1. Pengenalan
Polyoxymethylene (POM), biasa dipanggil asetal atau dengan nama dagangan seperti Delrin®, ialah termoplastik kejuruteraan separa kristal yang dihargai kerana gabungan kekukuhan yang tinggi, rintangan haus dan keletihan yang sangat baik, geseran rendah, dan kestabilan dimensi yang luar biasa.
POM ialah polimer pilihan pertama untuk bahagian mekanikal ketepatan (gear, bushings, peluncur) di mana toleransi yang ketat, geseran rendah dan jangka hayat yang panjang diperlukan.
Artikel ini memberikan teknikal, semakan berasaskan data kimia POM, sifat, pemprosesan, aplikasi, batasan dan hala tuju masa hadapan.
2. Apa Itu POM?
Polyoxymethylene (POM) - sering dipanggil asetal, poliasetal atau dengan nama komersial seperti Delrin®, Hostaform®, dan Ultraform® — ialah termoplastik kejuruteraan separa kristal yang dicirikan oleh pengulangan –CH₂–O– (metilena-oksi) tulang belakang.
Ia menggabungkan tahap kehabluran yang tinggi dengan hubungan jenis eter, menghasilkan bahan yang keras, Dimensi stabil, geseran rendah dan sangat tahan haus dan keletihan.
Atribut tersebut menjadikan POM polimer pilihan pertama untuk komponen mekanikal ketepatan yang memerlukan geometri berulang dan hayat perkhidmatan yang panjang.
Dua keluarga komersial
POM dikilangkan dan dibekalkan dalam dua bahan kimia utama yang menentukan pemprosesan dan prestasi:
- POM-homopolimer (POM-H) - dihasilkan dengan mempolimerkan formaldehid. Gred homopolimer biasanya menunjukkan kehabluran yang lebih tinggi, kekakuan yang lebih tinggi sedikit dan rintangan rayapan yang lebih baik.
Mereka memberikan prestasi mekanikal maksimum, terutamanya pada suhu bilik, tetapi agak lebih sensitif kepada pengoksidaan terma semasa pemprosesan. - POM-kopolimer (POM-C) — dihasilkan dengan mengkopolimerisasi trioksan atau formaldehid dengan pecahan kecil komonomer penstabil.
Gred kopolimer kurang terdedah kepada degradasi haba dan perubahan warna pemprosesan, mempunyai tingkap pengacuan yang lebih luas dan selalunya memberikan kawalan dimensi yang lebih baik dalam keadaan pengacuan yang menuntut.
3. Sifat Fizikal POM (Nilai tipikal)
Nilai adalah julat pembekal biasa dan akan berbeza mengikut gred, kandungan pengisi dan kaedah ujian. Gunakan lembaran data pembekal untuk spesifikasi kritikal reka bentuk.
| Harta benda | Nilai tipikal |
| Ketumpatan | ≈ 1.41 g · cm⁻³ |
| Titik lebur (Tm) | ~165–175 °C |
| Peralihan kaca (Tg) | ≈ −60 °C (jauh di bawah temp perkhidmatan) |
| Penyerapan air (keseimbangan) | ~0.2–0.3 berat% (sangat rendah) |
| Kekonduksian terma | ~0.25–0.35 W·m⁻¹·K⁻¹ |
| Pekali pengembangan haba (linear) | ~110–130 ×10⁻⁶ K⁻¹ (bergantung arah amorfus) |
| Haba tertentu | ~1.6–1.8 kJ·kg⁻¹·K⁻¹ |
4. Sifat Utama POM: Mekanikal, Haba, dan Kimia
Sifat mekanikal (suhu bilik, 23 °C — julat kejuruteraan biasa)
| Harta benda | Julat tipikal (POM kemas) | Nota praktikal |
| Kekuatan tegangan (hasil) | 50–75 MPa | Gred homopolimer di hujung atas; kopolimer sedikit lebih rendah |
| Modulus tegangan (Young) | ≈ 2.8–3.5 GPa | Kaku berbanding dengan banyak plastik kejuruteraan |
| Modulus lentur | ≈ 2.6–3.2 GPa | Kekakuan lentur yang baik |
| Pemanjangan pada rehat | 20-60 % | Mod kegagalan mulur; berbeza mengikut gred dan kelajuan ujian |
| Kesan bertakuk (Charpy) | ~ 2-8 kj · mkoinfo (gred bergantung) | POM mempamerkan keliatan yang baik; pengisi mengubah tingkah laku |
| Kekerasan (Rockwell R) | ~70–100 R | Kekerasan permukaan yang baik untuk rintangan haus |
| Kekuatan keletihan | Tinggi — POM berfungsi dengan baik dalam lenturan kitaran dan sentuhan bergolek | Diutamakan untuk gear, bushings |
Sifat terma POM
- Suhu perkhidmatan: penggunaan berterusan biasanya sehingga ≈ 80–100 °C untuk tempoh yang lama; lawatan singkat sehingga 120–130 °C adalah mungkin bergantung pada gred dan persekitaran.
- Peleburan/pemprosesan: julat cair di sekeliling 165–175 °C. Tetingkap pemprosesan agak sempit; kawalan haba dalam pengacuan adalah penting.
- Degradasi terma: pendedahan berpanjangan di atas ~200 °C boleh menyebabkan penyahpolimeran dan pembebasan paras formaldehid yang rendah; elakkan terlalu panas semasa pemprosesan atau pensterilan.
Rintangan kimia POM
- Cemerlang: Hydrocarbons, pelarut alifatik, Bahan api, minyak, gris, banyak detergen dan alkali ringan.
- Baik: banyak pelarut organik pada suhu sederhana.
- Miskin / elakkan: pengoksida yang kuat (Asid nitrik, Asid kromik), asid pekat, hidrokarbon terhalogen yang kuat (pada suhu) dan keadaan yang menggalakkan hidrolisis pada suhu tinggi.
- Nota: POM sering digunakan dalam sistem bahan api dan hidraulik kerana ketahanannya terhadap bahan api dan minyak.
Kestabilan dimensi POM
- Penyerapan kelembapan yang rendah (~0.2%) memberikan kestabilan dimensi jauh lebih baik daripada nilon (PA).
- Kehabluran tinggi memberikan rayapan rendah pada suhu bilik; Walau bagaimanapun, rayapan meningkat dengan suhu menghampiri had perkhidmatan.
Reka bentuk untuk aplikasi rayapan dalam galas dan galas beban, terutamanya pada suhu tinggi.
5. Kaedah Pemprosesan dan Pembuatan
- Pengacuan suntikan — kaedah dominan untuk bahagian ketepatan.
Panduan tipikal: pelet kering (80°C selama 2–4 jam), suhu tong/cair ~190–230 °C bergantung pada gred, suhu acuan 60–100 °C untuk menggalakkan penghabluran dan mengurangkan letupan. - Penyemperitan untuk rod, helaian dan profil (rod tersemperit yang biasa digunakan untuk pemesinan stok).
- Pengacuan mampatan untuk plat besar atau bahagian khusus.
- Pemesinan daripada bar/rod — Mesin POM dengan sangat baik: kerepek bersih, sedikit kehausan alatan, toleransi yang ketat mungkin; digunakan secara meluas untuk prototaip dan bahagian volum rendah.
- Menyertai: ikatan pelekat mungkin dengan rawatan permukaan; pengikat mekanikal dan kimpalan ultrasonik adalah kaedah pemasangan biasa.
Nota pemprosesan praktikal: POM adalah sensitif terhadap kelembapan (kecacatan permukaan) dan sensitif terhadap haba (penyahpolimeran). Pengeringan terkawal dan suhu cair yang betul adalah penting.
6. Kelebihan dan Had POM
Kelebihan utama
- Baki Mekanikal Unggul: Menggabungkan kekuatan tinggi (60–75 MPa) dan kemuluran (10–50% pemanjangan), mengatasi kebanyakan plastik kejuruteraan
- Kestabilan Dimensi Luar Biasa: Penyerapan air yang rendah dan pengembangan haba yang ketat memastikan prestasi yang konsisten dalam persekitaran lembap/varian suhu
- Sifat Pelincir Sendiri: Pekali geseran rendah (0.15-0.20) mengurangkan haus dan menghapuskan keperluan untuk pelinciran dalam banyak aplikasi
- Kebolehkerjaan yang sangat baik: Membolehkan pemesinan ketepatan bahagian tersuai dengan kehausan alat yang minimum
- Rintangan kimia: Lengai kepada kebanyakan pelarut, asid, dan tapak—sesuai untuk komponen pengendalian bendalir
- Ringan: Ketumpatan (1.41 g/cm³) adalah 1/3 iaitu loyang dan 1/5 iaitu keluli, mengurangkan berat komponen
Batasan
- Rintangan Suhu Tinggi Rendah: Suhu penggunaan berterusan (<110° C.) mengehadkan aplikasi dalam persekitaran haba tinggi (Mis., sistem ekzos enjin)
- Kemudahbakaran: POM yang tidak diubah suai mudah terbakar (UL 94 Penilaian HB); gred kalis api (UL 94 V-0) memerlukan bahan tambahan (Mis., magnesium hidroksida)
- Rintangan UV yang lemah: Merosot di bawah cahaya matahari yang berpanjangan (kekuningan, kehilangan kekuatan)—memerlukan penstabil UV untuk kegunaan luar
- Kerapuhan pada Suhu Rendah: Homo-POM menjadi rapuh di bawah –40°C (kekuatan hentaman semakin berkurangan 50%), mengehadkan aplikasi kriogenik
- Risiko Degradasi Terma: Mengeluarkan formaldehid jika terlalu panas (>230° C.), memerlukan kawalan pemprosesan yang ketat
7. Aplikasi POM
Set hartanah POM sesuai dengan banyak permintaan mekanikal. Permohonan wakil:
- Gear dan rak ketepatan (peralatan pengguna, pencetak, Robotik)
- Bushings, galas dan gelongsor - geseran rendah, hayat yang panjang dalam keadaan kering atau pelincir
- Pam dan komponen injap - rintangan kimia dan bahan api
- Pengikat dan klip di mana kestabilan dan keliatan dimensi penting
- Perumahan penyambung dan penebat elektrik
- Kemasan automotif dan komponen berfungsi (Perkakasan pintu, sistem penguncian)
- Peranti perubatan (bukan implan) — POM digunakan di mana pembersihan/pensterilan dan kawalan dimensi diperlukan
Sertakan pengisi (kaca, Karbon, Ptfe) menukar aplikasi: POM berisi kaca untuk kekukuhan yang lebih tinggi, Diisi PTFE untuk geseran yang lebih rendah dan kehausan yang lebih baik.
8. Pengoptimuman Prestasi dan Pertimbangan Reka Bentuk
Pengoptimuman Prestasi melalui Pengubahsuaian
- POM diperkukuh: Penambahan gentian kaca (10–30 berat%) meningkatkan kekakuan (modulus lentur sehingga 5 GPA) dan suhu pesongan haba (sehingga 140°C)—digunakan dalam bahagian struktur automotif
- POM Tahan Haus: Pemerbadanan PTFE (5–15 berat%), grafit (2–5 berat%), atau molibdenum disulfida (MoS₂, 1–3 berat%) mengurangkan pekali geseran kepada 0.05–0.10—sesuai untuk komponen gelongsor berkelajuan tinggi
- POM Kalis Api: Kalis api bebas halogen (Mis., magnesium hidroksida, 20–30 berat%) jumpa UL 94 V-0, meluaskan penggunaan dalam kepungan elektronik
- POM Penstabilan UV: Penambahan penstabil cahaya amina terhalang (HALS, 0.1–0.5 berat%) menghalang degradasi UV—sesuai untuk aplikasi luar
Pertimbangan reka bentuk
- Ketebalan dinding: Mengekalkan ketebalan seragam (1–5 mm untuk pengacuan suntikan) untuk mengelakkan warpage; ketebalan minimum = 0.5 mm (bahagian berdinding nipis)
- Draf sudut: 1–2° untuk pengacuan suntikan, 3–5° untuk penyemperitan untuk mengelakkan acuan melekat
- Fillet & Jejari: Jejari fillet minimum = 0.5–1.0 mm untuk mengurangkan kepekatan tegasan dan meningkatkan aliran semasa pengacuan
- Elakkan sudut tajam: Tepi tajam meningkatkan tekanan dan risiko kegagalan rapuh—gunakan bucu bulat (jejari ≥0.5 mm)
- Pengoptimuman Pemprosesan: Untuk bahagian ketepatan, gunakan kawalan suhu acuan (60-80 ° C.) dan kelajuan suntikan perlahan untuk meminimumkan tekanan sisa
9. Perbandingan dengan Plastik Kejuruteraan Lain
| Harta benda / Kriteria | POM (Asetal) | Nylon (PA6 / PA66) | Ptfe (Teflon) | MENGINTIP | UHMW-OR | PBT |
| Ketumpatan (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 |
| Kekuatan tegangan (MPA) | ~50–75 | ~60–85 | ~20–35 | ~90–110 | ~20–40 | ~50–70 |
| Modulus Young (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 |
| Lebur / temp perkhidmatan (° C.) | Tm ~165–175 / perkhidmatan ~80–100 | Tm ~215–265 / perkhidmatan ~80–120 | Tm ~327 / perkhidmatan sehingga ~260 (had chem/tribo) | Tm ~343 / perkhidmatan ~200–250 | Tm ~130–135 / perkhidmatan ~80–100 | Tm ~220–225 / perkhidmatan ~ 120 |
| Penyerapan air (keseimbangan) | ~0.2–0.3 berat% | ~1–3 berat% (bergantung pada RH) | ≈ 0% | ~0.3–0.5% berat | ~0.01–0.1 berat% | ~0.2–0.5% berat |
| Pekali geseran (kering) | ~0.15–0.25 | ~0.15–0.35 | ~0.04–0.15 (sangat rendah) | ~0.15–0.4 | ~0.08–0.20 | ~0.25–0.35 |
Pakai / tribologi |
Cemerlang (bahagian gelongsor, gear) | Baik (bertambah baik apabila diisi) | Miskin (bertambah baik dalam gred yang diisi) | Cemerlang (mengisi gred terbaik) | Cemerlang untuk rintangan lelasan | Baik |
| Rintangan kimia | Baik (bahan api/minyak, banyak pelarut) | Baik / selektif; sensitif kepada asid/alkali kuat | Cemerlang (hampir universal) | Cemerlang (banyak media yang agresif) | Sangat bagus (banyak media) | Baik (hidrolisis dalam beberapa keadaan) |
| Kebolehkerjaan | Cemerlang (mesin seperti logam) | Baik (alat memakai sederhana) | Adil — boleh dimesin daripada bilet; sukar untuk diikat | Baik (machine, tetapi lebih sukar daripada POM) | Mencabar (gummy—kawalan diperlukan) | Baik |
| Kestabilan dimensi | Sangat bagus (higroskopik rendah) | Sederhana (sensitif kelembapan) | Cemerlang (hampir tiada kesan lembapan) | Cemerlang | Sangat bagus | Baik |
Aplikasi biasa |
Gear, bushings, pengikat, bahagian gelongsor, komponen bahan api | Gear, galas, perumahan, ikatan kabel | Anjing laut, lapisan kimia, galas geseran rendah, Substrat RF | Komponen injap, galas suhu tinggi, implan perubatan | Pelapik, Pakai pad, bahagian penghantar | Penyambung, perumahan, bahagian elektrik automotif |
| Nota / panduan keputusan | Kos efektif, polimer mekanikal geseran rendah untuk bahagian ketepatan pada T sederhana | Serba boleh; pilih apabila keliatan diperlukan tetapi mengharapkan perubahan dimensi dengan kelembapan | Gunakan apabila lengai kimia mutlak dan geseran paling rendah diperlukan; awas merayap | Polimer premium untuk suhu tinggi, penggunaan beban tinggi (kos yang lebih tinggi) | Terbaik untuk lelasan dan kesan yang melampau; ketumpatan rendah | Polimer kejuruteraan tujuan am yang baik dengan sifat seimbang |
10. Kemampanan dan kitar semula
- Recyclabality: POM adalah termoplastik dan boleh dikitar semula dengan mesin pengisar semula; bahan reground biasanya digunakan dalam komponen bukan kritikal. Kitar semula bahan kimia kurang biasa tetapi boleh dilaksanakan secara teknikal.
- Kitaran hayat: hayat perkhidmatan yang panjang untuk komponen mekanikal selalunya meningkatkan prestasi alam sekitar kitaran hayat berbanding plastik pakai buang.
- Pertimbangan keselamatan: penguraian haba boleh membebaskan formaldehid—pemprosesan dan pembakaran sisa mesti mengikut peraturan persekitaran tempatan.
- Kandungan kitar semula: semakin meningkat dalam amalan industri, tetapi pereka harus mengesahkan pengekalan harta mekanikal untuk bahagian kritikal.
11. Trend masa depan & Inovasi dalam POM
Teknologi Pengubahsuaian Lanjutan
- Pengisi Berprestasi Tinggi: POM bertetulang graphene (0.1–0.5 wt.% graphene) meningkatkan kekuatan tegangan dengan 20% dan kekonduksian terma oleh 30%, menyasarkan aplikasi aeroangkasa dan elektronik
- Campuran POM terbiodegradasi: Menggabungkan POM dengan polimer terbiodegradasi (Mis., PLA, Pha) meningkatkan kebolehkomposan sambil mengekalkan sifat mekanikal—sesuai untuk barangan pengguna sekali guna
Pemprosesan Inovasi
- 3D Kemajuan Percetakan: Filamen POM berprestasi tinggi dengan lekatan lapisan yang lebih baik (kekuatan = 95% daripada POM pukal) dan kelajuan cetakan yang lebih pantas (hingga 100 mm/s) membolehkan pengeluaran besar-besaran bahagian tersuai
- Hiasan Dalam Acuan (IMD): Penyepaduan filem hiasan semasa pengacuan suntikan meningkatkan daya tarikan estetik barangan pengguna POM (Mis., Kes telefon pintar, Perkakasan perabot)
Aplikasi yang muncul
- Kenderaan elektrik (EVs): POM semakin digunakan dalam perumah bateri EV, bahagian motor, dan penyambung pengecasan kerana ringan, rintangan kimia, dan kestabilan dimensi—permintaan dijangka meningkat sebanyak 12% setiap tahun melalui 2030
- Aeroangkasa: Berat badan rendah, komponen POM berkekuatan tinggi (Mis., kurungan dalaman, perumahan sensor) mengurangkan penggunaan bahan api pesawat—penggunaan dipercepatkan oleh peraturan pelepasan yang ketat
- Implan Perubatan: POM bioaktif (disalut dengan hidroksiapatit) menggalakkan integrasi tulang, meluaskan penggunaan dalam implan ortopedik (Mis., batang pinggul, sangkar tulang belakang)
12. Kesimpulan
POM (polioksimetilena) adalah matang, termoplastik kejuruteraan serba boleh yang merapatkan jurang antara plastik komoditi ekonomi dan polimer berprestasi tinggi.
Gabungan kekakuannya, Pakai rintangan, geseran rendah, pengambilan kelembapan rendah, dan kestabilan dimensi yang sangat baik menjadikannya pilihan ideal untuk bahagian mekanikal ketepatan dan komponen dinamik.
Reka bentuk, pemprosesan dan pemilihan gred mesti diselaraskan dengan persekitaran operasi—suhu, pendedahan dan beban kimia—untuk memaksimumkan hayat perkhidmatan dan kebolehpercayaan bahan yang panjang.
Soalan Lazim
Apakah perbezaan antara POM dan nilon (PA6/PA66)?
POM menawarkan kestabilan dimensi yang lebih baik (penyerapan air yang rendah <0.2% vs. PA6 8%), geseran yang lebih rendah (0.18 vs. 0.35), dan rintangan kimia yang unggul.
PA6/PA66 mempunyai kemuluran yang lebih tinggi (pemanjangan sehingga 200%) dan rintangan hentaman tetapi membengkak dalam kelembapan, mengurangkan ketepatan.
Bilakah saya harus memilih Homo-POM lwn. Co-POM?
Pilih Homo-POM untuk kekuatan tinggi, aplikasi kaku (Mis., gear, pengikat) di mana kehabluran dan ketegaran adalah kritikal.
Pilih Co-POM untuk komponen yang terdedah kepada impak (Mis., engsel, klip) atau projek pengacuan yang kompleks, kerana ia menawarkan keliatan dan kebolehprosesan yang lebih baik.
Bolehkah POM digunakan dalam sistem bahan api?
Ya. POM mempunyai ketahanan yang baik terhadap bahan api, minyak dan banyak pelarut dan digunakan secara meluas dalam komponen sistem bahan api. Sentiasa sahkan dengan campuran bahan api dan julat suhu tertentu.
Apakah suhu perkhidmatan berterusan yang selamat untuk POM?
Reka bentuk untuk kegunaan jangka panjang di bawah ~80–100 °C. Lawatan singkat ke ~120 °C boleh dilakukan dengan pilihan gred dan pengesahan yang sesuai.
Adakah POM membengkak dalam air?
sangat sedikit. Pengambilan air keseimbangan adalah rendah (~ 0.2-0.3%), jadi perubahan dimensi dari lembapan adalah kecil berbanding dengan nilon.
Adakah hubungan makanan POM selamat?
Banyak gred POM mematuhi peraturan hubungan makanan; nyatakan gred makanan atau gred patuh FDA apabila diperlukan.
Apakah suhu maksimum yang boleh ditahan oleh POM?
Co-POM mempunyai suhu penggunaan berterusan 90–110°C, manakala Homo-POM dihadkan kepada 80–100°C.
Pendedahan jangka pendek kepada 120–130°C adalah mungkin, tetapi pendedahan berpanjangan di atas suhu ini menyebabkan degradasi haba.
