1. مقدمة
polyoxymethylene (بوم), يطلق عليه عادة أسيتال أو بالأسماء التجارية مثل Delrin®, عبارة عن لدائن حرارية هندسية شبه بلورية تُقدر بمزيجها من الصلابة العالية, مقاومة ممتازة للتآكل والتعب, احتكاك منخفض, واستقرار الأبعاد المتميز.
POM هو بوليمر الاختيار الأول للأجزاء الميكانيكية الدقيقة (التروس, البطانات, المتزلجون) حيث التسامح الشديد, مطلوب احتكاك منخفض وعمر طويل.
هذه المقالة تعطي التقنية, مراجعة تعتمد على البيانات لكيمياء POM, ملكيات, يعالج, التطبيقات, القيود والاتجاهات المستقبلية.
2. ما هو بوم?
polyoxymethylene (بوم) - غالبا ما يطلق عليه أسيتال, متعدد الأسيتال أو بأسماء تجارية مثل جشاء®, هوستافورم®, و الترافورم® — عبارة عن لدن حراري هندسي شبه بلورية يتميز بتكرار –CH₂–O– (الميثيلين أوكسي) العمود الفقري.
فهو يجمع بين درجة عالية من التبلور مع رابط من نوع الأثير, إنتاج مادة قاسية, مستقر الأبعاد, احتكاك منخفض ومقاوم للغاية للتآكل والتعب.
هذه السمات تجعل POM بوليمر الاختيار الأول للمكونات الميكانيكية الدقيقة التي تتطلب هندسة قابلة للتكرار وعمر خدمة طويل.
عائلتان تجاريتان
يتم تصنيع POM وتزويده في كيميائيتين رئيسيتين تحددان المعالجة والأداء:
- بوم هوموبوليمر (بوم ح) - يتم إنتاجه عن طريق بلمرة الفورمالديهايد. عادةً ما تظهر درجات البوليمر المتجانس درجة تبلور أعلى, صلابة أعلى قليلاً ومقاومة أفضل للزحف.
أنها توفر أقصى قدر من الأداء الميكانيكي, خاصة في درجة حرارة الغرفة, ولكنها أكثر حساسية إلى حد ما للأكسدة الحرارية أثناء المعالجة. - بوم كوبوليمر (بوم سي) - يتم تصنيعها عن طريق بلمرة ثلاثية الأوكسجين أو الفورمالديهايد مع جزء صغير من الكونومر المثبت.
درجات البوليمر المشترك أقل عرضة للتدهور الحراري وتغير اللون, تحتوي على نافذة قولبة أوسع وغالبًا ما توفر تحكمًا أفضل في الأبعاد في ظروف القولبة الصعبة.
3. الخصائص الفيزيائية لـ POM (القيم النموذجية)
القيم هي نطاقات الموردين النموذجية وستختلف حسب الدرجة, محتوى الحشو وطريقة الاختبار. استخدم أوراق بيانات الموردين للحصول على المواصفات المهمة للتصميم.
| ملكية | قيمة نموذجية |
| كثافة | ≈ 1.41 G · cm⁻⁻ |
| نقطة الانصهار (TM) | ~165-175 درجة مئوية |
| التحول الزجاجي (تيراغرام) | ≈ -60 درجة مئوية (أقل بكثير من درجات حرارة الخدمة) |
| امتصاص الماء (التوازن) | ~0.2–0.3% بالوزن (منخفض جدا) |
| الموصلية الحرارية | ~0.25–0.35 وات · م⁻¹·ك⁻¹ |
| معامل التمدد الحراري (خطي) | ~110–130 ×10⁻⁶ ك⁻¹ (اتجاه غير متبلور يعتمد) |
| حرارة محددة | ~1.6–1.8 كيلوجول·كجم⁻¹·K⁻¹ |
4. الخصائص الرئيسية لـ POM: ميكانيكي, حراري, والكيميائية
الخصائص الميكانيكية (درجة حرارة الغرفة, 23 درجة مئوية - نطاقات هندسية نموذجية)
| ملكية | النطاق النموذجي (بوم أنيق) | ملاحظة عملية |
| قوة الشد (أَثْمَر) | 50-75 ميجا باسكال | درجات هوموبوليمر في الطرف العلوي; كوبوليمر أقل قليلا |
| معامل الشد (يونغ) | ≈ 2.8-3.5 جيجا باسكال | قاسية مقارنة بالعديد من اللدائن الهندسية |
| معامل الانثناء | ≈ 2.6-3.2 جيجا باسكال | صلابة الانحناء جيدة |
| استطالة عند الاستراحة | 20-60 % | وضع فشل الدكتايل; يختلف حسب الصف وسرعة الاختبار |
| تأثير محفور (شاربي) | ~ 2-8 كيلوجول · mkoinfo (تعتمد على الصف) | يُظهر POM صلابة جيدة; الحشو يغير السلوك |
| صلابة (روكويل ر) | ~70-100 ر | صلابة سطحية جيدة لمقاومة التآكل |
| قوة التعب | عالي - أداء POM جيدًا في الانحناء الدوري والاتصال المتدحرج | يفضل للعتاد, البطانات |
الخصائص الحرارية لـ POM
- درجة حرارة الخدمة: الاستخدام المستمر عادة ما يصل إلى ≈ 80-100 درجة مئوية لفترات طويلة; رحلات قصيرة تصل إلى 120-130 درجة مئوية ممكنة اعتمادا على الصف والبيئة.
- ذوبان / معالجة: نطاق الذوبان حولها 165-175 درجة مئوية. نافذة المعالجة ضيقة نسبيًا; التحكم الحراري في صب مهم.
- التدهور الحراري: التعرض لفترات طويلة أعلاه ~200 درجة مئوية يمكن أن يسبب إزالة البلمرة وإطلاق مستويات منخفضة من الفورمالديهايد; تجنب ارتفاع درجة الحرارة أثناء المعالجة أو التعقيم.
المقاومة الكيميائية لـ POM
- ممتاز: الهيدروكربونات, المذيبات الأليفاتية, الوقود, زيوت, الشحوم, العديد من المنظفات والقلويات الخفيفة.
- جيد: العديد من المذيبات العضوية في درجات حرارة معتدلة.
- فقير / يتجنب: مؤكسدات قوية (حمض النيتريك, حمض الكروميك), الأحماض المركزة, الهيدروكربونات المهلجنة القوية (في درجة الحرارة) والظروف التي تعزز التحلل المائي عند درجة حرارة عالية.
- ملحوظة: غالبًا ما يستخدم POM في أنظمة الوقود والأنظمة الهيدروليكية بسبب مقاومته للوقود والزيوت.
استقرار الأبعاد من POM
- انخفاض امتصاص الرطوبة (~0.2%) يمنح ثبات الأبعاد أعلى بكثير من النايلون (السلطة الفلسطينية).
- التبلور العالي يعطي زحفًا منخفضًا في درجة حرارة الغرفة; لكن, يزداد الزحف مع اقتراب درجة الحرارة من حدود الخدمة.
تصميم للزحف في التطبيقات الحاملة والحاملة, خاصة في درجات الحرارة المرتفعة.
5. طرق المعالجة والتصنيع
- صب الحقن — الطريقة السائدة للأجزاء الدقيقة.
التوجيه النموذجي: الكريات الجافة (80درجة مئوية لمدة 2-4 ساعات), درجة حرارة البرميل / الذوبان ~ 190-230 درجة مئوية حسب الدرجة, درجة حرارة العفن 60-100 درجة مئوية لتعزيز التبلور وتقليل الاعوجاج. - البثق للقضبان, الأوراق والملفات الشخصية (قضيب مقذوف يستخدم عادة في تصنيع المخزون).
- صب الضغط للوحات الكبيرة أو الأجزاء المتخصصة.
- الآلات من شريط / قضيب — آلات بوم بشكل جيد للغاية: رقائق نظيفة, ارتداء أداة صغيرة, التحمل ضيق ممكن; تستخدم على نطاق واسع للنماذج الأولية والأجزاء ذات الحجم المنخفض.
- الانضمام: الترابط اللاصق ممكن مع المعالجات السطحية; يعد التثبيت الميكانيكي واللحام بالموجات فوق الصوتية من طرق التجميع الشائعة.
ملاحظات المعالجة العملية: POM حساس للرطوبة (عيوب السطح) وحساسة حراريا (إزالة البلمرة). يعد التجفيف المتحكم فيه ودرجات حرارة الذوبان الصحيحة أمرًا ضروريًا.
6. مزايا وقيود POM
المزايا الرئيسية
- توازن ميكانيكي متفوق: يجمع بين القوة العالية (60-75 ميجا باسكال) والليونة (10– استطالة بنسبة 50%), يتفوق على معظم اللدائن الهندسية
- استقرار الأبعاد استثنائية: يضمن امتصاص الماء المنخفض والتمدد الحراري الضيق أداءً ثابتًا في البيئات الرطبة/متغيرة درجات الحرارة
- خصائص التشحيم الذاتي: معامل احتكاك منخفض (0.15-0.20) يقلل من التآكل ويلغي الحاجة إلى التشحيم في العديد من التطبيقات
- قابلية ممتازة: تمكن من المعالجة الدقيقة للأجزاء المخصصة مع الحد الأدنى من تآكل الأداة
- المقاومة الكيميائية: خامل بالنسبة لمعظم المذيبات, الأحماض, والقواعد - مناسبة لمكونات معالجة السوائل
- خفيف الوزن: كثافة (1.41 ز/سم) يكون 1/3 أن من النحاس و 1/5 أن من الصلب, تقليل وزن المكون
القيود
- مقاومة منخفضة لدرجات الحرارة العالية: درجة حرارة الاستخدام المستمر (<110درجة مئوية) يحد من التطبيقات في البيئات عالية الحرارة (على سبيل المثال, أنظمة عادم المحرك)
- القابلية للاشتعال: POM غير المعدلة قابلة للاشتعال (أول 94 تصنيف HB); درجات مثبطات اللهب (أول 94 الخامس-0) تتطلب إضافات (على سبيل المثال, هيدروكسيد المغنيسيوم)
- مقاومة ضعيفة للأشعة فوق البنفسجية: يتحلل تحت أشعة الشمس الطويلة (اصفرار, فقدان القوة)- يتطلب مثبتات للأشعة فوق البنفسجية للاستخدام الخارجي
- الهشاشة عند درجات الحرارة المنخفضة: يصبح Homo-POM هشًا تحت -40 درجة مئوية (قوة التأثير تنخفض 50%), الحد من التطبيقات المبردة
- خطر التدهور الحراري: يطلق الفورمالديهايد في حالة ارتفاع درجة حرارته (>230درجة مئوية), تتطلب ضوابط معالجة صارمة
7. تطبيقات بوم
مجموعة خصائص POM تناسب العديد من المتطلبات الميكانيكية. تطبيقات تمثيلية:
- التروس والرفوف الدقيقة (الأجهزة الاستهلاكية, الطابعات, الروبوتات)
- البطانات, المحامل والشرائح - احتكاك منخفض, حياة طويلة في ظروف جافة أو مشحمة
- المضخات ومكونات الصمامات - مقاومة المواد الكيميائية والوقود
- السحابات والمشابك حيث يهم استقرار الأبعاد والمتانة
- المساكن موصل والعوازل الكهربائية
- تقليم السيارات والمكونات الوظيفية (أجهزة الباب, أنظمة القفل)
- الأجهزة الطبية (غير زرع) - يتم استخدام POM عندما يتطلب الأمر التنظيف/التعقيم والتحكم في الأبعاد
تشمل الحشو (زجاج, الكربون, PTFE) يغير التطبيقات: POM مملوء بالزجاج من أجل صلابة أعلى, مملوء بمادة PTFE لتقليل الاحتكاك وتحسين التآكل.
8. تحسين الأداء واعتبارات التصميم
تحسين الأداء عن طريق التعديل
- عززت بوم: إضافة الألياف الزجاجية (10-30 بالوزن%) يزيد من الصلابة (معامل الانحناء يصل إلى 5 GPA) ودرجة حرارة انحراف الحرارة (تصل إلى 140 درجة مئوية)- يستخدم في الأجزاء الهيكلية للسيارات
- بوم مقاومة للاهتراء: دمج PTFE (5–15% بالوزن), الجرافيت (2-5 بالوزن%), أو ثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS₂, 1-3 بالوزن%) يقلل معامل الاحتكاك إلى 0.05-0.10، وهو مثالي للمكونات المنزلقة عالية السرعة
- بوم مثبطات اللهب: مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين (على سبيل المثال, هيدروكسيد المغنيسيوم, 20-30 بالوزن%) تلبية ماي 94 الخامس-0, التوسع في الاستخدام في العبوات الإلكترونية
- بوم استقرت بالأشعة فوق البنفسجية: إضافة مثبتات الضوء الأمينية المعوقة (هالس, 0.1-0.5 بالوزن%) يمنع تدهور الأشعة فوق البنفسجية - مناسب للتطبيقات الخارجية
اعتبارات التصميم
- سمك الجدار: الحفاظ على سمك موحد (1– 5 ملم للقولبة بالحقن) لتجنب صفحة الحرب; الحد الأدنى للسمك = 0.5 مم (أجزاء رقيقة الجدران)
- زوايا مسودة: 1-2° للقولبة بالحقن, 3-5° للبثق لمنع التصاق القالب
- شرائح & نصف القطر: الحد الأدنى لنصف قطر الشرائح = 0.5-1.0 مم لتقليل تركيزات الضغط وتحسين التدفق أثناء الصب
- تجنب الزوايا الحادة: تزيد الحواف الحادة من الضغط وخطر فشل الهشاشة، لذا استخدم زوايا مستديرة (نصف القطر ≥0.5 مم)
- معالجة الأمثل: للأجزاء الدقيقة, استخدام التحكم في درجة حرارة القالب (60-80 درجة مئوية) وسرعة الحقن البطيئة لتقليل الضغط المتبقي
9. مقارنة مع اللدائن الهندسية الأخرى
| ملكية / معيار | بوم (أسيتال) | نايلون (PA6 / PA66) | PTFE (تفلون) | نظرة خاطفة | أوهمو-أو | PBT |
| كثافة (G · cm⁻⁻) | ≈ 1.40-1.42 | ≈ 1.13-1.15 | ≈ 2.10-2.16 | ≈ 1.28-1.32 | ≈ 0.93-0.95 | ≈ 1.30-1.33 |
| قوة الشد (MPA) | ~50-75 | ~60-85 | ~20-35 | ~ 90-110 | ~20-40 | ~50-70 |
| معامل يونغ (GPA) | ~2.8-3.5 | ~2.5-3.5 | ~0.3–0.6 | ~3.6-4.1 | ~0.8-1.5 | ~2.6-3.2 |
| ذوبان / درجة حرارة الخدمة (درجة مئوية) | TM ~165-175 / خدمة ~80-100 | تم ~ 215-265 / الخدمة ~ 80-120 | TM ~327 / خدمة ما يصل إلى ~ 260 (الحدود الكيميائية/التريبو) | TM ~343 / خدمة ~200-250 | تم ~ 130-135 / الخدمة ~ 80-100 | TM ~220-225 / خدمة ~ 120 |
| امتصاص الماء (التوازن) | ~0.2–0.3% بالوزن | ~1–3% بالوزن (يعتمد على RH) | ≈ 0% | ~0.3–0.5% بالوزن | ~0.01–0.1% بالوزن | ~0.2–0.5% بالوزن |
| معامل الاحتكاك (جاف) | ~0.15-0.25 | ~0.15-0.35 | ~0.04-0.15 (منخفض جدا) | ~0.15-0.4 | ~0.08-0.20 | ~0.25-0.35 |
يرتدي / علم الاحتكاك |
ممتاز (الأجزاء المنزلق, التروس) | جيد (يتحسن عند ملؤه) | فقير (يتحسن في الدرجات المملوءة) | ممتاز (ملء الدرجات أفضل) | ممتاز لمقاومة التآكل | جيد |
| المقاومة الكيميائية | جيد (الوقود / الزيوت, العديد من المذيبات) | جيد / انتقائي; حساسة للأحماض / القلويات القوية | متميز (عالمي تقريبًا) | ممتاز (العديد من وسائل الإعلام العدوانية) | جيد جدًا (العديد من وسائل الإعلام) | جيد (التحلل المائي في بعض الظروف) |
| القابلية للآلات | ممتاز (آلات مثل المعدن) | جيد (أداة ارتداء معتدلة) | عادل - يمكن تشكيله من القضبان; من الصعب السندات | جيد (قابل للآليات, ولكن أصعب من بوم) | تحدي (غائر - الضوابط اللازمة) | جيد |
| الاستقرار الأبعاد | جيد جدًا (استرطابي منخفض) | معتدل (حساس للرطوبة) | ممتاز (عمليا لا يوجد تأثير الرطوبة) | ممتاز | جيد جدًا | جيد |
التطبيقات النموذجية |
التروس, البطانات, السحابات, الأجزاء المنزلق, مكونات الوقود | التروس, المحامل, العلب, علاقات الكابلات | الأختام, بطانات كيميائية, محامل منخفضة الاحتكاك, الركيزة الترددات اللاسلكية | مكونات الصمام, محامل درجة الحرارة العالية, يزرع طبية | بطانات, ارتداء وسادات, أجزاء النقل | الموصلات, العلب, قطع غيار السيارات الكهربائية |
| ملحوظات / توجيه القرار | فعالة من حيث التكلفة, بوليمر ميكانيكي منخفض الاحتكاك للأجزاء الدقيقة عند T معتدل | متنوع القدرات; اختر متى تكون هناك حاجة إلى المتانة ولكن توقع تغيير الأبعاد مع الرطوبة | يُستخدم عند الحاجة إلى الخمول الكيميائي المطلق وأقل احتكاك; حذار زحف | بوليمر ممتاز لدرجات الحرارة العالية, استخدام الحمل العالي (تكلفة أعلى) | الأفضل للتآكل الشديد والتأثير; كثافة منخفضة | بوليمر هندسي جيد للأغراض العامة ذو خصائص متوازنة |
10. الاستدامة وإعادة التدوير
- Recyclabality: POM عبارة عن لدن بالحرارة وقابل لإعادة التدوير عن طريق إعادة الطحن الميكانيكي; يتم استخدام المواد المعاد استخدامها بشكل شائع في المكونات غير الحرجة. إعادة التدوير الكيميائي أقل شيوعًا ولكنها ممكنة من الناحية الفنية.
- دورة الحياة: غالبًا ما يؤدي عمر الخدمة الطويل للمكونات الميكانيكية إلى تحسين الأداء البيئي لدورة الحياة مقابل المواد البلاستيكية التي يمكن التخلص منها.
- اعتبارات السلامة: يمكن أن يؤدي التحلل الحراري إلى إطلاق الفورمالديهايد، ويجب أن تتبع معالجة النفايات وحرقها اللوائح البيئية المحلية.
- المحتوى المعاد تدويره: زيادة في الممارسة الصناعية, ولكن يجب على المصممين التحقق من الاحتفاظ بالخصائص الميكانيكية للأجزاء المهمة.
11. الاتجاهات المستقبلية & الابتكارات في POM
تقنيات التعديل المتقدمة
- حشوات عالية الأداء: POM المقوى بالجرافين (0.1-0.5% بالوزن من الجرافين) يحسن قوة الشد عن طريق 20% والتوصيل الحراري بواسطة 30%, استهداف تطبيقات الطيران والإلكترونيات
- مزيج POM قابل للتحلل البيولوجي: مزج POM مع البوليمرات القابلة للتحلل (على سبيل المثال, جيش التحرير الشعبى الصينى, فا) يعمل على تحسين قابلية التسميد مع الاحتفاظ بالخصائص الميكانيكية - وهو مناسب للسلع الاستهلاكية ذات الاستخدام الواحد
ابتكارات المعالجة
- 3د- تطورات الطباعة: خيوط POM عالية الأداء مع تحسين التصاق الطبقة (القوة = 95% من بوم السائبة) وسرعات طباعة أسرع (ما يصل الى 100 مم/ث) تمكين الإنتاج الضخم للأجزاء المخصصة
- الديكور داخل القالب (آي إم دي): يؤدي دمج الأفلام الزخرفية أثناء عملية القولبة بالحقن إلى تعزيز المظهر الجمالي للسلع الاستهلاكية POM (على سبيل المثال, حالات الهواتف الذكية, أجهزة الأثاث)
التطبيقات الناشئة
- المركبات الكهربائية (EVs): يتم استخدام POM بشكل متزايد في أغلفة بطاريات السيارات الكهربائية, أجزاء المحرك, وموصلات الشحن بسبب وزنه الخفيف, المقاومة الكيميائية, واستقرار الأبعاد - من المتوقع أن ينمو الطلب بنسبة 12% سنويا من خلال 2030
- الفضاء: منخفض الوزن, مكونات بوم عالية القوة (على سبيل المثال, الأقواس الداخلية, علب أجهزة الاستشعار) تقليل استهلاك وقود الطائرات - وقد تسارع اعتماد هذه الأنظمة من خلال لوائح الانبعاثات الصارمة
- زراعة طبية: بوم النشطة بيولوجيا (مغلفة بمادة الهيدروكسيباتيت) يعزز تكامل العظام, توسيع الاستخدام في زراعة العظام (على سبيل المثال, ينبع الورك, أقفاص العمود الفقري)
12. خاتمة
بوم (بولي أوكسي ميثيلين) هو ناضج, لدائن حرارية هندسية متعددة الاستخدامات تعمل على سد الفجوة بين المواد البلاستيكية السلعية الاقتصادية والبوليمرات عالية الأداء.
مزيج من الصلابة, ارتداء المقاومة, احتكاك منخفض, التقاط منخفض للرطوبة, واستقرار الأبعاد الممتاز يجعله خيارًا مثاليًا للأجزاء الميكانيكية الدقيقة والمكونات الديناميكية.
تصميم, يجب أن تتماشى المعالجة واختيار الدرجة مع بيئة التشغيل - درجة الحرارة, التعرض للمواد الكيميائية والحمل - لزيادة عمر الخدمة الطويل للمادة وموثوقيتها.
الأسئلة الشائعة
ما هو الفرق بين بوم والنايلون (PA6/PA66)?
يوفر POM استقرارًا أفضل للأبعاد (انخفاض امتصاص الماء <0.2% مقابل. PA6 8%), احتكاك أقل (0.18 مقابل. 0.35), ومقاومة كيميائية متفوقة.
PA6/PA66 لديه ليونة أعلى (استطالة حتى 200%) ومقاومة التأثير ولكنها تتضخم في الرطوبة, تقليل الدقة.
متى يجب أن أختار Homo-POM مقابل؟. شارك في بوم?
اختر Homo-POM للقوة العالية, تطبيقات قاسية (على سبيل المثال, التروس, السحابات) حيث تعتبر البلورة والصلابة أمرًا بالغ الأهمية.
اختر Co-POM للمكونات المعرضة للصدمات (على سبيل المثال, مفصلات, مقاطع) أو مشاريع صب معقدة, لأنه يوفر صلابة وقابلية معالجة أفضل.
هل يمكن استخدام POM في أنظمة الوقود؟?
نعم. يتمتع POM بمقاومة جيدة للوقود, الزيوت والعديد من المذيبات ويستخدم على نطاق واسع في مكونات نظام الوقود. تحقق دائمًا من مزيج الوقود المحدد ونطاق درجة الحرارة.
ما هي درجة حرارة الخدمة المستمرة الآمنة لـ POM?
مصمم للاستخدام على المدى الطويل أقل من 80-100 درجة مئوية. من الممكن القيام برحلات قصيرة إلى حوالي 120 درجة مئوية مع اختيار الدرجة المناسبة والتحقق من صحتها.
هل ينتفخ POM في الماء؟?
القليل جدا. امتصاص الماء المتوازن منخفض (~ 0.2-0.3 ٪), لذا فإن تغير الأبعاد من الرطوبة يكون طفيفًا مقارنة بالنايلون.
هل يعتبر POM آمنًا لملامسة الطعام؟?
تتوافق العديد من درجات POM مع لوائح الاتصال بالأغذية; تحديد الدرجات الغذائية أو المتوافقة مع إدارة الغذاء والدواء عند الحاجة.
ما هي أقصى درجة حرارة يمكن أن يتحملها POM؟?
يتمتع Co-POM بدرجة حرارة استخدام متواصل تتراوح بين 90-110 درجة مئوية, بينما يقتصر Homo-POM على 80-100 درجة مئوية.
من الممكن التعرض على المدى القصير لدرجة حرارة 120-130 درجة مئوية, لكن التعرض لفترات طويلة فوق درجات الحرارة هذه يسبب تدهورًا حراريًا.
