При проектировании вращающихся узлов (насосов, вентиляторов, турбин, редукторов) критически важен выбор материала для рабочих колёс. Сравним два популярных инженерных пластика — полиацеталь (POM, полиоксиметилен) и ABS‑пластик — и докажем, почему в большинстве ответственных применений предпочтительнее POM.
1. Ключевые свойства материалов
Полиацеталь (POM) — термопластичный полимер с высокой кристалличностью. Характеризуется:
- высокой жёсткостью и прочностью на растяжение/изгиб;
- низким коэффициентом трения (0,25–0,35);
- отличной износостойкостью и усталостной прочностью;
- стабильностью размеров при перепадах температур;
- хорошей химической стойкостью (к маслам, растворителям, слабым кислотам/щелочам);
- рабочим диапазоном температур: от −40 ∘C до +100 ∘C (кратковременно до +140 ∘C);
- крайне низким водопоглощением (< 0,2% за 24 ч).
ABS‑пластик — сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола. Особенности:
- умеренная прочность и жёсткость;
- высокая ударная вязкость (благодаря бутадиеновой фазе);
- склонность к короблению при нагреве;
- ограниченное водопоглощение (до 0,8%);
- ограниченная химическая стойкость (растворяется в ацетоне, этилацетате);
- рабочий диапазон температур: от −20 ∘C до +80 ∘C.
2. Механическая прочность и износостойкость
Полиацеталь существенно превосходит ABS по ключевым показателям:
- предел прочности на растяжение: 60–70 МПа (против 40–50 МПа у ABS);
- модуль упругости: 2800–3000 МПа (против 2000–2500 МПа);
- стойкость к циклическим нагрузкам.
Это критично для рабочих колёс, испытывающих постоянные динамические нагрузки.
3. Низкий коэффициент трения
Самоскользящие свойства POM обеспечивают:
- снижение износа сопряжённых деталей (валов, подшипников);
- уменьшение энергопотребления узла;
- отсутствие необходимости в дополнительной смазке.
У ABS коэффициент трения выше (0,4–0,5), а поверхность быстрее истирается.
4. Стабильность размеров
Полиацеталь:
- низкий коэффициент теплового расширения (1,1×10−4 1/°C);
- минимальное водопоглощение (< 0,2%);
- сохранение геометрии при перепадах температур.
ABS‑пластик:
- высокое влагопоглощение (до 0,8%);
- анизотропия усадки при литье;
- склонность к короблению.
Для рабочих колёс это означает:
- долговременное сохранение точности геометрии;
- минимизацию дисбаланса при вращении;
- увеличение срока службы узла.
5. Химическая стойкость
Полиацеталь устойчив к:
- моторным маслам и смазкам;
- топливу (бензин, дизель);
- слабым кислотам и щелочам;
- большинству растворителей (исключая сильные кислоты и хлорсодержащие соединения).
ABS‑пластик:
- растворяется в ацетоне и эфирах;
- теряет прочность под УФ‑излучением (требуется стабилизация);
- подвержен растрескиванию под напряжением в агрессивных средах.
6. Безопасность для контакта с питьевой водой
Ключевое преимущество POM — допустимость применения в системах питьевого водоснабжения.
Нормативная база
Полиацеталь соответствует:
- СанПиН 2.1.4.1074‑01;
- ТР ЕАЭС 047/2018;
- NSF/ANSI 61 (питьевая вода — системные компоненты).
Причины безопасности
- Химическая инертность — отсутствие реакций с водой, препятствие выделению мономеров.
- Низкое водопоглощение — исключает набухание и вымывание добавок.
- Устойчивость к биообрастанию — гладкая поверхность препятствует прикреплению микроорганизмов.
- Термостабильность — рабочий диапазон покрывает все типичные температуры питьевой воды.
Сфера применения в водоснабжении
Из полиацеталя изготавливают:
- рабочие колёса центробежных насосов для питьевой воды;
- крыльчатки циркуляционных насосов в системах ГВС;
- клапаны и запорную арматуру;
- детали водосчётчиков;
- элементы фильтров и очистных систем.
Ограничения для ABS
ABS‑пластик не рекомендован для прямого контакта с питьевой водой из‑за:
- высокого водопоглощения (риск миграции пластификаторов);
- склонности к растрескиванию (возможность попадания микрочастиц в воду);
- возможного выделения стирола при контакте с хлорированной водой.
7. Технологичность обработки
Оба материала хорошо обрабатываются, но есть нюансы:
Полиацеталь:
- требует острых инструментов из‑за высокой твёрдости;
- допускает тонкое точение и фрезерование без сколов;
- обеспечивает чистоту поверхности.
ABS‑пластик:
- проще лить под давлением;
- хуже держит размерную точность.
8. Сфера оптимального применения
Выбирайте полиацеталь (POM), если:
- критичны точность геометрии и стабильность размеров;
- нужен низкий коэффициент трения;
- узел работает в агрессивных средах или при перепадах температур;
- необходима высокая износостойкость;
- детали контактируют с питьевой водой.
ABS‑пластик оправдан, если:
- приоритетна низкая стоимость;
- важны ударопрочность при умеренных температурах (< +60 ∘C);
- требуется прототипирование или малонагруженные узлы;
- необходимо литьё сложных форм;
- планируется использование в насосном оборудовании эконом‑сегмента, где ключевое требование — минимизация начальной стоимости изделия.
Важно: несмотря на дешевизну, рабочие колёса из ABS‑пластика в насосах имеют ряд эксплуатационных ограничений:
при «сухом ходе» (отсутствии воды) колесо быстро деформируется и требует замены;
из‑за склонности к короблению возможны нарушения балансировки ротора;
срок службы в условиях постоянных нагрузок заметно ниже, чем у POM.
Таким образом, экономия на материале на этапе закупки насоса может обернуться повышенными затратами на обслуживание и ремонт в процессе эксплуатации.
Вывод
Полиацеталь (POM) демонстрирует комплексное преимущество перед ABS‑пластиком для рабочих колёс и ответственных узлов:
- выше механическая прочность и износостойкость;
- ниже коэффициент трения;
- лучше стабильность размеров;
- шире химическая стойкость;
- допустим для контакта с питьевой водой.
Несмотря на более высокую стоимость, POM оправдывает инвестиции за счёт:
- увеличенного срока службы;
- снижения эксплуатационных затрат;
- соответствия санитарным нормам в водоснабжении.
Итог: для ответственных применений полиацеталь — оптимальный выбор, обеспечивающий надёжность, долговечность и безопасность. ABS‑пластик остаётся рациональным решением лишь в бюджетном сегменте насосного оборудования, где первостепенна начальная стоимость, а условия эксплуатации не предполагают высоких нагрузок и длительного ресурса.
Насосы Power Water используют рабочие колеса из Полицеталя (POM)