Превосходные свойства современных полимеров позволяют широко использовать их в качестве замены дорогостоящим металлам. Они не только прочны и устойчивы к различным коррозионным воздействиям, но и обладают небольшим весом, а значит, с их помощью нагрузки на конструкции заметно снижаются. Один из наиболее востребованных в промышленности материалов – капролон, или полиамид-6 (РА-6).
Этот полимер используется в различных отраслях более тридцати лет. За это время он показал себя с самой лучшей стороны как альтернатива стали, бронзе и некоторым другим металлическим сплавам. Это белый или слегка желтоватый плотный материал, внешне имеющий определённое сходство с фторопластом. По прочности он сравним со многими сортами стали, но обладает существенно меньшей удельной плотностью, а значит, более лёгкий. В числе его преимуществ – безукоризненная влагостойкость и химическая инертность к большинству агрессивных реагентов.
Из капролона производят:
Под названием «капролон» этот материал широко известен в нашей стране, но за рубежом чаще используется термин «полиамид-6» (сокращённо РА6), а также коммерческие наименования Tecamid, Ultralon, Ertalon, Teсast, Neylon и др. Все перечисленные наименования подразумевают один и тот же полимер. Химическая промышленность выпускает его в виде прямоугольных листов разных размеров, кругов, стержней, труб, а также в других формах, удобных для механической обработки, изготовления деталей и конструкционных элементов.
Как производят капролон
Наиболее экономическим выгодным промышленным методом получения капролона (ПА-6) сегодня является анионная полимеризация капролактама. Сырьё подвергается обработке в виде расплава или гранул, после чего по желанию заказчика в полимерную массу может быть добавлен красящий пигмент. Процесс протекает в соответствии с ГОСТ 7850-86. Помимо пигментов, существуют и другие добавки, придающие материалу определённые дополнительные свойства. Наиболее востребованы графитонаполненные и маслонаполненные модификации капролона. При изменении технических условий производства возможны небольшие различия в физико-механических характеристиках материала, что обязательно следует учитывать при оформлении заказа.
Виды капролона
ООО «Судопластсервис» предлагает к реализации полимерный материал собственного производства — капролон (полиамид 6 блочный).
Применение: предназначен для изготовления изделий конструкционного и антифрикционного назначения с помощью механической обработки.
Цвет: от светло-желтого до кремового.
Устойчив к воздействию: углеводородов, масел, спиртов, эфиров, щелочей и слабых кислот. Растворяется в фенолах, концентрированных минеральных кислотах, муравьиной и уксусной кислотах.
При нормальных условиях нетоксичен, не оказывает вредного воздействия на организм человека. При механической обработке капролона разложения материала не происходит и вредные вещества не выделяются.
Полиамид 6 блочный модифицированный углеродом, полученным с использованием нано технологии. КФМ применяется для изготовления деталей конструкционного и антифрикционного назначения, подверженных воздействию естественной атмосферной радиации.
Цвет: от темно-серого до черного
Устойчив к воздействию: углеводородов, масел, спиртов, кетонов, эфиров, щелочей, и слабых кислот
Свойства полиамида-6
Одна из важных характеристик капролона – достаточно высокая термостойкость. Согласно ТУ 2006 года, детали и конструкции могут эксплуатироваться при температуре до +120°С, а при кратковременном воздействии до +170°С. Нижний температурный предел материала составляет -60°С. Для полимеров, изготавливаемых по ТУ 2012 года, диапазон температур сужен от -40°С до +70°С.
Термостабильность капролона удачно сочетается с его химической инертностью. Материал не подвержен коррозии, не разрушается при взаимодействии со слабоагрессивными реагентами, а также с пресной и морской водой. Отсутствие пор обеспечивает нулевую влаго- и паропроницаемость. В составе полимера отсутствуют вредные для здоровья и токсичные соединения, он не оказывает негативного воздействия на живые организмы и окружающую среду. Не повреждается растворами кислот и щелочей, не вступает в реакцию с углеводородными продуктами – маслами, бензином и керосином. Однако не следует допускать контактов капролона с некоторыми видами спиртов, фенолами и концентрированными кислотами, так как это приводит к разрушению структуры полимера.
Капролон является диэлектриком, т.е. не проводит электрический ток, что позволяет использовать его в качестве изолятора для кабельной продукции, контактных групп и токопроводящих узлов. Он не поддерживает горение и плавится при температуре свыше 220°С.
Физико-механические свойства капролона
- плотность – в пределах 1,145 – 1,16 г/см;
- механическая прочность – от 80 до 90 МПа;
- увеличение длины при растяжении – 20% и более;
- поглощение влаги – в пределах 0,3 – 2%;
- теплопроводность – в пределах 0,26 – 0,35 Вт/м на 1°C;
- диэлектрическая прочность – в пределах 20 – 25 кВ/мм.
Показатели варьируют в указанных границах в зависимости от технических условий, используемых предприятием-производителем, а также от марки капролона.
Превосходные технические характеристики позволяют использовать капролон для изготовления деталей оборудования, заменяя ими аналоги из стали и бронзы. Эти детали не только не уступают металлическим, но по ряду показателей даже превосходят их, существенно повышая срок службы и надёжность техники.
Свойства капролона
| Плотность | кг/м3 | 1180 |
| Температура плавления | °С | 150 |
| Максимальная допустимая рабочая температура на воздухе (без нагрузки) в течение короткого периода (4 часа) непрерывно в течение 5000 часов | °С | 120 80 |
| Минимальная допустимая рабочая температура на воздухе | °С | -30 |
| Температура размягчения при изгибе при напряжении 1,8 МПа | °С | 80-100 |
| Разрушающее напряжение при растяжении | МПа | 70-85 |
| Относительное удлинение | % | 10-25 |
| Напряжение при относительной деформации сжатия 25% | МПа | 130-150 |
| Водопоглащение за 24 часа | % | 1,5-2,0 |
| Коэффициент теплопроводности при комнатной температуре | Вт/м. град | 0,29 |
| Средний коэффициент линейного теплового расширения на 1°С в интервале температур: (от - 40 до 20°С) от - 50 до 0°С (от 20 до 60°С) от 0 до + 50°С (от 60 до 90°С) | 6,6 *10-5 9,8 *10-5 | |
| Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 10бГц | 0,015- 0,025 | |
| Диэлектрическая проницаемость при 10бГц | 3,0-3,3 | |
| Электрическая прочность | КВ/мм | 30-35 |
| Коэффициент трения по стали | 0,2-0,3 | |
| Содержание экстрагируемых веществ | % | 2-4 |
| Твердость при вдавливании шарика | МПа | 120-140 |
| Твердость по Бринеллю | МПа | |
| Абразивный износ | мг/м3 | |
| Изгибающее напряжение при величине прогиба 1,5 толщины образца | МПа | 90-110 |
Преимущества капролона
Полиамид-6 обладает множеством бесспорных достоинств, которые обеспечивают ряд преимуществ при использовании деталей из него в технических устройствах. В их числе:
- небольшой вес, в 6-7 раз меньший, чем вес металлических деталей того же типоразмера, что позволяет облегчить общий вес конструкции, снизить нагрузки, уменьшить потребление топлива в авиации, судостроении и других отраслях;
- устойчивость к коррозии, позволяющая длительное время использовать детали и узлы в агрессивных средах;
- износостойкость, в 5 раз более высокая, чем у аналогов из металла, что обеспечивает более длительный срок службы;
- невосприимчивость к УФ-излучению, обеспечивающая возможность эксплуатации под открытым небом;
- устойчивость к истиранию, невысокий коэффициент трения, что вкупе с модифицирующими добавками (маслом, графитом) позволяет изготавливать из капролона качественные, износостойкие подшипники, втулки и другие элементы скольжения, работающие без добавления смазки;
- экологичность, отсутствие вреда для окружающей среды, поскольку материал не содержит токсичных добавок и не выделяет вредных веществ при нагреве в пределах диапазона рабочих температур;
- прочность на разрыв и изгиб, что позволяет конструкционным элементам выдерживать высокие механические нагрузки;
- лёгкость обработки, в том числе резки, фрезеровки, шлифовки и т.д., благодаря чему изготовление деталей занимает примерно на треть меньше времени, чем из металла, а также требует намного меньше усилий;
- вязкость, упругость, что обеспечивает высокую стойкость к ударным нагрузкам и вибрации, так как сила механических воздействий поглощаются материалом без деформации и разрушения деталей;
- шумопоглощение, как следствие вышеперечисленных свойств;
- невысокая стоимость, существенно более низкая, чем у аналогичных деталей из металла.
Совокупность перечисленных свойств приводит к тому, что при изготовлении множества деталей и узлов для различных механизмов, устройств и оборудования всё чаще используют капролон, заменяя им стальные, бронзовые и латунные элементы.
Особенности обработки материала
Для изготовления деталей из капролоновых заготовок можно использовать те же инструменты и станки, что и при работе со сталью или другими металлами. Полимерный материал превосходно режется, фрезеруется, поддаётся сверлению и токарной обработке. Как правило, для этого применяют инструменты из углеродистых сталей с вольфрамовыми напайками.
Если капролон длительное время хранился при низкой температуре, необходимо вначале не менее пяти суток выдержать его в комнатных условиях. В противном случае он становится слишком хрупким и при обработке может образовывать микроскопические сколы и трещины, существенно снижающие срок службы деталей.
В процессе механической обработки, связанной со скоростными движениями инструмента, материал нагревается. Однако при этом не происходит его плавления и образования едкого дыма. Этим капролон выгодно отличается от прочих пластиков.
Марки капролона
В настоящее время промышленность предлагает следующие разновидности капролона (полиамида-6), различающиеся по набору свойств и технических характеристик.
Литьевой — в производстве используется дешёвый и простой метод литья, что позволяет быстро изготавливать большое количество несложных деталей, не требующих высокой точности в размерах.
Экструдированный — это полимер с относительно невысокой термической стойкостью. Детали не рассчитаны на сильный нагрев и должны эксплуатироваться при температурах не выше 100°С.
Жаростойкий — может эксплуатироваться при температурах до 220°С.
Пищевой — материал высокой чистоты, отвечающий жёстким гигиеническим требованиям, предъявляемым к оборудованию в пищевой промышленности.
Области применения капролона
Отличные физико-механические хаарактеристики позволяют использовать капролон практически во всех сферах промышленного производства, а также в быту, в медицине, строительстве и т.д. Самые востребованные направления:
- авиастроение – полимер ценится за сочетание высокой прочности с низким удельным весом, что позволяет уменьшить общую массу аппаратов;
- судостроение – минимальные показатели водопоглощения и стойкость к солёной воде обеспечивают повышенную долговечность поршней, клапанов и других узлов;
- машиностроение – из капролона изготавливают подшипники, втулки, валы и другие детали, которые долгое время работают в условиях трения и при этом не требуют регулярной смазки;
- электротехника – полимер незаменим там, где нужна изоляция, способная работать в постоянном соприкосновении с электролитами или в условиях высокого риска электрохимической коррозии, а также используется для изготовления кабельной изоляции, электроизолирующих кожухов и оболочек;
- горнодобывающая промышленность – из капролона изготавливают валы, ролики и другие детали транспортёров, способные долгое время работать в условиях постоянной вибрации и высоких механических нагрузок;
- пищепром и сельское хозяйство – поскольку капролон нейтрален, не изменяет состав и вкус продуктов, то из него изготавливают валы, шнеки, бункеры, баки и другие конструкционные элементы, непосредственно контактирующие с продуктами питания;
- здравоохранение – безопасность и химическая нейтральность делают капролон незаменимым для изготовления элементов медицинского и фармацевтического оборудования, имплантов, расходных медицинских материалов.
Сфера применения капролона с каждым годом неуклонно расширяется, поскольку великолепный набор свойств материала обеспечивает преимущества его применения практически в любых отраслях. Всё чаще его используют в мебельной фурнитуре для производства роликов, в наружной рекламе при изготовлении конструкций, в строительстве и дизайне, при производстве бытовой техники и т.д. Это чрезвычайно перспективный материал, потенциал которого ещё не раскрыт в полном объёме.