книги из ГПНТБ / Балицкий А.В. Технология изготовления вакуумной аппаратуры

3-3. ПЛАСТМАССЫ

Современные достижения химии позволяют про­ изводить неметаллические материалы, обладающие самы­ ми разнообразными свойствами, часто не уступающие многим металлам по прочности и химической стойкости. Более того, наивысшпе показатели по химической стой­ кости, эластичности, диэлектрическим свойствам в соче­ тании с пластичностью принадлежат именно синтетиче­ ским материалам.

Нет сомнения, что в недалеком будущем отечествен­ ная химическая промышленность сможет выпускать ма­ териалы с заранее задуманными физическими свойства­ ми в самых различных их сочетаниях, превосходящими природные материалы. С точки зрения вакуумщиков в настоящее время главными недостатками синтетичес­ ких материалов являются их недостаточная термостой­ кость, большое газовыделение и высокий температурный коэффициент линейного расширения, на порядок и более превосходящий тот же показатель у металлов, керамики и стекла. Все же из пластмасс уже теперь делаются многие детали вакуумной системы: уплотнители, диа­ фрагмы, изоляторы — электрические и термические, гиб­ кие трубопроводы и т. п.

Фторопласт-4 (фторлон-4) производится отечествен­ ной промышленностью по ГОСТ 10007-62 в виде рыхлой творожистой массы (Л. 13, 14], из которой дальнейшим прессованием и спеканием при 360—380 °С получают раз­ личные изделия: пленки, плитки, трубы, готовые детали. Имеются три марки фторопласта-4: марка А для пере­ работки в конденсаторную или электроизоляционную пленку; марка Б для переработки в крупные изделия; марка В для переработки в мелкие изделия.

Фторопласт-4 является кристаллическим полимером

в ФРГ — хостафлоном ТГ). Его тепловые характеристи­ ки: разложение при 415 °С, плавление — 327 °С (в вязко­ текучее состояние не переходит), стеклование — около

—120°С.

При разных скоростях охлаждения от температуры

50

иезакаленные с плотностью 2,2 г/см3 и степенью кри­ сталличности свыше 65%, обладающие соответственно различными механическими свойствами.

Фторопласт-4 обладает наивысшей химической стой­ костью из всех поделочных материалов и весьма высо­ кими электроизолирующими свойствами. Он совершенно ие поддается воздействию кислот, щелочей, органичес­ ких растворителей, не смачивается водой, ие имеет адге­ зии к клеям. Хорошо обрабатывается резанием, а при условии медленной деформации — и давлением. При на­ греве выше 200 °С начинается выделение паров фтора в очень малых количествах.

По сравнению с вакуумными резинами фторопласт-4 обладает более высокой термостойкостью и морозостой­ костью. Собственное газовыделение фторопласта при­ мерно в 40 раз меньше, чем у лучших сортов вакуумных резни.

Фторопласт-4 способен под сжимающей нагрузкой медленно заполнять все неровности уплотняемых поверх­ ностей. Хотя по сравнению с резинами фторопласт-4 име­ ет малую упругость и большую остаточную деформацию, за счет небольшого коэффициента трения с металлами (0,04—0,1) он находит применение в основном для уплотнения вакуумных вводов движения.

Высокие диэлектрические свойства фторопласта-4, мало зависящие от температуры и частоты приложен­ ного напряжения, позволяют широко его использовать для изготовления различного рода изоляторов и элек­ трических вакуумных вводов.

Основные свойства фторопласта-4

Выпускается также фторопласт-4Д, имеющий те же физико-механические свойства, но позволяющий при смешении его со смазывающими веществами переработ­ ку в детали методом экструзии на плунжерных прессах, чего нельзя делать при переработке фторопласта-4. Из неспеченного фторопласта-4Д со смазывающими вещест­ вами делается фторопластовый уплотнительный мате­ риал ФУМ, выпускаемый промышленностью по МРТУ М-870-62.

Материал ФУМ марки В применим для всех сред, кро­ ме кислорода, азотной кислоты и других сильных окис­ лителей. Он выпускается трех профилей: круглый — диа­

уплотнениях при температурах от —60 до 150 °С.

Кроме указанных выпускаются также фторопласт-40

прессования и экструзии). Фторопласт-40 тверже фторо- пласта-4 и менее термостоек, уступает последнему по электроизоляционным свойствам и химической стойкос­ ти, но более технологичен и почти не склонен к ползу­ чести.

Фторопласт-42 значительно уступает остальным мар­ кам фторопласта почти по всем показателям и может применяться только в менее ответственных соедине­ ниях.

Полиимид как уплотнительный материал стал приме­ няться в вакуумной технике недавно. Полиимид марки ПМ в виде пленки толщиной 30—50 мкм выпускается по ТУ № П-551-67. Пленка ПМ термостойка до 300°С, мо­ розостойка до минус 190°С, прочна (временное сопро­ тивление на растяжение 1 200 кгс/см2 при удлинении около 20%), обладает температурным коэффициентом линейного расширения, близким к алюминию.

Другой вид полиимида (прессовочный материал) в отечественной вакуумной технике еще не получил ши­ рокого применения. По литературным данным [Л. 13,

52

15] выпускаются уплотнители из прессованного полнимида, являющегося жестко-упругим материалом, с собст­ венным газовыделеппем, меньшим, чем у фторопласта, но большим, чем у меди. К отрицательным свойствам прессованного полпимида следует отнести его относи­ тельную гигроскопичность, вследствие которой он раз­ рушается при длительном кипячении в воде и под дей­ ствием водяного пара.

Прессовочный материал ПМ-67 имеет примерно та­ кие же физические свойства, как и пленка ПАЙ.

Полиэтилен имеет три вида в зависимости от давле­ ния, при котором производится его полимеризация: по­ лиэтилен высокого давления ВД, полиэтилен среднего давления СД и полиэтилен низкого давления НД. Все три вида отличаются друг от друга по свойствам и тех­ нологии переработки.

Полиэтилен ВД выпускается промышленностью по МРТУ-6-05-889-65 нескольких сортов, маркирующихся по «индексу расплава», т. е. по массовому количеству ма­ териала, вытекающему за 10 мин при 190 °С через ка­ пилляр диаметром 2,095 и длиной 8 мм под нагрузкой 2,16 кгс. В обозначении марок первые буква и цифра (П-2) обозначают полиэтилен ВД, следующие три циф­ ры — десятикратную величину индекса расплава, а по­ следняя буква указывает на основное назначение дан­ ного сорта.

Полиэтилен НД также выпускается нескольких сор­ тов и маркируется по аналогичному принципу, но начи­ ная со знаков П-4. Основные физические свойства поли­ этилена приведены в табл. 3-4.

Собственное газовыделение полиэтилена приближает­ ся к газовыделению фторопласта (рис. 3-3), но интервал рабочих температур у него много уже. Поэтому поли­ этилен может служить хорошим уплотнителем только при температурах от —50 до + 5 0 °С. Ионизирующее облучение повышает его механическую прочность и тер­ мостойкость. Полиэтилен недостаточно маслостоек и све­ тостоек, дешев и удобен для всевозможных подсобных изделий (лабораторная посуда, мешки, чехлы, изоля­ ционная пленка и т. п.).

Полиамиды (П-68, П-6) с собственным' газовыделеиием, близким к газовыделению полиэтилена, пригодны для изготовления небольших, непрогреваемых деталей вакуумных систем. Прочность материала П-68 составля-

53

Таблица 3-4

Физические свойства некоторых сортов полиэтилена [Л. 13]

Характеристика Полиэтилен ВД Полиэтилен ИД Полиэтилен СД

54

ет при растяжении 500—700 кгс/см2, при сжатии 700— S00 кгс/см2.

Органическое стекло (плексиглас) хорошо обрабаты­ вается резанием, склеивается и сваривается (табл. 3-5). Применяется в высоковакуумиой технике, в частности для деталей питателей азотных ловушек.

Таблица 3-5

Основные технические свойства органического стекла

местного разогрева поверхностей соединения до 150°С, для чего между ними вводится стальная лента, нагре­

теплостойкий и влагостойкий волокнистый прессматериал, в основе которого лежит стеклянное волокно, про­ питанное модифицированной фенольно-формальдегид- ной смолой. Материал обладает механическими свойст­ вами, не уступающими свойствам чугуна, достаточно кислотоупорен и маслостоек, хороший диэлектрик. Диа­

55

пазом рабочих температур материала АГ-4 лежит меж­ ду —60 и + 200°С, кратковременно (1—2 ч) он выдер­ живает температуру в 250 °С. Малая усадка при прессо­ вании, высокая прочность и хорошая текучесть позволяют изготовлять из этого материала тонкостенные и резь­ бовые детали. Имеются два сорта материала: сорт В — в виде волокна-путанки и сорт С — в виде лент разной ширины и длины. Из них при прессовании под удельным давлением около 1000 кгс/см2 при температуре 150— 160°С с выдержкой в 1,5 мин на 1 мм толщины стенки получают изделия, обладающие свойствами, приведен­ ными в табл. 3-6.

Таблица 3-6

Основные технические свойства прессматериала АГ-4

56

Вследствие высокого газовыделения этот материал применим только в устройствах с низким вакуумом.

Текстолит листовой (ГОСТ 2910-67) и прутковый (ГОСТ 5385-68), текстолит гибкий марки МА (ТУ МХП 488-50) служат материалом для внешних изолирующих деталей, панелей щитков, изолирующих прокладок вво­ дов на форвакууме, и тому подобных деталей, требую­ щих механической обработки.

Детали, находящиеся вне вакуумной полости (элек­ трические разъемы, ручки, маховички и т. п.),' изготов­ ляются из пресспорошков различных марок и других пластмасс.

3-4. РЕЗИНЫ

Наиболее широко распространенным материалом для изготовления различного вида уплотнителей в аппа­ ратуре низкого, среднего и высокого вакуума является вакуумная резина, обладающая незначительной порис­ тостью и сравнительно малым (по сравнению с обычны­ ми сортами резины) газовыделением.

Выпускаемые нашей промышленностью вакуумные резины делятся, с одной стороны, на обычные и термо­ стойкие и, с другой — на маслостойкие и немаслостой­ кие.

Белая вакуумная резина марки 7889 — немаслостой­ кая, наиболее эластичная, выпускается в виде пласти­ ны, трубок (вакуумных шлангов) и шнура круглого и прямоугольного сечения. Этот сорт резины пригоден для уплотнителей, работающих в температурных условиях от +70 до —10°С. Длительное охлаждение ниже —10°С делает эту резину хрупкой, непригодной для уплотнения.

Пластины сорта 7889 выпускаются толщиной от 2 до 20 мм, шириной и длиной от 250 до 500 мм; физико-ме­ ханические и физико-химические показатели должны укладываться в нормы, приведенные в табл. 3-7.

Трубки (шланги) выпускаются длиной от 600 до 1 500 мм. Шнуры круглого и прямоугольного сечения вы­ пускаются длиной 6000 мм, диаметром от 3 до 30 мм (или по высоте и ширине прямоугольного сечения).

Более морозостойкими, но такими же нестойкими против органических растворителей и нетермостойкими являются сорта ИРП-1118 и ИРП-1289. Сорта ИРП-1345, ИРП-1399 и 51-1433 наиболее термостойки, но неодина-

57

сл

Физико-механические свойства вакуумных резин

ково хорошо противостоят растворителям. Наиболее универсальным является сорт ИРП-2043, маслобензостойкий, термостойкий, обладающий хорошими уплот­ няющими свойствами.

Резина сорта 9024: черная, маслостойкая, значитель­ но более твердая, чем резина 7889, обладает примерно вдвое меньшим газовыделением. Она выпускается толь­ ко в виде пластин (табл. 3-6) по тем же ТУ, что и ре­ зина сорта 1015, отличающаяся меньшей прочностью, но несколько большей маслостойкостью, чем сорт 9024.

Для устройств, прогреваемых до температуры 200 °С, в качестве уплотнителей могут применяться прокладки из резины сорта ИРП-2043, если к этим устройствам не предъявляется требования особой чистоты остаточной среды. При нагреве резины ИРП-2043 выделяются глав­ ным образом азот, водород, пары воды, углекислый газ и очень малое количество низкомолекулярных углево­ дородов.

По своим физико-механическим свойствам резина ИРП-2043, изоготовляемая на основе фтористого каучу­ ка, довольно близка к зарубежному эластомерному ма­ териалу «Витон».

В западноевропейской и американской высоковакуум­ ной технике получили распространение бутиловая рези­ на, которая, судя по литературным данным [Л. 17], является сейчас лучшим из упругих прокладочных мате­ риалов, и фтористый эластомер «Витон» (сорта А и В), имеющий несколько большее газовыделение, но, вероят­ но, более термостойкий, чем бутиловая резина.

3-5. ПАСТЫ, ЗАМ АЗКИ , ЗАСТЫ ВАЮ Щ ИЕ УПЛОТНИТЕЛИ

Как указывалось ранее, форвакуумное оборудование, арма­ тура и аппараты, работающие при низком вакууме, не так чувстви­ тельны к очень малым течам или собственному газовыделению уплот­ нителей, как высоковакуумные установки. Поэтому сборка форвакуумных насосов, например, производится с уплотнением стыковых поверхностей высококачественными лаками (глифталевым, шеллач­ ным) или термостойкими герметиками (материал ФКС, материал ТГ-18, материал ВГК-18 № 2) [Л. 13]. С помощью этих материалов могут герметизироваться и форвакуумные трубопроводы, если они отделены от высоковакуумной системы соответствующими высокова­ куумными вентилями или затворами.

В некоторых случаях, главным образом при испытаниях еще не­ готовых высоковакуумных установок, встречается необходимость вре­ менно (на один раз) достигнуть вакуумной герметичности хотя бы и не вполне надежными средствами, но с малой затратой времени и

59