Форум о полимерах ПластЭксперт

Всем здравия. Есть техническая задача. Подобрать конструкционный полимер для изготовления вращающися деталей в компрессоре роторного типа.
Идет совершенствование новой конструкции. До этого было несколько действующих моделей, но между вращающимся ротором и неподвижными поверхностями корпуса должны быть минимальные зазоры, при этом зазоры должны быть в наличии - чтобы было легкое вращение ротора. С стальными и бронзовыми роторами намучились. Сделаешь их "прослабленными" - появляются излишне большие зазоры меж ротором и корпусом- давление создается слабо- воздух уходит в щели. Если ротор делаешь в "плюсе" - ротор начинает "зажимать" крышками корпуса и он уже не вращается.... Делать металлические уплотнения в виде тонких стальных прожинных полос- как на роторном двигателе Ванкеля- сложно, дорого и муторно.
Поэтому решили попробовать сделать ротор из полимера. Главная задача- если сделать ротор чуть больше по габариту чем расстояние меж КРЫШКАМИ корпуса (чтобы не было щелей меж ними) - чтобы упругость полимерного материала позволяла ему чуть "поджаться" под рамер гнезда в корпусе. При этом малый коэфф трения все равно позволял легко вращаться. При этом полимер при вращении должен хорошо держать форму и не терять ее.
Такая вот задача.
Условия работы ротора -
А) - механическая прочность - значительно выше, чем у фторопласта-4 который "плывет" под нагрузкой. При этом обладал заметной упругостью, чтобы при зажатии его крышками корпуса с торцов ротора- не зажимало. При этом на валу ротор фиксируется шпонкой - чтобы прочность материала позволяла держать эту нагрузка на шпоночном пазу.
Б) - Низкий коээф трения - близкий к фторопласту-4, Флувиксу и Флубону.
В) - выдерживать рабочую температуру в 150-160 градусов. Компрессор при сжатии воздуха заметно разогревается.

Рабочие обороты на которых работает компрессор - 6-8 тыс оборотов в мин.
Материал должен хорошо обрабатываться на метеллоржущих станках. Токарных, фрезерных, шлифовальных.

Первичное знание о подходящих полимерах предполагает интерес к таким материалам:
- фторопласт -2 (Поливинилдиенфторид) - немало предложений, но термостойкость на грани, нет четких данных по мех прочности и жесткости деталей из него;
- Фартрон- импортный материал- мало информации о нём в подробностях;
- Форпласт - разработка отечественной фирмы ЭСКПО-КР - общался с их представителями- хвалят материал как очень хороший и относительно не дорогой;
- Полиэфирэфиркетон (РЕЕК) - весьма дорогой материал, при этом обладает заметно худшим коэфф трения, по сравнению с материалми на основе фторопласта-4. Хотя очень конструкционно прочный.;
Есть еще Флувикс- Флубон - но по интернету ходит много информации о низком качестве этих материалов на российском рынке. При этом они не обладют высокой мех прочностью, хотя их коэфф трения близок к фторопласту -4. Но вопрос по их механич прочности и состоянии держать форму под нагрузкой.
Размер ротора и сопрягаемых с ними вращающихся детелей невелик- 94 и 42 мм. Толщина деталей от 25 до 55 мм.
На прилагаемых эскизах- размер больше- не обращайте внимания- это старая модель. Ротор тоже сейчас делается цельным, а не с большой выборкой как на эскизе. Но принципииальная схема- та же.

посмотрите на наполненный полиамид (марочку подберете).

А вы в аналогах от ведущих мировых производителей посмотрите. И покажите эту деталь специалистам по полимерам.
Вообще это модная тема - заменять металл полимерами.
Полиамид - возможно и вариант. Его куча всяких вариантов со всякими добавками. Куча фирм по всему миру. Я только про температуру не знаю. 160 это вообще многовато.
Поликарбонат?

Полиамид может вполне подойти, нейлон (ПА66) в частности (этот точно 160 градусов Цельсия переживет), наполненный стекловолокном или углеволокном (с углеволокном будет ниже коэффициент трения). Фортрон тоже может подойти, есть марки с высоким содержанием фторопласта - смотрите на сайте Тиконы.
Поликарбонат - нет, высокий коэффициент трения и по температуре эксплуатации не пройдет.

Полиамид 6 точно поползёт при трении да ещё и при 160 градусах даже наполненый ПА 66 возможно ... Полифениленсульфон (PPSU ) стеклонаполненый имеет невысокий коэффициэнт трения , хороший физмех и термостойкость . И подешевле он был , чем PEEK.

Благодарю всем ответившим, На наполненный полиамид обращу внимание и на другие упомянутые полимерные материалы. . Спецов по полимерам с хорошим опытом сейчас найти очень непросто - последние 20 лет ВУЗы готовили в основном юристов, бухгалтеров и менеджеров по " управлению финансовыми потоками"....
Прилагаю фотку нашего компрессора - его "внутренний вид" с роторами из металлов. На телах вращения хорошо заметны борозды от задиров при трении металла вращающихся деталей о металл крышек корпуса. тут еще причина в том- что и термообработку плохо сделали- металл "сыроват" и недостаточно упрочненным оказался. Но сейчас хорошую термичку, берущую малые разовые заказы найти очень сложно. Вот и мучались с металлом.

Если Вы не смогли сделать эти детали даже из металла, не стоит и пытаться переходить к полимерным изделиям (просто добавятся новые трудности). Ни полимер ни технология его переработки дешёвой не будет.

А если ротор все же из метала, а на крышку корпуса что-то типа прокладки из того же фторопласта. Так не проще будет?

viewtopic.php?f=25&t=12946 вот тут уже подбирали полимер для жестких условий экплуатации, скажем так из дешевого что ничего не подошло.

Обратитесь на ЗАО "НПП Полипластик", вам нужно что-то вроде Армамид ПА 66 СВ 30-2Т-АФ.

В порядке удорожания:
Фортрон (или другой PPS) можно пробовать, спецмакри с антифирикционным наполнением.
Думаю, полиамидами тут не обойтись - в лучшем (дешевом) случае, что-то типа ПА6,10 (Дюпон, Родия, EMS) да еще и с наполнением фторопластом-4 или дисульфидом молибдена, графитом и т.д. для снижения трения.
Фторопласты в своей массе слабоваты по ползучести. Из них стоит подумать о Hylar (поли-хлортрифторэтилен)). По температурам, жесткости и трению - то, что надо.
Если надо супержесткость, близкую у PEEK, полиамидоимид (я знаю только Torlon) тоже стоит рассмотреть. Он по свойствам близок к peek, а по цене кажется интереснее. Точно есть анттифрикционные марки. Стандартное применение - для замены металла, там где он не работет.
Все перечисленнное и даже больше лучше найти в заготовках (Quadrant кажется делал), выточить и посмотреть, как оно будет работать.
AAN cправедливо заметил, что если проблемы с металлом, то с пластиком их будет не меньше.

А каким образом топикстартер собирается получать (изготавливать) свой ротор?

Максим Викторович писал(а):А каким образом топикстартер собирается получать (изготавливать) свой ротор?

Здравия всем- спасибо за рекомендации и советы.
Изготавливать свой ротор собираемся тем же способом - что и из металлов. На металлорежущих станках. Цех металлоообработки, где я все делаю, частенько делает всякие уплотнительные кольца большого диаметра и проч. подобные изделия из фторопласта-4. И из капролона.
Похожим методом они могут обрабатывать и изделия из цилиндрических валиков- кругляков и из фторопласта -2, те же антифрикционные варианты полиамидов ПА 66 и 610 так же вроде бы неплохо обрабатываются на металлорежущих станках.
Поэтому вижу такой путь и способ.
Далее- еще надо сказать, что пока мы делаем действующую модель и ее задача поработать часов 60-80-100 и не более. Т.е. большая долговечность пока не нужна. Эта модель должна продемонстрировать работоспособность самого действующего принципа этого типа машин. За это время мы с нее снимем основные рабочие параметры, увидим основные ее возможности и пр.
Поэтому от материалов на данные момент нужна возможность выполнить свою задачу на протяжении небольшого промежутка времени. А подбор долговечных по рессурсу материалов - задача некотрого будущего.
Супержосткость не главное (для этого и бронзу и сталь можно взять) - главное предельно возможный по "низкости" коэфф трения и возможность упруго сжиматься на небольшие величины (2-3 сотки мм.), при этом не теряя возможности легко вращаться между зажимающими тело вращения крышками корпуса.

Тогда для испытания используйте захоложенный (например- до -40С) воздух. Это даст примерно шестидесятиградусное снижение выходной температуры и резкий рост круга подходящих полимеров.

Думаю будет не лишнее проработать вопрос с полисульфоном, физмех вполне реально а эта температура для его просто семечки, правда цена кусачая и в России его уже не производят.

отец сергий писал(а):....... цена кусачая и в России его уже не производят.

Можно поискать в неликвидах

Так выточите деталь из капролона, и проведите её испытания, хотя бы при низких температурах. Возможно и городить ничего не придется.

Можно изготовить детали металлические и нанести полимерное покрытие.
Выигрываете несколько моментов: эти запчасти можно ремонтировать и делать необходимый зазор

Спасибо всем за советы и подсказки.
По капролону- я выяснил, что полиамид лучше брать ПА610 и ПА66, но их антифрикционные марки найтти трудно....
По напылению полимера - узнал, что можно наносить полимер толщиной до 200 микрон, т.е. 0,2 мм. Это для меня достаточно, но вот вопрос- наксколько прочно будет держаться такое покрытие на стальных деталях в условиях выских оброторов движения ротора и значительного трения его о корпус?
При значительном трении - как будет вести себя напыленая пленка? Она может полностью отслоиться от тела ротора, "слезть шкурой ", либо будет постепенно стачиваться верхним слоем, не отслаиваясь полностью от ротора?
Далее- каково мнение о Фторопласте-2 (Поливинилиденфторид (PVDF)) . Производители и торговцы заявляют, что при уменьшении его предела температурной стойкости до 170-180 грд.Ц (по сравнению с Фторопластом-4), его механическая прочность и твердость, увеличивается в 3-4 раза, он совсем не "плывёт" под нагрузкой и при этом сохраняет высокую упругость.
Еще вопрос- кто-нибудь имеетт опыт или реальные отзывы о материале "Форпласт" - это модифицированный Фторопласт 4, производство московской фирмы ЭСКПО-КР - http://www.fluoroplast.ru. Производитель заявляет, что механическая твердость и прочность увеличивается на порядок по сравнению с исходным Фторопластом-4....

Ваши доводы можно проверить экспериментальным путем.
При наличии участка мех.обработки это сделать не сложно, тем более, что в настоящий момент для вас требуется наработка в течении 2-3 суток.
Ищете ПА, напыляйте на старые детали, изготавливайте из фторопласта 2 и тестируйте на начальном этапе с минимальными затратами. Результат будет, при этом держите нас в курсе проведения экспериментов.
Возможно, на базе ваших отчетов, кое-кто захочет заменить в своем ТПА или экструдере шнек или цилиндр на полимер

по поводу напыления - Rilsan (ПА11) и Kynar(Ф-2) у Аркемы. Rilsan точно напыляют на серьезные вещи типа карданвала. Держаться будет.
Ф-2 постоянная температура эксплуатации - до 120 под нагрузкой. Выше он теряет жесткость.
Ф-4 будет хуже по постоянству формы чем Ф-2, даже улучшенный и даже при температуре 120-140.

Гляньте тут http://www.ftorotex.com/, материалы уже в листах, советую обратить внимание на полибензоимидазол (PBI, Celazole).

Добрый день. Посмею влезть в ваш диалог. Не нужно изобретать велосипед и мучатся с подбором полимерного материала. Обратите Ваш взор в сторону авиадвигателей. При решении подобных задач с 50-х годов используются лабиринтные уплотнения, для недопущения перетечки воздуха между колесами ротора и статора компрессоров и турбин. Думаю Вам это должно помочь. Эх....вспомнил заведение где получал образование - техника технолога про производству авиадвигателей. Давно это было.

Есть такие аэрозольки, с жидким фторопластом. Пользуемся PTFE-N-UV градусов 200 легко держит. В вашем случае только опытным путем, разумеется.

Если вы такой примитив не смогли из металла сделать, то пластмассовый точно у вас не получится.
Вам нужно просто над технологией изготовления поработать. Технолог у вас есть? Хотя... похоже, что нет. :)

IBV писал(а):Если такой примитив не смогли из металла сделать, то пластмассовый точно у вас не получится.

Обязательно получиться, надо пробовать различные материалы
Если не делать и не ошибаться – проблему никогда не решить.
Только для этого потребуется время и деньги

Благодарю всех высказавших свои соображения. Буду по немногу разрабатывать тему и сообщать новости по мере появления успехов или неуспехов.

А если попробовать решить проблему как её решают в насосах - с помощью ПТФЭ набивки?