Вы заходите в любой механический цех и спрашиваете о инженерных пластиках, разговор всегда начинается одинаково: «Какой материал вы используете?» И когда вы говорите «нейлон», в половине случаев вам отвечают: «Вы рассматривали Делрин?» Оба имеют белый цвет, оба вырезаны на токарном станке с ЧПУ, оба видны на втулках подшипников, шестернях и изнашиваемых накладках. Но они совсем не похожи друг на друга, когда вы встраиваете их в реальное приложение.

Мы обрабатываем тысячи пластиковых деталей в месяц, а нейлон и делрин — два материала, которые мы видим чаще всего. После более чем 20 лет наблюдения за тем, что работает, а что нет, вот вам простой анализ того, когда что выбирать.

Реальная разница: решающий фактор – влажность

Делрин (гомополимер ПОМ, обычно марки DuPont) не впитывает воду. Период. Втулку Делрина можно оставить на неделю в ведре с водой, вытащить - размеры не изменятся. Нейлон 6/6 впитывает 1,5% влаги от своего веса при относительной влажности 50% и до 8–10% при полном насыщении. Поглощение влаги на уровне 8 % соответствует изменению размеров примерно на 0,3 %, что составляет 0,15 мм для втулки диаметром 50 мм.

Эти 0,15 мм и есть разница между подшипником с запрессовой посадкой и неаккуратным. В этом разница между шестерней, которая зацепляется с люфтом 0,02 мм, и шестерней с люфтом 0,17 мм. В этом разница между деталью, которая работает прямо из коробки, и той, которую перед сборкой нужно высушить в духовке в течение 4 часов.

Если ваша деталь работает в сухой, контролируемой среде — внутри корпуса электроники, в чистом помещении, на заводе с системой отопления, вентиляции и кондиционирования — нейлон, вероятно, подойдет. Но если есть вероятность воздействия воды, циклической влажности или установки на открытом воздухе, Делрин — более безопасный выбор.

Когда побеждает нейлон (да, такое случается)

Нейлон – это не мусор. Он действительно лучше Делрина в трёх конкретных ситуациях.

Во-первых: ударопрочность. У Нейлона 6/6 ударная вязкость по Изоду составляет около 80 Дж/м, а у Делрина — 120 Дж/м — подождите, это победа Делрина. На самом деле, нейлон 6/6 имеет плотность около 80 Дж/м в сухом виде, а нейлон 6 (литой) может достигать 150+ Дж/м. Загвоздка в том, что ударная вязкость нейлона падает на 50% и более, когда он насыщен влагой. Так что ответ зависит от ваших условий эксплуатации.

Во-вторых: износостойкость при работе всухую. У нейлона более низкий коэффициент трения по стали, чем у делрина — примерно 0,20 против 0,30 — что означает, что нейлоновые подшипники охлаждаются и служат дольше при отсутствии смазки. Мы видели нейлоновые изнашиваемые накладки в конвейерных системах, которые работали в 2-3 раза дольше, чем делриновые, в том же режиме сухого хода. Компромисс: нейлон изнашивается быстрее, чем делрин, когда он влажный или смазанный, потому что влага действует как пластификатор и смягчает поверхность.

Третье: стоимость. Нейлоновое удилище 6/6 стоит около 60-70% цены Delrin за килограмм. Для втулки стоимостью 2,50 доллара разница в стоимости материала составляет 0,15 доллара — вероятно, не стоит менять материалы. Но для прототипа втулок массой 50 кг это экономия материала составляет 400–500 долларов. Когда объемы становятся достаточно большими, ценовое преимущество нейлона начинает иметь значение.

Когда Делрин побеждает (большую часть времени)

Для промышленных деталей, обработанных на станках с ЧПУ, делрин выигрывает чаще, чем нейлон. Вот почему.

Стабильность размеров очень важна. Влагопоглощение делрина составляет 0,25% при насыщении — примерно 1/30 от показателя нейлона. Если вы обрабатываете седла подшипников, отверстия для прессовой посадки или любые другие детали, которые должны выдерживать допуск +/- 0,01 мм, Delrin дает вам шанс на успех. Нейлон заставляет тебя бороться за него.

Обрабатываемость даже близко не стоит. Делрин имеет рейтинг обрабатываемости, который приближается к латуни, полученной методом свободной обработки: стружка отходит чистой, качество поверхности достигает Ra 0,8 без каких-либо усилий, а износ инструмента минимален. Нейлон липкий. Он плавится, если скорость резания слишком высока, образует длинную волокнистую стружку, которая обволакивает инструмент, а качество поверхности в лучшем случае составляет Ra 1,6 без специальной оснастки. Мы используем Delrin со скоростью подачи, в 3-4 раза превышающей скорость подачи нейлона, что означает, что обработка деталей из Delrin обходится дешевле, хотя материал стоит дороже.

В большинстве сравнений жесткость отдает предпочтение Делрину. Ацеталь (делрин) имеет модуль упругости около 3,1 ГПа, а нейлон 6/6 — около 2,9 ГПа — близко, но делрин становится жестче, когда оба высушены. Нейлон 6/6 становится мягче при впитывании влаги (модуль упругости падает примерно до 1,0 ГПа при насыщении), а делрин практически не меняется. Для зубчатых передач, втулок подшипников и любых компонентов, несущих нагрузку, постоянная жесткость Делрина является настоящим преимуществом.

Прямые данные

Числа в этой таблице являются приблизительными и зависят от марки и производителя.

А как насчет вариантов со стеклянным наполнением?

Оба материала выпускаются со стеклонаполнителем — обычно 30% стекловолокна. Стеклонаполненный нейлон становится значительно жестче (модуль до 9 ГПа) и теряет большую часть своей чувствительности к влаге, но становится абразивным и разрушает твердосплавные инструменты в 3-4 раза быстрее, чем ненаполненный нейлон. Стеклонаполненный делрин (POM-GF) также более жесткий, но менее абразивный для механической обработки. Если вам нужна жесткость металлической детали при весе пластика, стеклонаполненный делрин обычно является лучшим выбором для обработки.

Недостаток стеклонаполненных марок: они не подходят для несущих поверхностей. Стеклянные волокна, выступающие на поверхности, действуют как абразивы по отношению к сопрягаемым металлическим компонентам. Мы видели нейлоновые втулки, наполненные стеклом, которые разрушили вал, который они должны были защищать. Если вам нужна стеклонаполненная деталь с опорной поверхностью, закажите металлическую вставку-втулку или запланируйте полировку после механической обработки, чтобы обнажить матрицу смолы.

Реальные выноски, которые мы видим в магазине

Компания, занимающаяся робототехникой, прислала нам чертеж нейлоновой втулки подшипника — внутренний диаметр 25 мм, внешний диаметр 30 мм, длина 40 мм, запрессовываемой в алюминиевый корпус. Они использовали нейлон в трех вариантах конструкции, и каждый раз подшипник оказывался слишком тугим или слишком ослабленным в зависимости от погоды. Мы предложили перейти на Делрин, они одобрили, и за два года прессование было одинаковым для более чем 10 000 изделий. Тот же рисунок, другой материал, проблема решена.

С другой стороны, производитель промышленных конвейеров использовал изнашиваемые накладки Delrin на сортировщике с цепным приводом, который работал круглосуточно и без выходных. Колодки изнашивались каждые 3 месяца — быстрее, чем ожидалось. Мы заменили их на литой нейлон 6 (а не 6/6), и срок службы увеличился вдвое, до 6 месяцев. Ключевым моментом было то, что применение осуществлялось всухую, а более высокая износостойкость нейлона (в сухих условиях) перевешивала преимущество Делрина в стабильности размеров.

Ни одна из историй не доказывает, что какой-то один материал в целом лучше. Оба доказывают, что правильный ответ зависит от реальных условий эксплуатации.

Наша рекомендация

Для деталей, обработанных на станках с ЧПУ, где вы можете контролировать рабочую среду: нейлон подойдет, и он дешевле. Для деталей, где влажность, влажность или стабильность размеров имеют значение: выберите Делрин. Если сомневаетесь: Делрин. Надбавка к стоимости материала невелика, стоимость обработки ниже, и вам не придется тратить 6 месяцев на устранение отклонения размеров, вызванного влажностью.

Отправьте нам свой чертеж с указанными условиями эксплуатации (диапазон температур, воздействие влаги, нагрузка, скорость и материал сопряжения), и мы дадим вам рекомендации по материалам, подкрепленные реальным опытом работы в цехах, а не таблицами из учебника.