износостойкости улучшаются до 10 раз. На рис. 3 представлены деформационные кривые композиций на основе фторопласта-4 при циклическом воздействии нагрузки при 150 °С.до и после модифицирования.

В 2008 году налажено опытно-промышленное производство заготовок модифицированного фторопласта диаметром до 500 мм мощностью до 40 тонн/год. Разработаны ТУ 2213-103-00208982-2007 на структурно-модифицированный фторопласт-4 общепромышленного применения, ТУ 2213-011-00208982-2007 на структурно-модифицированный фторопласт-4 для уплотнительных элементов клапанов (совместно с ОКБ «Факел», г. Калининград), ТУ 2213-002-00208982-2007 и ТУ 2213-001-00208982-2006 на модифицированный фторопласт-4 электротехнического и триботехнического назначения (совместно с ФГУП НПО им. С.А. Лавочкина, г. Москва).

Области применения нового материала

К числу областей применения нового материала относятся нефтяная, газовая, химическая, автомобильная, авиационная, космическая, атомная и другие отрасли промышленности.

Ограничения по использованию исходного немодифицированного фторопласта-4 возникают из-за его высокой ползучести, низкой износостойкости и низкой радиационной стойкости. Традиционно перечисленные недостатки устраняются путем создания на его основе композиций. Для изготовления композиций используются наполнители (кокс, графит, металлы, оксиды металлов и др.). Новый материал Ф-4РМ, полученный физико-химической обработкой фторопласта-4, обладает более высокими показателями, по сравнению с лучшими композициями.

Практически во всех случаях, где в настоящее время используется фторопласт-4 в чистом виде или в составе композиции, замена его на ФОРПЛАСТ приведет к увеличению рабочего ресурса и повышению надежности работы машин и механизмов. Дополнительный анализ применимости и проведение испытаний в реальных условиях эксплуатации может потребоваться в том случае, когда материал работает при критических температурах и давлениях.

Получение материала, по-сути, с уникальным комплексом характеристик, открывает, наряду с традиционными, новые перспективные направления его использования и дает возможность решения материаловедческих проблем.

Таблица 1.
Сравнительные характеристики исходного и структурно-модифицированного фторопласта-4.

Параметр	Исходный фторопласт-4*	Ф-4РМ (ФОРПЛАСТ)
Плотность	2.10-2.18	2.20
Коэффициент сухого трения в кинематической схеме палец-диск по стали 25 кг/см2, 1 м/с, Ra=0.15 140 кг/см2, 1 м/с, Ra=0.15	0.26-0.27	0.23-0.24 0.20
Интенсивность износа в кинематической схеме палец-диск по стали без смазки, мкм/км: 25 кг/см2, 1 м/с, Ra=0.15 50 кг/см2, 1 м/с, Ra=0.15 140 кг/см2, 1 м/с, Ra=0.15	1500 4100	0.1-0.2 0.3 1.1
Модуль упругости при растяжении, МПа	250-300	400-500
Модуль упругости при сжатии, МПа	300-350	600-700
Напряжение при сжатии при деформации, МПа: 2% 5% 10%	5,8 12,3 16,5	9,6 19,5 27,0
Деформация при сжатии с постоянной скоростью 1 МПа/мин до 25 МПа (в скобках приведена необратимая часть деформации после разгрузки), %	28-30 (20-25)	8-10 (1-2)
Деформация при сжатии при нагрузке 14 МПа за 24 часа (в скобках приведена необратимая часть деформации после разгрузки), %	16 (12)	5-10 (0-1)
Деформация при растяжении при нагрузке, составляющей 70% от разрывной прочности, за 100 часов; %	150	1-2
Диэлектрическая проницаемость при109 Гц	2.1	2.1-2.2
Диэлектрические потери при 109 Гц	2.0 10-4	(2.0-3.0) 10-4
Электрическая прочность, кВ/мм (2 мм)	не менее 25	не менее 50
Интегральный коэффициент оптического пропускания в области 400-800 нм (пленка 100 мкм), %	<35	>70
Допустимая рабочая температура деталей скольжения и уплотнений при умеренных нагрузках (1-10 МПа) и скоростях скольжения (0.5-2 м/с), °С	50-100	200
Химическая стойкость (концентрированные, кислоты, щелочи, органические растворители, морская вода)	стоек	без изменений
Газовыделение, % (ГОСТ Р 50109)	менее 0.01	без изменений
Радиационная стойкость (вакуум), Мрад	1	300**

*) Высокомолекулярный фторопласт-4 суспензионной полимеризации.
**)Снижение механической прочности не более чем на 75%.
© Копия ТУ, заключения ВИАМ, образцы изделий высылаются по запросу.

Рис. 2. Деформационные кривые при растяжении пластин (2-3 мм) Ф-4РМ и исходного фторопласта-4 при циклическом воздействии нагрузки при 150 °С. Скорость нагружения и аразгрузки в каждом цикле 1 МПа/мин.

Рис. 3. Деформационные кривые композиции Ф-4К20 на основе фторопласта-4 при циклическом воздействии нагрузки при 150 °С до и после модифицирования. Скорость нагружения и разгрузки в каждом цикле 1 МПа/мин.

Номенклатура поставляемых заготовок из модифицированного фторопласта-4 (Ф-4РМ20)