Фторопласт-4 по ГОСТ 10007: марки и применение в уплотнениях

Стандарт называется «Фторопласт-4. Технические условия», утверждён постановлением Госстандарта СССР № 1735 от 17 апреля 1980 года и введён с 1 июля 1981 года (текст на meganorm.ru). В действующем издании учтены изменения № 1 и № 2, ограничение срока действия снято. Предмет стандарта узкий: продукт полимеризации тетрафторэтилена в виде рыхлого белого порошка, который поставляют в мешках переработчикам.

ГОСТ 10007-80 нормирует порошок, а заготовку описывает другой документ

Вводная часть стандарта говорит о полимере для изделий и плёнок с высокими диэлектрическими свойствами, стойких к агрессивным средам и работающих до +260 °C. Ни листа, ни стержня, ни втулки как товара в документе нет. Пластина 130 × 100 × 2 мм в нём появляется только как испытательный образец, который лаборатория прессует из навески порошка, чтобы проверить партию.

Для заказчика уплотнения отсюда простое следствие. Лист Ф-4 толщиной 3 мм или стержень диаметром 60 мм выпускает заготовитель по своим техническим условиям, где заданы размеры, допуски и внешний вид. Ссылка на ГОСТ 10007-80 в его паспорте означает, что заготовка спечена из порошка, принятого по этому стандарту. Поэтому спор с поставщиком о толщине листа ведут по ТУ на лист, а спор о составе материала уже по ГОСТ.

Технологии, которыми из таких заготовок получают прокладки и точёные детали, вынесены в отдельный разбор изготовления фторопластовых прокладок; здесь важен только переход от записи в документах к материалу.

Пять марок разделены по назначению полимера

Пункт 1.1 рекомендует марки по тому, во что порошок превратят дальше. Марка С предназначена для специальных изделий, П для электроизоляционной и конденсаторной плёнки, ПН для электротехнических изделий повышенной надёжности, вальцованных плёнок и прокладочной ленты, О для изделий общего назначения и композиций, Т для толстостенных изделий и трубопроводов. Таблица 1 присваивает каждой марке код ОКП, а образец записи в заказе выглядит так: «Фторопласт-4 П ГОСТ 10007-80».

Химически все пять марок одинаковы: это PTFE без добавок, а различаются они чистотой и механикой испытательного образца. Композиции вроде Ф4К20 получают смешением порошка марки О с наполнителем, и сам стандарт их уже не описывает. Как марку и композицию выбирают под форму детали и нагрузку, показано отдельно; ниже речь о том, что именно проверяет ГОСТ.

Таблица 2 проверяет порошок через спечённую пластину

Большинство норм таблицы 2 относятся к образцу, спечённому по методике раздела 4. Навеску 51 г прессуют при комнатной температуре давлением 29,4 МПа, выпекают 13 часов при 375 °C и медленно охлаждают в печи до 200 °C со скоростью 0,5–1 °C в минуту. Только после этого вырубают лопатки и рвут их при 23 °C со скоростью 100 мм в минуту.

Цифры прочности и удлинения нельзя переносить на готовую деталь напрямую. Заготовитель спекает толстые плиты по своему режиму, и свойства в центре массивного стержня отличаются от свойств тонкой испытательной пластины. Для расчёта уплотнения эти нормы служат порогом качества полимера, а не расчётной характеристикой изделия.

Партию принимают по выборке и периодическим испытаниям

Раздел 3 считает партией марок С, П, ПН и О продукт одной операции полимеризации, без полимера, снятого со стенок реактора. Для марки Т партия собирается из любого количества с одним документом о качестве. Из партии отбирают 20 % мешков, минимум три; при плохом результате повторяют испытания на удвоенной выборке, и вывод распространяется на всю партию.

Не все показатели проверяют в каждой партии. Влагу определяют в каждой десятой, прочность и удлинение в каждой пятой, термостабильность раз в квартал минимум на пяти партиях каждой марки. Если периодическое испытание провалено, его переводят в приёмо-сдаточное, пока две партии подряд не пройдут. Для покупателя заготовок это повод смотреть в паспорте номер партии порошка: он связывает лист или стержень с конкретным документом о качестве.

Справочное приложение даёт числа для расчёта посадки

Приложение 1 справочное, но именно им пользуются конструкторы уплотнений. Там указаны рабочий диапазон от −269 до +260 °C, плавление кристаллов при 327 °C, коэффициент трения по стали 0,04, водопоглощение за сутки 0,00 %, разрушающее напряжение при сжатии 11,8 МПа и модуль упругости при растяжении 410 МПа. Средний размер частиц порошка 0,1–0,2 мм, насыпная плотность 350–600 кг/м³, усадка при выпечке 3–7 %.

Самая полезная для уплотнений строка приложения касается температурного расширения. Коэффициент меняется по интервалам: от −60 до −10 °C он равен 8·10⁻⁵ на градус, около комнатной температуры растёт до 25·10⁻⁵, от 50 до 110 °C держится на уровне 11·10⁻⁵, а выше 210 °C достигает 21·10⁻⁵. У стали около 1,2·10⁻⁵, разница почти на порядок.

Пример: кольцо из Ф-4 с наружным диаметром 80 мм нагревается в узле с 20 до 120 °C. По интервалам приложения прирост составит около 1,3 %, то есть примерно 1 мм по диаметру, а стальной корпус того же размера вырастет примерно на 0,1 мм. Кольцо, посаженное с натягом при сборке, на рабочей температуре упрётся в стенки канавки и будет выдавливаться в зазор, поэтому зазоры под фторопласт задают больше, чем под резину; их считают по методике расчёта размеров канавки под кольцо.

Второе следствие касается замера. Скачок коэффициента около 20 °C означает, что деталь диаметром 100 мм, измеренная в холодном цехе при 15 °C и в лаборатории при 25 °C, покажет разницу порядка 0,2 мм. Стандарт кондиционирует образцы при 23 ± 2 °C не менее трёх часов, и для точёных деталей с допуском в сотые этот же режим стоит записать в чертёж как температуру контроля.

Сжатие и ползучесть ограничивают чистый Ф-4 в уплотнениях

Разрушающее напряжение при сжатии 11,8 МПа по справочному приложению ниже, чем рабочее давление на прокладку во многих фланцах. Под постоянной нагрузкой чистый PTFE медленно оседает, и затяжка болтов падает; это хладотекучесть фторопласта, и от неё есть способы защиты. Поэтому чистый Ф-4 по ГОСТ 10007-80 хорош там, где деталь зажата со всех сторон: в пазу, в закрытой канавке, в оболочке.

Химическая стойкость в приложении сформулирована шире, чем у любой резины. Полимер стоек к концентрированным кислотам, щелочам, органическим растворителям и перекиси водорода при 20–150 °C, не стоек к расплавленным щелочным металлам, элементарному фтору и трёхфтористому хлору. Таблицы стойкости уплотнительных материалов по средам собраны в справочнике по химической стойкости, а для чистого Ф-4 исключений почти нет.

Нагрев выше 260 °C меняет требования к участку

Раздел 2 стандарта предупреждает: выше 260 °C полимер начинает разлагаться с выделением фтористого водорода, перфторизобутилена, оксида углерода и тетрафторэтилена. В таблице ПДК для воздуха рабочей зоны фтористому водороду указаны значения 0,5 и 0,1 мг/м³, перфторизобутилену 0,1 мг/м³, оба вещества первого класса опасности. Самовоспламенение порошка в слое наступает при 520 °C.

Для механической обработки это обычно не проблема: при точении деталь не нагревается до таких температур, если не работать тупым резцом без охлаждения. Риск появляется при сварке и термической правке PTFE, при выжигании остатков прокладок с фланцев и при курении у станка, где на одежде осела стружка. Стандарт требует приточно-вытяжной вентиляции и включения нагревателей с поверхностью выше 260 °C только в вытяжных шкафах.

Запись в чертеже читается по дереву решений

На практике изготовитель детали видит строку в графе «Материал», текст ГОСТ при заказе никто не открывает. Схема ниже показывает, как эта строка превращается в заготовку и что из неё задано заказчиком, а что придётся предложить.

Если в графе стоит «Фторопласт-4 ГОСТ 10007-80», материал определён: чистый PTFE, заготовку изготовитель выбирает по форме детали. Если стоит обозначение с буквами наполнителя, например Ф4К20 или Ф4С15, это композиция, и документом на неё служат ТУ производителя композиции. Если графа пустая или написано просто «фторопласт», материал восстанавливают по образцу и узлу и вносят в КП отдельной строкой как предложение изготовителя, которое заказчик подтверждает письменно.

Карточка детали из Ф-4 связывает чертёж, заготовку и партию

Деталь из PTFE обычно заказывают повторно: кольца арматуры меняют на каждом ремонте, прокладки химических линий по графику ППР. Чтобы вторая партия совпала с первой, на изделие ведут карточку, и для фторопласта в ней нужны поля, которых нет у резиновых деталей.

Наша компания производит детали из фторопласта по чертежу, эскизу или образцу, и повтор по артикулу идёт по той же карточке без перерасчёта материала. Если между партиями поставщик заготовки сменился, в карточке это видно сразу, и первую деталь новой партии проверяют по размерам при той же температуре контроля.

Короткие ответы о фторопласте-4 по ГОСТ

Что описывает ГОСТ 10007-80?

ГОСТ 10007-80 описывает фторопласт-4, то есть порошок политетрафторэтилена, полученный полимеризацией тетрафторэтилена. В стандарте заданы пять марок С, П, ПН, О и Т, нормы влаги, плотности, прочности, удлинения и термостабильности, правила приёмки партии, методы испытаний, упаковка и гарантийный срок хранения 2 года. Листы, стержни и втулки в нём не нормируются, их выпускают по техническим условиям заготовителей.

Какая марка фторопласта-4 идёт на уплотнения?

Для уплотнений общего назначения заготовки обычно прессуют из фторопласта-4 марок О и Т по ГОСТ 10007-80: марку О стандарт рекомендует для изделий общего назначения и композиций, марку Т для толстостенных изделий. Прокладочную ленту строгают из марки ПН. Букву марки заказчик уплотнения задаёт редко, она стоит в паспорте заготовки, а в чертеже достаточно ссылки на стандарт.

При какой температуре работает фторопласт-4?

Фторопласт-4 по справочному приложению к ГОСТ 10007-80 работает от −269 до +260 °C, кристаллы плавятся при 327 °C. Выше 260 °C начинается разложение с выделением фтористого водорода и других токсичных продуктов. Для уплотнения верхний предел обычно ниже 260 °C из-за ползучести под нагрузкой и сильного теплового расширения, поэтому рабочую температуру узла сверяют с конструкцией детали.

Что приложить к заявке на деталь из Ф-4

Для расчёта детали из фторопласта хватает чертежа или образца, строки материала из документации, рабочей температуры и среды узла. Если в чертеже указана температура контроля или допуск в сотые доли миллиметра, отметьте это отдельно: от этого зависит выбор заготовки и режим замера. Заготовку под форму детали подбирает технолог при расчёте, а в КП полезно видеть, что в строке материала задано заказчиком, а что предложено изготовителем.