Капролактам что это за материал
Капролон. Виды и применение. Свойства и особенности
Капролон – это полимер на основе капролактама, являющийся конструктивным материалом для изготовления трущихся деталей. Материал поддается обработке методом сверления, шлифовки, фрезерования, при этом режется сложнее, чем прочие полиамиды. Благодаря повышенной твердости и низкому коэффициенту трения является незаменимым для изготовления частей сложных механизмов, на которые оказывается интенсивная нагрузка.
Что такое капролон
Это полимерный материал, из которого изготавливаются различные детали механизмов чаще всего методом фрезеровки или токарной обработки. В чистом виде напоминает плотный пластик белого цвета, реже с желтоватым оттенком. Производители капролона могут включать в его состав красители, поэтому фактическая расцветка материала может быть какой угодно. Однако изделия в виде заготовок обычно светлые. Цветными являются готовые отлитые детали из капролона.
Несмотря на сходство с бытовыми пластиками, материал существенно превосходит их по прочности. Его можно сравнить со сталью, при этом полимер легче, он является устойчивым к коррозии. Аналогичные детали из стали тяжелее изделий из капролона в 6-7 раз. Кроме этого полимер легко переносит ударную нагрузку, то есть, изделия из него практически не трескаются.
Капролон на 50% дешевле металлов, которые им заменяются. За счет его использования можно снизить стоимость механизма, а также уменьшить его вес. Согласно статистическим данным, изготовление детали из капролона происходит быстрее на 35%, чем ее производство из металла. В связи с этим шестеренки и прочие детали механических узлов различного оборудования преимущественно изготавливаются из данного полимера. Примером является практически любая бытовая техника.
Материал имеет очень низкий коэффициент трения. Он в 2 раза ниже, чем у пары из стали. Его применение снижает интенсивность замены трущихся механизмов и шум от их работы. В связи с этим капролон является самым распространенным материалом для изготовления легких деталей в диапазоне эксплуатации до температуры +70°C.
Физико-механические свойства материала
Капролон различной модификации имеет отличительные физические качества. В среднем его показатели следующие:
Форма выпуска
Бóльшая доля изделий из капролона представляют собой заготовки для дальнейшего изготовления деталей методом токарной обработки или фрезеровки. Такие заготовки выпускаются в следующих форматах:
Материал в листах преимущественно используется для изготовления колец, вкладышей. Его толщина составляет от 6 до 250 мм. Преимущественно размер листов составляет 1х1 м. Стержни из капролона могут иметь различный диаметр, но обычно не толще 150-300 мм. Максимальная их длина составляет 2000 мм. Бруски могут иметь различный размер, чаще всего их изначально делают под конкретные параметры для изготовления конкретной детали.
Химические предприятия, занимающиеся выпуском капролона, также реализуют его в виде порошка. Он используется для литья. Нужно отметить, что капролон подходит для вторичной переработки. Его можно переплавить. Для этого применяются изношенные детали, а также стружка, получаемая при фрезеровке и токарной обработке. При покупке заготовок из капролона оптимально использовать первичный материал, то есть полученный методом низкотемпературной анионной полимеризации капролактама. Он прочнее, чем вторичные изделия, образованные при переплавке.
Особенности обработки
Обработка капролона выполняется инструментами, предназначенными для работы со стальными заготовками. Материал можно сверлить, фрезеровать, резать и т.д. Оптимально при обработке капролона использовать инструмент из углеродистой стали, желательно с вольфрамовыми напайками.
При хранении капролона в холоде при отрицательной температуре длительное время обработку проводить нежелательно. Необходимо выдержать заготовку в теплом помещении не менее 5 суток. Именно столько нужно, чтобы она отогрелась и приобрела нормальную эластичность. В противном случае возможно образование микро сколов, а также ускоренное изнашивание инструмента.
Положительным моментом работы с капроном является отсутствие у него недостатков пластиков. При нагреве от трения обрабатывающим инструментом он не оплавляется, и не источает дым или едкий запах. Хотя температура плавления материала сравнительно все же низкая, но не настолько, чтобы достигнуть ее за счет трения.
Виды капролона
При производстве капролона могут применяться различные технологии, в зависимости от чего отличаются конечные технические качества материала. В связи с этим желательно различать его, чтобы использовать оптимальный вид капролона под конкретную задачу.
Существуют следующие его разновидности:
Самым распространенным является литьевой материал. Его производство менее затратное, так как не нуждается в использовании редкого дорогостоящего оборудования. Изделия с добавлением твердых смазочных материалов обладают высокой износоустойчивостью. Их используют для производства деталей промышленных машин. За счет смазки капролоновые поверхности меньше затираются и создают мало шума при трении. Чаще всего в состав включается графит, за счет чего капролоновая деталь не нуждается в дополнительной смазке. В момент начала трения на ее поверхности выступает графитовая пыль, которая замедляет износ поверхности.
Материал полученный методом экструзии не рассчитан на сильный нагрев. Детали из него используются только в пределах невысоких температур, обычно до +100°C. Для более сложных условий применяется жаростойкий капролон с пределом нагрева до +259°C.
Производители занимаются выпуском капролона различных марок, химический состав которых максимально адаптирован под конкретные условия применения.
Самыми распространенными являются 4 марки: А, Б, МГ и МДМ:
Ближайшие аналоги
Ближайшим аналогом капролона выступает фторопласт. Это очень похожие материалы, которые во многих случаях являются взаимозаменяемыми. Однако они имеют разные технические параметры. Для капролона характерна более высокая износоустойчивость. Его в разы сложение разрезать. Изделия из него служат дольше. Однако фторопласт не уступает капролону по популярности, так как имеет более широкий температурный диапазон использования. Его температура плавления 327°C, в то время как у капролона она составляет 220-225°C. Таким образом, доступного в свободной продаже полноценного аналога капролона не существует.
Сфера использования
Область применения капролона практически не ограничена. Это прочный материал с высокой химической устойчивостью. За счет этого капролон не разрушается в сложных условиях.
Детали из него можно встретить в оборудовании и механизмах разных направлений промышленности:
В первую очередь из капролона делают подшипники и прочие детали скольжения. За счет низкого коэффициента трения такие изделия отличаются малым износом, что минимизирует частоту обслуживания оборудования. Из капролона делают втулки, направляющие вкладыши. Преимущественно такие детали применяются в узлах трения с нагрузкой до 20 МПа. Это обеспечивает запас прочности в 2,5 раза.
Из капролона изготавливаются шкивы и блоки для поднятия тяжестей. Согласно действующим нормативам, допускается максимальная нагрузка на подобные изделия до 30 т. Плотность и износоустойчивость материала также позволяет делать из него звездочки, шестерни и различные детали червячного механизма.
Прочность и стойкость материала к резке позволяют его использовать и для изготовления менее технологичных предметов. К примеру, из капролона делают разделочные доски для мяса, используемые на больших предприятиях. Благодаря химической стойкости материала его широко применяют в кожевенном деле для изготовления механизмов, занятых выделкой и подготовкой кожи. Детали из него не растворяются от контакта с используемыми при этом реактивами.
Капролактам
| Капролактам | |
 | |
 | |
| Общие | |
|---|---|
| Систематическое наименование | азепан-2-он |
| Традиционные названия | капролактам |
| Химическая формула | C6H11NO |
| Физические свойства | |
| Состояние (ст. усл.) | твёрдое |
| Молярная масса | 113,16 г/моль |
| Плотность | 1,01 г/см³ |
| Термические свойства | |
| Температура плавления | 68,8 °C |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | 105-60-2 |
| SMILES | C1CC(NCCC1)=O |
Капролактам (гексагидро-2H-азепин-2-он) — циклический амид (лактам) ε-аминокапроновой кислоты, бесцветные кристаллы; Τкип = 262,5 °C, Τпл = 68—69 °C.
Содержание
Свойства
Белые кристаллы, хорошо растворимые в воде, спирте, эфире, бензоле. Капролактам — циклический амид ε-аминокапроновой кислоты. В промышленности для производства капролактама исходным сырьем служит бензол. При нагревании в присутствии небольших количеств воды, спирта, аминов, органических кислот и некоторых других соединений капролактам полимеризуется с образованием полиамидной смолы, из которой получают волокно капрон.
Водные растворы кислот и щелочей вызывают гидролиз капролактама до ε-аминокапроновой кислоты.
Получение
Существует несколько промышленных методов синтеза капролактама, все они на завершающей стадии технологической цепи включают перегруппировку Бекмана циклогексаноноксима в капролактам при действии олеума или концентрированной серной кислоты при 60—120 °C:
Побочным продуктом на этой стадии является сульфат аммония, используемый в качестве минерального удобрения.
В свою очередь, существует несколько методов синтеза циклогексаноноксима, в которых качестве исходного сырья могут использоваться фенол, бензол или толуол, что и определяет технологические схемы производств.
Фенольный процесс
Исторически первым процессом производства капролактама был процесс, использующий в качестве исходного сырья фенол. На первой стадии в этом процессе фенол гидрируется до циклогексанола над катализатором Pd/Al2O3 или Ni-Cr/Al2O3 при 120-140 °C и давлении 1-1,5 МПа либо 130-150 °C и 1,5-2,5 МПа соответственно:
Циклогексанол затем дегидрируется до циклогексанона (1), из которого затем реакцией с избытком водного раствора сульфата гидроксиламина в присутствии щелочи или аммиака при 0-100 °C получают циклогексаноноксим (2) и далее перегруппировкой Бекмана капролактам (3):
Бензольные процессы
Другой группой процессов синтеза капролактама являются процессы, в которых в качестве исходного сырья используется бензол. Первой стадией этих процессов является каталитическое гидрирование бензола до циклогексана над Pt/Al2O3 или никель-хромовым катализатором при 250-350 и 130-220 °C соответственно.
и дальнейшего дегидрирования циклогексанола в циклогексанон (на цинк-хромовых при 360-400 °C, цинк-железных при 400 °C или медь-магниевых при 260-300 °C катализаторах), который через оксим затем превращается в капролактам. Выход капролактама
85-88% в пересчете на бензол.
При методе прямого оксимирования циклогексан, полученный гидрированием бензола, нитрозируют нитрозилхлоридом при ультрафиолетовом облучении, получающийся нитрозоциклогексан in situ таутомеризуется в циклогексаноноксим.
Толуольный процесс
Циклогексилкарбоновая далее нитрозируется нитрозилсерной кислотой при 75-80 °C. Реакция нитрозирования сопровождается декарбоксилированием, перегруппировкой образовавшегося нитрозоциклогексана в циклогексаноноксим и его перегруппировкой в капролактам под действием высвобождающейся при нитрозировании серной кислоты. Поскольку при нитрозировании на одной технологической стадии происходят четыре последовательных реакции, процесс недостаточно селективен и получаемый этим методом капролактам-сырец нуждается в дополнительной сложной очистке. Выход капролактама
70% в расчете на толуол.
Применение
Капролактам используется, в основном, для получения полиамидных пластмасс, волокон.
Капролон: характеристики,применение,преимущества,цена,фото
Наука не стоит на месте, а постоянно развивается, в результате чего появляются новые высокотехнологичные материалы, нашедшие свое применение в различных отраслях промышленности. На сегодняшний день некоторые полимеры способны не только успешно конкурировать с металлами и их сплавами, но и в некоторых случаях по своим характеристикам считаются лучше их.
Одним из самых распространенных высокотехнологичных материалов, которые появились сравнительно недавно, является капролон, по своим свойствам превосходящий металл по различным показателям, включая коррозийную стойкость и прочность.
Характеристика
Довольно часто такой полимер ассоциируют с заменителем сплавов и металлов в деталях, которые подвергаются сильному износу за счет силы трения. Благодаря антифрикционным свойствам этот материал применяют в качестве подшипников и прокладок.
Капролон является абсолютно водонепроницаемым и имеет высокий уровень коррозийной стойкости. Может довольно продолжительное время работать в следующих агрессивных средах:
Обладая диэлектрическими свойствами, капролон успешно применяют при изготовлении изоляционных компонентов и электродвигателей.
Весит полимер в 6 раз меньше стали, что значительно повышает его популярность. Конструкции с деталями, изготовленными из капролона вместо железа, обладают облегченным весом, что иногда является критичным показателем. Материал подвергают всем видам механической обработки, что позволяет изготовить из него такую деталь с достаточно высоким классом точности поверхности.
Преимущества
Детали из капролона являются долговечными и замечательно поглощают ударные нагрузки, благодаря чему их используют для изготовления тележек, корпусов различных механизмов, приводов редукторов, транспортеров, ступиц, шестеренок, звездочек и многих других агрегатов, в которых присутствуют ударные нагрузки на корпус изделия или элементы. Полиамидные стержни и листы устойчивы к воздействию:
Изготовленные из этого материала детали используются в узлах трения и даже без смазки. Преимущество листового и стержневого капролона заключается в том, что он является замечательным диэлектриком, по своим качествам не уступающий таким материалам, как поливинилхлорид и полистирол.
Обладая низким коэффициентом трения, изделия из Полиамида 6 быстро и легко устанавливаются вместо стальных и бронзовых деталей. Кроме того, они обладают гораздо меньшим весом, чем металлические изделия.
Листовой или стержневой капролон замечательно обрабатывается на точильных, фрезерных и шлифовальных станках. Изделия из такого материала гарантируют более надежную и длительную службу в узлах трения и скольжения. Стержни из капролона выдерживают различные нагрузки и удары, а также характеризуются длительным сроком эксплуатации.
Область применения
Обладая замечательными свойствами и техническими характеристиками, капролон с успехом применяют в разных отраслях промышленности. Наиболее востребован он в следующих сферах:
Применение капролона в промышленности и строительстве
Изделия из капролона
Вдобавок ко всему, капролон может поглощать шум и существенно снижать вибрационные и динамические нагрузки. В совокупности, все эти технические характеристики и сделали его одним из наиболее востребованных и популярных полимеров. Более того, данный материал с легкостью может быть обработан разными механическими способами. Например, обработка капролона выполняется посредством фрезерования, точения, разрезания, сверления, а также шлифования. Таким образом, используя обычное заводское оборудование, возможно сделать различные изделия из капролона взамен более тяжелых и менее надежных металлических.
Что делают из капролона?
Судостроение и судоремонт
Подшипники гребных и дейдвудых валов
Веерные ролики и крышки клапанов
Клапаны, поршни, шестерни, крыльчатки
Энергетика и электротехника
Турбинные вкладыши и шаровые мельницы
Шнеки питания, золотоудаления и пылевые
Подшипники для насосов и оборудования
Подшипники для камнедробильных систем
Вкладыши седлового подшипника
Втулки центральной цапфы и блока наводки
Подшипники для насосов
Скребки насосных штанг
Решетки для вакуумных фильтров
Подшипники качения и скольжения
Направляющие и вкладыши узлов трения
Втулки, шестерни, звездочки, поршни
Крановое и транспортное оборудование
Шкивы, блоки, ролики колесных механизмов
Корпуса, кронштейны, ступицы колес
Осевые опоры, втулки, подшипники
Сепараторы, насосы, ролики, шестерни
Подшипники, направляющие, втулки
Ниппеля, планки, колодки, шнеки
И это далеко не полный список возможной продукции из данного полимера. Поскольку сама обработка капролона выполняется на 35% более легко и быстро, нежели обработка других стальных аналогов, а итоговая стоимость у таких изделий будет гораздо ниже при высоких технических характеристиках, то многие предприятия выбирают именно этот материал для производства новой продукции. В свою очередь, очень многие инженеры стараются заменить старые изношенные стальные детали в промышленной или частной гражданской технике на высоконадежные и эффективные детали из капролона или же из его полимерных аналогов.
Аналоги капролона
Зарубежные аналоги капролона
Канада, США, Бельгия
Канада, США, Швейцария
Service Color Corp.
Adell Ptastics Inc.
Япония, США, Германия, Таиланд
Канада, США, Швейцария
Канада, США, Дания, Англия
Adell Ptastics Inc.
Япония, США, Германия, Таиланд
Полиамид 610
(ПА-610)
Кроме того, на постсоветском пространстве капролон зачастую обозначается как полиамид ПА-6 блочный. Такое название было дано благодаря тому, что данный материал выпускался в форме блоков. Однако уже долгое время основные формы его выпуска — стержень, втулка, лист или гранулы. Нерентабельность блочной формы обусловлена тем, что при изготовлении деталей из капролона значительная часть материала стачивалась, превращалась в стружку и шла в отход. Само собой, это было крайне невыгодно. Тем не менее, это название осталось в обиходе и используется до сих пор, а некоторые фирмы продолжают выпуск такой формы.
Примечателен тот факт, что капролон имеет несколько структурных модификаций, которые отличаются по степени устойчивости к нагрузкам и другим техническим характеристикам. В зависимости от предназначения и рабочих условий, производится полиамид ПА-6, а также полиамид ПА-6 маслонаполненный, то есть содержащий в себе специальную смазку. При этом маслонаполненный капролон будет иметь уже не светлый окрас, а черный. Кроме того, в темных тонах будет выполняться также полиамид ПА-6 МДМ с дисульфидом молибдена, и еще один особый вид данного полимера — полиамид ПА-6 МГ графитонаполненный.
Помимо этого есть еще и стекловолокнистый полиамид ПА-6, который содержит в структуре стекловолокно, придающее ему уже наибольшую жесткость и прочность. На этом изделия с префиксом «6» заканчиваются, однако идут уже другие модификации. Например, существует полиамид-11, который практически не подвержен старению. Существует и похожий на него полиамид-12. Кроме того, выделяют полиамид-46, полиамид-66 и полиамид-610. Каждый из них имеет чуть более лучшие технические показатели, чем материал с префиксом «6». Но здесь важно учесть, что это — не аналоги капролона, это — его структурные модификации.
Сравнение с фторопластом
Капролон — один из многих полимеров, применяемых для замены металлов. Из всех аналогов наиболее часто его сравнивают со фторопластом и полиуретаном. Технические характеристики фторопласта и полиамида в сравнении:
Фторопласт — мягкий и текучий полимер, не подходит для использования при высоких нагрузках. Срок службы у фторопласта выше, чем у полиамида-6, и по прочностным характеристикам фторопласт имеет лучшие показатели
Однако капролон отличается большей доступностью по цене, и это часто определяет выбор производителей в его пользу
. Подробнее о фторопласте Ф4 можно узнать здесь.
Полиуретан применяют взамен резины, традиционных пластмасс, а иногда и металлов. Он незаменим при изготовлении различных прокладок и уплотнений.
Благодаря применению новых полимерных материалов у производителей различного рода механизмов появилась возможность значительного облегчения и удешевления конструкций. Это приносит значительную экономическую выгоду и часто увеличивает срок службы изделий.
Среди большого разнообразия современных полимерных материалов выделяется фторопласт и капролон, и это неудивительно, ведь они оба находят широкое применение почти во всех отраслях промышленности. Какими свойствами обладают оба материала, чем они отличаются и в каких сферах находят применение фторопласт и капролон?
Капролон — полимерный материал
Капролон — полимерный материал (полиамид 6 PA-6) с высокими техническими характеристиками, более 30 лет используется в современной промышленности и активно заменяет детали из металла, бронзы, других сплавов. Капролон — российское название, часто встречается другое его наименование — полиамид 6 или ПА6 (PA6). Другие страны производят этот же материал под своими запатентованными наименованиями: Текамид (Tecamid), Эрталон (Ertalon), Текаст (Teсast), Ультралон (Ultralon), Нейлон (Neylon) и так далее, все эти полимеры — аналоги капролона. У нас еще можно встретить старое название — полиамид ПА6 блочный, обусловленное формой выпуска. На данный момент оно не актуально, при обработке блока остается большое количество отходов, стружки. Капролон выпускают в форме пластин, листов, стержней, кругов. Эти формы удобны для обработки и получения конечной продукции.
Капролон изготавливают двух марок: марка «А» — высший сорт, и марка «Б» — первый сорт, физико-механические свойства этих марок отличны и представлены в таблице:
Капролон (полиамид 6 блочный) марка «А» и марка «Б» основные параметры по ТУ 2224-001-78534599-2006:
Наименование показателей
Капролон стержни, круги, листы, плиты
PA 6, ненаполненный
PA 6 HS, наполнитель CM025, термо-
стабилизатор
PA 6 OFN, наполнитель CM015, низко-
температурное масло
Марка «А»
Марка «Б»
Гладкая поверхность без раковин, трещин, от белого до кремового цвета
Гладкая поверхность, от белого до кремового цвета, раковины, сколы не более 2 шт на 10% всей поверхности
Листы, стержни с гладкой поверхностью без раковин, трещин, цвет голубой
Листы, стержни с гладкой поверхностью без раковин, трещин, от серого до черного цвета
Количество пор размером от 0,8мм до 1,5мм на поверхности продукции, шт, не более
Изгибающее напряжение при величине прогиба, равной 1,5 толщины образца, мпа, не менее