Развитие промышленности невозможно без совершенствования технологического процесса и получения совершенно новых, сложных материалов, совмещающих в себе положительные характеристики более простых веществ. Как правило, это требует изучения и освоения новых технологий синтеза веществ на молекулярном уровне. Ярким примером служат два технически передовых вида полимера: фторопласта и капролона.
Для лучшего понимания преимуществ обоих материалов стоит разобрать характеристики и сравнить капролон и фторопласт между собой. Данная информация поможет сделать правильный выбор полимера для выполнения конкретных задач.
Общие свойства
Фторопласт и полиамид (капролон) – синтетические полимеры, которые отличаются высокой прочностью и твердостью. Эксплуатационные свойства позволяют использовать их в качестве конструктивных материалов для изготовления деталей, которые ранее производились из металла. Это разнообразные втулки, прокладки, проставки, пары трения, манжеты, подшипники, ролики, колеса, шестерни, поршневые кольца, а также электроизоляционные элементы. Таким образом, фторопластом или капролоном во многих случаях можно заменить сталь и цветные сплавы. Они востребованы во всех отраслях промышленности и обладают такими общими преимуществами перед металлами:
- малый вес;
- низкая стоимость (как в плане производства/закупки, так и во время эксплуатации, когда проявляется экономия на ремонте и обслуживании изготовленных деталей);
- простота обработки;
- устойчивость к коррозии;
- отличные электроизоляционные свойства;
- хорошее взаимодействие с синтетическими и органическими смазками, способность работать в подвижных соединениях вообще без смазки.
Отличия
Как видно из таблицы по внешнему виду капролон или фторопласт практически не имеют отличий, однако по физико-механическим свойствам они имеют достаточно существенные отличия. Поэтому при выборе полимера следует обращать внимание на следующие критерии:
- Механическая прочность и твердость;
- Электроизоляционные свойства;
- Стойкость к истиранию и износу;
- Величину коэффициента трения скольжения.
По прочностным характеристикам капролон крепче фторопласта, однако несколько уступает ему по твердости и обрабатываемости. Капролон более стоек к истиранию и износу и лучше работает в условиях долговременных нагрузок. Электроизоляционные свойства материалов отличаются незначительно.
Также стоит обратить внимание и на стоимость материалов. Цена капролона составляет от 250 руб. за 1 кг, а фторопласта – от 500 руб. Таким образом, в сравнении капролона и фторопласта и выбора — какой материал лучше, отталкиваемся от следующих критериев: для работы в тяжелых условиях и механизмах с повышенным износом деталей предпочтительнее использовать капролон, а в условиях действия химически агрессивных сред и повышенных температур лучше себя показывает фторопласт.
Как отличить капролон от фторопласта
Внешне эти полимеры очень похожи. Детали из капролона и фторопласта гладкие и твердые, в неокрашенном виде обладают светлым цветом. Но отличия все же можно найти, и мы приводим их в таблице.
| На что обратить внимание | Фторопласт | Капролон (полиамид) |
| Цвет | Снежно-белый, однородный, плотный (абсолютно непрозрачный, кажется, будто материал окрашен в массе белой краской) | Цвет «теплый», ближе к кремовому (выглядит, как неокрашенный материал неопределенного, натурального оттенка) |
| Каков материал на ощупь | Очень гладкий, скользкий (напоминает твердое сухое мыло) | Гладкий, но не скользкий |
| Звук, издаваемый деталью, если по ней постучать | Глухой | Звонкий |
| Попробуйте поцарапать поверхность, надавить на нее ногтем | Остается след от надавливания, поверхность легко царапается | Более твердый – его трудно поцарапать, следы от надавливания не остаются |
Еще проще отличить два материала, если есть возможность сравнить вес двух одинаковых по размеру деталей. Дело в том, что фторопласт более чем в два раза тяжелее капролона.
Полиуретан
Это полимер, обладающий высокой эластичностью и вязкостью. Он упругий. Его некоторые виды растягиваются до размеров, которые во много раз превышают первоначальный, а затем с легкостью принимают прежнюю форму.
Полиуретан в химической формуле содержит молекулы замещенной и/или незамещенной уретановой группы, а также многие другие соединения.
От строения, химического состава, длины полиуретановой цепи зависят свойства этого вещества. Он бывает вязкой жидкостью, пластичным или кристаллическим твердым веществом. Иметь свойства резины или жесткого пластика.
Его свойства:
- Хорошо выдерживает силовые нагрузки, механическую обработку.
- Устойчив к температурным перепадам, выдерживает – 60 оС и + 80 оС.
- Не проводит электричество.
- Высокоэластичен.
- Не разрушается под воздействием озона, кислот, масел, растворителей.
- Износоустойчив.
Полиуретан используют для производства конструкционных, изоляционных, антифрикционных деталей в разных отраслях промышленности. Входит в состав клея, лакокрасочных изделий, герметиков. Это сырье для производства деталей оборудования, машин, втулок, спортивных шин. Листы, втулки, стержни – основные формы твердых полиуретановых изделий.
Преимущества фторопласта
Фторопласт – термопласт из фторпроизводных этилена с высоким содержанием фтора. Именно фтор придает полимеру уникальную устойчивость к агрессивным органическим и неорганическим соединениям, экстремальным температурам и давлениям. Основные плюсы материала:
- Химическая инертность (в том числе к кислотам и растворителям).
- Полная безвредность и совместимость с тканями организма, что позволяет использовать его в медицине (в производстве оборудования, инструментов, протезов).
- Низкий коэффициент трения, благодаря чему из фторопласта получаются долговечные и не требующие дополнительной смазки узлы подвижных соединений.
- Гидрофобность, малая газопроницаемость.
- Высокая электрическая прочность, диэлектрические свойства, стойкость к воздействию радиации.
- Механическая прочность, износоустойчивость.
- Исключительная термостойкость, низкий коэффициент теплопроводности (чтобы материал начал нагреваться, надо разогреть среду до +300 °С).
- Негорючий, самозатухающий.
- Легко обрабатывается механическим способом (шлифовкой, резкой, сверлением, фрезеровкой), в том числе вручную.
Откуда взялось?
Фторопласт – это соединение, которое впервые удалось изготовить в далеком 1938 году. Автором изобретения считается Рем Планкетт. В настоящее время слова «фторопласт» и «тефлон» используются как синонимы. Инженеры Советского Союза смогли создать такое же соединение в период Второй мировой войны. В то время трубка из фторопласта была большой ценностью: материал выдавали на строго ограниченные цели и только в небольших количествах. Каждая такая процедура требовала подтверждения со стороны представителей специальной службы безопасности.
В наши дни фторопласт листовой (а также в иных формах) представляет собой очень распространённый материал, обширно применяемый для достижения самых разных целей. Доступ к нему больше ничем не ограничен (кроме, конечно, цены).
Преимущества капролона
Полиамид – полимер, состоящий из мономеров с амидными группами (производится из капролактама). Его главное преимущество – долговечность: детали из капролона служат дольше, чем аналогичные элементы из стали или бронзы. Другие плюсы материала:
- Высочайшая механическая прочность. Износостойкость несколько ниже, чем у фторопласта.
- Устойчивость к химическим воздействиям и коррозии, к влиянию влаги и атмосферных факторов.
- Капролон не выделяет токсичных веществ, поэтому широко используется в пищевом оборудовании.
- Низкий коэффициент трения (ниже, чем у фторопласта), который усиливается способностью к «самосмазыванию» при трении капролоновых деталей.
- Хорошие теплоизоляционные и электроизоляционные характеристики.
- Термостойкость – не теряет эксплуатационных свойств до +140 °С и отлично переносит перепады температур.
- Также хорошо поддается механической обработке (резка, сварка, склейка). Но вручную его формовать очень трудно, нужно использовать фрезеровальные или сверлильные станки.
Способы изготовления
Полимер производится несколькими методами, в зависимости от используемого способа полимеризации. В состав мономера вводится фтор и прочие соединения. Осуществляется пиролиз, предполагающий нагрев углеводородов с галогенами. Процесс разрушает длинные цепочки и создает новые соединения, вступающие в реакцию с фтором. Дальнейший синтез осуществляется с использованием радикальной полимеризации, сополимеризации или полимеризации на инициирующем носителе.
Стоимость материала зависит от марки и технических характеристик. Покупка оптом обходится дешевле.
Источник
Марки и формы выпуска
Самая популярная марка фторопласта – фторопласт-4. Это универсальный материал с лучшими диэлектрическими и механическими свойствами, а также с максимальной температурной стойкостью. Дополнительно его свойства улучшают добавлением различных наполнителей.
Менее популярный фторопласт-3. Его химическая и термическая устойчивость несколько ниже, зато он прочнее и тверже фторопласта-4. Фторопласт-3 можно расплавить для изготовления деталей нужной формы. Он отлично переносит низкие температуры.
Реже используются такие марки фторопласта:
- Фторопласт-40 (повышенная ударопрочность и химическая устойчивость).
- Фторопласт 4-Д (повышенные диэлектрические показатели, термостойкость).
- Фторопласт Ф-4К15М5 (пониженный коэффициент трения, высокая износостойкость).
- Фторопласт 4-Ф К20 (повышенная износостойкость, идеальное решение для изготовления элементов подвижных соединений).
Капролон известен под названием полиамид 6 (ПА 6). Его также производят в модификациях ПА 6-МГ и ПА 6-МДМ, которые несколько различаются эксплуатационными характеристиками. Главные отличия марки ПА 6-МГ – более широкий диапазон коэффициента относительного удлинения, повышенная твердость, низкая ударная вязкость и высокая теплопроводность. ПА 6-МДМ отличается сниженным коэффициентом линейного теплового расширения.
Фторопласт и капролон получают в виде порошковых полуфабрикатов после полимеризации мономеров. Далее порошок расплавляют, добавляют катализаторы, отвердители и присадки. Из расплава производят заготовки или готовые изделия путем экструзии или литья. Выпускаются материалы в виде листов, стержней, блоков.
Изготовление фторопластовых изделий
Чтобы из порошка получить готовые изделия или заготовки (пластины, втулки, стержни), используют:
Экструзионный способ позволяет производить более длинные заготовки (до 5 м), тогда как размеры прессованных изделий ограничены размерами пресс-форм.
Фторопластовые заготовки в дальнейшем обрабатывают механически (на металлорежущем, фрезеровочном, шлифовальном оборудовании). Таким образом изготавливают разнообразные детали и элементы машин, механизмов конструкций – от конструкционных и опорных элементов до подшипников, уплотнительных прокладок, манжет, изолирующих вкладышей и пр.
Характеристики материалов: сравнительная таблица
| Свойства | Фторопласт | Капролон |
| Плотность | 2100–2200 кг/м куб. | 1150–1160 кг/м куб. |
| Рабочая температура | -269…+300 °С | -40…+100 °С (кратковременно -100…+170 °С) |
| Температура плавления | 327 °С (переход в текучее состояние) | 220–225 °С |
| Коэффициент теплопроводности | 0,25 Вт/м×°С | 0,3 Вт/м×°С |
| Стойкость на сжатие | До 700 МПа | До 2100 МПа |
| Предел прочности при растяжении | 20–30 МПа | 80–90 МПа |
| Предел прочности при сжатии | 12–15 МПа | 100–110 МПа |
| Относительное удлинение при разрыве | 350 % | 600 % |
| Твердость по Бринеллю | 30–40 МПа | 160–180 МПа |
| Сопротивление ударным нагрузкам | До 10 МПа | До 14 МПа |
| Предел текучести | 11–14 МПа | 70–80 МПа |
| Гигроскопичность за 24 часа | 0 % | 1,5–2 % |
| Гигроскопичность максимальная | 0 % (не впитывает даже водяной пар) | 6,0–7,0 % |
| Электрическая прочность | 50 кВ/мм | 30–35 кВ/мм |
| Диэлектрическая проницаемость при частоте 1 МГц | 0,002 | 3,3 |
| Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1 МГц | 0,2–03 | 0,015–0,025 |
| Удельное поверхностное электрическое сопротивление | не менее 1017 Ом | 1×1012–1×1013 Ом |
| Удельное объемное электрическое сопротивление | 1×1017–1×1020 Ом×м | 1×1013-1×1014 Ом×м |
| Коэффициент трения скольжения по стали в смазке | 0,02 | 0,06 – 0,08 |
| Коэффициент трения скольжения по стали без смазки | 0,02 | 0,2 – 0,3 |
| Стойкость к истиранию | высокая | очень высокая |
| Горючесть | Не горит | Горит |
Подведем итоги
Особенности обоих полимеров определены химическим составом и особенностями технологии производства. Меняя температуру химических реакций, состав реагентов, виды катализаторов, давление, способ производства, получают капролон и полиуретан с различными свойствами.
Главное направление применения капролона – изготовление изолирующих компонентов и деталей в движущихся механизмах. Благодаря отличным антифрикционным свойствам, инертности ко многим агрессивным средам, детали из капролона превосходят аналоги из стали и металлических сплавов в 1,5-2 раза по устойчивости к износу деталей, коррозии, изменению температур. Они дешевле и легче металла, лучше притираются в механизмах, не требуют смазки. Коэффициент трения по стали ниже чем, у полиуретана в 1,5-2 раза. Поэтому износ капролоновых деталей меньший, чем полиуретановых.
Полиуретан более универсальный по применению полимер, чем капролон: от деталей механизмов до спортивного инвентаря и медицинских принадлежностей. Имеет много разновидностей, марок. Производится не только в твердой форме, но и в жидкой. Имеет широкий диапазон рабочих температур. Сохраняет свойства при постоянно низких или высоких температурах воздуха. Пластичен, при растяжении полностью восстанавливает первоначальную форму.
