Капролон или фторопласт для втулок и направляющих

Капролон держит нагрузку, фторопласт держит среду

У этих материалов разная сильная сторона, и выбор почти всегда сводится к вопросу, что в узле тяжелее: нагрузка или среда. Капролон, он же блочный литьевой полиамид ПА6, жёсткий и прочный, хорошо переносит удар и износ, режется без оснастки и стоит заметно дешевле фторопласта. Его слабые места в воде, нагреве выше +90…+100 °C и в кислотах. Фторопласт Ф-4, он же PTFE, почти не реагирует с химией, не впитывает воду, сохраняет свойства от сильного мороза до +260 °C и скользит лучше любого другого конструкционного пластика. Его слабое место в механике: под постоянным давлением он медленно течёт.

Поэтому втулки тяжёлых тихоходных механизмов, ролики, звёздочки, направляющие с ударом по кромке делают из капролона. Опоры в кислоте, втулки мешалок в горячей щёлочи, сёдла и детали в паре делают из фторопласта, а под нагрузкой берут наполненный фторопласт. Пограничные случаи, где оба материала проигрывают, разобраны ниже отдельно.

Паспортные цифры расходятся в пять раз по сжатию

Удобнее всего сравнивать материалы по паспортам одного изготовителя, где методики испытаний одинаковы. Ниже данные Ensinger для литьевого ПА6 TECAST T и чистого PTFE TECAFLON PTFE, пересчитанные в метрические единицы.

Цифры относятся к конкретным маркам. У отечественного капролона разных изготовителей водопоглощение и предел температуры могут отличаться, а для расчёта берут паспорт той заготовки, из которой будут точить деталь. Трение фторопласта в паспорте не указано, поэтому оно дано как ориентир для марок общего назначения. Справочники часто называют для капролона диапазон от −40 до +100 °C и водопоглощение 2–7 %, и это совпадает с паспортом по порядку величин, но для чертежа нужна цифра конкретной марки.

Давление на опору считают до выбора материала

Первое число, которое решает спор, это удельное давление на втулку. Его получают делением радиальной нагрузки на проекцию опоры: диаметр отверстия, умноженный на длину втулки.

Пример: вал 40 мм, длина втулки 40 мм, радиальная нагрузка 4 кН. Давление 4 000 Н / (40 × 40 мм) = 2,5 МПа. Для капролона это около одной десятой от напряжения, при котором он сжимается на 1 %, деформация останется около десятой доли процента. Для чистого фторопласта 2,5 МПа уже половина напряжения его 1-процентной деформации, и под постоянной нагрузкой стенка будет проседать дальше, а втулка разбиваться в овал. Как развивается такая ползучесть и почему её не видно при сборке, видно на примере хладотекучести фторопласта.

Второе число, скорость скольжения. Произведение давления на скорость (PV) определяет нагрев от трения, а нагрев у капролона быстро упирается в предел около +93 °C. При той же нагрузке 2,5 МПа и скорости 0,1 м/с PV равно 0,25 МПа·м/с, и такое сочетание для сухого капролона уже требует проверки по паспорту марки; для подвижного узла с большими скоростями смотрят маслонаполненный капролон или наполненный фторопласт. Допустимое PV у разных марок отличается в разы, и без паспорта заготовки его не называют.

Вода двигает размер капролона, нагрев двигает фторопласт

Капролон в воде набирает до 5,5 % массы, и втулка растёт в толщине стенки, то есть внутренний диаметр уменьшается. Именно поэтому капролоновая втулка, точно посаженная на сухой вал, в мокром узле зажимает его через несколько недель. Как складываются слагаемые зазора от влаги, нагрева и натяга, посчитано по шагам для втулки из капролона 50 × 60 мм.

Фторопласт воду не берёт, но расширяется от тепла почти вдвое сильнее капролона. Пример: свободное кольцо диаметром 40 мм при нагреве с +20 до +80 °C вырастет у капролона на 7,2 × 10⁻⁵ × 60 × 40 ≈ 0,17 мм, у фторопласта на 13 × 10⁻⁵ × 60 × 40 ≈ 0,31 мм. В горячем узле фторопластовая втулка, запрессованная в стальной корпус, теряет натяг при остывании и может провернуться, а при нагреве зажимает вал. Для неё зазор считают по температуре, для капролона по воде и температуре вместе.

Отсюда простое правило: в мокром холодном узле размер стабильнее у фторопласта, в сухом горячем узле до +80 °C капролон держит размер лучше. Если узел и мокрый, и горячий, капролон отпадает по температуре и по воде сразу.

Наполненный фторопласт закрывает часть задач капролона

Чистый Ф-4 под нагрузкой слаб, но наполнители меняют картину. Стекловолокно, углерод, графит, бронза и кокс уменьшают ползучесть и износ в разы, сохраняя химическую стойкость фторопластовой матрицы и низкое трение. Ф-4К20 с коксом, Ф4С15 со стекловолокном, композиции с бронзой работают во втулках, направляющих кольцах и опорах там, где чистый фторопласт расплющился бы. Эти композиции различаются между собой, и их подбирают для деталей из фторопласта.

Цена наполненного фторопласта выше, чем капролона, и выше, чем чистого Ф-4. Поэтому его берут, когда у капролона есть запретное условие: горячая вода, пар, кислота, температура выше +100 °C. Если запретного условия нет, а нагрузка большая, капролон обычно выгоднее. Бронзовый наполнитель стоит отдельно: он улучшает теплоотвод и стойкость к износу, но снижает химическую стойкость, и в кислоту такую втулку не ставят.

Сценарии выбора для типовых узлов

Если втулка ролика ленточного конвейера работает в сухом цехе при +20 °C с умеренной нагрузкой и малой скоростью, то капролон: прочный, дешёвый, держит удар от груза. Если тот же конвейер стоит на мойке и его каждый день проливают водой, то капролон с увеличенным зазором или полиацеталь, который почти не набухает; рядом с капролоном его сравнивают по свойствам полиацеталя POM.

Если втулка вала мешалки работает в щелочном растворе при +80 °C, то фторопласт с углеродом, коксом или графитом: капролон и набухнет, и потеряет прочность, а стекловолокно горячая щёлочь вымывает из матрицы. Если это опора скольжения трубопровода пара с температурой выше +150 °C, то фторопласт, обычно наполненный, а капролон не рассматривают вовсе. Если направляющая станка или линии должна двигаться плавно, без рывков, при малой нагрузке, то фторопласт или маслонаполненный капролон, а обычный ПА6 даст скачки на старте.

Если деталь получает удары кромкой, например звёздочка или направляющая с набегающим грузом, то капролон: фторопласт от ударов сминается. Если среда кислая, например раствор серной или соляной кислоты, то фторопласт без металлического наполнителя, а для плавиковой кислоты и без стекловолокна: полиамид в кислотах разрушается.

Перед запуском втулки сверяют шесть пунктов

Ошибки в выборе материала чаще всего вылезают при первой установке, поэтому перед запуском партии полезно пройти короткий список. Он применим к обоим материалам, но для каждого есть своя точка внимания.

Первое, давление и скорость: посчитаны p и PV, для фторопласта без наполнителя давление не выше нескольких МПа. Второе, вода и нагрев: записаны рабочая и пиковая температура и есть ли вода, пар или влажный воздух. Третье, среда: названы кислоты, щёлочи, масла и их концентрация. Четвёртое, марка: в спецификации стоит не «капролон» или «фторопласт», а марка с наполнителем, например ПА6 блочный, Ф-4 или Ф-4К20.

Пятое, зазор и посадка: в чертеже указан внутренний диаметр после запрессовки или после набухания, а не только номинал. Шестое, ревизия: утверждён последний вариант чертежа и количество, а деталь получила артикул для повторного заказа. Если хотя бы по одному пункту стоит «уточним позже», в КП это записывается как наше предположение, и вы его подтверждаете письменно до запуска.

Короткие ответы о выборе между капролоном и фторопластом

Что лучше для втулки, капролон или фторопласт?

Для втулки под заметной нагрузкой в сухом узле до +80 °C лучше капролон: при деформации 1 % он держит около 23 МПа против 5 МПа у чистого фторопласта и стоит дешевле. Для втулки в воде, паре, кислоте, щёлочи или при температуре выше +100 °C лучше фторопласт, причём под нагрузкой наполненный, например Ф-4К20 или со стекловолокном.

Сколько воды впитывает капролон?

Литьевой капролон ПА6 по паспорту изготовителя Ensinger набирает 1,2 % воды за сутки погружения и 5,5 % при насыщении при +23 °C. У других марок и изготовителей значения отличаются, справочники называют диапазон 2–7 %. Вода увеличивает толщину стенки втулки и уменьшает внутренний диаметр, поэтому в мокром узле зазор закладывают с запасом или выбирают другой материал.

Почему фторопластовая втулка разбивается в овал?

Фторопластовая втулка разбивается в овал из-за хладотекучести: чистый PTFE при деформации 1 % держит всего около 5 МПа и под постоянной нагрузкой продолжает медленно проседать. Под валом стенка становится тоньше, и отверстие вытягивается в сторону нагрузки. Лечится это наполненным фторопластом, большей длиной втулки для снижения давления или переходом на капролон, если среда и температура для него допустимы.

Когда не подходят ни капролон, ни фторопласт

Есть узлы, где оба материала проигрывают. Если нужна точная деталь в воде, где капролон набухает, а фторопласт слишком мягкий, смотрят полиацеталь POM. Если идёт абразивная пульпа или налипание, СВМПЭ изнашивается меньше обоих. Если температура выше +150 °C и нагрузка велика, фторопласт течёт даже с наполнителем, и тогда рассматривают PEEK.

Обработка всех этих материалов идёт на одном токарном и фрезерном оборудовании, поэтому выбор пластика почти не влияет на срок: от 1 рабочего дня, в зависимости от сложности заказа. Капролоновые заготовки и прутки относятся к группе капролон и инженерные пластики, а у точения свои особенности при мехобработке фторопласта и капролона.

Данные для расчёта втулки или направляющей

Для выбора между капролоном и фторопластом нужны размеры вала и корпуса или чертёж, радиальная нагрузка и скорость, рабочая и пиковая температура, среда с концентрацией, есть ли удар и как часто деталь меняют сейчас. По этим данным считают давление и PV, проверяют запретные условия и только потом называют материал и зазор. Если старая деталь есть, пришлите её вместе с описанием, как она изнашивалась: овал, задиры, набухание или трещины подсказывают, какой из двух материалов здесь работать не будет.

Нормы приведены по состоянию на октябрь 2026 года. Данные о материалах — ориентир для марок общего назначения; материал, размеры и допуски для вашего узла фиксируются в КП после технической оценки.