Виды полиамидного крепежа. Его свойства и применение
Виды полиамидного крепежа. Его свойства и применение
В последние годы набирает популярность крепёж из синтетических полимерных материалов, вытесняя традиционный стальной. Полнорезьбовые шпильки, болты, гайки, дюбели из полиамида по многим показателям не уступают металлическим аналогам, а зачастую превосходят их. Не подвергаются коррозии, не разрушаются под воздействием агрессивных сред, применимы там, где недопустима электропроводность, требуется деликатность при монтаже или контакт с пищевыми продуктами и лекарствами.
Материалы для изготовления крепежных изделий из пластика
Для производства крепежа используются три основных типа пластмасс: полиэтилен, полипропилен и полиамид. Практически по всем ключевым параметрам полиамиды являются наиболее подходящим материалом для крепёжных изделий среди пластмасс.
|
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 |
Технические характеристики полиамида ПА6
Полиамид 6 (ПА6, капролон, нейлон-6) — основной материал для большинства пластикового крепежа. Торговые марки полиамидов — капролон, нейлон, анид — принадлежат к «инженерным полимерам» с высокими эксплуатационными свойствами. В соответствии со стандартом DIN 34810 прочность на разрыв составляет 80–85 МПа в сухом состоянии.
|
Свойство |
Значение / описание |
Примечание |
|
Прочность на разрыв (сухой) |
80–85 МПа (по DIN 34810) |
При насыщении влагой снижается до 30–35 МПа |
|
Температурный диапазон |
–40°C до +80°C |
Кратковременно до +100°C |
|
Плотность |
1,13 г/см³ |
Легче стали в 6–7 раз |
|
Водопоглощение |
2,5–3,5% (при 100% влажности) |
Снижает прочность — учитывать при наружном применении |
|
Диэлектрическая прочность |
30–35 кВ/мм |
Отличный электроизолятор |
|
Коэффициент трения (сухой) |
0,2–0,4 |
Может работать без смазки в узлах трения |
|
Химическая стойкость |
Щёлочи, масла, спирты, топливо |
Не стоек к концентрированным неорганическим кислотам |
|
Коэффициент линейного расширения |
80–90 × 10⁻⁶ 1/°C |
Выше, чем у стали — учитывать при переменных температурах |
|
Горючесть |
Самозатухающий (HB по UL94) |
Специальные марки — V0 (не поддерживает горение) |
Гигроскопичность — главный недостаток ПА6. При насыщении влагой прочность снижается до 30–35 МПа. При наружном применении учитывайте этот фактор: выбирайте ПА6.6 (меньшее водопоглощение) или применяйте при расчёте «влажное» значение прочности.
Разновидности полиамидов для крепежа
1. Капролон / ПА6 (полиамид 6)
Наиболее распространённый материал для пластикового крепежа. Обладает лёгкостью (в 6–7 раз легче стали), высокой механической прочностью, износостойкостью, поглощением ударных нагрузок и отличными диэлектрическими свойствами. Не подвержен воздействию щелочей, масел, спиртов. Рабочий диапазон температур: от –40°C до +80°C. Крепёж из ПА6 с успехом заменяет изделия из стали, бронзы и ряда других сплавов в самолётостроении, судостроении, машиностроении, электронике и бытовой технике.
2. Нейлон / ПА6.6 (полиамид 6.6)
Конструкционный полукристаллический термопласт с улучшенными по сравнению с ПА6 свойствами. Жёстче ПА6 на 12%, обладает более высокой прочностью на растяжение, сжатие и изгиб. Отличная термостойкость, маслобензостойкость, устойчивость к углеводородным продуктам, более низкое водопоглощение. Широко применяется для деталей с требованиями износостойкости и долговечности: вкладышей, шестерён, сепараторов подшипников, корпусов. Фасадные дюбели, клипсы для ОВиК — типичное применение.
3. ПА12 (полиамид 12)
Конструкционный кристаллизующийся полиамид с исключительно высокой ударопрочностью при отрицательных температурах — превосходит ПА6 и ПА6.6 при морозе. Очень высокая водостойкость и морозостойкость (применяется при высокой влажности), стойкость к топливу, гидравлическим маслам, растворителям. Применяется в шахтном крепеже, трубопроводах с горючим, рабочих органах погружных насосов.
4. Полиамиды с наполнителями (GF, CF, PTFE, FR)
Стандартный ПА6 или ПА6.6 можно существенно улучшить введением присадок. Наполненные марки обозначаются цифрой после аббревиатуры: PA6 GF30 — полиамид 6 с 30% стекловолокна.
|
Присадка |
Обозначение |
Эффект |
Применение |
|
Стекловолокно |
PA6 GF30 / PA66 GF30 |
Прочность +60–80%, жёсткость +100%, снижение ползучести |
Высоконагруженный крепёж, конструкционные детали |
|
Тефлон (PTFE) |
PA + PTFE |
Снижение коэффициента трения до 0,1–0,15 |
Скользящие детали, резьба под многократную затяжку |
|
Графит |
PA + G |
Снижение трения, антистатик |
Узлы трения в электрических средах |
|
Стабилизатор UV |
PA6 UV-стаб. |
Защита от УФ-деградации, сохранение цвета |
Наружный монтаж, кабельные стяжки, дюбели |
|
Замедлитель горения |
PA6 FR (V0) |
Самозатухание по UL94 V0 без галогенов |
Электрощиты, коммутационное оборудование, авиация |
|
Углеродные волокна |
PA + CF |
Максимальная прочность, ESD (антистатик) |
Авиация, электроника, высокоточные конструкции |
|
Термостабилизатор |
PA6 HS |
Расширение рабочего диапазона до +120°C |
Системы отопления, двигателестроение |
Виды крепежа из полиамида
|
Вид крепежа |
Стандарт |
Диаметр |
Особенности из ПА |
Применение |
|
Болт шестигранный |
DIN 933 PA |
М3–М16 |
Нет гальванической коррозии, диэлектрик |
Электроприборы, пищевая промышленность, медицина |
|
Гайка шестигранная |
DIN 934 PA |
М3–М16 |
Нет искрения, не намагничивается |
Взрывоопасные зоны, электрооборудование |
|
Шпилька резьбовая |
DIN 975 PA |
М3–М12 |
Лёгкая, не ржавеет |
Сборные конструкции, приборостроение |
|
Шайба плоская |
DIN 125 PA |
М3–М16 |
Электроизоляция между металлическим болтом и деталью |
Гальваническая развязка, антивибрационный монтаж |
|
Дюбель распорный |
DIN 7504 PA6 / PA66 |
Ø 6–12 мм |
Стоек к щелочам бетона, не корродирует |
Наружный монтаж, кирпич, бетон, газобетон |
|
Дюбель фасадный |
— |
Ø 8–12 мм |
PA66 GF30 — жёсткий, держит нагрузку |
Навесные фасады, теплоизоляционные системы |
|
Дюбель-хомут |
— |
Ø 3–32 мм |
PA6 белый (внутри) / PA66 чёрный UV (снаружи) |
Кабельные трассы, трубопроводы |
|
Кабельная стяжка |
— |
Ширина 2,5–12 мм |
PA66 UV-стабилизированный — не трескается на солнце |
Наружная прокладка кабелей, монтаж оборудования |
|
Заклёпка пластиковая |
— |
Ø 3,2–6,4 мм |
Лёгкая, диэлектрик, не царапает поверхность |
Приборные корпуса, автомобильный пластик |
|
Винт потайной / полукруглый |
DIN 965 / DIN 7985 PA |
М2–М8 |
Не царапает металлические поверхности |
Электроника, оптика, приборостроение |
Полиамид vs. металл: сравнение по ключевым параметрам
|
Параметр |
Полиамидный крепёж |
Металлический крепёж (стальной) |
|
Масса |
В 6–7 раз легче стали |
Высокая плотность |
|
Коррозионная стойкость |
Не корродирует в любых условиях |
Требует покрытия или применения нержавейки |
|
Электропроводность |
Диэлектрик (30–35 кВ/мм) |
Проводник — недопустим в электроизолирующих соединениях |
|
Магнитные свойства |
Немагнитный |
Стальной — магнитный (кроме нержавейки А4) |
|
Прочность (сухой) |
80–85 МПа (ПА6) |
800–1200 МПа (кл. 8.8–12.9) |
|
Прочность (влажный) |
30–35 МПа (снижается) |
Не меняется |
|
Рабочая температура |
До +80°C (стандартный) |
До +300°C и выше |
|
Химическая стойкость |
Высокая к щелочам, маслам, спиртам |
Зависит от покрытия |
|
Стоимость |
Ниже при мелком крепеже |
Ниже при крупном / высоконагруженном |
|
Применимость в пищевой / медицине |
Допустим (без красителей) |
Только нержавейка A4 / специальные сплавы |
Ключевое правило замены: полиамидный крепёж применяется там, где важны диэлектрические свойства, химическая стойкость, малый вес или контакт с пищей. Он НЕ заменяет металл при высоких нагрузках (> 85 МПа), температурах выше +80°C и в несущих конструкциях.
Когда металл заменяют на полиамид: правила и случаи
Замена металлического крепежа на полиамидный оправдана и целесообразна в следующих ситуациях:
Зоны с электропотенциалом: при сборке электрооборудования, клеммных блоков, электрических щитов — металлический крепёж создаёт риск короткого замыкания. Полиамид полностью изолирует соединение.
Совместимость с алюминием: стальной крепёж на алюминиевых деталях создаёт гальваническую пару — алюминий корродирует. Полиамидные болты и шайбы разрывают гальваническую цепь.
Санитарные требования: пищевая и медицинская промышленность требуют нейтральных материалов без следов коррозии и металлического вкуса. ПА6 и ПА6.6 без пигментов одобрены по HACCP.
Снижение веса: в авиации, космосе и автоспорте каждый грамм имеет значение. ПА6 GF30 сочетает механическую прочность с массой в 5–6 раз меньше стальной детали.
Демпфирование вибраций: полиамид поглощает вибрационные нагрузки — применяется как антивибрационная прокладка и крепёжный элемент в двигателях и транспортных средствах.
Можно ли сочетать металлический и полиамидный крепёж
Да, сочетание допустимо и широко применяется. Типичная комбинация: стальной болт + полиамидная шайба. Шайба служит гальванической развязкой — она предотвращает контакт стального болта с алюминиевым или медным основанием. При этом несущая нагрузка воспринимается стальным болтом, а электроизоляция обеспечивается шайбой из ПА. Важно учитывать, что полиамидная гайка при использовании со стальным болтом создаёт смешанное соединение — момент затяжки должен быть ниже, чем для металл–металл, чтобы не повредить полиамидный элемент.
Области применения полиамидного крепежа
|
Отрасль |
Применение полиамидного крепежа |
Почему полиамид, а не металл |
|
Электротехника и электроника |
Болты, гайки, стойки, дистанционные втулки в электрощитах, клеммах, платах |
Диэлектрик, нет электромагнитных помех, лёгкий |
|
Пищевая промышленность |
Крепёж оборудования, конвейеров, ёмкостей, разделочных линий |
Не корродирует, нет привкуса металла, допустим по HACCP |
|
Медицина и фармацевтика |
Сборка оборудования, стерилизуемые детали |
Химически инертен, стерилизуется паром и дезинфектантами |
|
Строительство и фасады |
Дюбели, фасадные хомуты, термоизоляционные системы |
Нет мостиков холода (теплопроводность 0,3 против 50 Вт/м·К у стали) |
|
Автомобильная промышленность |
Клипсы, стяжки, монтажные кронштейны, крышки агрегатов |
Снижение веса, вибропоглощение, нет гальванической коррозии с алюминием |
|
Судостроение и морская техника |
Крепёж оборудования в морской воде |
Не корродирует в соляной воде, немагнитный — не влияет на навигацию |
|
Взрывоопасные зоны (Ex) |
Болты, гайки в зонах с горючими газами и пылью |
Нет искрообразования при ударе и затяжке |
|
Химическая промышленность |
Крепёж трубопроводов, реакторов, фланцев |
Стойкость к кислотным парам, щелочам, органическим растворителям |
|
Авиация и космос |
Лёгкие конструкции, нагруженные детали (ПА GF30/CF) |
Снижение массы конструкции, немагнитность |
Полиамидный крепёж — это не «бюджетная замена» металлу, а специализированный материал для конкретных задач. Там, где нужна электроизоляция, химическая стойкость или снижение веса — полиамид выигрывает у стали безусловно. Там, где нужна высокая механическая прочность при температурах выше +80°C — металл остаётся незаменимым.
