Уменьшается ли нейлон?

При замене корродированного кабельного зажима на оборудовании рядом с паропроводом, техник по обслуживанию на пищевом производстве выбрал типичный нейлоновый кабельный зажим из запасов. Он затянул зажим. Через неделю связка висела свободно, кабельный зажим сжимался и затягивал зажим вокруг труб. Однако, при блокировке кабелей, ширина кабельного зажима уменьшилась в некоторой степени, что снизило часть его натяжения. Выводы техника подтвердили важную характеристику нейлона, которая часто игнорируется: нейлон имеет тенденцию сжиматься при высоких температурах, что влияет на его производительность независимо от типа продукта – кабельного зажима, текстиля или элемента, формованного под давлением. Крайне важно для всех, кто выбирает, использует или полагается на нейлоновые кабельные зажимы, знать следующую информацию о сжатии нейлона: где и при каких обстоятельствах он сжимается и на сколько. В этом руководстве объясняются основные принципы сжатия нейлона вместе с влиянием этого процесса на производство и использование нейлоновых кабельных зажимов.

Нейлон 6/6 – это вещество, из которого изготовлено большинство кабельных зажимов. Этот материал может сокращаться при нагревании и также немного изменять размер из-за поглощения или потери влаги. В процессе эксплуатации сжатие нейлонового кабельного зажима в основном происходит из-за термической релаксации напряжений, которые были созданы в нем во время инжекционного формования. Когда нейлон подвергается температуре выше его температуры стеклования (фактическое значение зависит от содержания влаги в материале, приблизительный диапазон составляет от 50 до 60 градусов Цельсия), полимерные цепи получают подвижность, позволяющую им расслабляться из растянутого ориентированного состояния обратно в менее эффективное случайное состояние и, следовательно, уменьшаться в размере.

Почему нейлон сжимается: Научные основы встроенного напряжения и термической релаксации

Чтобы понять причину усадки нейлона, сначала мы должны знать, что происходит внутри нейлона во время его инжекционного формования. Нейлон 6/6 является полимером с полукристаллической структурой. Когда он расплавлен и инжектируется в полость формы под большим давлением, длинные цепочки полимеров должны пройти через узкие каналы полости формы. После процесса охлаждения и затвердевания цепочки остаются в растянутой, ориентированной форме с выравниванием в направлении потока, находясь в напряжении. Это не ошибка; это просто основное свойство инжекционного формованного нейлона и происходит с каждым нейлоновым кабельным зажимом, произведенным. Ориентация придает кабельному зажиму высокую прочность в направлении длины, так как в растянутой форме он может выдерживать большие растягивающие силы по сравнению с случайно ориентированным полимером. Тем не менее, это создает неоптимальные условия для материала, так как у нас все еще есть шанс, что при нагревании цепочки полимера начнут расслабляться в более случайную форму. При этом материал будет усаживаться вдоль начального направления потока кабельного зажима. Из-за этого нейлоновый кабельный зажим усаживается при нагревании, что означает, что его инжекционно формованная ориентация расслабляется. Температура, при которой начинается этот процесс расслабления, называется температурой стеклования (Tg). Tg для нейлона 6/6 составляет около 50-60 градусов Цельсия. Когда температура ниже этого значения, размеры кабельного зажима стабильны. Когда температура выше Tg, процесс охлаждения приведет к усадке 1-3% в течение часов или дней. Для более глубокого понимания того, как нейлон 6/6 ведет себя при повышенных температурах и как термостабилизированные сорта расширяют диапазон эксплуатации, наш гид по том, являются ли стяжки термостойкими предоставляет данные о непрерывной эксплуатации и температуре плавления для каждого распространенного материала кабельных зажимов.

Влияние влаги: второе, менее значительное изменение размеров

Нейлон является гигроскопичным, что означает, что он поглощает влагу из окружающей среды. Это очень известное свойство этого материала, из-за чего нейлоновые кабельные зажимы отправляются в герметично запечатанных пакетах и кажутся слегка жесткими, когда хранятся в условиях низкой влажности. Когда нейлон поглощает влагу, он немного расширяется, так как молекулы воды, действующие как пластификаторы, отдаляют цепочки полимера друг от друга. Когда нейлон высыхает, он немного усаживается. Это изменение размеров, вызванное влагой, минимально по сравнению с термической усадкой, упомянутой выше, обычно не превышая доли процента и имея обратимый характер, так как нейлон снова набухает при повторном поглощении влаги. В нормальных внутренних условиях содержание влаги в нейлоновом кабельном зажиме стабилизируется в соответствии с влажностью окружающей среды, в которой он используется. Единственный случай, когда усадка, связанная с влагой, имеет значение, это когда нейлоновые кабельные зажимы подвергаются чрезмерной сухости при высоких температурах, например, когда они находятся внутри промышленной печи или нагретого корпуса в условиях сухого климата.

Как усадка нейлона влияет на производительность кабельного зажима на практике

В подавляющем большинстве внутренних приложений при комнатной температуре, усадка нейлонового стяжки незначительна и не влияет на производительность установки. Стяжка, установленная при 20°C и оставшаяся при 20°C на протяжении всего срока службы, не будет усаживаться. Усадка становится практической проблемой только тогда, когда стяжка подвергается длительному воздействию повышенных температур, и таблица ниже суммирует поведение различных материалов стяжек при термическом стрессе.

Усадке нейлона в других отраслях: текстиль и компоненты, формованные под давлением

Уменьшение нейлона происходит не только с кабельными стяжками. Это одно из свойств материала, и оно одинаково для любого продукта, изготовленного из нейлона 6/6 и других типов нейлона. Он используется в текстиле — нейлоновые ткани, используемые для активной одежды, купальников, одежды для активного отдыха и т. д., обычно смешиваются со спандексом или другими эластомерами для обеспечения растяжимости и восстановления. Таким образом, изделие из нейлона 100% не усаживается во время обычной стирки и сушки, так как температуры близки к или чуть выше температуры стеклования, а степень расслабления почти незначительна. Что касается изделия из смеси нейлона и спандекса, такого как нейлон 80% и спандекс 20%, оно усаживается больше, потому что волокна спандекса более чувствительны к теплу, чем нейлон, и структура ткани изменяется в сушилке. Инструкции на ярлыках по уходу за каждой нейлоновой одеждой — ”разложить для сушки”, “не сушить в барабане” — являются результатом того же процесса термического расслабления и процессов минерализации в случае с нейлоновой стяжкой, помещенной в горячую промышленную среду. Материал тот же. Эффект тот же. Единственное различие — это применение.

Когда речь идет о компонентах, изготовленных методом инъекционного литья, таких как шестерни, подшипники и части электрических соединителей, а также детали под капотом автомобиля, усадка компенсируется в конструкции формы. Полость формы вырезается немного больше, чем размеры детали после ее охлаждения в форме. Таким образом, усадка учитывается при изготовлении формы. Это общепринятая практика в процессе инъекционного литья, и именно это делает измерения кабельной стяжки — длина, ширина и толщина — относиться к размерам после процесса формования, а не к полости формы.

Лучшие практики использования нейлоновых кабельных стяжек в горячих условиях

Для установщика или проектировщика, использующего нейлоновые кабельные стяжки в горячей среде, следующие лучшие практики помогут предотвратить предсказуемые и избегаемые сбои из-за усадки.
Во-первых, используйте материал, подходящий для максимальной рабочей температуры. Если температура окружающей среды на месте выше 85°C — будь то моторный отсек, паропровод или промышленная печь — стандартный нейлон 6/6 не должен использоваться; необходимо использовать термостабилизированную нейлоновую стяжку, которая может выдерживать до 125°C, или ETFE, или нержавеющую сталь для более высоких температур.
Во-вторых, не перетягивайте стяжки. Кабельная стяжка, затянутая до максимума при комнатной температуре, будет подвергаться напряжению из-за усадки во время эксплуатации, что может привести к сбою, например, к поломке разделительной головки или обрыву ремешка из-за чрезмерного натяжения, плюс происходит сокращение стяжки. Использование откалиброванного инструмента для натяжения стяжек, который работает при заданном напряжении для данного размера нейлоновой стяжки, помогает избежать этой проблемы.
В-третьих, контролируйте установку стяжек в горячих условиях, которые используются. Если стяжка уменьшилась в размере или стала хрупкой или треснула, ее необходимо заменить; более того, замена должна быть выполнена из материала, подходящего для температурных условий, вызывающих неисправность.
В-четвертых, в случае критического применения, такого как подвесные стяжки, безопасное крепление и использование на открытом воздухе в пустынях, где отказ стяжки крайне нежелателен, используйте нержавеющую сталь с самого начала. Небольшая дополнительная стоимость стяжки из нержавеющей стали по сравнению со стяжкой из нейлона незначительна по сравнению с затратами на инцидент с отказом.

Часто задаваемые вопросы

Можно ли стирать нейлон 100% в сушилке?

Действительно, ткань из вискозы и нейлона можно помещать в сушилку для одежды на режиме воздуха или низкой температуры. Тем не менее, следует избегать высокой температуры. Высокая температура сушилки достигает 70-80 градусов Цельсия, что значительно превышает температуру стеклования нейлона, что приводит к усадке материала, образованию складок и изменениям формы. Следует следовать только инструкциям производителя, указанным на ярлыке по уходу, и можно упомянуть о сушке на низкой температуре или сушке в горизонтальном положении.

Будет ли нейлон 80% и 20% спандекс усаживаться?

Когда речь идет о высокой температуре, возможно, что тканевое сочетание нейлона 80% и спандекса 20% усадится. Поскольку спандекс более чувствителен к теплу, чем нейлон, спандекс может начать усаживаться и терять свою эластичность при температурах, которые не повлияют на нейлон. Эта ткань также может усаживаться из-за расслабления нейлона и его механического действия в сушилке. Чтобы предотвратить усадку ткани, следует стирать ее в холодной воде и сушить на воздухе или установить сушилку на низкую температуру.

Усадится ли нейлон 90%?

Да, волокна нейлона 90% подвержены усадке, как и волокна нейлона 100%, особенно при воздействии экстремального тепла и в случае, если изделие не было предварительно обработано перед производством. Усадка, хотя и не превышающая 5%, может значительно изменить то, как изделие сидит. Что касается оставшихся 10% ткани, которая может быть спандексом, полиэстером или любыми другими волокнами, они также играют важную роль. Ткань, изготовленная из нейлона 90% и спандекса 10%, будет усаживаться больше, чем ткань из нейлона 100%, потому что спандекс реагирует на тепло.

Что усаживается больше, нейлон или хлопок?

Хлопок усаживается гораздо больше, чем нейлон. Хлопок — это натуральное целлюлозное волокно, которое усаживается из-за расслабления напряжений, вызванных при прядении, т weaving и отделке, и он может усаживаться на 5-10% или более после первого цикла стирки и сушки, особенно если он не был предварительно усажен. Нейлон — это синтетический термопласт, который усаживается в основном из-за термического расслабления встроенных или натянутых напряжений, с усадкой обычно от 1 до 5% и происходящей только при высоких температурах. Одежда из хлопка заметно усаживается после всего одной стирки в горячей воде и в сушилке. Одежда из нейлона не будет усаживаться вообще, если стирать ее в холодной воде и сушить на воздухе.

Ссылки

• Американский химический совет — Отделение пластиков. Информация о термических и гигроскопических свойствах нейлона (полиамида), включая температуру стеклонаполнения и механизмы термического усадки.
• Panduit — Спецификации материалов для кабельных стяжек и данные о термической производительности. Производитель нейлона, термостабилизированного нейлона, ETFE и кабельных стяжек из нержавеющей стали, с опубликованными данными о термической усадке и максимальных температурах эксплуатации.
• HellermannTyton — Свойства материалов для кабельных стяжек и экологическая производительность. Глобальный производитель, предоставляющий технические данные о термическом поведении, поглощении влаги и размерной стабильности нейлона 6/6 и специализированных материалов для кабельных стяжек.
• ASTM D2732 — Стандартный метод испытания на неограниченную линейную термическую усадку пластиковых пленок и листов. Стандартный метод испытания для измерения термической усадки пластиковых материалов, включая нейлон, используемый в кабельных стяжках.

Проходит ли нейлон усадку? Да, проходит — но только при воздействии температур, превышающих его температуру стеклонаполнения. В этом процессе полимерные цепи, которые были заморожены во время процесса литья под давлением, возвращаются к конфигурации с более низкой энергией, в результате чего они усаживаются. Однако величина усадки незначительна (около 1 до 3% при температуре устойчивости) и предсказуема и управляемая, и может быть полностью предотвращена путем выбора подходящего нейлона для конкретной работы. Поэтому можно с уверенностью утверждать, что кабельная стяжка из нейлона не будет усаживаться в закрытой среде при комнатной температуре. Тем не менее, стяжка будет усаживаться в горячих точках, таких как пространство двигателя, в паропроводе или в промышленной печи, что приведет к потере прочности стяжки, и, таким образом, она в конечном итоге выйдет из строя. Если установщик выберет правильный тип нейлоновой кабельной стяжки, подходящий для конкретной температуры, которая выдерживает ее, в практике не будет сбоев, вызванных термической усадкой стяжки.