Что такое капролон, сфера применения этого полимера

Капролон. Виды и применение. Свойства и особенности

Капролон – это полимер на основе капролактама, являющийся конструктивным материалом для изготовления трущихся деталей. Материал поддается обработке методом сверления, шлифовки, фрезерования, при этом режется сложнее, чем прочие полиамиды. Благодаря повышенной твердости и низкому коэффициенту трения является незаменимым для изготовления частей сложных механизмов, на которые оказывается интенсивная нагрузка.

Что такое капролон

Это полимерный материал, из которого изготавливаются различные детали механизмов чаще всего методом фрезеровки или токарной обработки. В чистом виде напоминает плотный пластик белого цвета, реже с желтоватым оттенком. Производители капролона могут включать в его состав красители, поэтому фактическая расцветка материала может быть какой угодно. Однако изделия в виде заготовок обычно светлые. Цветными являются готовые отлитые детали из капролона.

Несмотря на сходство с бытовыми пластиками, материал существенно превосходит их по прочности. Его можно сравнить со сталью, при этом полимер легче, он является устойчивым к коррозии. Аналогичные детали из стали тяжелее изделий из капролона в 6-7 раз. Кроме этого полимер легко переносит ударную нагрузку, то есть, изделия из него практически не трескаются.

Капролон на 50% дешевле металлов, которые им заменяются. За счет его использования можно снизить стоимость механизма, а также уменьшить его вес. Согласно статистическим данным, изготовление детали из капролона происходит быстрее на 35%, чем ее производство из металла. В связи с этим шестеренки и прочие детали механических узлов различного оборудования преимущественно изготавливаются из данного полимера. Примером является практически любая бытовая техника.

Материал имеет очень низкий коэффициент трения. Он в 2 раза ниже, чем у пары из стали. Его применение снижает интенсивность замены трущихся механизмов и шум от их работы. В связи с этим капролон является самым распространенным материалом для изготовления легких деталей в диапазоне эксплуатации до температуры +70°C.

Физико-механические свойства материала

Капролон различной модификации имеет отличительные физические качества. В среднем его показатели следующие:

• Плотность до 1160 кг/м³
• Температура плавления до +225°C.
• Рабочая температура использования в пределах -40…+70°C.
• Предел прочности при сжатии 90 МПа и выше.
• Растяжение при разрыве до 10%.

Форма выпуска

Бóльшая доля изделий из капролона представляют собой заготовки для дальнейшего изготовления деталей методом токарной обработки или фрезеровки. Такие заготовки выпускаются в следующих форматах:

• Листы.
• Стержни.
• Бруски.

Материал в листах преимущественно используется для изготовления колец, вкладышей. Его толщина составляет от 6 до 250 мм. Преимущественно размер листов составляет 1х1 м. Стержни из капролона могут иметь различный диаметр, но обычно не толще 150-300 мм. Максимальная их длина составляет 2000 мм. Бруски могут иметь различный размер, чаще всего их изначально делают под конкретные параметры для изготовления конкретной детали.

Химические предприятия, занимающиеся выпуском капролона, также реализуют его в виде порошка. Он используется для литья. Нужно отметить, что капролон подходит для вторичной переработки. Его можно переплавить. Для этого применяются изношенные детали, а также стружка, получаемая при фрезеровке и токарной обработке. При покупке заготовок из капролона оптимально использовать первичный материал, то есть полученный методом низкотемпературной анионной полимеризации капролактама. Он прочнее, чем вторичные изделия, образованные при переплавке.

Особенности обработки

Обработка капролона выполняется инструментами, предназначенными для работы со стальными заготовками. Материал можно сверлить, фрезеровать, резать и т.д. Оптимально при обработке капролона использовать инструмент из углеродистой стали, желательно с вольфрамовыми напайками.

При хранении капролона в холоде при отрицательной температуре длительное время обработку проводить нежелательно. Необходимо выдержать заготовку в теплом помещении не менее 5 суток. Именно столько нужно, чтобы она отогрелась и приобрела нормальную эластичность. В противном случае возможно образование микро сколов, а также ускоренное изнашивание инструмента.

Положительным моментом работы с капроном является отсутствие у него недостатков пластиков. При нагреве от трения обрабатывающим инструментом он не оплавляется, и не источает дым или едкий запах. Хотя температура плавления материала сравнительно все же низкая, но не настолько, чтобы достигнуть ее за счет трения.

Виды капролона

При производстве капролона могут применяться различные технологии, в зависимости от чего отличаются конечные технические качества материала. В связи с этим желательно различать его, чтобы использовать оптимальный вид капролона под конкретную задачу.

Существуют следующие его разновидности:

• Литьевой.
• Полученный методом экструзии.
• С добавлением твердой смазки.
• С включением полиэтилена.
• Со стекловолокном.
• Жаростойкий.
• Пищевой.

Самым распространенным является литьевой материал. Его производство менее затратное, так как не нуждается в использовании редкого дорогостоящего оборудования. Изделия с добавлением твердых смазочных материалов обладают высокой износоустойчивостью. Их используют для производства деталей промышленных машин. За счет смазки капролоновые поверхности меньше затираются и создают мало шума при трении. Чаще всего в состав включается графит, за счет чего капролоновая деталь не нуждается в дополнительной смазке. В момент начала трения на ее поверхности выступает графитовая пыль, которая замедляет износ поверхности.

Материал полученный методом экструзии не рассчитан на сильный нагрев. Детали из него используются только в пределах невысоких температур, обычно до +100°C. Для более сложных условий применяется жаростойкий капролон с пределом нагрева до +259°C.

Производители занимаются выпуском капролона различных марок, химический состав которых максимально адаптирован под конкретные условия применения.

Самыми распространенными являются 4 марки: А, Б, МГ и МДМ:

• Марка А – разработана для использования в авиастроении. Отличается небольшим весом и высокой прочностью. За счет этого из нее делают детали, на которые будет оказываться серьезная динамическая нагрузка.
• Б является менее технологичной. Она используется для производства деталей для станков, автотранспорта и различного оборудования. Капролон марки Б очень прочный, изделия из него долговечные. Почти все заготовки из этого полимера представленные на рынке относятся к марке Б.
• МГ является модифицированной графитом. За счет этого материал получает антифрикционные качества Он имеет самый низкий коэффициент трения, даже ниже, чем при использовании обычного капролона в сочетании с масляной смазкой. МГ более дорогая в плане производства марка, поэтому стоимость этого материала выше средней.

• МДМ модифицирована молибденом. За счет этого материал получил диэлектрические качества. Его используют для изготовления деталей механизмов эксплуатируемых в условиях высокой вероятности возгорания взрывоопасных газов и испарений. МДМ преимущественно применяется на газодобывающих и газоперерабатывающих предприятиях.

Ближайшие аналоги

Ближайшим аналогом капролона выступает фторопласт. Это очень похожие материалы, которые во многих случаях являются взаимозаменяемыми. Однако они имеют разные технические параметры. Для капролона характерна более высокая износоустойчивость. Его в разы сложение разрезать. Изделия из него служат дольше. Однако фторопласт не уступает капролону по популярности, так как имеет более широкий температурный диапазон использования. Его температура плавления 327°C, в то время как у капролона она составляет 220-225°C. Таким образом, доступного в свободной продаже полноценного аналога капролона не существует.

Сфера использования

Область применения капролона практически не ограничена. Это прочный материал с высокой химической устойчивостью. За счет этого капролон не разрушается в сложных условиях.

Детали из него можно встретить в оборудовании и механизмах разных направлений промышленности:

• Пищевой.
• Машиностроении.
• Авиастроении.
• Энергетике.

В первую очередь из капролона делают подшипники и прочие детали скольжения. За счет низкого коэффициента трения такие изделия отличаются малым износом, что минимизирует частоту обслуживания оборудования. Из капролона делают втулки, направляющие вкладыши. Преимущественно такие детали применяются в узлах трения с нагрузкой до 20 МПа. Это обеспечивает запас прочности в 2,5 раза.

Из капролона изготавливаются шкивы и блоки для поднятия тяжестей. Согласно действующим нормативам, допускается максимальная нагрузка на подобные изделия до 30 т. Плотность и износоустойчивость материала также позволяет делать из него звездочки, шестерни и различные детали червячного механизма.

Прочность и стойкость материала к резке позволяют его использовать и для изготовления менее технологичных предметов. К примеру, из капролона делают разделочные доски для мяса, используемые на больших предприятиях. Благодаря химической стойкости материала его широко применяют в кожевенном деле для изготовления механизмов, занятых выделкой и подготовкой кожи. Детали из него не растворяются от контакта с используемыми при этом реактивами.

Особенности материала

Капролон из полиамида 6 марки известен в таких сферах как:

• • производство кожаных изделий,
• • пищевая промышленность,
• • автомобильная промышленность.

В машиностроении этот материал применяют в процессе изготовления подшипников скольжения, шестерен, шкивов.

В странах бывшего СССР этот полиамид появился только в 80-х годах. Его ценят за высокую прочность, износостойкость. Ему не страшны высокие и низкие температурные режимы.

Стержни из капролона имеют малый вес, они достаточно легкие, но и очень прочные. Вес капролона в 6 раз меньше стали. Разный диаметр стержней позволяет изготавливать различные по размеру подшипники для транспорта. Они не подвергаются окислению, имеют высокую степень скольжения. Такие характеристики капролона являются решающими в процессе производства крылаток для насосов, лопастей, натяжных роликов и т.д.

В пищевой промышленности разделочная доска из капролона па 6 считается одной из самых долговечных, так как имеет высокую прочность, легкость и практичность по уходу.

Применение капролона

Благодаря своим свойствам, капролон популярен во многих отраслях. Но наибольшее применение капролон нашёл при изготовлении электротехники, в машиностроении, судостроении и горнодобывающей промышленности.

Являясь диэлектриком, капролон не проводит электрический ток через себя, что позволяет использовать его в качестве изолятора для различных защитных элементов в электрооборудовании. Имея низкую степень коррозии и неподверженность к химическим веществам, из капролона делают катушки и клеммы, разъёмы с переключателями и т. д.

Как было сказано выше, широкую популярность капролон завоевал и в машиностроительной отрасли. Имея существенно меньший вес, чем у металла, но не прочность, капролон позволяет заметно уменьшить общую массу конструкций, что очень важно в некоторых моментах для достижения нужных технических характеристик.

Здесь, ярким примером применения капролона, могут служить такие изделия из него, как ступицы, подшипники, барабаны и многое другое.

Область применения

Хорошие прочностные и диэлектрические характеристики, износостойкость и дешевизна делают материал востребованным во многих производствах. Наибольшее распространение получил он в следующих отраслях:

• Электротехника. Тут наиболее востребованы его диэлектрические свойства. Из полиамида изготавливают изоляционные оболочки кабелей и защитные кожухи электроприборов, работающих вне помещений. Устойчивость к воздействию химических веществ и разбавленных щелочей позволяет применять материал в контакте с электролитами.
• Судостроение и машиностроение. Благодаря низкой удельной плотности полиамид способен значительно облегчать конструкции и делать их более ремонтопригодными.
• Пищевое оборудование. Изготавливаются сепараторы, шнеки, втулки, ролики, разделочные доски и другие детали производственного цикла, непосредственно контактирующие с продуктами питания.

Детали из капролона в семь раз легче деталей из стали и бронзы и способны увеличивать сроки службы оборудования.

Что такое полимеры

К полимерам относится не только капролон, но и ряд других известных материалов. Это фторопласт, полиуретан листовой и полиэтилен. Все полимеры появились в результате усовершенствования пластических масс. Это понадобилось во многих сферах – судостроении, машиностроении, чтобы заменить тяжелые и массивные детали на более легкие аналоги. А когда было замечено, что полимерные материалы показывают себя в работе даже лучше, чем металл, на них и вовсе массово перешли.

Как образуются полимеры. Пластмасса, в своем составе, обязательно должна иметь связующую часть, которая бы смогла объединить все компоненты между собой. Полимер, являясь частью пластической массы, выступает этим соединительным звеном. Некоторые материалы имеют в составе около 50-70% полимера. Но существуют и мономатериалы, которые полностью состоят из одного полимера: полиэтилен листовой, полистирол, полиамид.

Полимер, как и любой другой материал, состоит из молекул. Однако он устроен таким образом, что одна большая молекула вещества содержит миллионы меньших молекул. Все они имеют крепкую химическую связь между собой. Пластмассу относят к органическим веществам, поскольку она мономерная, образованная углеродом. Полимеры, в свою очередь, содержат в своем составе смолы и синтетические смолообразные массы, которые получают при помощи газа. Любая синтетическая смола получается благодаря процессу полимеризации и поликонденсации.

Полимеризация – процесс получения полимеров без производства побочных продуктов с использованием всех атомов мономера.

Таким способом образуется смолы:

Поликонденсация – процесс соединения нескольких мономеров, в результате взаимодействия которых, отщепляются побочные продукты реакции – вода, спирт, водород. Фенолформальдегид производится именно таким способом.

Однако химики нашли способов, чтобы создать усовершенствованные полимеры. Проведя серию исследований, они изобрели новый метод – сополимеризацию. Итог эксперимента позволил создать высокомолекулярные образцы, которые удалось наделить заданными свойствами. Соединяя между собой жесткие, но хрупкие материалы с мягкими и эластичными, создаются ударопрочные пластикаты.

Получение

Чтобы получить капролон высокой плотности, необходимо провести реакцию низкотемпературной полимеризации, в которой будут брать участие аминокапроновая кислота, щелочные катализаторы и активаторы.

Полученный материал можно развести в фенольных и крезольных растворах. Этот материал считается отменным диэлектриком.

Согласно государственному стандарту этот полиамид должен изготавливаться согласно требованиям ГОСТ 7850-86. «Капролон. Технические условия».

Характеристика

Капролон является полимерным материалом, имеющим белый цвет с небольшой желтизной, без запаха. Его оттенок часто меняется благодаря различным красителям или присадкам, добавляемые в полимер в процессе производства. Одним из основных свойств капролона считается его прочность, не уступающая стали, и широкий рабочий диапазон температур от -40 до +80 градусов. Это позволяет использовать его в разных климатических зонах или в экстремальных условиях.

Довольно часто такой полимер ассоциируют с заменителем сплавов и металлов в деталях, которые подвергаются сильному износу за счет силы трения. Благодаря антифрикционным свойствам этот материал применяют в качестве подшипников и прокладок.

Капролон является абсолютно водонепроницаемым и имеет высокий уровень коррозийной стойкости. Может довольно продолжительное время работать в следующих агрессивных средах:

• морская вода;
• щелочные растворы и разбавленные кислоты;
• горючее (керосин, бензин, дизель);
• спирты.

Обладая диэлектрическими свойствами, капролон успешно применяют при изготовлении изоляционных компонентов и электродвигателей.

Весит полимер в 6 раз меньше стали, что значительно повышает его популярность. Конструкции с деталями, изготовленными из капролона вместо железа, обладают облегченным весом, что иногда является критичным показателем. Материал подвергают всем видам механической обработки, что позволяет изготовить из него такую деталь с достаточно высоким классом точности поверхности.

Избранное

При испытании ПА 6 блочного в температурном интервале от +90 до +120°С наблюдается увеличение разрушающего напряжения при статическом изгибе
в среднем на 20-30% и снижение разрушающего напряжения при растяжении на 20-30%. Наиболее резко снижаются деформационные свойства (по материалам каталога «Полиамиды» НИИПМ НПО «ПласМеханическая обработка пласПолиамиды» НИИПМ НПО «Пластмассы», Черкассы, 1983).

Капролон — полиамид-6-блочный — это высокопрочный полимерный материал

цвета слоновой кости (может иметь любой цвет, в зависимости от добавляемого пигмента), без запаха, ударопрочный, устойчивый к истиранию, а также минеральным кислотам и щелочам. Капролон имеет очень широкий спектр применения:

• Машиностроение. Заменитель бронзы: подшипники скольжения, втулки, шестерни, шкивы, и т.д,
• Кожевенная промышленность.
• Пищевая промышленность.

Изделия из капролона легко поддаются механической обработке.

Капролон сравнительно молод полимерный материал: в российской и зарубежной промышленности он применяется чуть больше тридцати лет.

Капролон маслонаполненный — OFN (цвет чёрный)

Капролон маслонаполненный OFN — самосмазывающийся материал для изготовления элементов узлов механизмов, работающих без смазки. Материал по сравнению с чистым капролоном (полиамидом 6 блочным) имеет ряд преимуществ. Для него характерны:

• Повышенные износостойкость и сопротивление абразивному трению
• Улучшенные коэффициент трения и характеристики прилипания/скольжения
• Постоянство характеристик трения в процессе службы изделия
• Превосходные механические свойства
• Термо- и химическая устойчивость
• Хорошая стабильность размеров

Капролон OFN содержит добавки, которые обеспечивают непрерывное самосмазывание рабочих поверхностей деталей из этого материала. При использовании этой модификации капролона уменьшаются затраты на обслуживание механизмов, улучшается их эффективность, бесшумность работы и увеличивается ресурс эксплуатации.

Маслонаполненный полиамид — это альтернативный выбор в тех случаях, когда обычный литой полиамид 6 (капролон) не может работать из-за повышенных температур в результате трения или когда существует необходимость постоянного наличия смазки.

Капролон OFN также обеспечивает изделиям:

• более низкое водопоглащение
• лучшую размерную стабильность
• снижение допусков при проектировании

Постоянство свойств за всё время службы изделия достигается за счёт однородного распределения смазки внутри материала. Износостойкость, коэффициент трения и эффект скольжения/прилипания маслонаполненного капролона OFN значительно выше по сравнению с сортами литого полиамида 6, не содержащими масла, при одновременном сохранении превосходных механических, тепловых и электрических свойств.