1. مقدمه
پلی اکسی متیلن (پوم), معمولا نامیده می شود استیل یا با نام های تجاری مانند Delrin®, یک ترموپلاستیک مهندسی نیمه کریستالی است که به دلیل ترکیبی از سفتی بالا ارزشمند است., مقاومت عالی در برابر سایش و خستگی, اصطکاک کم, و ثبات ابعادی فوق العاده.
POM یک پلیمر انتخابی اول برای قطعات مکانیکی دقیق است (چرخ دنده, بوش, لغزنده ها) که در آن تلرانس های تنگ, اصطکاک کم و عمر طولانی مورد نیاز است.
این مقاله یک تکنیک فنی ارائه می دهد, بررسی شیمی POM مبتنی بر داده, خواص, پردازش, برنامه, محدودیت ها و مسیرهای آینده.
2. POM چیست؟?
پلی اکسی متیلن (پوم) - اغلب نامیده می شود استیل, پلی استال یا با نام های تجاری مانند بلندی®, Hostaform®, وت اولترافرم® - یک گرمانرم مهندسی نیمه کریستالی است که با تکرار -CH2-O- مشخص می شود. (متیلن اکسی) ستون فقرات.
درجه بالایی از بلورینگی را با یک پیوند از نوع اتری ترکیب می کند, تولید ماده ای سفت, از نظر ابعادی پایدار, اصطکاک کم و بسیار مقاوم در برابر سایش و خستگی.
این ویژگی ها، POM را به پلیمری انتخاب اول برای اجزای مکانیکی دقیق تبدیل می کند که به هندسه قابل تکرار و عمر طولانی نیاز دارند..
دو خانواده تجاری
POM در دو شیمی اصلی تولید و عرضه می شود که پردازش و عملکرد را تعیین می کند.:
- POM-هموپلیمر (pom-h) - تولید شده توسط پلیمریزاسیون فرمالدئید. گریدهای هموپلیمر معمولاً بلورینگی بالاتری را نشان می دهند, سفتی کمی بیشتر و مقاومت در برابر خزش بهتر.
آنها حداکثر عملکرد مکانیکی را ارائه می دهند, مخصوصا در دمای اتاق, اما در طول پردازش تا حدودی به اکسیداسیون حرارتی حساس تر هستند. - POM-کوپلیمر (POM-C) - تولید شده با کوپلیمریزاسیون تری اکسان یا فرمالدئید با کسر کوچکی از کومونومر تثبیت کننده.
گریدهای کوپلیمر کمتر در معرض تخریب حرارتی و تغییر رنگ فرآیند هستند, پنجره قالبگیری گستردهتری دارند و اغلب کنترل ابعادی بهتری را در شرایط قالبگیری درخواستی ارائه میدهند.
3. خواص فیزیکی POM (مقادیر معمولی)
مقادیر محدوده عرضه کننده معمولی هستند و بر اساس درجه متفاوت خواهند بود, محتوای پرکننده و روش تست. از دیتا شیت های تامین کننده برای مشخصات حیاتی طراحی استفاده کنید.
| دارایی | ارزش معمولی |
| تراکم | ± 1.41 g · cm⁻³ |
| نقطه ذوب (TM) | ~165-175 درجه سانتیگراد |
| انتقال شیشه ای (Tg) | ≈ -60 درجه سانتیگراد (بسیار پایین تر از دمای سرویس) |
| جذب آب (تعادل) | ~0.2-0.3 درصد وزنی (خیلی کم) |
| هدایت حرارتی | ~0.25-0.35 W·m-1·K-1 |
| ضریب انبساط حرارتی (خطی) | ~110-130 × 10-6 K-1 (وابسته به جهت بی شکل) |
| گرمای خاص | ~1.6-1.8 kJ·kg-1·K-1 |
4. ویژگی های کلیدی POM: مکانیکی, گرمی, و شیمیایی
خصوصیات مکانیکی (دمای اتاق, 23 درجه سانتی گراد - محدوده های مهندسی معمولی)
| دارایی | دامنه معمولی (POM مرتب) | نکته کاربردی |
| استحکام کششی (بازده) | 50-75 مگاپاسکال | گریدهای هموپلیمر در انتهای بالایی; کوپلیمر کمی پایین تر |
| مدول کشش (جوان) | ≈ 2.8-3.5 گیگا پاسکال | در مقایسه با بسیاری از پلاستیک های مهندسی سفت است |
| مدول انعطافی | ≈ 2.6-3.2 گیگا پاسکال | سفتی خمشی خوب |
| ازدیاد طول در هنگام شکست | 20-60 % | حالت شکست شکل پذیر; بر اساس درجه و سرعت آزمون متفاوت است |
| ضربه بریده (هوس) | ~ 2-8 kj · mkoinfo (وابسته به درجه) | POM چقرمگی خوبی از خود نشان می دهد; پرکننده ها رفتار را تغییر می دهند |
| سختی (راکول آر) | 70-100 R | سختی سطح خوب برای مقاومت در برابر سایش |
| قدرت خستگی | بالا - POM در تماس چرخه ای خمش و نورد عملکرد خوبی دارد | برای چرخ دنده ترجیح داده می شود, بوش |
خواص حرارتی POM
- دمای سرویس: استفاده مداوم معمولا تا ≈ 80-100 درجه سانتیگراد برای مدت طولانی; گشت های کوتاه تا 120-130 درجه سانتی گراد بسته به درجه و محیط ممکن است.
- ذوب/فرآوری: محدوده ذوب در اطراف 165-175 درجه سانتیگراد. پنجره پردازش نسبتاً باریک است; کنترل حرارتی در قالب گیری مهم است.
- تخریب حرارتی: قرار گرفتن در معرض طولانی مدت در بالا ~ 200 درجه سانتی گراد می تواند باعث دپلیمریزاسیون و آزادسازی سطوح پایین فرمالدئید شود; از گرم شدن بیش از حد در هنگام پردازش یا استریل کردن جلوگیری کنید.
مقاومت شیمیایی POM
- عالی: هیدروکربن ها, حلال های آلیفاتیک, سوخت, روغن, چرب, بسیاری از مواد شوینده و مواد قلیایی ملایم.
- خوب: بسیاری از حلال های آلی در دماهای متوسط.
- ضعیف / اجتناب کنید: اکسید کننده های قوی (اسید نیتریک, اسید کرومیک), اسیدهای غلیظ, هیدروکربن های هالوژنه قوی (در دما) و شرایطی که باعث افزایش هیدرولیز در دمای بالا می شود.
- یادداشت: POM به دلیل مقاومت در برابر سوخت و روغن اغلب در سیستم های سوخت و هیدرولیک استفاده می شود.
پایداری ابعادی POM
- جذب رطوبت کم (~0.2٪) پایداری ابعادی بسیار بالاتر از نایلون ها ایجاد می کند (پا).
- بلورینگی بالا باعث خزش کم در دمای اتاق می شود; هر چند, با نزدیک شدن دما به محدوده خدمات، خزش افزایش می یابد.
طراحی برای خزش در کاربردهای باربری و باربری, به خصوص در دمای بالا.
5. روش های پردازش و ساخت
- قالب تزریقی - روش غالب برای قطعات دقیق.
راهنمایی معمولی: گلوله های خشک (80درجه سانتیگراد به مدت 2-4 ساعت), دمای بشکه/ذوب ~190-230 درجه سانتی گراد بسته به درجه, دمای قالب 60 تا 100 درجه سانتیگراد برای ترویج کریستالیزاسیون و کاهش تاب خوردگی. - اکستاروژن برای میله ها, ورق ها و پروفیل ها (میله اکسترود شده که معمولاً برای ماشینکاری مورد استفاده قرار می گیرد).
- قالب گیری فشاری برای بشقاب های بزرگ یا قطعات تخصصی.
- ماشینکاری از میله/میله - ماشین های POM بسیار خوب: چیپس تمیز, سایش ابزار کم, تحمل های تنگ ممکن است; به طور گسترده برای نمونه های اولیه و قطعات کم حجم استفاده می شود.
- پیوستن: اتصال چسب با عملیات سطح امکان پذیر است; اتصال مکانیکی و جوشکاری اولتراسونیک از روشهای رایج مونتاژ هستند.
یادداشت های پردازش عملی: POM به رطوبت حساس است (نقص سطحی) و از نظر حرارتی حساس است (پلیمریزاسیون). خشک کردن کنترل شده و دمای مذاب صحیح ضروری است.
6. مزایا و محدودیت های POM
مزایای اصلی
- بالانس مکانیکی برتر: استحکام بالا را ترکیب می کند (60-75 مگاپاسکال) و انعطاف پذیری (10-50% کشیدگی), عملکرد بهتری از پلاستیک های مهندسی دارد
- ثبات ابعادی استثنایی: جذب کم آب و انبساط حرارتی محکم عملکرد ثابت را در محیطهای مرطوب/متغیر دما تضمین میکند.
- خواص روانکاری: ضریب اصطکاک کم (0.15–0.20) سایش را کاهش می دهد و نیاز به روغن کاری را در بسیاری از کاربردها از بین می برد
- ماشینکاری عالی: ماشینکاری دقیق قطعات سفارشی را با حداقل سایش ابزار امکان پذیر می کند
- مقاومت شیمیایی: نسبت به اکثر حلال ها بی اثر است, اسید, و پایه - مناسب برای اجزای جابجایی مایعات
- سبک وزن: تراکم (1.41 g/cm³) است. است 1/3 که از برنج و 1/5 که از فولاد, کاهش وزن اجزا
محدودیت ها
- مقاومت در برابر دمای بالا پایین: دمای استفاده مداوم (<110درجه سانتیگراد) کاربردها را در محیط های با گرمای زیاد محدود می کند (به عنوان مثال, سیستم های اگزوز موتور)
- اشتعال پذیری: POM اصلاح نشده قابل اشتعال است (UL 94 رتبه HB); گریدهای ضد شعله (UL 94 حرفهای-0) نیاز به افزودنی دارد (به عنوان مثال, هیدروکسید منیزیم)
- مقاومت ضعیف در برابر اشعه ماوراء بنفش: تحت تابش طولانی مدت آفتاب تخریب می شود (زرد شدن, از دست دادن قدرت)- برای استفاده در فضای باز به تثبیت کننده های UV نیاز دارد
- شکنندگی در دماهای پایین: Homo-POM زیر 40- درجه سانتیگراد شکننده می شود (قدرت ضربه کاهش می یابد 50%), محدود کردن کاربردهای برودتی
- خطر تخریب حرارتی: در صورت گرم شدن بیش از حد فرمالدئید آزاد می کند (>230درجه سانتیگراد), نیاز به کنترل های پردازشی دقیق
7. کاربردهای POM
مجموعه اموال POM با بسیاری از خواسته های مکانیکی مطابقت دارد. برنامه های نمایندگی:
- چرخ دنده ها و قفسه های دقیق (لوازم مصرفی, چاپگرها, روباتیک)
- بوش, بلبرینگ و اسلاید - اصطکاک کم, عمر طولانی در شرایط خشک یا روغن کاری شده
- پمپ ها و اجزای شیر - مقاومت در برابر مواد شیمیایی و سوخت
- بست و گیره جایی که ثبات ابعادی و چقرمگی اهمیت دارد
- محفظه اتصالات و عایق های الکتریکی
- تزئینات خودرو و اجزای کاربردی (سخت افزار, سیستم های قفل)
- دستگاه های پزشکی (غیر ایمپلنت) - در جاهایی که تمیز کردن/استریل کردن و کنترل ابعادی مورد نیاز است از POM استفاده می شود
پرکننده ها را شامل شود (شیشه, کربن, PTFE) برنامه ها را تغییر می دهد: POM پر از شیشه برای سفتی بالاتر, PTFE پر شده برای اصطکاک کمتر و سایش بهبود یافته.
8. بهینه سازی عملکرد و ملاحظات طراحی
بهینه سازی عملکرد از طریق اصلاح
- POM تقویت شده: افزودن الیاف شیشه (100 وزنی) سفتی را افزایش می دهد (مدول خمشی تا 5 معدل) و دمای انحراف گرما (تا 140 درجه سانتیگراد)- مورد استفاده در قطعات ساختاری خودرو
- POM مقاوم در برابر سایش: ادغام PTFE (5-15 درصد وزنی), گرافیت (2%5 وزنی), یا دی سولفید مولیبدن (MoS2, 1-3 درصد وزنی) ضریب اصطکاک را به 0.05-0.10 کاهش می دهد - ایده آل برای قطعات لغزنده با سرعت بالا
- POM ضد شعله: بازدارنده های شعله بدون هالوژن (به عنوان مثال, هیدروکسید منیزیم, 200 وزنی) UL را ملاقات کنید 94 حرفهای-0, گسترش استفاده در محفظه های الکترونیکی
- POM تثبیت شده با اشعه ماوراء بنفش: افزودن تثبیت کننده های نور آمین مانع (هالز, 0.1-0.5 درصد وزنی) از تخریب اشعه ماوراء بنفش جلوگیری می کند - مناسب برای کاربردهای خارج از منزل
ملاحظات طراحی
- ضخامت دیواری: ضخامت یکنواخت را حفظ کنید (1-5 میلی متر برای قالب گیری تزریقی) برای جلوگیری از تاب برداشتن; حداقل ضخامت = 0.5 میلی متر (قطعات دیواره نازک)
- زاویه های پیش نویس: 1-2 درجه برای قالب گیری تزریقی, 3-5 درجه برای اکستروژن برای جلوگیری از چسبیدن قالب
- فیله & شعاع: حداقل شعاع فیله = 0.5-1.0 میلی متر برای کاهش غلظت تنش و بهبود جریان در طول قالب گیری
- از گوشه های تیز خودداری کنید: لبه های تیز استرس و خطر شکست شکننده را افزایش می دهند - از گوشه های گرد استفاده کنید (شعاع ≥0.5 میلی متر)
- بهینه سازی پردازش: برای قطعات دقیق, از کنترل دمای قالب استفاده کنید (60-80 درجه سانتیگراد) و سرعت تزریق آهسته برای به حداقل رساندن تنش پسماند
9. مقایسه با سایر پلاستیک های مهندسی
| دارایی / ملاک | پوم (استیل) | نایلون (pa6 / pa66) | PTFE (فولون) | نگاه داشتن | UHMW-OR | PBT |
| تراکم (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 |
| استحکام کششی (MPA) | ~50-75 | ~60-85 | ~ 20-35 | ~90-110 | ~ 20-40 | ~50-70 |
| مدول یانگ (معدل) | ~2.8-3.5 | ~ 2.5-3.5 | ~0.3-0.6 | ~3.6-4.1 | ~0.8-1.5 | ~2.6-3.2 |
| ذوب شدن / دمای سرویس (درجه سانتیگراد) | TM ~ 165-175 / خدمات 80-100 | Tm ~ 215-265 / سرویس ~80-120 | TM ~ 327 / خدمات تا 260 ~ (محدودیت های شیمی/تریبو) | TM ~ 343 / خدمات 200-250 | Tm ~ 130-135 / سرویس ~80-100 | TM ~ 220-225 / خدمات 120 پوند |
| جذب آب (تعادل) | ~0.2-0.3 درصد وزنی | ~1-3 درصد وزنی (به RH بستگی دارد) | ± 0% | ~0.3-0.5 درصد وزنی | ~0.01-0.1 درصد وزنی | ~0.2-0.5 درصد وزنی |
| ضریب اصطکاک (خشک) | ~0.15-0.25 | ~0.15-0.35 | ~0.04-0.15 (خیلی کم) | ~0.15-0.4 | ~0.08-0.20 | ~0.25-0.35 |
پوشیدن / طایفه شناسی |
عالی (قطعات کشویی, چرخ دنده) | خوب (هنگام پر شدن بهبود می یابد) | ضعیف (در نمرات پر شده بهبود می یابد) | عالی (بهترین نمرات را پر کرد) | برای مقاومت در برابر سایش عالی است | خوب |
| مقاومت شیمیایی | خوب (سوخت ها/روغن ها, بسیاری از حلال ها) | خوب / انتخابی; حساس به اسیدها/قلیاهای قوی | برجسته (تقریبا جهانی) | عالی (بسیاری از رسانه های تهاجمی) | خیلی خوب (بسیاری از رسانه ها) | خوب (هیدرولیز در برخی شرایط) |
| قابلیت تغییر | عالی (ماشین هایی مثل فلز) | خوب (سایش ابزار متوسط) | منصفانه - قابل ماشینکاری از بیلت; پیوند دادن دشوار است | خوب (قابل استفاده, اما سخت تر از POM) | به چالش برانگیز (لثه ای - کنترل های مورد نیاز) | خوب |
| ثبات ابعادی | خیلی خوب (رطوبت کم) | معتاد (حساس به رطوبت) | عالی (عملاً هیچ اثر رطوبتی ندارد) | عالی | خیلی خوب | خوب |
برنامه های معمولی |
چرخ دنده, بوش, اتصال دهنده, قطعات کشویی, اجزای سوخت | چرخ دنده, یاتاقان, محوطه, بند کابل | مهر, پوشش های شیمیایی, بلبرینگ های کم اصطکاک, بستر RF | اجزای دریچه, بلبرینگ های با دمای بالا, کاشت پزشکی | بوش, لنت ها را بپوشید, قطعات نقاله | اتصالات, محوطه, قطعات برقی خودرو |
| یادداشت ها / راهنمایی تصمیم گیری | مقرون به صرفه, پلیمر مکانیکی کم اصطکاک برای قطعات دقیق در T متوسط | همه کاره; زمان مورد نیاز چقرمگی را انتخاب کنید اما انتظار تغییر ابعادی با رطوبت را داشته باشید | هنگامی که بی اثری شیمیایی مطلق و کمترین اصطکاک مورد نیاز است استفاده شود; مراقب خزش باشید | پلیمر درجه یک برای دمای بالا, استفاده با بار بالا (هزینه بالاتر) | بهترین برای سایش و ضربه شدید; چگالی کم | پلیمر مهندسی همه منظوره خوب با خواص متعادل |
10. پایداری و بازیافت
- بازیافت: POM ترموپلاستیک است و با آسیاب مجدد مکانیکی قابل بازیافت است; مواد اولیه معمولاً در اجزای غیر بحرانی استفاده می شود. بازیافت مواد شیمیایی کمتر رایج است اما از نظر فنی امکان پذیر است.
- چرخه عمر: عمر طولانی قطعات مکانیکی اغلب عملکرد محیطی چرخه عمر را در مقایسه با پلاستیک های یکبار مصرف بهبود می بخشد.
- ملاحظات ایمنی: تجزیه حرارتی می تواند فرمالدئید آزاد کند - پردازش و سوزاندن زباله باید از مقررات محیطی محلی پیروی کند..
- محتوای بازیافتی: افزایش در عمل صنعتی, اما طراحان باید حفظ خواص مکانیکی برای قطعات حیاتی را بررسی کنند.
11. روندهای آینده & نوآوری در POM
فن آوری های اصلاح پیشرفته
- پرکننده های با کارایی بالا: POM تقویت شده با گرافن (0.1-0.5 درصد وزنی گرافن) استحکام کششی را بهبود می بخشد 20% و هدایت حرارتی توسط 30%, هدف قرار دادن کاربردهای هوافضا و الکترونیک
- مخلوط های POM زیست تخریب پذیر: ترکیب POM با پلیمرهای زیست تخریب پذیر (به عنوان مثال, پلا, PHA) کمپوست پذیری را با حفظ خواص مکانیکی بهبود می بخشد - مناسب برای کالاهای مصرفی یکبار مصرف
نوآوری های پردازش
- 3D پیشرفت های چاپ: رشته های POM با کارایی بالا با چسبندگی لایه بهبود یافته (قدرت = 95% POM فله) و سرعت چاپ بیشتر (تا 100 mm/s) امکان تولید انبوه قطعات سفارشی را فراهم می کند
- دکوراسیون در قالب (IMD): ادغام فیلم های تزئینی در طول قالب گیری تزریقی جذابیت زیبایی شناسی کالاهای مصرفی POM را افزایش می دهد. (به عنوان مثال, موارد گوشی هوشمند, سخت افزار مبلمان)
برنامه های نوظهور
- وسایل نقلیه برقی (EVS): POM به طور فزاینده ای در بدنه باتری EV استفاده می شود, قطعات موتور, و کانکتورهای شارژ به دلیل سبک بودن, مقاومت شیمیایی, و ثبات ابعادی - انتظار می رود تقاضا رشد کند 12% سالانه از طریق 2030
- هوافضا: کم وزن, اجزای POM با مقاومت بالا (به عنوان مثال, براکت های داخلی, محفظه های سنسور) کاهش مصرف سوخت هواپیما - پذیرش توسط مقررات سختگیرانه انتشار گازهای گلخانه ای تسریع شده است
- ایمپلنت های پزشکی: POM زیست فعال (پوشش داده شده با هیدروکسی آپاتیت) یکپارچگی استخوان را تقویت می کند, گسترش استفاده در ایمپلنت های ارتوپدی (به عنوان مثال, ساقه لگن, قفس نخاعی)
12. پایان
پوم (پلی اکسی متیلن) بالغ است, ترموپلاستیک مهندسی همه کاره که شکاف بین پلاستیک های مقرون به صرفه و پلیمرهای با کارایی بالا را پر می کند..
ترکیبی از سفتی آن, مقاومت در برابر پوشیدن, اصطکاک کم, پیکاپ رطوبت کم, و پایداری ابعادی عالی آن را به گزینه ای ایده آل برای قطعات مکانیکی دقیق و اجزای دینامیکی تبدیل می کند.
طراحی, پردازش و انتخاب درجه باید با محیط عملیاتی - دما هماهنگ باشد, قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی و بار - برای به حداکثر رساندن عمر طولانی و قابلیت اطمینان مواد.
متداول
تفاوت بین POM و نایلون چیست؟ (PA6/PA66)?
POM ثبات ابعادی بهتری را ارائه می دهد (جذب آب کم <0.2% در مقابل. PA6 8%), اصطکاک کمتر (0.18 در مقابل. 0.35), و مقاومت شیمیایی برتر.
PA6/PA66 شکل پذیری بالاتری دارد (ازدیاد طول تا 200%) و مقاومت در برابر ضربه اما در رطوبت متورم می شود, کاهش دقت.
چه زمانی باید Homo-POM vs را انتخاب کنم. CO-POM?
Homo-POM را برای استحکام بالا انتخاب کنید, برنامه های کاربردی سفت (به عنوان مثال, چرخ دنده, اتصال دهنده) جایی که بلورینگی و استحکام حیاتی است.
برای اجزای مستعد ضربه، Co-POM را انتخاب کنید (به عنوان مثال, لولا, گیره) یا پروژه های قالب گیری پیچیده, زیرا چقرمگی و پردازش پذیری بهتری را ارائه می دهد.
آیا می توان از POM در سیستم های سوخت استفاده کرد?
بله. POM مقاومت خوبی در برابر سوخت دارد, روغن ها و بسیاری از حلال ها و به طور گسترده در اجزای سیستم سوخت استفاده می شود. همیشه با ترکیب سوخت و محدوده دمایی خاص اعتبارسنجی کنید.
دمای سرویس مداوم ایمن برای POM چیست؟?
طراحی برای استفاده طولانی مدت زیر ~80-100 درجه سانتیگراد. سفرهای کوتاه تا 120 درجه سانتیگراد با انتخاب درجه و اعتبار مناسب امکان پذیر است.
آیا POM در آب متورم می شود؟?
خیلی کم. جذب آب تعادلی کم است (0.2-0.3 ~), بنابراین تغییر ابعاد از رطوبت در مقایسه با نایلون ناچیز است.
آیا تماس با مواد غذایی POM ایمن است؟?
بسیاری از گریدهای POM با مقررات تماس با مواد غذایی مطابقت دارند; در صورت نیاز، درجه های غذایی یا مطابق با FDA را مشخص کنید.
حداکثر دمایی که POM می تواند تحمل کند چقدر است?
Co-POM دمای استفاده مداوم 90-110 درجه سانتیگراد دارد, در حالی که Homo-POM به 80-100 درجه سانتیگراد محدود شده است.
قرار گرفتن در معرض کوتاه مدت در دمای 120-130 درجه سانتیگراد امکان پذیر است, اما قرار گرفتن در معرض طولانی مدت بالاتر از این دماها باعث تخریب حرارتی می شود.
