Как выбрать полиуретан: твердость, марка и форма выпуска

При выборе технического полиуретана недостаточно ориентироваться только на размер заготовки или ее стоимость. Материалы разных марок могут отличаться твердостью, эластичностью, сопротивлением износу и поведением при контакте с маслами, водой и другими рабочими средами. Поэтому сначала определяют условия эксплуатации будущей детали и только после этого выбирают марку, твердость и форму заготовки.

Такой подход особенно важен при изготовлении втулок, роликов, амортизирующих элементов, прокладок, уплотнений и других деталей, которые работают под нагрузкой.

С чего начать выбор полиуретана

Главный вопрос — не «какой полиуретан лучше», а какой материал подходит для конкретного узла.

Перед заказом желательно определить:

• назначение детали;
• характер нагрузки;
• требуемую жесткость или эластичность;
• наличие трения и абразивного износа;
• рабочую температуру;
• контакт с водой, маслами, топливом или другими веществами;
• необходимые размеры заготовки;
• способ последующей обработки.

Полиуретан, подходящий для амортизирующего элемента, не обязательно будет оптимален для жесткого ролика или детали, работающей на истирание. Поэтому универсальной марки для всех задач не существует.

Твердость — один из основных параметров

Технические полиуретаны выпускаются с различной твердостью. Для эластомеров этот параметр часто указывают по шкале Шора А.

Чем выше показатель, тем меньше материал деформируется при одинаковом воздействии. Однако выбирать максимально твердый полиуретан «с запасом» неправильно.

Более мягкий материал может быть предпочтителен, когда от детали требуется:

• амортизация;
• способность компенсировать небольшие смещения;
• эластичный контакт;
• снижение ударных нагрузок.

Более твердый полиуретан рассматривают для элементов, которым необходимы:

• большая размерная стабильность;
• сопротивление продавливанию;
• работа под значительной нагрузкой;
• устойчивость к интенсивному механическому воздействию.

При этом твердость — только один из параметров. Материалы с близкими показателями по Шору могут отличаться другими эксплуатационными свойствами.

Подробнее о логике подбора мы разбираем в материале «Твердость полиуретана по Шору: что означает и какую выбрать».

Как выбрать марку полиуретана

Марка характеризует конкретный состав материала и связанный с ним комплекс свойств. Поэтому выбирать полиуретан только по цвету или внешнему виду нельзя.

Для технического применения могут иметь значение:

• твердость;
• прочность;
• относительное удлинение;
• сопротивление раздиру;
• остаточная деформация;
• температурные ограничения;
• устойчивость к воздействию рабочей среды.

Например, две марки могут иметь сопоставимую твердость, но по-разному вести себя при длительном контакте с жидкостями или при динамической нагрузке.

Для первоначального подбора полезно идти от условий эксплуатации, а не от названия марки:

Характеристики конкретных марок необходимо сопоставлять с технической документацией производителя и реальными условиями эксплуатации детали.

Отдельно различия распространенных составов рассмотрены в статье «Марки полиуретана: СКУ-7Л, СКУ-ПФЛ и другие — как выбрать».

Лист или стержень: какую форму выбрать

После определения требуемых свойств материала выбирают форму заготовки.

Листовой полиуретан

Лист или пластина удобны для изготовления:

• плоских прокладок;
• скребков;
• амортизирующих пластин;
• накладок;
• защитных элементов;
• деталей сложного контура, которые вырезаются из плоской заготовки.

При выборе важно учитывать не только площадь листа, но прежде всего его толщину и запас на последующую обработку.

Подробно этот вопрос рассмотрен в статье «Листовой полиуретан: как выбрать толщину и марку».

Полиуретановый стержень

Круглая заготовка подходит, когда конечная деталь имеет форму тела вращения или обрабатывается на токарном оборудовании.

Из стержней могут изготавливаться:

• втулки;
• ролики;
• кольца;
• опорные элементы;
• амортизаторы;
• другие детали круглого сечения.

Диаметр заготовки обычно выбирают больше конечного диаметра детали, предусматривая припуск на механическую обработку.

Этому посвящен отдельный материал «Полиуретановый стержень: как подобрать диаметр и марку».

Как учитывать нагрузку

Понятие «нагрузка» при выборе материала включает сразу несколько режимов.

Статическая нагрузка

Если деталь длительное время находится в сжатом состоянии, большое значение приобретает способность материала сохранять размеры и восстанавливать форму после снятия нагрузки.

Динамическая нагрузка

Для деталей, испытывающих повторяющиеся удары, вибрации или циклическое деформирование, важны эластичность и сопротивление разрушению при многократных нагрузках.

Трение и истирание

Если поверхность постоянно контактирует с движущейся деталью или абразивным материалом, на первый план выходит износостойкость.

Поэтому одна и та же полиуретановая заготовка не должна автоматически использоваться для любого механизма только потому, что подходит по размерам.

Температура и рабочая среда

Еще одна распространенная ошибка — выбрать материал по твердости, но не учитывать окружающую среду.

Необходимо заранее выяснить:

• минимальную и максимальную рабочую температуру;
• возможен ли длительный контакт с водой;
• присутствуют ли масла или топливо;
• воздействуют ли на деталь химические вещества;
• работает ли узел на открытом воздухе.

Устойчивость зависит от конкретной марки полиуретана, поэтому общие характеристики материала нельзя автоматически переносить на любой состав.

Подробнее эти параметры рассматриваются в материалах «Рабочая температура полиуретана: диапазоны и ограничения» и «Стойкость полиуретана к воде, маслам и рабочим средам».

Нужно ли учитывать последующую обработку

Да. Особенно если приобретается заготовка, из которой затем будет изготавливаться точная деталь.

При выборе листа или стержня следует предусмотреть:

• припуск на обработку;
• способ резки;
• возможность сверления или точения;
• требуемую чистоту поверхности;
• допуски готовой детали.

Иногда немного более крупная заготовка оказывается практичнее изделия, размер которого почти совпадает с конечным размером детали.

Частые ошибки при выборе

Выбирать только по твердости

Показатель по Шору не описывает все свойства материала.

Считать, что более твердый полиуретан всегда лучше

Избыточная жесткость может оказаться недостатком там, где необходимы эластичность и компенсация ударов.

Не учитывать рабочую среду

Материал может хорошо работать механически, но не подходить для длительного контакта с конкретной жидкостью.

Покупать заготовку точно в размер готовой детали

При механической обработке необходим технологический припуск.

Выбирать лист или стержень только по цене

Стоимость заготовки сама по себе ничего не говорит о том, подходит ли она для требуемого режима работы.

Что уточнить перед заказом

Если марка полиуретана заранее не задана конструкторской документацией, полезно подготовить следующую информацию:

1. Что изготавливается.
2. Как работает деталь.
3. Какая нагрузка на нее действует.
4. Нужна жесткая или эластичная деталь.
5. Какая рабочая температура.
6. С какими веществами контактирует материал.
7. Каковы размеры конечного изделия.
8. Предусматривается ли механическая обработка.

Это значительно упрощает подбор заготовки и снижает риск выбора материала только по одному параметру.

Дополнительную справочную информацию о свойствах и характеристиках материала можно посмотреть на странице о техническом полиуретане.