ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫНА КИНЕТИКУ УПЛОТНЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА ПРИ ОДНОСТОРОННЕМ ПРЕССОВАНИИ В ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПРЕССФОРМЕ

INFLUENCE OF TEMPERATURE ON COMPACTION KINETICS OF POLYTETRAFLUOROETHYLENE- BASED COMPOSITE MATERIAL DURING ONE-SIDED PRESSING IN CYLINDRICAL MOLD
Authors: СТОЛИН А.М. , СТЕЛЬМАХ Л.С. 
Published: August 2024

В настоящей работе представлена неизотермическая реодинамическая модель горячего одностороннего прессования порошковых композиционных полимерных материалов, основными характеристиками которой являются плотность, температура, деформация и напряжение. Модель учитывает зависимости вязкостей (объемной и сдвиговой) от плотности и температуры. В рамках этой модели проведен теоретический анализ влияния сопряженных тепловых и деформационных процессов на кинетику уплотнения порошковых композиционных полимерных материалов на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) с малыми добавками (менее 5%). Рассмотрены различные режимы прессования: постоянное усилие или постоянная скорость на плунжере пресса.Численные расчеты особенностей кинетики уплотнения ПТФЭ в условиях постоянного давления показывают, что повышение температуры заготовки на 200 градусов от первоначальной комнатной температуры приводит к получению заготовки лучшего качества: предельная плотность близка к плотности компактного материала и более однородна по его объему. Следовательно, в этом режиме подогрев полезен, поскольку приводит к получению заготовки лучшего качества. Несколько иначе проявляется влияние внешнего подогрева заготовки в режиме прессования с постоянной скоростью на плунжере пресса. В этом режиме сопротивление деформированию требует повышения внешнего давления и реализуется автоускорение процесса уплотнения - давление прогрессивно нарастает во времени и в конечном итоге достигается предельная плотность равномерно по всему объему. Здесь уже факторы повышения температуры и сопротивления деформированию не конфликтуют между собой. Однако достижение предельной плотности при горячем прессовании происходит значительно быстрее холодного прессования, что должно сказаться на качестве спрессованного изделия, увеличив его прочность.Проведены численные расчеты влияния температуры на кинетику уплотнения в зависимости от различных факторов, таких как начальное распределение плотности, длительность спекания, позволяющие сделать качественные практические выводы.

The present paper presents a non-isothermal rheodynamic model of hot one-way pressing of powder composite polymer materials, the main characteristics of which are density, temperature, deformation and stress. The model takes into account the dependence of viscosities (volume and shear) on density and temperature. Within the framework of this model, a theoretical analysis of the effect of conjugate thermal and deformation processes on the compaction kinetics of powder composite polymer materials based on polytetrafluoroethylene (PTFE) with small additives (less than 5%) was carried out. Various pressing modes are considered: constant force or constant speed on the press plunger.Numerical calculations of the peculiarities of the PTFE compaction under constant pressure conditions show that the billet temperature increase is 200 degrees from the original room temperature leads to a better quality workpiece: the maximum density is close to the density of a compact material and more homogeneous in its volume. Therefore, in this mode, heating is useful because it results in a better workpiece quality. The effect of external preform heating in the constant speed pressing mode on the press plunger is somewhat different. In this mode, resistance to deformation requires an increase in external pressure and automatic acceleration of the compaction process is realized - the pressure progressively increases over time and ultimately the limit density is reached uniformly throughout the volume. Here, the factors of increasing temperature and resistance to deformation do not conflict with each other. However, the achievement of the ultimate density during hot pressing occurs much faster than cold pressing, which should affect the quality of the pressed product, increasing its strength.Numerical calculations of the effect of temperature on the compaction kinetics depending on various factors, such as the initial density distribution, sintering duration, were carried out, which make it possible to draw qualitative practical conclusions.