Металл или пластик? Именно это соединение опорной ножки определяет срок службы маркизы

У маркизы есть одно соединение, которое задействуется при каждом открытии или закрытии: это место соединения опорной ножки с передней перекладиной. Никакая другая деталь маркизы не вращается так часто и не несет нагрузки во время вращения.

Прежде чем дать ответ, стоит сформулировать вопросы. В каждом вращающемся соединении должен быть зазор, иначе оно не будет вращаться, так что же происходит с этим зазором с течением времени? Алюминий защищает порошковое покрытие, так что же происходит, когда его наносят на поверхность, которая вращается, соприкасаясь с другой поверхностью? Нейлон — более прочный материал по техническим характеристикам, так почему же он не подходит для этой позиции? И почему деталь, которую ни один клиент никогда не увидит, носит название японского бренда материала?

Это первая статья из серии, посвящённой тем аспектам, по которым на самом деле оценивается тент.

Где находится сустав и какую функцию он выполняет

Эта деталь представляет собой вращающееся соединение между опорной ногой и передней перекладиной, и при этом важно учитывать два момента, касающихся её положения. Когда тент сложен, он полностью убирается внутрь корпуса, оставаясь невидимым и защищённым от солнца — именно в таком состоянии автомобиль находится большую часть времени. Когда тент разложен, он располагается непосредственно под полотном, а перед ним находится алюминиевый корпус передней перекладины.

В любом из этих состояний на них попадает очень мало прямых солнечных лучей. Уже один этот факт опровергает большинство распространенных представлений о пластиковых деталях автомобиля, и именно поэтому ниже речь пойдет о износе, нагревании и влаге, а не о воздействии атмосферных факторов.

Почему этот шарнир пластиковый, а не металлический?

В поворотном соединении должен быть зазор, поскольку без него оно не будет вращаться. Это вопрос механики, а не точности обработки, поэтому на самом деле важно не то, насколько плотно сидит деталь, а то, из какого материала изготовлены элементы по обе стороны от этого зазора.

Если бы эта деталь была изготовлена из алюминия с покрытием, это повлекло бы за собой два последствия. Покрытие со временем износилось бы, поскольку порошковое покрытие служит скорее для защиты от коррозии и придания внешнего вида, чем в качестве износостойкой поверхности; при взаимодействии вращающейся поверхности с другой поверхностью оно постепенно стирается, пока не обнажится алюминий под ним. Толщина этого покрытия сама по себе является частью зазора, поэтому, как только оно изнашивается, зазор увеличивается, и соединение ослабевает.

Второй недостаток — шум. Соприкосновение металла с металлом через зазор, который неизбежно должен существовать, приводит к тому, что две металлические поверхности ударяются друг о друга каждый раз, когда автомобиль наезжает на неровность. Это самая распространенная жалоба на вращающиеся механизмы в автомобилях, и именно её конечный пользователь замечает в первую очередь.

Инженерный пластик в этой позиции устраняет обе проблемы. Его износ при соприкосновении со стальной деталью близок к нулю, коэффициент трения остается стабильным с течением времени, а благодаря демпфирующим свойствам он поглощает дорожные вибрации, а не передает их — по тому же принципу, по которому пластик используется в петлях автомобильных дверей и механизмах регулировки сидений. В данном случае пластик не является ухудшением по сравнению с металлом; он является более надёжным из этих двух материалов. Однако весь вопрос заключается в том, какой именно пластик выбрать — и на самом деле это два вопроса: какой из них работает сейчас, и какой из них будет работать через пять лет.

Разница между пластиком и инженерным пластиком

Под словом “пластик” большинство людей подразумевает АБС и подобные ему материалы — группу, из которой изготавливают корпуса, панели и отделочные элементы. ПОМ, также называемый полиоксиметиленом или ацеталом, относится к другому классу. Его основное промышленное применение заключается именно в изготовлении таких деталей: шестерен, подшипников, направляющих и вращающихся частей, которые несут нагрузку во время движения.

Материал ABS не предназначен для изготовления нагруженных деталей, подвергающихся многократному вращению, и в таких условиях в данной детали быстро возникнут износ и деформация. Стоимость сырья POM значительно превышает стоимость ABS, и именно такая стоимость обусловлена функциональными требованиями к данной детали.

Как на самом деле старение влияет на этот материал

Пластиковые детали славятся тем, что со временем становятся хрупкими, и это вполне обоснованный вопрос, который стоит задать, а не отмахиваться от него. Однако в данном случае речь не идет о наиболее распространённой причине хрупкости. Пластики, которые с течением времени твердеют и растрескиваются, обычно теряют пластификатор — многие материалы приобретают гибкость за счет добавки, которая со временем испаряется или мигрирует, в результате чего материал становится твёрдым и подверженным растрескиванию; именно это произошло с изношенными уплотнителями и хрупкими трубами из ПВХ, хорошо знакомыми по старым автомобилям.

POM по своей природе обладает высокой прочностью и не содержит пластификаторов. Его прочность обусловлена молекулярной структурой, а не добавками, которые могут вымываться, поэтому механизм старения по этому пути просто не имеет места. Еще три свойства играют важную роль с течением времени: это инженерный пластик с высокой степенью кристалличности, поэтому его механические свойства остаются стабильными без отклонений; его водопоглощение очень низкое, поэтому его свойства не зависят от погодных условий; и он самосмазывающийся, поэтому в нем отсутствуют приложенные смазочные материалы, потеря которых могла бы привести к снижению эксплуатационных характеристик.

Автомобильная промышленность тестирует этот материал уже на протяжении десятилетий: POM используется в втягивающих механизмах ремней безопасности, стеклоподъемниках и механизмах регулировки сидений, где предполагается, что срок службы должен соответствовать сроку службы самого автомобиля. Если бы этот класс материалов терял прочность через несколько лет, его бы там не использовали. На него не оказывает разрушительного воздействия даже насыщенный солью прибрежный воздух, а ацетальный сополимер устойчив к веществам, которыми моют маркизы.

Почему бы не использовать нейлон, который на бумаге кажется более прочным?

Таким образом, остается одна серьезная альтернатива, и именно она предлагается чаще всего. Нейлон тоже является инженерным пластиком, и, судя по сухим техническим характеристикам, он превосходит ацеталь по прочности на разрыв, температуре плавления и стоимости. Ключевым словом в данном случае является сухой. Каждая из этих величин измеряется на прутке, только что вышедшем из пресс-формы, и ни одна деталь, находящаяся в эксплуатации, не остается в таком состоянии.

Нейлон обладает гигроскопичностью: после установки он непрерывно поглощает влагу из воздуха и достигает равновесного состояния в течение нескольких недель или месяцев. Ацеталь практически не поглощает влагу, поэтому его заявленные характеристики соответствуют рабочим показателям.

Типичные опубликованные значения для марок без наполнителя; показатели отдельных марок могут отличаться.

Из этого вытекают три момента, о которых стоит знать. Деталь из нейлона, подвергшаяся воздействию внешних факторов, утратила более половины модуля упругости, указанного в технических характеристиках, а кронштейн в этом соединении принимает на себя изгибающую нагрузку — именно по этой причине он имеет ребристую конструкцию. Её трение о сталь изменяется в зависимости от влажности, что и объясняет разницу между тентом, который открывается одинаково каждый раз, и тем, который в августе открывается с большим усилием, чем в марте. А его знаменитая прочность, как оказывается, лишь кажущаяся: нейлон прочнее ацеталя только тогда, когда деталь новая, впитала влагу и находится при умеренной температуре, а именно в таких условиях жалобы никогда не поступают.

Ни одна из этих трёх причин не стала причиной того, что мы исключили нейлон. Каждая из них устраняется: достаточно высушить деталь, и проблема исчезает. Далее следуют две проблемы, которые не так легко устранить, и первая из них возникает ещё до того, как тент начнёт использоваться.

Деталь считается готовой, где бы она ни оказалась

Перед формованием нейлон необходимо высушить, поэтому деталь из нейлона покидает завод в сухом состоянии. Все измерения, проводимые при окончательном контроле качества, выполняются именно в этом состоянии — единственном, в котором деталь больше никогда не окажется.

С момента упаковки она впитывает влагу из любого окружающего воздуха, а этот воздух не наш. Один и тот же артикул используется как в отапливаемой квартире в северную зиму, так и в прибрежном регионе Японии или Квинсленда летом, а также во всех промежуточных условиях — и в каждом случае она достигает своего равновесного состояния, а значит, приобретает различную жесткость, прочность и тактильные ощущения. Прошло несколько месяцев с тех пор, как он покинул нас, и при этом ничего не пошло не так.

Для производителя это и является самой сложной частью: завод-изготовитель не может полностью проверить качество нейлоновой детали, поскольку половина условий её эксплуатации определяется климатическими условиями у заказчика. Проведя испытания здесь, вы проверили лишь один из множества возможных случаев, а для дистрибьютора частота жалоб приобретает географический характер. Ацеталь практически не расширяется, поэтому деталь, прошедшая окончательный контроль качества, — это именно та деталь, которая попадает к заказчику на любом рынке, куда мы поставляем продукцию.

Всё это по-прежнему относится к вопросу согласованности, а согласованность можно учесть при проектировании. А вот то, что будет дальше, — нет.

Единственный процесс старения, который невозможно обратить вспять

Вот в чём причина, а всё остальное в этом сравнении имеет второстепенное значение.

Молекулярный каркас нейлона удерживается амидными связями, которые разрушаются под совместным воздействием тепла и воды. Это не то поглощение влаги, о котором говорилось выше. То явление носит физический характер и является обратимым. А это — химический процесс: цепи разрываются, молекулярная масса снижается, и ничто не может восстановить их. Деталь, подвергшаяся этому воздействию, навсегда теряет прочность по сравнению с деталью, которая была установлена, независимо от последующих погодных условий и того, насколько сухим окажется сезон.

Закрытый корпус летом создаёт все условия, необходимые для протекания реакции, и обеспечивает их одновременно: тепло, накапливающееся в герметичной полости, конденсат, образующийся при ночном охлаждении, и крайне слабую вентиляцию, не позволяющую влаге удаляться. Это практически соответствует описанию условий, которые вы создали бы специально, если бы вашим намерением было выдержать полиамид.

Основной цепью ацеталя является —CH₂—O—. В нём нигде нет гидролизуемой связи, поэтому для этого материала такой путь не существует — ни постепенно, ни в конечном итоге, ни в жарком климате.

Стоит четко обозначить, насколько важен этот аспект. Жесткость, трение и износостойкость — это аргументы, касающиеся эксплуатационных характеристик материала, и компетентный конструктор может обойти любой из них: добавить ребро жесткости, увеличить зазор или выбрать материал другого класса. Гидролиз — это не вопрос эксплуатационных характеристик. Это вопрос о том, останется ли одобренная вами деталь той же самой через пять лет, и нет никакой возможности обойти связь, которой изначально не существует.

Часть, которую никто не видит, но о которой говорят так, будто она видна

Что касается ацеталя, то здесь тоже предстояло сделать выбор. Он бывает двух видов: гомополимер и сополимер, причем гомополимер примерно на десять процентов прочнее. Кроме того, он менее устойчив к воздействию щелочей, горячей воды, длительного нагрева — а также именно к тому гидролизу, о котором говорилось выше.

Тент моют водой с моющими средствами, а внутри корпуса летом скапливается тепло. Именно в таких условиях гомополимер вызывает проблемы, а сополимер — нет, поэтому мы пошли на небольшую уступку в прочности ради стабильности, которая имеет значение на протяжении многих лет эксплуатации.

Сам сорт материала — DURACON® — представляет собой ацетальный сополимер, производимый японской компанией Daicel Corporation. Он выпускается с 1964 года и является одним из старейших брендов ацетальных материалов в мире, находящимся на одном уровне с брендами Celanese и BASF. По стоимости он значительно превосходит отечественный POM общего назначения и намного дороже ABS.

Это внутренняя деталь. Клиент её никогда не увидит, и ни в одной технической спецификации в этой отрасли она не указана. Использование инженерного пластика японского производства высшего качества в такой части — это самое яркое подтверждение того, на чём мы не экономим.

Выбор материалов должен соответствовать должности

Вращающийся соединитель, несущий профиль и ткань, подверженная воздействию погодных условий, — каждый из этих элементов отвечает на свой вопрос, и решение по каждому из них следует принимать с учетом его индивидуальных особенностей.

Этот принцип работает в обе стороны, и стоит отметить, в каких случаях он играет против ацеталя. Под прямыми солнечными лучами ситуация меняется на противоположную: ацеталь разрушается в результате «раскрытия цепи», которое стабилизатор может замедлить, но не остановить, если процесс уже начался, в то время как фотоокисление нейлона можно эффективно предотвратить. Для оборудования, находящегося под открытым небом — стяжных пряжек, колышков, зажимов для ткани — подходящим материалом является чёрный полиамид, стабилизированный против УФ-излучения, а ацеталь — неподходящий. В одной и той же линейке продукции намеренно используются оба материала.

Описанное здесь соединение — это та часть тента, которая подвергается наибольшим нагрузкам и при этом остается незаметной, и именно поэтому о ней стоит рассказать подробнее.