Полиуретановые валы с твердостью 20A-90A по Шору

Когда говорят о полиуретановых валах, часто сразу представляют что-то ?универсальное? или думают, что чем тверже, тем лучше. Это первое заблуждение, с которым сталкиваешься. На самом деле, диапазон 20A-90A по Шору — это не просто цифры, а целый спектр рабочих характеров материала. И если для жесткого прессования или тяжелых условий взять вал 90A — логично, то для деликатной подачи тонкой пленки он будет просто губителен. Сам наступал на эти грабли, пытаясь ?упрочнить? процесс, а получал лишь сколы на материале и быстрый износ самого вала из-за недостаточной амортизации.

Почему диапазон 20A-90A — это не линейная шкала, а набор решений

Твердость по Шору — это не прочность на разрыв, а про сопротивление вдавливанию. И здесь есть нюанс, который не всегда очевиден: полиуретан разной твердости ведет себя под нагрузкой по-разному. Вал с твердостью 20A-30A — это очень мягкий, почти гелеобразный материал. Он отлично компенсирует неровности, идеален для работы с хрупкими поверхностями, но имеет низкую стойкость к истиранию и может ?плыть? под постоянным давлением. Я как-то ставил такой на пробную линию по нанесению клея на бумагу — адгезия стала идеальной, но сам вал начал терять геометрию уже через две недели непрерывной работы. Пришлось срочно искать компромисс.

Середина диапазона, 40A-70A — это, пожалуй, самая востребованная и ?рабочая? зона. Здесь материал сохраняет хорошую эластичность, но уже обладает достаточной формостабильностью и износостойкостью. Именно в этом диапазоне работает большинство валов для нанесения покрытий, офсетной печати, транспортировки. Например, для валов, подающих листовой металл, часто выбирают около 60A-70A — нужно и амортизировать удар, и не деформироваться под весом.

А вот 80A-90A — это уже практически жесткий пластик. Упругость минимальна, зато стойкость к абразивам и резанию — максимальна. Такие валы хороши для тяжелых условий: в гильотинных ножницах, в качестве опорных роликов под большими нагрузками, в системах, где важна точная геометрия без прогиба. Но и здесь есть подводный камень: при такой твердости критически важна качественная связка полиуретана с металлической осью. Видел случаи, когда при ударном воздействии слой просто отслаивался, потому что адгезия была слабым местом.

Опыт и ошибки: от чертежа до готового вала

Один из ключевых моментов — это не просто заказать ?вал 70A?, а правильно сформулировать техзадание. Что будет окружать вал? Какие среды, температуры, скорости? Будет ли контакт с маслами, растворителями? Полиуретан, особенно в мягком диапазоне, может набухать или терять свойства. У нас был проект с валом для травления — казалось бы, взяли химически стойкий состав, но не учли постоянный нагрев до 60°C от раствора. Через месяц вал 50A стал мягче, начал ?тянуть? за собой материал. Пришлось пересматривать рецептуру полимера.

Здесь, кстати, хорошо, когда производитель не просто штампует изделия, а способен вести диалог и адаптировать продукт. Например, в работе с ООО Шанхай Диби по производству резиновых и пластиковых изделий (их сайт — sh-dibi.ru) обратил внимание, что они четко разделяют свои серии по твердости и назначению. У них первая серия — это жесткие валики (≥70 ед.) и специальные кожухи, вторая — полиуретановые валы для нанесения покрытий (40–70 ед.), третья — резиновые валы для травления и отжима. Это не просто маркетинг, а отражение понимания, что под каждую задачу нужен свой подход. Когда мы запрашивали у них валы для намотки пластиковой пленки (это как раз их дополнительная специализация), они сразу уточняли не только твердость (предложили начать с 45A-50A), но и коэффициент трения поверхности и стойкость к статическому электричеству.

Еще один практический момент — это изготовление по чертежам заказчика. Часто конструкторы, привыкшие к металлу, рисуют для полиуретана острые кромки или тонкие перемычки. А материал, особенно мягкий, так не работает. Он должен иметь плавные радиусы, достаточную толщину слоя вокруг оси. Хороший производитель не слепо выполнит чертеж, а предложит корректировки для долговечности. Помню, мы заказывали сложный фасонный вал, и технолог из Диби позвонил, чтобы обсудить, стоит ли делать внутреннюю армировку в одном из выступов, так как при работе на изгиб мог быть риск. Это сэкономило нам время и деньги на переделку.

Специфические применения: где что работает

Возьмем, к примеру, валы для покрытия стекла (один из продуктов, который упоминает ООО Шанхай Диби). Здесь нужна не просто определенная твердость, а идеально ровная, беспористая поверхность вала, которая не оставит следов на хрупком стекле и будет устойчива к абразивному воздействию частиц в пасте. Обычно используют полиуретан в диапазоне 60A-75A — достаточно твердый, чтобы сохранять профиль, но с некоторой податливостью для равномерного прилегания. Слишком мягкий будет ?заминаться?, слишком твердый — может привести к сколам кромки стекла.

Или валики для намотки пластиковой пленки. Задача — равномерно натянуть пленку, не повредив ее поверхность. Здесь часто выбирают более мягкие валы, 30A-50A. Они действуют как амортизатор, компенсируя биение и неровности. Но если пленка тяжелая или скорость намотки высокая, мягкий вал начнет ?проскальзывать? внутри, перегреваться. Нужен точный расчет по моменту трения и тепловыделению. Иногда решение — комбинированный вал: сердцевина из более твердого полиуретана (70A) для стабильности и тонкое мягкое покрытие (40A) для контакта с материалом.

Для валов травления и отжима (третья серия у Диби) история другая. Здесь агрессивные химические среды и часто высокая температура. Твердость важна, но еще важнее правильный выбор базового полиуретана (чаще всего на основе полиэфира, который лучше противостоит гидролизу в кислых и щелочных средах). Твердость обычно в районе 70A-85A, чтобы противостоять абразивному воздействию суспензии и сохранять геометрию.

Неочевидные факторы, влияющие на выбор твердости

Часто забывают про скорость работы. Высокоскоростной вал (например, в печатном оборудовании) даже при твердости 80A может сильно греться из-за внутреннего трения в материале при деформации. Это приводит к старению полиуретана, потере свойств. Иногда лучше немного снизить твердость, чтобы увеличить демпфирование и снизить нагрев, пожертвовав незначительно износостойкостью, но выиграв в общем ресурсе.

Еще один фактор — способ крепления. Если вал посажен на втулку с натягом, для мягких составов (20A-40A) это может быть проблемой: при запрессовке материал может сильно деформироваться. Для них часто делают клеевую посадку или специальные механические фиксаторы. Для твердых валов (80A-90A) натяг работает хорошо, но нужно точно рассчитывать давление, чтобы не создать внутренних напряжений, ведущих к растрескиванию.

И, конечно, условия хранения и монтажа. Полиуретановые валы, особенно мягкие, нельзя хранить под нагрузкой или в сжатом состоянии — они получат остаточную деформацию. Перед установкой на вал с твердостью, скажем, 30A, нужно дать ему ?отлежаться? и принять естественную форму. Это мелочь, но ее незнание приводило к браку на старте работы — вал бил, и все грешили на балансировку, а дело было в неправильном хранении.

Вместо заключения: мысль вслух

Так что, возвращаясь к полиуретановым валам с твердостью 20A-90A по Шору... Это не товар из каталога, который можно просто выбрать по цифре. Это инструмент, который нужно подбирать и иногда даже разрабатывать под конкретную машину и процесс. Универсальных решений нет. Даже у одного производителя, как у упомянутой ООО Шанхай Диби, продукция разделена на серии не просто так — за этим стоит понимание разных физико-химических задач.

Самый ценный совет, который могу дать исходя из своего опыта: предоставляйте производителю как можно больше информации об условиях работы. И не бойтесь делать пробные образцы с разной твердостью. Иногда небольшое отклонение в 5-10 единиц Шора кардинально меняет поведение системы. Тестирование в реальных условиях, даже короткое, сэкономит гораздо больше, чем кажется.

И последнее: полиуретан — материал живой. Его свойства могут немного ?плавать? от партии к партии даже у хорошего производителя. Поэтому если вы нашли оптимальное решение, постарайтесь работать с одним поставщиком и одной рецептурой. Это даст стабильность в процессе. А поиск этого самого ?оптимума? между 20A и 90A — это и есть основная инженерная работа, которую не заменит ни одна таблица стандартов.