Текстолит или капролон: что выбрать для втулки, шестерни и вкладыша

Текстолит и капролон давно делят одни и те же узлы: втулки скольжения, вкладыши, шестерни в паре со сталью, направляющие планки. Устроены материалы по-разному. Текстолит собран из слоёв хлопчатобумажной ткани на фенольной смоле, его не плавят и не льют, а точат из листа или стержня. Капролон, литой полиамид ПА6, однородный термопласт без слоёв, его отливают в крупные заготовки. Отсюда разница в поведении при воде, нагреве и ударе.

Свойства расходятся по воде, нагреву и удару

Цифры ниже даны как ориентир для марок общего назначения: текстолит ПТК и ПТ по ГОСТ 5-78, капролон литой ПА6. Материал и марка для конкретной детали фиксируются в КП.

Нормы текстолита взяты из ГОСТ 5-78 на dnaop.com, данные капролона из паспорта литого ПА6 Ertalon 6 PLA и сведений производителя полуфабрикатов: плотность 1150–1160 кг/м³, водопоглощение не более 6 %, начало изгиба под нагрузкой 1,8 МПа около +80 °C.

Во втулке решают зазор и смазка

Капролоновая втулка хорошо работает всухую и при скудной смазке по незакалённой стали: полиамид прирабатывается, не задирает шейку и терпит грязь, вдавливая мелкие частицы. Слабое место у неё размер. Коэффициент линейного расширения у литого ПА6 около 90 мкм на метр на градус, примерно в семь раз больше, чем у стали, а влага добавляет к диаметру ещё десятые доли миллиметра на крупной детали. Как складывать эти слагаемые в зазор, показывает расчёт втулки из капролона под вал.

У текстолитовой втулки тепловой рост в несколько раз меньше, поэтому в масляном редукторе или станке зазор, выставленный при сборке, сохраняется и через несколько лет. Слоистый материал держит ещё и масляную плёнку: смазка уходит в поры ткани и возвращается при пуске холодного узла. Уязвимость у текстолита одна, вода, и она общая с капролоном. Разница в том, что капролон набухает равномерно по всему объёму, а текстолит неравномерно, сильнее поперёк слоёв, и втулку из листа может повести овалом.

В шестерне решают нагрузка на зуб и нагрев масла

Шестерня из текстолита в паре со стальной шестернёй классическое решение для тихих передач станков и приводов. Зубья нарезают так, чтобы нагрузка шла поперёк слоёв ткани; при неудачной ориентации заготовки зуб раскалывается по слою. В горячем масле до +100 °C текстолитовый зуб держит профиль лучше полиамидного.

Капролоновая шестерня лучше переносит удар и перегрузку при пуске, зуб у неё прогибается, а не скалывается. Цена этого в нагреве: полиамид теряет жёсткость задолго до плавления, и при +70…+80 °C нагруженный зуб начинает ползти. Годится ли полиамид вместо стали, решает нагрузочный расчёт шестерни из капролона, а при выборе между двумя пластиками хватает правила: в холодной передаче с ударами вперёд выходит капролон, в горячей с постоянной нагрузкой текстолит.

Во вкладыше и направляющей решают масса и абразив

Для крупных вкладышей, накладок и направляющих планок капролон удобен заготовкой: его льют в плиты и стержни большого сечения, деталь легче текстолитовой на 12–18 % при том же объёме и не расслаивается при монтаже ударом. В абразивной среде полиамид вдавливает частицы и меньше изнашивает ответную деталь.

Текстолит в направляющей выигрывает, когда нужен стабильный размер в тёплом масляном узле и заметная жёсткость тонкой планки. Для планок толщиной 3–6 мм это часто решающее: капролоновая полоса той же толщины при нагреве прогибается между креплениями. Если в узле есть и абразив, и тонкое сечение, в сравнение добавляют третий материал: тонкие планки часто точат из полиацеталя вместо капролона, потому что он почти не берёт воду.

Шесть условий узла сводят выбор к одной таблице

Если в строке нет явного победителя, решает узел целиком: вода и удар вместе сдвигают выбор к капролону с большим зазором, нагрев и точный размер к текстолиту.

Замену по старому чертежу проверяют по четырём пунктам

Типовая заявка звучит так: «была текстолитовая втулка, сделайте из капролона, размеры те же». В этой фразе от заказчика известны только размеры старой детали и то, что она работала. Всё остальное изготовитель предполагает, и эти предположения записываются в КП отдельно от данных заказчика как предложение, которое согласуют письменно.

Что меняется при переходе с текстолита на капролон:

• зазор по валу увеличивают под нагрев и влагу; старый зазор текстолитовой втулки капролоновой обычно мал;
• натяг в корпусе уменьшают, потому что полиамид податливее и ползёт;
• для шестерни пересчитывают нагрузку на зуб при рабочей температуре масла;
• для тонкой планки проверяют прогиб между креплениями при максимальном нагреве.

Обратная замена, капролона на текстолит, требует своих проверок: ориентации слоёв в заготовке, отсутствия ударов и воды, а при сухом трении материала вала. Если ни одного из этих данных нет, в КП пишут материал «по образцу», а замену предлагают отдельной позицией с пробной деталью.

Прочность и замену втулки решают разные признаки

Что прочнее, текстолит или капролон?

Текстолит и капролон близки по прочности при изгибе: у текстолита по ГОСТ 5-78 изгибающее напряжение при разрушении 108–152 МПа в зависимости от марки, у литого капролона около 120 МПа по паспорту полуфабриката. Разница в характере разрушения. Текстолит жёстче и меньше ползёт под постоянной нагрузкой в тепле, капролон вязче и выдерживает удар без скола. Для ударной детали прочнее на деле окажется капролон, для нагретой нагруженной текстолит.

Можно ли заменить текстолитовую втулку капролоновой?

Текстолитовую втулку меняют на капролоновую, когда узел холодный, сухой или грязный и в нём бывают удары: там полиамид служит дольше и меньше изнашивает шейку. Старый размер отверстия при этом не повторяют. Для капролона закладывают запас на нагрев, примерно в семь раз больший, чем у стали, и на рост размера от влаги: при насыщении литой ПА6 набирает до 6–6,5 % воды по массе. Масляный узел с нагревом выше +80 °C или постоянная вода требуют сначала поставить одну пробную втулку.

Цена и срок детали зависят от заготовки

По материалу капролон обычно дешевле текстолита в пересчёте на килограмм и заметно легче, а крупные литые заготовки делают его выгоднее для массивных деталей. Текстолит продают листами по ГОСТ 5-78 толщиной до 80 мм и стержнями, поэтому толстую втулку большого диаметра из него получить сложнее и дороже. Обе детали делают на механической обработке пластиков: токарные и фрезерные операции, нарезка зубьев.

Чтобы просчитать деталь в обоих материалах сразу, нужны пять сведений: количество, чем смазан узел, бывает ли там вода, сколько градусов в зоне трения и из какой стали вал, закалён ли он. К ним прикладывают чертёж, а если его нет, старую деталь или её фото с линейкой. По одной заявке втулки на заказ считают параллельно из текстолита и капролона, и в КП видны обе цены и оба срока. Литой полиамид с маслом или графитом и его соседи собраны в разделе капролон и инженерные пластики. Когда нагрузка выше, чем держит текстолит, переходят на следующую ступень слоистых пластиков, и чем она хуже в паре трения, видно из сравнения текстолита со стеклотекстолитом.