Угленаполненный полиамид УПА-6-15 в Минске

Угленаполненный полиамид УПА-6-15: конструкционный материал для нагруженных узлов

УПА-6-15 — это полиамид-6 (ПА-6), модифицированный 15% масс. короткорезаного углеродного волокна. Введение углеродного наполнителя в матрицу полиамида-6 изменяет комплекс механических и триботехнических характеристик по сравнению с ненаполненным ПА-6: возрастает жёсткость, прочность при изгибе и сжатии, снижается коэффициент трения и повышается теплопроводность. Материал перерабатывается литьём под давлением и предназначен для изготовления деталей, работающих в условиях повышенных нагрузок и ограниченного теплоотвода.

Влияние 15% углеродного волокна на свойства ПА-6

Дозировка 15% углеродного волокна — это баланс между усилением и технологичностью. При таком содержании наполнителя сохраняется удовлетворительная текучесть расплава, что позволяет формовать детали сложной конфигурации с толщиной стенки от 1,5 мм. Модуль упругости при растяжении возрастает до 6,5–8,0 ГПа (против 2,5–3,0 ГПа у ненаполненного ПА-6), а предел прочности при растяжении достигает 120–150 МПа. Усадка при формовании анизотропна: в направлении течения расплава она составляет 0,2–0,4%, в поперечном — 0,6–0,9%, что необходимо учитывать при проектировании пресс-форм.

Углеродное волокно обеспечивает электропроводность материала: удельное объёмное сопротивление УПА-6-15 находится в диапазоне 10–10 Омсм. Это делает детали из данного компаунда пригодными для снятия статических зарядов в узлах электрооборудования и топливных системах.

Триботехнические характеристики и теплопроводность

В паре трения «УПА-6-15 — сталь» коэффициент трения без смазки составляет 0,15–0,25, что ниже, чем у базового ПА-6 (0,3–0,4). Углеродное волокно работает как твёрдая смазка, а его высокая теплопроводность (0,5–0,7 Вт/(мК) против 0,23 Вт/(мК) у ПА-6) способствует отводу тепла из зоны контакта. Это позволяет применять материал в подшипниках скольжения и направляющих, работающих при скоростях до 1,5 м/с и удельных нагрузках до 10 МПа.

Рабочий диапазон температур для УПА-6-15: от –40 C до +120 C кратковременно (до +160 C без нагрузки). При длительной эксплуатации на воздухе при 100 C прочность снижается на 30–40% вследствие термоокислительной деструкции, поэтому для продолжительной работы при повышенных температурах требуется стабилизация или применение других марок.

Применение в промышленности

УПА-6-15 используется для изготовления деталей, где требуется сочетание лёгкости, жёсткости и износостойкости:

• втулки и подшипники скольжения в насосном оборудовании и редукторах;
• направляющие и ролики в конвейерных системах и упаковочных машинах;
• шестерни и кулачковые механизмы в приводах автомобильной техники;
• конструкционные корпуса и кронштейны в электроинструменте и бытовой технике;
• детали топливной аппаратуры и пневмосистем, требующие электропроводности.

Материал стоек к воздействию минеральных масел, топлив, слабых щелочей и большинства органических растворителей. Не рекомендуется контакт с сильными кислотами и кипящей водой — в этих средах происходит гидролиз полиамидной матрицы.

Технологические параметры переработки

Литьё под давлением УПА-6-15 ведётся при температуре расплава 240–270 C, температуре формы 80–100 C. Давление впрыска — 80–120 МПа. Перед переработкой гранулят сушат при 80–90 C в течение 3–4 часов до остаточной влажности не более 0,15%. Нарушение режима сушки приводит к дефектам поверхности и снижению прочности из-за гидролиза.

Сравнение с другими угленаполненными полиамидами

В отличие от составов с 30% углеродного волокна (УПА-6-30), марка УПА-6-15 сохраняет более высокую ударную вязкость и меньшую анизотропию усадки, что упрощает получение точных размеров. По сравнению со стеклонаполненным ПА-6 (например, ПА-6-20Т), угленаполненный вариант обеспечивает лучшую теплопроводность и меньший коэффициент трения, но уступает по диэлектрическим свойствам. Выбор между этими материалами определяется условиями работы узла: для электроизоляционных деталей применяют стеклонаполненные составы, для узлов трения и теплонагруженных конструкций — угленаполненные.

Вопросы и ответы