Капролон, фторопласт, POM или полиуретан: материал для узла

Сначала описывают отказ, которого нужно избежать: заклинивание от изменения размера, быстрый абразивный износ, перегрев, холодное течение, разрушение от удара или химии. После этого сравнивают конкретные марки и документы.

Сводная матрица

Критерий	PA6 / капролон	PTFE / фторопласт	POM / полиэталь	Эластичный полиуретан
Типичная жёсткость	Жёсткий конструкционный пластик	Мягче и склоннее к ползучести	Жёсткий и размерно стабильный	Эластомер разной Shore A
Трение	Хорошее для многих пар, зависит от марки	Очень низкое у подходящей марки	Хорошее скольжение и обработка	Не основной выбор для жёсткой втулки
Влага	Поглощает, размеры меняются	Водопоглощение очень низкое	Обычно стабильнее PA6	Зависит от химии полиуретана
Химическая стойкость	Проверять по веществу	Часто очень высокая	Ограничена для ряда сильных сред	Сильно зависит от рецептуры
Ползучесть	Есть, учитывать нагрузку и нагрев	Выраженная без наполнения	Обычно ниже PTFE	Деформируется как эластомер
Удар и демпфирование	Хорошие у подходящей марки	Мягкость, но невысокая жёсткость	Жёстче, удар зависит от марки	Сильное демпфирование и упругость
Типичные формы	Лист, стержень, втулка	Лист, стержень	Лист, стержень	Лист, рулон, стержень

Это качественная карта, а не таблица допустимых нагрузок. Числа берут из паспортов одной температуры и сопоставимых методов испытания.

Когда выигрывает капролон PA6

PA6 часто рационален для роликов, шестерён, опор и направляющих, где нужны износостойкость, прочность и умеренная масса. Он хорошо обрабатывается, доступен в крупных заготовках и имеет модификации для скольжения.

Слабое место — зависимость размеров от влаги. В мокром узле зазор проектируют с учётом кондиционирования. Для пары скольжения считают давление, скорость и тепловыделение. Полное руководство находится в статье о свойствах и выборе PA6.

Когда рассматривают PTFE

PTFE известен низким трением и высокой стойкостью ко многим химическим средам. Он подходит для уплотнений, направляющих и деталей, где важна химическая инертность. Но ненаполненный фторопласт заметно ползёт под длительной нагрузкой и значительно мягче многих конструкционных пластиков.

Для нагруженной втулки могут понадобиться наполненные марки, металлическая обойма или ограничение деформации. Нельзя заменить PA6 на PTFE с теми же размерами, не проверив давление, зазор и фиксацию.

Когда лучше POM

POM выбирают для точных шестерён, защёлок, втулок и направляющих, где важны жёсткость, чистая мехобработка и меньшая чувствительность размеров к влаге по сравнению с PA6. Это не делает его универсально более износостойким или химически стойким.

При выборе проверяют тип полиэталя, температуру, удар, химическую среду и требования к горючести. Для крупной заготовки также важна доступность нужного сечения.

Когда нужен полиуретан

Полиуретан — выбор для эластичного ролика, скребка, амортизатора, футеровки или накладки, которая должна прогибаться и возвращать форму. Твёрдость Shore A не переводится напрямую в модуль PA6 или POM. Даже твёрдый полиуретан остаётся другим классом материала.

Подбор толщины, твёрдости и массы разобран в статье о листовом полиуретане. Для химии проверяют конкретную рецептуру: полиэфирные и полиэстерные системы могут по-разному переносить воду и масла.

Пример: втулка скольжения

Исходные данные: вал 30 мм, сила 1800 Н, длина втулки 40 мм, 200 об/мин, периодическая работа во влажной среде.

Среднее давление:

p = 1800 / (30 × 40) = 1,5 МПа.

Скорость:

v = π × 0,03 × 200 / 60 ≈ 0,314 м/с.

pv ≈ 0,47 МПа·м/с. Этого недостаточно для выбора. Далее:

• для PA6 проверяют воду, изменение размера и pv марки;
• для PTFE — ползучесть и необходимость наполнителя;
• для POM — допустимый pv, износ и среду;
• полиуретан рассматривают лишь при особой эластичной функции, а не как прямую жёсткую замену.

Испытание пары с фактическим валом часто полезнее сравнения рекламных коэффициентов трения.

Пример: ролик конвейера

Если ролик должен сохранять точную геометрию и нести зубчатый профиль, первыми кандидатами будут PA6 или POM. Если он должен поглощать удар, не повреждать продукт и иметь эластичный контакт, рассматривают полиуретан. PTFE может дать низкое трение, но обычно не нужен как массивный упругий обод.

В задании указывают диаметр, ширину, нагрузку, скорость, твёрдость поверхности, допустимое проскальзывание, температуру и очистку. Материал ступицы и способ соединения с ободом так же важны, как полимер.

Химическая среда

Ensinger в руководстве по химической стойкости подчёркивает зависимость от температуры, концентрации, времени и механической нагрузки. Даже стойкий образец может растрескаться при совместном действии реагента и напряжения.

Порядок проверки:

1. перечислить все рабочие и моющие вещества;
2. задать концентрацию и температуру;
3. определить постоянный, периодический или аварийный контакт;
4. найти данные конкретной марки;
5. испытать образец и соединение, если риск высок.

Температура и тепловое расширение

Сравнивайте длительно допустимую температуру под нагрузкой, а не плавление. Разные материалы расширяются по-разному относительно стального корпуса. Зазор, который работает холодным, может исчезнуть после нагрева или набухания PA6.

Для точной сборки рассчитывают диапазон размеров во всех состояниях. Крепёж не должен полностью блокировать тепловое перемещение длинной пластиковой направляющей.

Производство и стоимость

Стоимость детали включает не только цену килограмма. PA6 и POM хорошо точатся, PTFE может требовать поддержки из-за мягкости, полиуретан — иной геометрии инструмента и фиксации. Сравнивают доступный полуфабрикат, отход и время обработки.

Массу PA6 можно проверить по формулам для листа, стержня и втулки. Если нужные свойства даёт модификация, используйте сравнение PA6-МГ и маслонаполненного капролона.

Алгоритм окончательного выбора

Шаг	Вопрос
1	Деталь должна быть жёсткой или эластичной?
2	Каковы сила, скорость, цикл и удар?
3	Есть ли вода, химия, абразив или УФ?
4	Какие постоянная и пиковая температуры?
5	Какой зазор допустим при всех состояниях?
6	Какие документы и специальные допуски нужны?
7	Можно ли испытать прототип в реальном узле?

Капролоновые заготовки как отправная точка