Полиамид 6 (ПА6): что это за материал и чем он отличается от капролона

Полиамид 6 встречается на производстве в трёх видах: гранулы для литья под давлением, экструзионные стержни и листы, литые блоки капролона. Химически это один полимер, но детали из них ведут себя по-разному. Для заказчика токарной детали важен как раз этот выбор заготовки, а не формула.

ПА6 получают из капролактама двумя путями

Мономер полиамида 6, капролактам, содержит шесть атомов углерода в звене, отсюда цифра в названии. Цепь ПА6 состоит из повторяющихся звеньев с амидной группой −CO−NH−, которая притягивает соседние цепи водородными связями. От этого полиамид прочный, износостойкий и одновременно гигроскопичный: те же амидные группы связывают воду.

Промышленный ПА6 получают гидролитической полимеризацией: капролактам нагревают с водой, получают расплав, режут на гранулы. Из гранул отливают детали под давлением, тянут волокно (тот самый капрон) и выдавливают стержни, трубы и листы на экструдере. Второй путь, анионная полимеризация, идёт прямо в форме при более низкой температуре: жидкий капролактам с катализатором и активатором заливают в изложницу, и через десятки минут получается твёрдый блок. Так делают капролон, он же литой или блочный полиамид, и под этим названием его поставляют по ТУ изготовителя капролона.

Литой и экструзионный ПА6 различаются цифрами паспорта

Разницу удобно смотреть на паспортах одного производителя полуфабрикатов, где обе заготовки испытаны одинаково. Ниже значения MCAM для экструзионного Ertalon 6 SA и литого Ertalon 6 PLA в сухом состоянии. Это ориентир для марок общего назначения; у капролона отечественных заводов цифры близкие, но свои.

Литой ПА6 выигрывает почти во всём, что важно для втулки и ролика: он жёстче, прочнее, медленнее набирает воду и изнашивается в полтора раза медленнее. Экструзионный выигрывает в ударной вязкости: у него почти вдвое выше работа разрушения образца с надрезом, поэтому тонкие защёлки, кромки и детали с ударом по острому углу из него трескаются реже.

Причина разницы в молекулярной массе и кристалличности

При литье в форму цепи растут длиннее, а медленное охлаждение крупного блока даёт более высокую кристалличность. Кристаллы плотнее упакованы, в них вода почти не проникает, и материал твёрже. Экструзионный стержень остывает быстрее, доля аморфной части в нём выше, отсюда больше воды и больше ударной вязкости.

Для деталей у этой разницы есть практическое следствие. Литой блок может иметь внутренние напряжения и неоднородность по сечению, поэтому из толстых плит и крупных стержней капролона точные детали делают с черновой обработкой, вылежкой и чистовым проходом. Экструзионный стержень малого диаметра однороднее, и его охотнее берут для мелких деталей на автоматах.

Размер заготовки часто решает выбор раньше свойств

Экструзионный ПА6 выпускают стержнями небольших и средних диаметров и тонкими листами, литой капролон блоками, толстыми плитами, стержнями большого диаметра и втулками-заготовками. Ролик диаметром 250 мм, футеровочную плиту толщиной 40 мм или шестерню с модулем 6 практически всегда делают из литого материала, потому что экструзионной заготовки такого сечения нет.

Обратный случай: партия мелких втулок диаметром 10–20 мм с тонкой стенкой. Из литого стержня малого диаметра их тоже сделают, но экструзионный пруток дешевле на метр и стабильнее по размеру, а разница в износе для такой детали часто не критична. Поэтому выбор между двумя ПА6 начинают с вопроса, какого размера деталь и сколько их нужно.

Влага меняет размер детали из ПА6 после изготовления

Сухой ПА6 в цехе постепенно набирает воду из воздуха, а в воде насыщается до 6,5–9 %. Вместе с массой растут размеры, и посадка втулки, сделанной по сухому прутку, через месяцы становится туже. Как масса и плотность ведут себя при этом, видно по расчёту плотности полиамида. Для конструктора из этого следует простое правило: зазор втулки из ПА6 задают с учётом набухания, а для мокрого узла сравнивают литой материал с экструзионным именно по водопоглощению.

Вода одновременно делает ПА6 мягче и вязче. Насыщенная деталь хуже держит нагрузку на сжатие, но лучше переносит удар. Поэтому паспортные числа в сухом состоянии описывают деталь сразу после изготовления, а не через полгода работы в мокром цехе.

Что такое полиамид 6 простыми словами?

Полиамид 6 простыми словами означает инженерный пластик из капролактама, тот же материал, что капроновая нить, только в виде прутка, листа или литого блока. Он прочный, хорошо скользит по стали и изнашивается медленно, поэтому из него точат втулки, ролики и шестерни. Слабые стороны ПА6: впитывает воду до 6,5–9 % и от этого меняет размер, а на солнце без стабилизации стареет.

Чем капролон отличается от полиамида 6?

Капролон отличается от экструзионного полиамида 6 способом получения: его полимеризуют прямо в форме, а не выдавливают из гранул. По паспортам MCAM литой ПА6 жёстче (3 600 против 3 300 МПа), за сутки в воде набирает 0,65 % вместо 1,28 % и изнашивается в полтора раза медленнее. Экструзионный ПА6 при этом почти вдвое лучше держит удар по надрезу.

Наполненные марки ПА6 выбирают под отдельную задачу

Кроме натурального ПА6 существуют наполненные марки. В литой капролон вводят графит или дисульфид молибдена для лучшего скольжения, а также масло для работы без смазки. Детали под литьё под давлением делают из ПА6 со стекловолокном, обычно 15–30 %: он намного жёстче и меньше ползёт, но сильнее изнашивает ответную стальную поверхность. Такие марки обозначают отдельно, и строка «ПА6» без уточнения означает натуральный материал.

Строка «полиамид» в заявке требует уточнения

Заказчик чаще всего знает о детали одно: она «капроновая» или «из полиамида». Это сведение верное, но неполное, и всё, что изготовитель к нему добавит, нужно записать как предложение.

Если по образцу нельзя понять, был он литым или экструзионным, изготовитель предлагает материал по условиям работы и пишет основание выбора в КП. Литой материал по умолчанию берут для нагрузки и износа, экструзионный для мелких деталей с ударом.

Деталь из ПА6 на заказ начинают с нагрузки и среды

Пришлите чертёж или образец, количество и три сведения о работе: что нагружает деталь (вес, удар, вращение), есть ли вода или мойка, и с какой скоростью деталь скользит по ответной поверхности. С ними на механической обработке пластиков подбирают заготовку, а при выборе между ПА6 и соседними материалами сравнивают и полиамид 66, который выигрывает у ПА6 в мелких нагруженных деталях. Наша компания изготавливает детали из капролона и других инженерных пластиков по чертежу, эскизу, фото или образцу.