1. Einführung
Polyoxymethylen (POM), allgemein genannt Acetal oder unter Handelsnamen wie Delrin®, ist ein teilkristalliner technischer Thermoplast, der für seine Kombination aus hoher Steifigkeit geschätzt wird, ausgezeichnete Verschleiß- und Ermüdungsbeständigkeit, geringe Reibung, und hervorragende Dimensionsstabilität.
POM ist ein Polymer erster Wahl für präzisionsmechanische Teile (Getriebe, Buchsen, Schieberegler) wo enge Toleranzen gelten, geringe Reibung und lange Lebensdauer sind erforderlich.
Dieser Artikel enthält eine technische, datengesteuerte Überprüfung der Chemie von POM, Eigenschaften, Verarbeitung, Anwendungen, Einschränkungen und zukünftige Richtungen.
2. Was ist POM??
Polyoxymethylen (POM) – oft genannt Acetal, Polyacetal oder unter Handelsnamen wie z Delrin®, Hostaform®, Und Ultraform® – ist ein teilkristalliner technischer Thermoplast, der durch ein sich wiederholendes –CH₂–O– gekennzeichnet ist. (Methylenoxy) Rückgrat.
Es kombiniert einen hohen Kristallinitätsgrad mit einer etherartigen Bindung, Herstellung eines Materials, das steif ist, dimensional stabil, reibungsarm und äußerst verschleiß- und ermüdungsbeständig.
Diese Eigenschaften machen POM zum Polymer erster Wahl für Präzisionsmechanikkomponenten, die eine wiederholbare Geometrie und eine lange Lebensdauer erfordern.
Zwei Unternehmerfamilien
POM wird in zwei Hauptchemien hergestellt und geliefert, die die Verarbeitung und Leistung bestimmen:
- POM-Homopolymer (Pom-h) — hergestellt durch Polymerisation von Formaldehyd. Homopolymerqualitäten weisen typischerweise eine höhere Kristallinität auf, etwas höhere Steifigkeit und bessere Kriechfestigkeit.
Sie liefern maximale mechanische Leistung, vor allem bei Zimmertemperatur, sind jedoch etwas empfindlicher gegenüber thermischer Oxidation während der Verarbeitung. - POM-Copolymer (POM-C) — hergestellt durch Copolymerisation von Trioxan oder Formaldehyd mit einem kleinen Anteil stabilisierendem Comonomer.
Copolymertypen sind weniger anfällig für thermischen Abbau und Verfärbungen bei der Verarbeitung, haben ein breiteres Formfenster und ermöglichen oft eine bessere Dimensionskontrolle unter anspruchsvollen Formbedingungen.
3. Physikalische Eigenschaften von POM (typische Werte)
Bei den Werten handelt es sich um typische Lieferantenbereiche, die je nach Sorte variieren können, Füllstoffgehalt und Prüfmethode. Verwenden Sie Lieferantendatenblätter für designkritische Spezifikationen.
| Eigentum | Typischer Wert |
| Dichte | ≈ 1.41 g · cm⁻³ |
| Schmelzpunkt (Tm) | ~165–175 °C |
| Glasübergang (Tg) | ≈ −60 °C (deutlich unter den Betriebstemperaturen) |
| Wasseraufnahme (Gleichgewicht) | ~0,2–0,3 Gew.-% (sehr niedrig) |
| Wärmeleitfähigkeit | ~0,25–0,35 W·m⁻¹·K⁻¹ |
| Wärmeausdehnungskoeffizient (linear) | ~110–130 ×10⁻⁶ K⁻¹ (amorph richtungsabhängig) |
| Spezifische Wärme | ~1,6–1,8 kJ·kg⁻¹·K⁻¹ |
4. Haupteigenschaften von POM: Mechanisch, Thermal, und Chemie
Mechanische Eigenschaften (Raumtemperatur, 23 °C – typische technische Bereiche)
| Eigentum | Typische Reichweite (ordentliches POM) | Praktischer Hinweis |
| Zugfestigkeit (Ertrag) | 50–75 MPa | Homopolymer-Qualitäten am oberen Ende; Copolymer etwas niedriger |
| Zugmodul (Youngs) | ≈ 2,8–3,5 GPa | Steif im Vergleich zu vielen technischen Kunststoffen |
| Biegermodul | ≈ 2,6–3,2 GPa | Gute Biegesteifigkeit |
| Bruchdehnung | 20–60 % | Duktiler Versagensmodus; variiert je nach Klasse und Testgeschwindigkeit |
| Kerbschlag (Charpy) | ~ 2-8 kj · mkoinfo (Note abhängig) | POM weist eine gute Zähigkeit auf; Füllstoffe verändern das Verhalten |
| Härte (Rockwell R) | ~70–100 R | Gute Oberflächenhärte für Verschleißfestigkeit |
| Ermüdungsstärke | Hoch – POM weist eine gute Leistung bei zyklischem Biegen und Rollkontakt auf | Bevorzugt für Zahnräder, Buchsen |
Thermische Eigenschaften von POM
- Servicetemperatur: Dauereinsatz typischerweise bis zu ≈ 80–100 °C für lange Zeiträume; kurze Ausflüge bis zu 120–130 °C sind je nach Sorte und Umgebung möglich.
- Schmelzen/Verarbeiten: Schmelzbereich um 165–175 °C. Das Verarbeitungsfenster ist relativ eng; Die thermische Kontrolle beim Formen ist wichtig.
- Thermischer Abbau: längere Exposition oben ~200 °C kann zur Depolymerisation und zur Freisetzung geringer Formaldehydmengen führen; Vermeiden Sie eine Überhitzung während der Verarbeitung oder Sterilisation.
Chemische Beständigkeit von POM
- Exzellent: Kohlenwasserstoffe, aliphatische Lösungsmittel, Brennstoffe, Öle, Fetten, viele Reinigungsmittel und milde Laugen.
- Gut: viele organische Lösungsmittel bei moderaten Temperaturen.
- Arm / vermeiden: starke Oxidationsmittel (Salpetersäure, Chromsäure), konzentrierte Säuren, starke Halogenkohlenwasserstoffe (bei Temperatur) und Bedingungen, die die Hydrolyse bei hoher Temperatur fördern.
- Notiz: Aufgrund seiner Beständigkeit gegenüber Kraftstoffen und Ölen wird POM häufig in Kraftstoff- und Hydrauliksystemen eingesetzt.
Dimensionsstabilität von POM
- Geringe Feuchtigkeitsaufnahme (~0,2 %) verleiht eine Dimensionsstabilität, die Nylon weit überlegen ist (PA).
- Eine hohe Kristallinität führt bei Raumtemperatur zu einem geringen Kriechen; Jedoch, Das Kriechen nimmt zu, wenn sich die Temperatur den Betriebsgrenzen nähert.
Design für Kriechen in Lager- und Lastanwendungen, vor allem bei erhöhten Temperaturen.
5. Verarbeitungs- und Herstellungsmethoden
- Injektionsformung – die vorherrschende Methode für Präzisionsteile.
Typische Anleitung: trockene Pellets (80°C für 2–4 Stunden), Fass-/Schmelzetemperatur ~190–230 °C, je nach Sorte, Formtemperatur 60–100 °C, um die Kristallisation zu fördern und Verzug zu reduzieren. - Extrusion für Stangen, Bleche und Profile (extrudierter Stab, der üblicherweise zur Bearbeitung von Werkstücken verwendet wird).
- Formpressen für große Platten oder Spezialteile.
- Bearbeitung aus Stange/Stab — POM-Maschinen sehr gut: saubere Chips, geringer Werkzeugverschleiß, enge Toleranzen möglich; Wird häufig für Prototypen und Kleinserienteile verwendet.
- Sich anschließen: Verklebung durch Oberflächenbehandlung möglich; Mechanische Befestigung und Ultraschallschweißen sind gängige Montagemethoden.
Praktische Verarbeitungshinweise: POM ist feuchtigkeitsempfindlich (Oberflächenfehler) und thermisch empfindlich (Depolymerisation). Kontrollierte Trocknung und korrekte Schmelzetemperaturen sind unerlässlich.
6. Vorteile und Grenzen von POM
Schlüsselvorteile
- Überlegene mechanische Balance: Kombiniert hohe Festigkeit (60–75 MPa) und Duktilität (10–50 % Dehnung), übertrifft die meisten technischen Kunststoffe
- Außergewöhnliche Dimensionsstabilität: Geringe Wasseraufnahme und geringe Wärmeausdehnung sorgen für eine gleichbleibende Leistung in feuchten/temperaturschwankenden Umgebungen
- Selbstschmierende Eigenschaften: Niedriger Reibungskoeffizient (0.15–0.20) reduziert den Verschleiß und macht in vielen Anwendungen eine Schmierung überflüssig
- Ausgezeichnete Verwirklichung: Ermöglicht die Präzisionsbearbeitung kundenspezifischer Teile mit minimalem Werkzeugverschleiß
- Chemischer Widerstand: Inert gegenüber den meisten Lösungsmitteln, Säuren, und Sockel – geeignet für Komponenten zur Flüssigkeitsförderung
- Leicht: Dichte (1.41 g/cm³) Ist 1/3 das aus Messing und 1/5 das von Stahl, Reduzierung des Komponentengewichts
Einschränkungen
- Geringe Hochtemperaturbeständigkeit: Dauergebrauchstemperatur (<110° C) schränkt Anwendungen in Umgebungen mit hoher Hitze ein (Z.B., Motorabgassysteme)
- Entflammbarkeit: Unmodifiziertes POM ist brennbar (UL 94 HB-Bewertung); flammhemmende Typen (UL 94 V-0) erfordern Zusatzstoffe (Z.B., Magnesiumhydroxid)
- Schlechte UV-Beständigkeit: Zersetzt sich bei längerer Sonneneinstrahlung (Vergilbung, Kraftverlust)– erfordert UV-Stabilisatoren für den Außenbereich
- Sprödigkeit bei niedrigen Temperaturen: Homo-POM wird unter –40 °C spröde (Die Schlagfestigkeit nimmt ab 50%), Begrenzung kryogener Anwendungen
- Risiko thermischer Zersetzung: Bei Überhitzung wird Formaldehyd freigesetzt (>230° C), strenge Verarbeitungskontrollen erfordern
7. Anwendungen von POM
Der Eigenschaftensatz von POM erfüllt viele mechanische Anforderungen. Repräsentative Anwendungen:
- Präzisionszahnräder und Zahnstangen (Verbrauchergeräte, Drucker, Robotik)
- Buchsen, Lager und Schlitten — geringe Reibung, lange Lebensdauer unter trockenen oder geschmierten Bedingungen
- Pumpen und Ventilkomponenten — Chemikalien- und Kraftstoffbeständigkeit
- Befestigungselemente und Clips wo es auf Dimensionsstabilität und Zähigkeit ankommt
- Steckergehäuse und elektrische Isolatoren
- Automobilausstattung und Funktionskomponenten (Türhardware, Schließsysteme)
- Medizinprodukte (nicht implantiert) — POM wird dort eingesetzt, wo Reinigung/Sterilisation und Dimensionskontrolle erforderlich sind
Fügen Sie Füllstoffe hinzu (Glas, Kohlenstoff, Ptfe) ändert Anwendungen: glasfaserverstärktes POM für höhere Steifigkeit, PTFE-gefüllt für geringere Reibung und verbesserten Verschleiß.
8. Überlegungen zur Leistungsoptimierung und zum Design
Leistungsoptimierung durch Modifikation
- Verstärktes POM: Zusatz von Glasfasern (10–30 Gew.-%) erhöht die Steifigkeit (Biegemodul bis zu 5 GPA) und Wärmeformbeständigkeitstemperatur (bis 140°C)– wird in Automobilstrukturteilen verwendet
- Verschleißfestes POM: Einarbeitung von PTFE (5–15 Gew.-%), Graphit (2–5 Gew.%), oder Molybdändisulfid (MoS₂, 1–3 Gew.-%) Reduziert den Reibungskoeffizienten auf 0,05–0,10 – ideal für schnell gleitende Komponenten
- Flammhemmendes POM: Halogenfreie Flammschutzmittel (Z.B., Magnesiumhydroxid, 20–30 Gew.-%) Treffen Sie UL 94 V-0, zunehmender Einsatz in Elektronikgehäusen
- UV-stabilisiertes POM: Zusatz von gehinderten Amin-Lichtstabilisatoren (HALS, 0.1–0,5 Gew.-%) verhindert UV-Abbau – geeignet für Außenanwendungen
Konstruktionsüberlegungen
- Wandstärke: Behalten Sie eine gleichmäßige Dicke bei (1–5 mm für Spritzguss) um Verwerfungen zu vermeiden; Mindestdicke = 0.5 mm (Dünnwandige Teile)
- Entwurfswinkel: 1–2° für Spritzguss, 3–5° für die Extrusion, um ein Anhaften der Form zu verhindern
- Filets & Radien: Mindestkehlradius = 0,5–1,0 mm, um Spannungskonzentrationen zu reduzieren und den Fluss während des Formens zu verbessern
- Vermeiden Sie scharfe Ecken: Scharfe Kanten erhöhen die Belastung und das Risiko eines spröden Versagens – verwenden Sie abgerundete Ecken (Radius ≥0,5 mm)
- Verarbeitungsoptimierung: Für Präzisionsteile, Verwenden Sie eine Formtemperaturregelung (60–80 ° C.) und langsame Einspritzgeschwindigkeit, um Eigenspannungen zu minimieren
9. Vergleich mit anderen technischen Kunststoffen
| Eigentum / Kriterium | POM (Acetal) | Nylon (PA6 / PA66) | Ptfe (Teflon) | SPÄHEN | UHMW-OR | PBT |
| Dichte (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 |
| Zugfestigkeit (MPA) | ~50–75 | ~60–85 | ~20–35 | ~90–110 | ~20–40 | ~50–70 |
| Elastizitätsmodul (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 |
| Schmelzen / Servicetemp (° C) | Tm ~165–175 / Service ~80–100 | Tm ~215–265 / Service ~80–120 | Tm ~327 / Service bis zu ~260 (Chemische/Tribo-Grenzwerte) | Tm ~343 / Service ~200–250 | Tm ~130–135 / Service ~80–100 | Tm ~220–225 / Service ~ 120 |
| Wasseraufnahme (Gleichgewicht) | ~0,2–0,3 Gew.-% | ~1–3 Gew.-% (hängt von der relativen Luftfeuchtigkeit ab) | ≈ 0% | ~0,3–0,5 Gew.-% | ~0,01–0,1 Gew.-% | ~0,2–0,5 Gew.-% |
| Reibungskoeffizient (trocken) | ~0,15–0,25 | ~0,15–0,35 | ~0,04–0,15 (sehr niedrig) | ~0,15–0,4 | ~0,08–0,20 | ~0,25–0,35 |
Tragen / Tribologie |
Exzellent (Schiebeteile, Getriebe) | Gut (verbessert sich, wenn es gefüllt ist) | Arm (verbessert sich in gefüllten Noten) | Exzellent (gefüllte Noten am besten) | Hervorragend für die Abriebfestigkeit | Gut |
| Chemische Beständigkeit | Gut (Kraftstoffe/Öle, viele Lösungsmittel) | Gut / selektiv; empfindlich gegenüber starken Säuren/Laugen | Hervorragend (nahezu universell) | Exzellent (viele aggressive Medien) | Sehr gut (viele Medien) | Gut (Unter bestimmten Bedingungen kann es zu Hydrolyse kommen) |
| Verarbeitbarkeit | Exzellent (Maschinen wie Metall) | Gut (Werkzeugverschleiß mäßig) | Fair – aus Knüppeln bearbeitbar; schwer zu binden | Gut (maschinell, aber härter als POM) | Herausfordernd (gummiartig – Kontrollen erforderlich) | Gut |
| Dimensionsstabilität | Sehr gut (gering hygroskopisch) | Mäßig (feuchtigkeitsempfindlich) | Exzellent (praktisch kein Feuchtigkeitseffekt) | Exzellent | Sehr gut | Gut |
Typische Anwendungen |
Getriebe, Buchsen, Befestigungselemente, Schiebeteile, Kraftstoffkomponenten | Getriebe, Lager, Gehäuse, Kabelbinder | Siegel, chemische Auskleidungen, reibungsarme Lager, HF-Substrat | Ventilkomponenten, Hochtemperaturlager, Medizinische Implantate | Liner, Tragen Sie Pads, Förderteile | Anschlüsse, Gehäuse, Elektrische Teile für Kraftfahrzeuge |
| Notizen / Entscheidungshilfe | Kostengünstig, Reibungsarmes mechanisches Polymer für Präzisionsteile bei mäßiger T | Vielseitig; Wählen Sie, wann die Zähigkeit erforderlich ist, rechnen Sie jedoch mit Dimensionsänderungen bei Feuchtigkeit | Wird verwendet, wenn absolute chemische Inertheit und geringste Reibung erforderlich sind; Vorsicht, Kriecher | Premium-Polymer für hohe Temperaturen, Hochlasteinsatz (höhere Kosten) | Am besten für extremen Abrieb und Stöße geeignet; niedrige Dichte | Gutes technisches Allzweckpolymer mit ausgewogenen Eigenschaften |
10. Nachhaltigkeit und Recycling
- Recyclabalität: POM ist thermoplastisch und durch mechanisches Mahlen recycelbar; Mahlgut wird üblicherweise in unkritischen Bauteilen verwendet. Chemisches Recycling ist weniger verbreitet, aber technisch machbar.
- Lebenszyklus: Eine lange Lebensdauer mechanischer Komponenten verbessert häufig die Umweltleistung im gesamten Lebenszyklus im Vergleich zu Einwegkunststoffen.
- Sicherheitsüberlegungen: Bei der thermischen Zersetzung kann Formaldehyd freigesetzt werden. Bei der Abfallverarbeitung und -verbrennung müssen die örtlichen Umweltvorschriften eingehalten werden.
- Recycelter Inhalt: in der industriellen Praxis zunehmend, Konstrukteure sollten jedoch die Beibehaltung der mechanischen Eigenschaften kritischer Teile überprüfen.
11. Zukünftige Trends & Innovationen in POM
Fortschrittliche Modifikationstechnologien
- Hochleistungsfüller: Graphenverstärktes POM (0.1–0,5 Gew.-% Graphen) verbessert die Zugfestigkeit um 20% und Wärmeleitfähigkeit durch 30%, auf Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Elektronik ausgerichtet
- Biologisch abbaubare POM-Mischungen: Mischung von POM mit biologisch abbaubaren Polymeren (Z.B., PLA, Pha) verbessert die Kompostierbarkeit unter Beibehaltung der mechanischen Eigenschaften – geeignet für Einweg-Konsumgüter
Verarbeitung von Innovationen
- 3D Fortschritte beim Drucken: Hochleistungs-POM-Filamente mit verbesserter Schichthaftung (Stärke = 95% von Bulk-POM) und schnellere Druckgeschwindigkeiten (bis zu 100 mm/s) ermöglichen die Massenproduktion kundenspezifischer Teile
- In-Mold-Dekoration (IMD): Die Integration von Dekorfolien beim Spritzgießen steigert die Ästhetik von POM-Konsumgütern (Z.B., Smartphone -Hüllen, Möbelhardware)
Aufkommende Anwendungen
- Elektrofahrzeuge (Evs): POM wird zunehmend in Batteriegehäusen von Elektrofahrzeugen eingesetzt, Motorteile, und Ladeanschlüsse aufgrund seines geringen Gewichts, chemische Beständigkeit, und Dimensionsstabilität – die Nachfrage wird voraussichtlich um steigen 12% jährlich durch 2030
- Luft- und Raumfahrt: Geringes Gewicht, hochfeste POM-Komponenten (Z.B., Innenhalterungen, Sensorgehäuse) Reduzierung des Treibstoffverbrauchs von Flugzeugen – die Einführung wird durch strenge Emissionsvorschriften beschleunigt
- Medizinische Implantate: Bioaktives POM (mit Hydroxylapatit beschichtet) fördert die Knochenintegration, Ausweitung der Verwendung in orthopädischen Implantaten (Z.B., Hüftstiele, Wirbelsäulenkäfige)
12. Abschluss
POM (Polyoxymethylen) ist ein reifer, vielseitiger technischer Thermoplast, der die Lücke zwischen wirtschaftlichen Standardkunststoffen und Hochleistungspolymeren schließt.
Seine Kombination aus Steifigkeit, Resistenz tragen, geringe Reibung, geringe Feuchtigkeitsaufnahme, und seine hervorragende Dimensionsstabilität machen es zur idealen Wahl für mechanische Präzisionsteile und dynamische Komponenten.
Design, Verarbeitung und Sortenauswahl müssen auf die Betriebsumgebung – Temperatur – abgestimmt sein, chemische Einwirkung und Belastung – um die lange Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Materials zu maximieren.
FAQs
Was ist der Unterschied zwischen POM und Nylon? (PA6/PA66)?
POM bietet eine bessere Dimensionsstabilität (geringe Wasseraufnahme <0.2% vs. PA6’s 8%), geringere Reibung (0.18 vs. 0.35), und überlegene chemische Beständigkeit.
PA6/PA66 weist eine höhere Duktilität auf (Dehnung bis zu 200%) und Schlagfestigkeit, quillt jedoch bei Feuchtigkeit auf, Verringerung der Präzision.
Wann sollte ich Homo-POM vs. wählen?. Co-POM?
Wählen Sie Homo-POM für hohe Festigkeit, steife Anwendungen (Z.B., Getriebe, Befestigungselemente) wo Kristallinität und Steifigkeit entscheidend sind.
Wählen Sie Co-POM für stoßanfällige Bauteile (Z.B., Scharniere, Clips) oder komplexe Formungsprojekte, da es eine bessere Zähigkeit und Verarbeitbarkeit bietet.
Kann POM in Kraftstoffsystemen verwendet werden??
Ja. POM weist eine gute Beständigkeit gegenüber Kraftstoffen auf, Öle und viele Lösungsmittel und wird häufig in Komponenten von Kraftstoffsystemen verwendet. Validieren Sie immer mit der spezifischen Kraftstoffmischung und dem Temperaturbereich.
Was ist eine sichere Dauergebrauchstemperatur für POM??
Für den Langzeiteinsatz unter ~80–100 °C ausgelegt. Bei entsprechender Sortenauswahl und Validierung sind kurze Exkursionen bis ~120 °C möglich.
Quellt POM im Wasser??
Sehr wenig. Die Wasseraufnahme im Gleichgewicht ist gering (~ 0,2–0,3%), Daher ist die Dimensionsänderung durch Feuchtigkeit im Vergleich zu Nylon gering.
Ist POM lebensmittelecht??
Viele POM-Typen entsprechen den Vorschriften für den Lebensmittelkontakt; Geben Sie bei Bedarf Lebensmittelqualität oder FDA-konforme Qualitäten an.
Welcher Temperatur kann POM maximal standhalten??
Co-POM hat eine Dauergebrauchstemperatur von 90–110 °C, während Homo-POM auf 80–100 °C begrenzt ist.
Eine kurzzeitige Einwirkung von 120–130 °C ist möglich, Eine längere Einwirkung oberhalb dieser Temperaturen führt jedoch zu einer thermischen Zersetzung.
