Тепловое расширение капролона

Зачем расширять капролон? Когда токарь точит деталь при температуре +15⁰ С градусов в цехе, а потом заказчик делает замеры где-нибудь на складе в Краснодарском крае, где температура +30⁰ С, размеры не сойдутся. К тому, же капролон имеет свойство со временем насыщаться водой.

В этой статье мы рассмотрим линейное тепловое расширение различных материалов в сравнении с капролоном (полиамид 6 блочный).

Линейное тепловое расширение материалов – это относительное изменение линейных размеров тела, происходящее в результате изменения его температуры при постоянном давлении.

Характеристикой изменения размеров тела является коэффициент линейного теплового расширения αL (СТЕ), который описывается формулой:

Приведём пример изменения размера детали капролона длиной 1 м при изменении температуры от 0 до 50⁰С:

αL (капролон) на 1°C: в интервале от 0 до 50°C равен 0,000098

ΔL = αL * L0*ΔT = 0,000098*1*50 = 0,0049 м или 4,9 мм

αL (капролон) на 1 °C: в интервале от -50 до 0°C равен 0,000066

ΔL = αL * L0*ΔT = 0,000066*1*50 = 0,0033 м или 3,3 мм

При взаимодействии трущихся поверхностей неизбежно выделяется тепло, и чем больше нагрузка и скорость перемещения тел, тем больше выделится тепла в единицу времени. А так как теплопроводность пластиков крайне низкая, тепловая энергия будет накапливаться и разогревать поверхности трущихся деталей.

Предположим в качестве детали вы используете втулку скольжения с внутренним посадочным диаметром на ось 100 мм, как изменится размер детали если она изготовлена при температуре 20°C и в процессе работы нагреется до 100°C 

αL (капролон) на 1°C: в интервале от 50 до 100°C равен 0,000123 (данные приблизительные из разных источников)

ΔL = αL * L0*ΔT = 0,000123*100*80 = 0,984 мм

Таким образом, посадочный диаметр детали изменится почти на 1мм!!!

Сравним распространённые материалы по коэффициенту линейного теплового расширения:

ПРИМЕЧАНИЕ: αL в таблице приведены ориентировочные, точные данные зависят от температурного диапазона и конкретных марок материалов.

Какой вывод можно сделать из этих данных:

- при изготовлении деталей обязательно учитывайте рабочую температуру узла трения и перепад температур при эксплуатации;

- делайте больше допуск при изготовлении детали, чтобы в процессе эксплуатации узел трения не заклинило, тела должны свободно расширяться или сжиматься при изменении температуры;

- разнородные материалы, подвергающиеся периодическому нагреванию и охлаждению, следует жёстко соединять друг с другом только в том случае, когда они имеют одинаковые коэффициенты теплового расширения. Это особенно важно при больших размерах изделий.