СПОСОБ ТЕРМОРАДИАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА
METHOD FOR THERMO-RADIATING TREATMENT OF POLYTETRAFLUOROETHYLENE ARTICLES

Изобретение относится к области радиационно-химических технологий получения полимерных материалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками, в частности политетрафторэтилена (ПТФЭ), широко используемого в различных областях техники (автомобильной, авиационной, медицинской, космической, химической и др.)
Известно (Истомин Н.П., Семенов А.П. Антифрикционные свойства композиционных материалов на основе фторполимеров. -М., 1981), что воздействие ионизирующего излучения на ПТФЭ в воздушной среде при комнатной температуре может приводить к повышению его износостойкости. После облучения ПТФЭ гамма-квантами наблюдали уменьшение объемного массового износа при нагрузках 350 и 400 Н и скоростях скольжения 0.5 и 0.01 м/с приблизительно в 20 раз. Зависимость износостойкости ПТФЭ от величины поглощенной дозы имела вид кривой с максимумом. Поглощенная доза, при которой достигался максимальный эффект улучшения триботехнических характеристик, составила 50 Мрад. Дальнейшее увеличение поглощенной дозы приводило к увеличению износа, вплоть до охрупчивания образцов и невозможности измерить на них параметры износа при 100 Мрад. Необходимо отиетить, что ведущим радиолитическим процессом в ПТФЭ в воздушной среде (в присутствии кислорода) является деструкция полимерных цепей (Фторполимеры. / Под ред. Л. Уолла: Пер. с англ. / Под ред. И.Л. Кнунянца и В.А. Пономаренко. -М.: Мир, 1975). Поэтому его облучение в этих условиях, несмотря на увеличение износостойкости приводит к значительному ухудшению других механических характеристик (прочности на разрыв, предела текучести и др.) и с этой точки зрения неприемлемо на практике. Кроме того, повышение износостойкости ПТФЭ в десятки раз в результате радиационной обработки в описанных условиях нельзя признать достаточно высоким, поскольку современные способы, основанные на приготовлении антифрикционных композиций на его основе с использованием оксидов металлов, позволяют увеличить износостойкость от 100 до 1000 раз (Истомин Н.П., Семенов А.П. Антифрикционные свойства композиционных материалов на основе фторполимеров. -М., 1981).
Из авторского свидетельства СССР №1642730 A1, C08J 3/28, 1999, известен способ терморадиационной обработки в инертной среде изделий из ПТФЭ для уплотнительных устройств. С целью повышения ресурса уплотнительных устройств изделия из ПТФЭ облучались при повышенной температуре 50-55°C в инертной среде до поглощенной дозы 0.8 Мрад. В результате терморадиационной обработки ресурс уплотнительных устройств был увеличен в несколько десятков раз при сохранении других физико-механических характеристик ПТФЭ.
60
Из патента РФ №2211228, кл. C08J 3/28, опубл. 27.08.2003 (принят в качестве наиболее близкого аналога), известен способ терморадиационной обработки изделий из политетрафторэтилена (ПТФЭ-4), заключающийся в облучении изделия гамма-квантами при повышенной температуре в расплаве в инертной среде, причем расплав сначала охлаждают, а облучение осуществляют до поглощенной дозы 5-35 Мрад с понижением температуры изделия в процессе облучения на 0,8-1 град/Мрад, поддерживая температуру изделия ниже температуры плавления ПТФЭ, но выше температуры его кристаллизации. При реализации способа образцы помещали в термокамеру, заполненную инертным газом (аргоном либо азотом), и нагревали со скоростью 60-70 град/час до 340-350°C. Затем выдерживали в течение 1-2 час и охлаждали до 325°C со скоростью 60-70 град/час. В процессе облучения температуру понижали на 0.8-1 град/Мрад. Облучение проводили гамма-квантами с энергией 1.25 МэВ на источнике Co при мощностях поглощенной дозы в интервале 50-150 рад/с до поглощенной дозы 35 Мрад. После облучения образцы охлаждали со скоростью 60-70 град/час до комнатной температуры.
Радиационная обработка ПТФЭ осуществляется на γ - установке РВ-1350 (Расчет и конструирование радиоизотопных радиационно-химических установок. Справочник под ред. Е.Е. Кулиша, -М.: Атомиздат, 1975, стр. 161-164).
60
60
К недостаткам данного технического решения следует отнести низкий коэффициент использования полезного объема ионизационного излучения, созданного кобальтовыми источниками, что приводит к крайне долгому времени облучения - от 32 ч до 140 ч при наборе дозы 5-35 Мрад. Кроме того, радиационное модифицирование производится на установке с изотопным излучателем Co. Период полураспада Co составляет 5,3 лет и, как следствие, уменьшение скорости набора дозы, что ведет к увеличению себестоимости модифицирования ПТФЭ.
Техническим результатом, для получения которого предназначено заявленное изобретение, является сокращение времени облучения продукта и повышение коэффициента использования полезного объема ионизационного излучения.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что заявленный способ заключается в облучении заготовок гамма-квантами при повышенной температуре в расплаве в инертной среде, поддерживая при этом температуру заготовок ниже температуры плавления политетрафторэтилена, но выше температуры его кристаллизации, причем облучение заготовок осуществляют с помощью импульсного линейного ускорителя, работающего в гамме-моде и конвертора, до поглощенной дозы 50-350 кГр, при этом в процессе облучения температуру заготовок понижают на 0.8-1 град/10 кГр, а скорость облучения превышает 10 Гр/сек.
Заявленный способ реализуется с помощью установки, основными частями которой являются горизонтальный импульсный линейный ускоритель (ИЛУ), конвертор и вакуумная термокамера (ВТК).
Поэтапная реализация заявленного способа облучения представлена на фиг. 1.
2
Заготовки 1 изготавливают прессованием (зона прессовки I) с удельным давлением 300 кгс/см и спекают в течение 13-17 часов при температуре 300°C (этап 1).
Затем изготовленные заготовки ПТФЭ-4 направляются в зону подготовки (зона II) и помещаются в вакуумную термокамеру 2 (этап 2). В указанной камере 2 производится откачка кислорода до остаточного давления, затем ее заполняют инертным газом до атмосферного давления (аргон, азот) (этап 3).
В ВТК заготовки ПТФЭ-4 нагревают до температуры 327-380°C со скоростью 30-70°C/час, что позволяет провести процесс плавления кристаллической фазы полимера. Заготовки выдерживаются в течение 1-2 часов до полного плавления кристаллитов (этап 4).
На 5 этапе ВТК направляется в зону облучения (зона III).
Проводится облучение заготовок, электроны (этап 6) импульсного линейного ускорителя 3 попадают на конвертер 4 и образуют в нем поток γ-квантов (этап 7), скорость облучения от 10 Гр/сек. Облучение проходит до поглощенной дозы 50-350 кГр с понижением температуры изделия в процессе облучения на 0,8-1 град/10 кГр.
После прекращения облучения, заготовки охлаждают до комнатной температуры со скоростью 30-70°C/час (этап 8).