1. Uvod
Polioksimetilen (POM), obično nazivaju acetal ili trgovačkim nazivima kao što je Delrin®, je polukristalni inženjerski termoplast cijenjen zbog kombinacije visoke krutosti, odlična otpornost na habanje i zamor, nisko trenje, i izvanredna stabilnost dimenzija.
POM je polimer prvog izbora za precizne mehaničke dijelove (zupčanici, čahure, klizači) gde su uske tolerancije, potrebno je nisko trenje i dug vijek trajanja.
Ovaj članak daje tehničku, pregled POM hemije zasnovan na podacima, nekretnine, obrada, Aplikacije, ograničenja i budući pravci.
2. Šta je POM?
Polioksimetilen (POM) — često nazivan acetal, poliacetal ili komercijalnim nazivima kao što su Delrin®, Hostaform®, i Ultraform® — je polukristalna inženjerska termoplastika koju karakterizira ponavljanje –CH₂–O– (metilen-oksi) kičma.
Kombinira visok stepen kristalnosti sa vezom eterskog tipa, proizvodeći čvrsti materijal, dimenzionalno stabilan, niskog trenja i visoke otpornosti na habanje i zamor.
Ti atributi čine POM polimerom prvog izbora za precizne mehaničke komponente koje zahtijevaju ponovljivu geometriju i dug vijek trajanja.
Dvije komercijalne porodice
POM se proizvodi i isporučuje u dvije glavne hemije koje određuju obradu i performanse:
- POM-homopolimer (Pom-h) — proizvedeno polimerizacijom formaldehida. Homopolimerne klase obično pokazuju veću kristalnost, nešto veća krutost i bolja otpornost na puzanje.
Pružaju maksimalne mehaničke performanse, posebno na sobnoj temperaturi, ali su nešto osjetljiviji na termičku oksidaciju tokom obrade. - POM-kopolimer (Pom-c) — proizveden kopolimerizacijom trioksana ili formaldehida s malim udjelom stabilizirajućeg komonomera.
Vrste kopolimera su manje sklone termičkoj degradaciji i promeni boje prilikom obrade, imaju širi prozor za oblikovanje i često daju bolju kontrolu dimenzija u zahtjevnim uvjetima oblikovanja.
3. Fizička svojstva POM-a (tipične vrijednosti)
Vrijednosti su tipični rasponi dobavljača i variraju u zavisnosti od razreda, sadržaj punila i metoda ispitivanja. Koristite tablice podataka dobavljača za specifikacije kritične za dizajn.
| Nekretnina | Tipična vrijednost |
| Gustina | ≈ 1.41 G · cm⁻³ |
| Tačka topljenja (TM) | ~165–175 °C |
| Stakleni prijelaz (Tg) | ≈ −60 °C (znatno ispod servisnih temperatura) |
| Upijanje vode (ravnoteža) | ~0,2–0,3 tež.% (vrlo nizak) |
| Toplotna provodljivost | ~0,25–0,35 W·m⁻¹·K⁻¹ |
| Koeficijent toplinske ekspanzije (linearan) | ~110–130 ×10⁻⁶ K⁻¹ (amorfni smjer zavisan) |
| Specifična toplota | ~1,6–1,8 kJ·kg⁻¹·K⁻¹ |
4. Ključna svojstva POM-a: Mehanički, Termalni, and Chemical
Mehanička svojstva (sobna temperatura, 23 °C — tipični inženjerski rasponi)
| Nekretnina | Tipičan raspon (neat POM) | Praktična napomena |
| Zatezna čvrstoća (prinos) | 50–75 MPa | Vrste homopolimera na gornjem kraju; kopolimera nešto niže |
| Zatezni modul (Young’s) | ≈ 2,8–3,5 GPa | Čvrsta u poređenju sa mnogim inženjerskim plastikama |
| Modul savijanja | ≈ 2,6–3,2 GPa | Dobra krutost na savijanje |
| Izduženje pri prekidu | 20-60 % | Duktilni način kvara; varira u zavisnosti od stepena i brzine testiranja |
| Zarezni uticaj (Harpy) | ~ 2-8 kj · mkoinfo (razreda ovisan) | POM pokazuje dobru žilavost; punila mijenjaju ponašanje |
| Tvrdoća (Rockwell R) | ~70–100 R | Dobra površinska tvrdoća za otpornost na habanje |
| Snaga umora | Visoko — POM se dobro ponaša u cikličkom kontaktu savijanja i kotrljanja | Poželjno za zupčanike, čahure |
Toplotna svojstva POM-a
- Temperatura usluge: kontinuirana upotreba obično do ≈ 80–100 °C na dugo trajanje; kratki izleti do 120–130 °C moguće u zavisnosti od razreda i okruženja.
- Topljenje/obrada: topiti raspon okolo 165–175 °C. Prozor za obradu je relativno uzak; termička kontrola u kalupu je važna.
- Termička degradacija: produženo izlaganje iznad ~200 °C može izazvati depolimerizaciju i oslobađanje niskog nivoa formaldehida; izbjegavajte pregrijavanje tokom obrade ili sterilizacije.
Hemijska otpornost POM-a
- Odličan: ugljovodonici, alifatski rastvarači, goriva, ulja, masti, mnogo deterdženata i blagih alkalija.
- Dobro: mnogo organskih rastvarača na umjerenim temperaturama.
- Loš / izbjegavati: jaki oksidanti (dušična kiselina, hromna kiselina), koncentrisane kiseline, jaki halogenirani ugljovodonici (na temperaturi) i uslovi koji pospešuju hidrolizu na visokoj temperaturi.
- Zabilježiti: POM se često koristi u gorivim i hidrauličkim sistemima zbog svoje otpornosti na goriva i ulja.
Dimenzijska stabilnost POM-a
- Nisko upijanje vlage (~0,2%) daje dimenzijsku stabilnost daleko bolju od najlona (PA).
- Visoka kristalnost daje nisko puzanje na sobnoj temperaturi; međutim, puzanje se povećava sa temperaturom koja se približava servisnim granicama.
Dizajn za puzanje u nosivim i nosivim aplikacijama, posebno na povišenim temperaturama.
5. Metode obrade i proizvodnje
- Obriši ubrizgavanje — dominantna metoda za precizne dijelove.
Tipično uputstvo: suvi peleti (80°C 2-4 sata), Temperatura bureta/taline ~190–230 °C u zavisnosti od vrste, temperatura kalupa 60–100 °C za podsticanje kristalizacije i smanjenje savijanja. - Ekstruzija za štapove, listovi i profili (ekstrudirana šipka koja se obično koristi za mašinsku obradu materijala).
- Kompresijsko oblikovanje za velike ploče ili specijalne dijelove.
- Obrada od šipke/šipke — POM mašine veoma dobro: čisti čips, malo trošenje alata, moguće uske tolerancije; široko se koristi za prototipove i dijelove male zapremine.
- Pridruživanje: ljepilo moguće uz površinske obrade; mehaničko pričvršćivanje i ultrazvučno zavarivanje uobičajene su metode montaže.
Praktične napomene za obradu: POM je osjetljiv na vlagu (Površinski nedostaci) i termički osjetljivi (depolimerizacija). Kontrolirano sušenje i ispravna temperatura taljenja su od suštinskog značaja.
6. Prednosti i ograničenja POM-a
Ključne prednosti
- Superiorna mehanička ravnoteža: Kombinira visoku čvrstoću (60–75 MPa) i duktilnost (10–50% istezanje), nadmašuju većinu inženjerske plastike
- Izuzetna dimenzionalna stabilnost: Niska apsorpcija vode i čvrsto termičko širenje osiguravaju dosljedne performanse u vlažnim/temperaturnim varijantama okruženja
- Svojstva samopodmazivanja: Nizak koeficijent trenja (0.15-0.20) smanjuje habanje i eliminiše potrebu za podmazivanjem u mnogim primenama
- Odlična obrada: Omogućava preciznu obradu prilagođenih dijelova uz minimalno habanje alata
- Otpornost na hemikalije: Inertan na većinu rastvarača, kiseline, i baze—pogodno za komponente za rukovanje fluidima
- Lagana: Gustina (1.41 g / cm³) je 1/3 od mesinga i 1/5 ono od čelika, smanjenje težine komponenti
Ograničenja
- Niska otpornost na visoke temperature: Temperatura kontinuirane upotrebe (<110° C) ograničava primjenu u okruženjima s visokim temperaturama (npr., izduvni sistemi motora)
- Zapaljivost: Nemodifikovani POM je zapaljiv (UL 94 HB rejting); razredi otporni na plamen (UL 94 V-0) zahtevaju aditive (npr., magnezijum hidroksid)
- Loša UV otpornost: Razgrađuje pod produženom sunčevom svjetlošću (žutilo, gubitak snage)—zahteva UV stabilizatore za spoljašnju upotrebu
- Krhkost pri niskim temperaturama: Homo-POM postaje krt ispod –40°C (otpornost na udar opada 50%), ograničavanje kriogenih primjena
- Rizik od termičke degradacije: Oslobađa formaldehid ako se pregrije (>230° C), zahtijevaju strogu kontrolu obrade
7. Primjena POM-a
POM-ov set svojstava odgovara mnogim mehaničkim zahtjevima. Reprezentativne aplikacije:
- Precizni zupčanici i zupčanici (potrošački aparati, štampači, robotika)
- Čahure, ležajevi i klizači — nisko trenje, dug životni vek u suvim ili podmazanim uslovima
- Pumpe i komponente ventila — otpornost na kemikalije i gorivo
- Pričvršćivači i kopče gdje su dimenzionalna stabilnost i žilavost bitne
- Kućišta konektora i električni izolatori
- Automobilska oprema i funkcionalne komponente (hardver za vrata, sistemi za zaključavanje)
- Medicinski uređaji (bez implantata) — POM se koristi tamo gdje je potrebno čišćenje/sterilizacija i kontrola dimenzija
Uključuje punila (staklo, ugljik, PTFE) mijenja aplikacije: POM punjen staklom za veću krutost, PTFE punjen za manje trenje i bolje habanje.
8. Optimizacija performansi i razmatranja dizajna
Optimizacija performansi putem modifikacije
- Ojačani POM: Dodatak staklenih vlakana (10–30 mas.%) povećava krutost (modul savijanja do 5 GPA) i temperaturu otklona toplote (do 140°C)—koristi se u automobilskim konstrukcijskim dijelovima
- POM otporan na habanje: Ugradnja PTFE (5–15 mas.%), grafit (2–5 mas.%), ili molibden disulfida (MoS₂, 1–3 mas.%) smanjuje koeficijent trenja na 0,05–0,10—idealno za klizne komponente velike brzine
- POM otporan na plamen: Usporivači plamena bez halogena (npr., magnezijum hidroksid, 20–30 mas.%) upoznajte UL 94 V-0, proširenje upotrebe u elektronskim kućištima
- UV-stabilizirani POM: Dodatak otežanih aminskih svjetlosnih stabilizatora (HALS, 0.1–0,5 mas.%) sprječava UV degradaciju—pogodno za primjenu na otvorenom
Dizajnerska razmatranja
- Debljina zida: Održavajte ujednačenu debljinu (1–5 mm za brizganje) kako bi se izbjeglo savijanje; minimalna debljina = 0.5 mm (Dijelovi tanko zidova)
- Nacrt uglova: 1–2° za brizganje, 3–5° za ekstruziju kako bi se spriječilo lijepljenje kalupa
- Fileti & Radii: Minimalni radijus fileta = 0,5–1,0 mm za smanjenje koncentracije naprezanja i poboljšanje protoka tokom kalupovanja
- Izbjegavajte oštre uglove: Oštre ivice povećavaju naprezanje i rizik od krtog loma—koristite zaobljene uglove (radijus ≥0,5 mm)
- Optimizacija obrade: Za precizne dijelove, koristite kontrolu temperature kalupa (60-80 ° C) i mala brzina ubrizgavanja kako bi se smanjio preostali stres
9. Poređenje sa drugim inženjerskim plastičnim masama
| Nekretnina / Kriterij | POM (Acetal) | Najlon (PA6 / PA66) | PTFE (Teflon) | PEEK | UHMW-OR | PBT |
| Gustina (G · cm⁻³) | ≈ 1,40–1,42 | ≈ 1,13–1,15 | ≈ 2,10–2,16 | ≈ 1,28–1,32 | ≈ 0,93–0,95 | ≈ 1,30–1,33 |
| Zatezna čvrstoća (MPa) | ~50–75 | ~60–85 | ~20–35 | ~90–110 | ~20–40 | ~50–70 |
| Youngov modul (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 |
| Topljenje / servisna temp (° C) | TM ~165–175 / usluga ~80–100 | Tm ~215–265 / usluga ~80–120 | TM ~327 / usluga do ~260 (chem/tribo granice) | TM ~343 / usluga ~200–250 | Tm ~130–135 / usluga ~80–100 | TM ~220–225 / usluga ~ 120 |
| Upijanje vode (ravnoteža) | ~0,2–0,3 tež.% | ~1–3 tež.% (zavisi od RH) | ≈ 0% | ~0,3–0,5 tež.% | ~0,01–0,1 tež.% | ~0,2–0,5 tež.% |
| Koeficijent trenja (osušiti) | ~0,15–0,25 | ~0,15–0,35 | ~0,04–0,15 (vrlo nizak) | ~0,15–0,4 | ~0,08–0,20 | ~0,25–0,35 |
Nositi / tribologija |
Odličan (Klizni dijelovi, zupčanici) | Dobro (poboljšava se kada se napuni) | Loš (poboljšava u popunjenim razredima) | Odličan (najbolje popunjene ocjene) | Odličan za otpornost na habanje | Dobro |
| Hemijska otpornost | Dobro (goriva/ulja, mnogo rastvarača) | Dobro / selektivno; osjetljiv na jake kiseline/alkalije | Izvanredan (skoro univerzalna) | Odličan (mnogi agresivni mediji) | Vrlo dobar (mnogi mediji) | Dobro (hidroliza u nekim uslovima) |
| Obratnost | Odličan (mašine poput metala) | Dobro (umjereno trošenje alata) | Pošteno — obrađuje se od gredica; teško vezati | Dobro (obradiv, ali čvršći od POM-a) | Izazovan (gumene - potrebne kontrole) | Dobro |
| Dimenzijska stabilnost | Vrlo dobar (niska higroskopnost) | Umjeren (osetljiv na vlagu) | Odličan (praktički nema efekta vlage) | Odličan | Vrlo dobar | Dobro |
Tipične aplikacije |
Zupčanici, čahure, Pričvršćivači, Klizni dijelovi, komponente goriva | Zupčanici, ležajevi, Kućišta, vezice za kablove | Brtve, hemijske obloge, ležajevi niskog trenja, RF supstrat | Komponente ventila, visokotemperaturni ležajevi, Medicinski implantati | Obloge, Nosite jastučiće, Dijelovi transportnih transportera | Konektori, Kućišta, automobilskih električnih dijelova |
| Bilješke / smjernice za donošenje odluka | Isplativ, mehanički polimer niskog trenja za precizne dijelove pri umjerenoj T | Svestran; odaberite kada je potrebna čvrstina, ali očekujte promjenu dimenzija s vlagom | Koristite kada je potrebna apsolutna hemijska inertnost i najmanje trenje; čuvaj se puzavce | Vrhunski polimer za visoke temperature, upotreba visokog opterećenja (veći trošak) | Najbolje za ekstremno habanje i udarce; niska gustina | Dobar inženjerski polimer opšte namene sa uravnoteženim svojstvima |
10. Održivost i recikliranje
- Reciklabilnost: POM je termoplastičan i može se reciklirati mehaničkim ponovnim mljevenjem; regrut materijal se obično koristi u nekritičnim komponentama. Hemijsko recikliranje je manje uobičajeno, ali je tehnički izvodljivo.
- Životni vijek: dug radni vek mehaničkih komponenti često poboljšava ekološke performanse životnog ciklusa u odnosu na plastiku za jednokratnu upotrebu.
- Razmatranja sigurnosti: termička razgradnja može osloboditi formaldehid—prerada i spaljivanje otpada moraju slijediti lokalne propise o zaštiti okoliša.
- Reciklirani sadržaj: sve više u industrijskoj praksi, ali dizajneri bi trebali provjeriti zadržavanje mehaničkih svojstava za kritične dijelove.
11. Budući trendovi & Inovacije u POM-u
Advanced Modification Technologies
- Fileri visokih performansi: POM ojačan grafenom (0.1–0,5 tež.% grafena) poboljšava vlačnu čvrstoću 20% i toplotnu provodljivost po 30%, ciljanje na aplikacije u svemiru i elektronici
- Biorazgradive POM mješavine: Mešanje POM-a sa biorazgradivim polimerima (npr., Plakati, PHA) poboljšava kompostabilnost uz zadržavanje mehaničkih svojstava – pogodno za potrošnu robu za jednokratnu upotrebu
Processing Innovations
- 3D Napredak u štampanju: POM filamenti visokih performansi sa poboljšanom adhezijom sloja (snaga = 95% rasutog POM) i veće brzine štampanja (do 100 mm / s) omogućavaju masovnu proizvodnju prilagođenih delova
- Dekoracija u kalupu (IMD): Integracija dekorativnih filmova tokom brizganja poboljšava estetsku privlačnost POM robe široke potrošnje (npr., Slučajevi pametnih telefona, Hardver nameštaja)
Primjene u nastajanju
- Električna vozila (EVS): POM se sve više koristi u kućištima EV baterija, dijelovi motora, i konektori za punjenje zbog svoje male težine, Kemijska otpornost, i dimenziona stabilnost – očekuje se da će potražnja rasti 12% godišnje kroz 2030
- Vazdušni prostor: Mala težina, POM komponente visoke čvrstoće (npr., unutrašnji nosači, kućišta senzora) smanjiti potrošnju goriva u avionu—usvajanje ubrzano strogim propisima o emisijama
- Medicinski implantati: Bioaktivni POM (obložen hidroksiapatitom) promoviše integraciju kostiju, proširenje upotrebe u ortopedskim implantatima (npr., Hip stabljike, kičmeni kavezi)
12. Zaključak
POM (polioksimetilen) je zrela, svestrani inženjerski termoplast koji premošćuje jaz između ekonomične robne plastike i polimera visokih performansi.
Njegova kombinacija krutosti, otpornost na habanje, nisko trenje, nisko upijanje vlage, i odlična stabilnost dimenzija čini ga idealnim izborom za precizne mehaničke dijelove i dinamičke komponente.
Dizajn, obrada i izbor kvaliteta moraju biti usklađeni sa radnim okruženjem—temperaturom, izlaganje kemikalijama i opterećenje - kako bi se maksimizirao dugi vijek trajanja i pouzdanost materijala.
FAQs
Koja je razlika između POM-a i najlona (PA6/PA66)?
POM nudi bolju dimenzijsku stabilnost (niska apsorpcija vode <0.2% vs. PA6 8%), manje trenje (0.18 vs. 0.35), i vrhunska hemijska otpornost.
PA6/PA66 ima veću duktilnost (izduženje do 200%) i otpornost na udarce, ali bubri na vlazi, smanjenje preciznosti.
Kada da odaberem Homo-POM vs. Co-POM?
Odaberite Homo-POM za visoku čvrstoću, krute aplikacije (npr., zupčanici, Pričvršćivači) gdje su kristalnost i krutost kritične.
Odaberite Co-POM za komponente sklone udarcima (npr., šarke, isječke) ili složeni projekti oblikovanja, jer nudi bolju žilavost i obradivost.
Može li se POM koristiti u sistemima za gorivo?
Da. POM ima dobru otpornost na goriva, ulja i mnogih rastvarača i široko se koristi u komponentama sistema goriva. Uvijek provjerite sa specifičnom mješavinom goriva i temperaturnim rasponom.
Koja je sigurna temperatura kontinuiranog rada za POM?
Dizajn za dugotrajnu upotrebu ispod ~80–100 °C. Kratki izleti do ~120 °C su mogući uz odgovarajući izbor nivoa i validaciju.
Da li POM bubri u vodi?
Vrlo malo. Ravnotežno upijanje vode je nisko (~ 0.2-0,3%), tako da je promjena dimenzija od vlage neznatna u poređenju sa najlonom.
Da li je POM bezbedan u kontaktu sa hranom?
Mnogi POM razredi su u skladu sa propisima o kontaktu s hranom; po potrebi navedite ocjene za hranu ili FDA.
Koju maksimalnu temperaturu POM može izdržati?
Co-POM ima stalnu temperaturu upotrebe od 90-110°C, dok je Homo-POM ograničen na 80-100°C.
Moguće je kratkotrajno izlaganje 120-130°C, ali produženo izlaganje iznad ovih temperatura uzrokuje termičku degradaciju.
