Види поліамідного кріплення. Його властивості та застосування
Види поліамідного кріплення. Його властивості та застосування
В останні роки набирає популярності кріплення з синтетичних полімерних матеріалів, витісняючи традиційне сталеве. Повнорізьбові шпильки, болти, гайки, дюбелі з поліаміду за багатьма показниками не поступаються металевим аналогам, а нерідко перевершують їх. Не піддаються корозії, не руйнуються під впливом агресивних середовищ, застосовуються там, де неприпустима електропровідність, потрібна делікатність при монтажі або контакт з харчовими продуктами та ліками.
Матеріали для виготовлення кріпильних виробів із пластику
Для виробництва кріплення використовуються три основних типи пластмас: поліетилен, поліпропілен і поліамід. Практично за всіма ключовими параметрами поліаміди є найбільш підходящим матеріалом для кріпильних виробів серед пластмас.
|
Тип пластика |
Плотность |
Рабочая t° |
Прочность на разрыв |
Характеристики |
Применение для крепежа |
|
Полиэтилен (ПЭ) |
0,94–0,96 г/см³ |
–50…+80°C |
20–35 МПа |
Гибкий, химически стойкий, хороший изолятор, устойчив к истиранию |
Неответственные соединения внутри помещений |
|
Полипропилен (ПП) |
0,91 г/см³ |
–20…+100°C |
30–40 МПа |
Лёгкий, жёсткий, стоек к кислотам, щелочам, маслам |
Влажные и химически активные среды, внутри помещений |
|
Полиамид 6 (ПА6, нейлон-6) |
1,13 г/см³ |
–40…+80°C |
80–85 МПа (сухой) / 30–35 МПа (влажный) |
Высокая прочность, износостойкость, диэлектрик, слабо магнитен |
Лёгкие и средние нагрузки, наружные и внутренние работы |
|
Полиамид 6.6 (ПА6.6, нейлон-6.6) |
1,14 г/см³ |
–20…+80°C |
85–90 МПа (сухой) |
Жёстче ПА6 на 12%, термостойкий, маслобензостойкий, меньше водопоглощение |
Высокие механические нагрузки, ОВиК, фасадные системы |
|
Полиамид 12 (ПА12) |
1,01–1,04 г/см³ |
–60…+80°C |
50–60 МПа |
Максимальная ударопрочность при морозе, морозостойкость, водостойкость |
Шахтный крепёж, трубопроводы, погружные насосы |
Технічні характеристики поліаміду ПА6
Поліамід 6 (ПА6, капролон, нейлон-6) — основний матеріал для більшості пластикового кріплення. Торгові марки поліамідів — капролон, нейлон, анід — належать до «інженерних полімерів» з високими експлуатаційними властивостями. Відповідно до стандарту DIN 34810 міцність на розрив становить 80–85 МПа у сухому стані.
|
Властивість |
Значення / опис |
Примітка |
|
Міцність на розрив (сухий) |
80–85 МПа (за DIN 34810) |
При насиченні вологою знижується до 30–35 МПа |
|
Температурний діапазон |
–40°C до +80°C |
Короткочасно до +100°C |
|
Щільність |
1,13 г/см³ |
Легший за сталь у 6–7 разів |
|
Водопоглинання |
2,5–3,5% (при 100% вологості) |
Знижує міцність — враховувати при зовнішньому застосуванні |
|
Діелектрична міцність |
30–35 кВ/мм |
Відмінний електроізолятор |
|
Коефіцієнт тертя (сухий) |
0,2–0,4 |
Може працювати без мастила у вузлах тертя |
|
Хімічна стійкість |
Луги, мастила, спирти, паливо |
Не стійкий до концентрованих неорганічних кислот |
|
Коефіцієнт лінійного розширення |
80–90 × 10⁻⁶ 1/°C |
Вищий, ніж у сталі — враховувати при змінних температурах |
|
Горючість |
Самозагасний (HB за UL94) |
Спеціальні марки — V0 (не підтримує горіння) |
Гігроскопічність — головний недолік ПА6. При насиченні вологою міцність знижується до 30–35 МПа. При зовнішньому застосуванні враховуйте цей фактор: обирайте ПА6.6 (менше водопоглинання) або застосовуйте при розрахунку «вологе» значення міцності.
Різновиди поліамідів для кріплення
1. Капролон / ПА6 (поліамід 6)
Найбільш поширений матеріал для пластикового кріплення. Має легкість (у 6–7 разів легший за сталь), високу механічну міцність, зносостійкість, поглинання ударних навантажень і відмінні діелектричні властивості. Не піддається впливу лугів, мастил, спиртів. Робочий діапазон температур: від –40°C до +80°C.
2. Нейлон / ПА6.6 (поліамід 6.6)
Конструкційний напівкристалічний термопласт з покращеними порівняно з ПА6 властивостями. Жорсткіший за ПА6 на 12%, має більш високу міцність на розтяг, стиснення та вигин. Відмінна термостійкість, маслобензостійкість, стійкість до вуглеводневих продуктів, менше водопоглинання. Широко застосовується для деталей з вимогами зносостійкості та довговічності.
3. ПА12 (поліамід 12)
Конструкційний кристалізуючийся поліамід з виключно високою ударопрочністю при від'ємних температурах. Дуже висока водостійкість і морозостійкість, стійкість до палива, гідравлічних мастил, розчинників. Застосовується в шахтному кріпленні, трубопроводах з горючим, робочих органах занурних насосів.
4. Поліаміди з наповнювачами (GF, CF, PTFE, FR)
Стандартний ПА6 або ПА6.6 можна суттєво поліпшити введенням присадок. Наповнені марки позначаються цифрою після абревіатури: PA6 GF30 — поліамід 6 з 30% скловолокна.
|
Присадка |
Позначення |
Ефект |
Застосування |
|
Скловолокно |
PA6 GF30 / PA66 GF30 |
Міцність +60–80%, жорсткість +100%, зниження повзучості |
Високонавантажений кріплення, конструкційні деталі |
|
Тефлон (PTFE) |
PA + PTFE |
Зниження коефіцієнту тертя до 0,1–0,15 |
Ковзні деталі, різьба під багаторазову затяжку |
|
Графіт |
PA + G |
Зниження тертя, антистатик |
Вузли тертя в електричних середовищах |
|
Стабілізатор UV |
PA6 UV-стаб. |
Захист від УФ-деградації, збереження кольору |
Зовнішній монтаж, кабельні стяжки, дюбелі |
|
Сповільнювач горіння |
PA6 FR (V0) |
Самозагасання за UL94 V0 без галогенів |
Електрощити, комутаційне обладнання, авіація |
|
Вуглецеві волокна |
PA + CF |
Максимальна міцність, ESD (антистатик) |
Авіація, електроніка, високоточні конструкції |
|
Термостабілізатор |
PA6 HS |
Розширення робочого діапазону до +120°C |
Системи опалення, двигунобудування |
Види кріплення з поліаміду
|
Вид кріплення |
Стандарт |
Діаметр |
Особливості з ПА |
Застосування |
|
Болт шестигранний |
DIN 933 PA |
М3–М16 |
Немає гальванічної корозії, діелектрик |
Електроприлади, харчова промисловість, медицина |
|
Гайка шестигранна |
DIN 934 PA |
М3–М16 |
Немає іскріння, не намагнічується |
Вибухонебезпечні зони, електрообладнання |
|
Шпилька різьбова |
DIN 975 PA |
М3–М12 |
Легка, не іржавіє |
Збірні конструкції, приладобудування |
|
Шайба пласка |
DIN 125 PA |
М3–М16 |
Електроізоляція між металевим болтом і деталлю |
Гальванічне роз'єднання, антивібраційний монтаж |
|
Дюбель розпірний |
DIN 7504 PA6 / PA66 |
Ø 6–12 мм |
Стійкий до лугів бетону, не кородує |
Зовнішній монтаж, цегла, бетон, газобетон |
|
Дюбель фасадний |
— |
Ø 8–12 мм |
PA66 GF30 — жорсткий, тримає навантаження |
Навісні фасади, теплоізоляційні системи |
|
Дюбель-хомут |
— |
Ø 3–32 мм |
PA6 білий (всередині) / PA66 чорний UV (зовні) |
Кабельні траси, трубопроводи |
|
Кабельна стяжка |
— |
Ширина 2,5–12 мм |
PA66 UV-стабілізований — не тріскається на сонці |
Зовнішня прокладка кабелів, монтаж обладнання |
|
Заклепка пластикова |
— |
Ø 3,2–6,4 мм |
Легка, діелектрик, не дряпає поверхню |
Приладові корпуси, автомобільний пластик |
|
Гвинт потайний / напівкруглий |
DIN 965 / DIN 7985 PA |
М2–М8 |
Не дряпає металеві поверхні |
Електроніка, оптика, приладобудування |
Поліамід vs. метал: порівняння за ключовими параметрами
|
Параметр |
Поліамідне кріплення |
Металеве кріплення (сталеве) |
|
Маса |
У 6–7 разів легше сталі |
Висока щільність |
|
Корозійна стійкість |
Не кородує в будь-яких умовах |
Потребує покриття або застосування нержавійки |
|
Електропровідність |
Діелектрик (30–35 кВ/мм) |
Провідник — неприпустимий в електроізоляційних з'єднаннях |
|
Магнітні властивості |
Немагнітний |
Сталевий — магнітний (крім нержавійки A4) |
|
Міцність (сухий) |
80–85 МПа (ПА6) |
800–1200 МПа (кл. 8.8–12.9) |
|
Міцність (вологий) |
30–35 МПа (знижується) |
Не змінюється |
|
Робоча температура |
До +80°C (стандартний) |
До +300°C і вище |
|
Хімічна стійкість |
Висока до лугів, мастил, спиртів |
Залежить від покриття |
|
Вартість |
Нижча при дрібному кріпленні |
Нижча при великому / високонавантаженому |
|
Придатність у харчовій / медицині |
Допустимо (без барвників) |
Тільки нержавійка A4 / спеціальні сплави |
Ключове правило заміни: поліамідне кріплення застосовується там, де важливі діелектричні властивості, хімічна стійкість, мала вага або контакт з їжею. Воно НЕ замінює метал при високих навантаженнях (> 85 МПа), температурах вище +80°C та в несучих конструкціях.
Коли метал замінюють на поліамід: правила та випадки
Заміна металевого кріплення на поліамідне виправдана і доцільна в таких ситуаціях:
- Зони з електропотенціалом: при складанні електрообладнання, клемних блоків, електричних щитів — металеве кріплення створює ризик короткого замикання. Поліамід повністю ізолює з'єднання.
- Сумісність з алюмінієм: сталеве кріплення на алюмінієвих деталях створює гальванічну пару — алюміній кородує. Поліамідні болти та шайби розривають гальванічний ланцюг.
- Санітарні вимоги: харчова та медична промисловість вимагає нейтральних матеріалів без слідів корозії. ПА6 та ПА6.6 без пігментів схвалені за HACCP.
- Зниження ваги: в авіації, космосі та автоспорті кожен грам має значення. ПА6 GF30 поєднує механічну міцність з масою у 5–6 разів меншою за стальну деталь.
- Демпфування вібрацій: поліамід поглинає вібраційні навантаження — застосовується як антивібраційна прокладка та кріпильний елемент у двигунах і транспортних засобах.
Чи можна поєднувати металеве та поліамідне кріплення
Так, поєднання допустиме і широко застосовується. Типова комбінація: сталевий болт + поліамідна шайба. Шайба служить гальванічним роз'єднувачем — вона запобігає контакту сталевого болта з алюмінієвою або мідною основою. При цьому несуче навантаження сприймається сталевим болтом, а електроізоляція забезпечується шайбою з ПА. Важливо враховувати, що момент затяжки при поліамідній гайці зі сталевим болтом повинен бути нижчим, ніж для металевих з'єднань.
Сфери застосування поліамідного кріплення
|
Галузь |
Застосування поліамідного кріплення |
Чому поліамід, а не метал |
|
Електротехніка та електроніка |
Болти, гайки, стійки, дистанційні втулки в електрощитах, клемах, платах |
Діелектрик, немає електромагнітних завад, легкий |
|
Харчова промисловість |
Кріплення обладнання, конвеєрів, ємностей, розробних ліній |
Не кородує, немає присмаку металу, допустимий за HACCP |
|
Медицина та фармацевтика |
Складання обладнання, деталі, що стерилізуються |
Хімічно інертний, стерилізується парою та дезінфектантами |
|
Будівництво та фасади |
Дюбелі, фасадні хомути, теплоізоляційні системи |
Немає містків холоду (теплопровідність 0,3 проти 50 Вт/м·К у сталі) |
|
Автомобільна промисловість |
Кліпси, стяжки, монтажні кронштейни, кришки агрегатів |
Зниження ваги, вібропоглинання, немає гальванічної корозії з алюмінієм |
|
Суднобудування та морська техніка |
Кріплення обладнання в морській воді |
Не кородує в соляній воді, немагнітний — не впливає на навігацію |
|
Вибухонебезпечні зони (Ex) |
Болти, гайки в зонах з горючими газами та пилом |
Немає іскроутворення при ударі та затяжці |
|
Хімічна промисловість |
Кріплення трубопроводів, реакторів, фланців |
Стійкість до кислотних парів, лугів, органічних розчинників |
|
Авіація та космос |
Легкі конструкції, навантажені деталі (PA GF30/CF) |
Зниження маси конструкції, немагнітність |
Поліамідне кріплення — це не «бюджетна заміна» металу, а спеціалізований матеріал для конкретних завдань. Там, де потрібна електроізоляція, хімічна стійкість або зниження ваги — поліамід безумовно виграє у сталі. Там, де потрібна висока механічна міцність при температурах вище +80°C — метал залишається незамінним.
