Фторопласты

Определение критических значений размеров частиц порошковых компонентов материалов

Критические значения размеров частиц, при которых прекраща­ется образование агрегатов, определяют из условий движения
частиц и агрегатов из них при сухом смешивании в смесителе. В процессе смешивания порошковых компонентов на частицы и агрегаты действуют силы тяжести, трения и центробежные. Части­цы нижних слоев порошков под действием сил трения увлекаются вверх, а затем скатываются или соскальзывают вниз, теряя сцепле­ние с нижними слоями. В момент движения вниз на них не дейст­вует центробежная сила от вращения ёмкости смесителя.

При условии скатывания образовавшихся гранул или крупных частиц-ядер на частицы, из которых образуются оболочки, сначала действует сила тяжести скатывающейся гранулы или частицы-ядра, а затем сила адгезии к грануле или частице-ядру и сила отрыва (рис. 2.8).

/1 (увеличено)

Рис. 2.8. Схема действия сил в верхнем слое порошков при смешивании

Сила отрыва Foi является результирующей силы тяжести самой частицы Pi и силы адгезии или когезии FK1 этой частицы к частицам нижележащего слоя и определится из уравнения:

Foi = P, + FK1, (2.1)

Частица будет удерживаться на поверхности ядра и гранулы, ес­ли Fai > Foi.

Критические условия формирования оболочки или её сохране­ния в верхнем слое смеси порошков определяют равенством:

Fai = Pi + FKi, (2.2)

Силы, с которыми частицы удерживаются на поверхности, зави­сят от площади фактического контакта частиц. При равномерном
распределении контактов частиц силы адгезии (когезии) пропор­циональны числу контактов, а число контактов на шероховатой поверхности пропорционально размерам частиц.

При таком допущении силы адгезии, с приближением достаточ­ным для практического применения, можно выразить зависимо­стью:

Fai = Ksd2,Fsa, (2.3)

Где d3l - эквивалентный диаметр частицы неправильной формы; Ks - коэффициент соотношения диаметра частицы и площади диаметрального сечения с учётом формы (Ks < п/4); Fsа - удельная сила адгезии, Па.

Эквивалентный диаметр частиц находят по их равновеликому объёму из соотношения:

TOC o "1-5" h z d* = , (2.4)

Где ll и bl - размеры частиц в двух направлениях измерений.

Представляя массу частицы mrt зависимостью

Mri = Kv dэlyк, (2.5)

Силу тяжести выражают

Pi = Kv dэlYкg, (2.6)

где Kv - коэффициент соотношения диаметра и объёма частиц, ограниченного развитой поверхностью; ук - плотность компактного материала частиц.

Для частиц с размерами, приведёнными к эквивалентным диа­метрам с небольшой погрешностью можно принять Kv ~ п/6.

Из условия, определяемого равенством (2.2) и соотношений (2.3) и (2.5) критическое значение эквивалентного диаметра d^ находят

Dэк = K(Fsa - FSK)/ ук g, (2.7)

Где K = Ks/Kv, FSk - удельная сила когезии (удельная сила адгезии к частицам нижерасположенного слоя смеси в смесителе), Па.

При движении гранул и частиц порошков в смесителе в резуль­тате столкновений в наружных слоях и действия гравитационных, центробежных сил и сил трения во внутренних слоях частицы, обладающие большей твёрдостью, вдавливаются в поверхность частиц с меньшей твёрдостью, уплотняются оболочки гранул, увеличиваются фактические контактные поверхности частиц. Увеличиваются силы адгезии между частицами.

Размеры частиц фторопласта для материалов каркасного типа, изготовляемых с использованием эффекта взаимодействия частиц, должны быть больше критического. Это позволяет избегать их когезию.

Условия каркасообразования из металлических частиц, не обра­зующих оболочки гранул, т. е. из частиц с размерами больше кри­тических, в некоторой мере улучшатся при применении порошков с размерами частиц определенных соотношений.

При соизмеримости объемов частиц фторопласта с межчастич- ными пространствами металлических порошков, образующих каркас, в процессе прессования смесей металлические частицы будут приводиться в контакт между собой с перемещением по поверхностям частиц фторопласта, не подвергая их механодест­рукции. При этом уменьшается вероятность попадания фторопла­ста в зону контакта металлических частиц.

При условии получения компактного материала фторопласт заполняет все поровое пространство металлического каркаса. Объемы пор, образуемых металлическими частицами, зависят от размеров частиц и плотности их упаковки. Пористость прессовок из сферических частиц находится в пределах 25,9^47,6 %. От­сюда следует, что в порах металлического каркаса разместится 25,9^47,6 % фторопласта (по объему).

Объем одной поры, занимаемой фторопластом, определяется за­висимостью:

V = (Рфф)/«п, (2.8)

Где V - средний объем поры; V - объем материала; фф - объемное содержание фторопласта; пп - число пор в объеме материала.

Число пор в объеме зависит от размеров и упаковки металличе­ских частиц при горячем прессовании, содержания фторопласта, его распределения в объеме, давления прессования. При равномер­ном распределении фторопласта и его содержании в пределах 25,9^ 47,6 % число пор в объеме определяется:

Пп = (0,75-1,71)«м, (2.9)

Где пм - число частиц металлического порошка в объеме, которое определяется из соотношения

Им= 6У(1 - фф)/(п), (2.10)

Где йсм - средний диаметр частиц металлического порошка.

Из зависимостей (2.8), (2.9) и (2.10) средний объем выразится

У = (0,3^0,7)(фф )/(1 - фф). (2.11)

Из уравнения (2.11) средний размер частиц фторопласта пред­ставится зависимостью

Ъф = (0,83-1,1Км [Фф/(1 - Фф) ]1/3. (2.12)

Значение коэффициента выбирают в зависимости от содержания фторопласта в материалах. Меньшее значение (0,83) соответствует меньшему значению количества фторопласта и наоборот.