聚甲醛(POM)

  Alu ·  2007-10-24 14:18  ·  41538 次点击
一、简介
聚甲醛是指大分子链中含有氧化亚甲基重复结构单元的一类聚合物,学名为聚氧化亚甲基,英文名称Polyacetal或Polyoxymethylene,简称POM。POM为第三大通用工程塑料。POM依据结构不同可分为均聚POM和共聚POM两种。均聚POM以甲醛或三聚甲醛为原料合成,大分子链中的重复结构单元为氧化亚甲基,并用酯基或醚基封端,以提高其耐热性;共聚POM以三聚甲醛和2%~5%的二氧五环两种原料合成,大分子链中的重复结构单元为氧化亚甲基和二氧五环基两种,并加入1%的2,6-二叔丁基甲酚抗氧剂和0.5%的双氰胺吸收剂。
均聚POM最早于1959年由美国的DuPont公司首先实现工业化,目前它仍然是最大的均POM生产厂(年产9万t/a),此外还有日本的旭化成和我国重庆合成化工厂生产。
均聚POM、共聚POM由于结构不同,在具体性能上也存在一定的差异,如均聚POM的密度、结晶度和力学性能稍高一些,而共聚POM的热稳定性、化学稳定性及加工性较好,共聚POM的用途较均聚POM广泛。
POM的突出性能为:力学性能和刚性好兵接近金属材料,是替代铜、铸锌、钢、铝等金属材料的理想材料;耐疲劳性和耐蠕变性极好;耐磨损、自润性和摩擦性好,与UHMWPE、PA、F4一起称为四大耐磨塑料材料;热稳性和化学稳定性高,电绝缘性优良。
POM的缺点为密度大,耐酸及耐热性不好,后收缩大且不稳定,尺寸稳定性差,耐后性不高。
POM广泛用于电子/电器、机械、汽车、仪器/仪表、建筑和日用品等领域。不同地区的侧重点不同,日本40%用于电子/电器、27%用于汽车、14%用于机械,美国45%、电子/电器17.5%、汽车14.2%,西欧39%用于汽车、16%用于电子/电器。
二、结构性能
1.结构
POM为线型聚合物,分子主链由—C—O—键组成,结构规整、对称、分子间力大,是一种没有恻链、堆砌紧密、高密度的结晶性聚合物。
均聚POM有纯—C—O—键构成,而共聚POM在若干个—C—O—键中分布着少量的—C—C—键,由于—C—C—键较—C—O—键稳定性好,故共聚POM的耐热稳定性和耐化学稳定性都好;又由于POM上的—C—O—键较—C—C—键距离近,而均聚POM的—C—O—键含量大,所以均聚POM的规整性比共聚POM好,均聚POM的结晶度可达75%~85%,而共聚POM的结晶度可达70%~75%、并且其密度、力学性能均好于共聚POM。
2.性能
POM的具体性能见表3-7所示。
表3-7均聚POM和共聚POM的性能
性能指标均聚POM共聚POM25%GF共POM
相对密度
吸水率/%
成型收缩率/%
拉伸强度/Mpa
断裂伸长率/%
拉伸模量/Mpa
弯曲强度/Mpa
弯曲模量/Mpa
压缩强度/Mpa
剪切强度/Mpa
缺口冲击强度/(J/m)
洛氏硬度
摩擦因数
疲劳极限/Mpa
热变形温度(1.82Mpa)/℃
长期使用温度/℃
线膨胀系数(x10-5K-1)
热导率/
体积电阻率/(Ω▪cm)
介电常数(106Hz)
介电损耗角正切值(106Hz)
介电强度/(kV/mm)
耐电弧/s
1.43
0.25
1.5~3
70
40
3160
90
2880
127
67
76
M94

35
124
80
7.5
0.23
1015
3.8
0.005
20
220
1.41
0.21
1.5~3.5
62
60
2830
98
2600
110
54
65
M80
0.15
31
110
100
8.5
0.23
1015
2.7
0.007
20
240
1.61


130

8300
182
7600


86



163

2.6

3.8x1014




(1)一般性能POM的外观为谈黄色或白色半透明或不透明的粉料或粒料,硬而质密、与象牙相似,制品表面光滑并有光泽,成型收缩率高达3.5%。POM易燃,其氧指数仅为14~16,火焰上端为黄色、下端为蓝色,熔融落滴,有刺激性甲醛味和鱼腥味。POM的透气性小,仅为PE的几分之一。
(2)力学性能POM的力学性能优异,比强度可达50.5Mpa,比刚度达2650Mpa,与金属十分接近。POM的力学性能随温度变化小,共聚POM比均聚POM稍大一点。POM的冲击强度较高,但常规冲击不及ABS和PC;POM对缺口敏感,有缺口可使冲击强度下降90%。POM的疲劳强度十分突出,1014交变载荷作用后,疲劳强度可达35Mpa,而PA和PC仅为28Mpa。POM的耐蠕变性与PA相似,在20℃、21Mpa、3000h时仅为2.3%,而且受温度影响小。POM的摩擦因数小,耐磨性好(POM>PA66>PA6>ABS>HPVC>PS>PC),极限PV值很大,自润滑性好,适于受力摩擦制品如齿轮和轴承的生产。
(3)热学性能POM的长期耐热性不高,但短期可耐160℃,其中均聚POM短期耐热比共聚POM高10℃以上,但长期耐热共聚POM反而高10℃左右。
(4)电学性能POM的电绝缘性较好,几乎不受温度和湿度的影响;介电常数和介电损耗角正切值在很宽的温度、湿度和频率范围内变化很小;耐电弧性极好,并可在高温下保持。POM的介电强度与厚度有关,厚度0.127mm时为82.7kv/mm,厚度为1.88mm时为23.6kv/mm。
(5)环境性能POM不耐强酸和氧化剂,对稀酸及弱酸有一定的稳定性。POM的耐溶剂性良好,可耐烃类、醇类、醛类、醚类、汽油、润滑油及弱碱等,并可在高温下保持相当的化学稳定性能。POM的耐候性不好,长期在紫外光作用下,力学性能下降,表面发生粉化和龟裂。
(6)
三、成型加工
1.加工特性
POM熔体的流变性呈非牛顿型,其熔体的粘度对温度不敏感;对注塑而言,要增加流动性能,可以从增加注塑速率减小喷嘴尺寸等方面入手。
POM的结晶度大,熔程窄,成型收缩大(可达3.5%)。对注塑厚制品而言,要注意保压和补料,以免造成收缩孔太大而报废。
POM的热稳定性差,温度过高或时间过长,均会引起分解;特别是温度超过250℃,分解速度会加快,并溢出强烈刺激眼睛的甲醛气体,严重时制品会产生气泡或变色,严重者会引起爆炸。因此,必须严格控制温度和停留时间;另外,还需加入抗氧化剂和双氰胺甲醛吸收剂。
POM的冷凝速度快,制品易产生表面缺陷如折皱、斑纹及熔接痕等,为此应用提高注塑速度和提高模具温度等方法解决。
POM制品易产生内应力,后收缩也较大,应进行后处理。后处理的条件为:厚度6mm以下,温度100℃,时间0.25~1h;厚度6mm以上,温度120~130℃,时间4~6h。
POM的吸水率不高,但干燥处理可提高制品的表面光泽度。干燥条件为:温度110~120℃,时间3~5h。
2.加工方法
POM可用注塑、挤出、吸塑及二次加工等方法成型,并以注塑为主。
①注塑。选用突变压缩螺杆、喷嘴大口径、逆向倒锥度直通喷嘴注塑机,为防止流延,喷嘴应单独冷却。模具采用短而粗的流道,锥度为3°~5°。
注塑成型的条件为:料筒温度190~20℃,模具温度为80℃以上,注塑压力为40~100Mpa,螺杆转速50~60r/min;背压要小,一般为0.6MPa。
②挤出。挤出温度为180~210℃,挤出压力8~15MPa。
四、改性品种
1.增强POM
主要增强材料为玻璃纤维、玻璃球或碳纤维等,并以玻璃纤维最通常用。增强后的力学性能可提高2~3倍,热变形温度提高50℃以上,具体见表3-7所示。
2.润滑POM
在POM中加入F4、石墨、二硫化钼、润滑油及低分子量PE等,可提高其润滑性能。例如,在POM中加入5份F4,可降低摩擦系数60%,耐磨性提高1~2倍。再如,在POM中加入液体润滑油,可大幅度提高耐磨性和极限PV值。为提高油的分散效果,需加入炭黑、氢氧化铝硫酸钡、乙丙橡胶等吸油载体。加入5%油POM的耐磨性提高72%,极限PV值可达3.9MPa▪m/s(纯POM为0.213MPa▪m/s),为其他工程塑料的3~20倍。
五、应用范围
(1)利用POM强大的、耐磨、耐疲劳、冲击高及润滑性高等优点,可用于制造齿轮、轴承、滑轮、凸轮、皮带轮、螺栓、泵体、壳体、阀门、水龙头及管接头等。
(2)汽车工业利用其比强度高的优点,在交通工具中替代金属锌、铜及铝等,用作水箱阀门、散热器箱盖、风扇、控制杆、开关、齿轮外壳及轴承支架等。
(3)电子/电器利用其介电强度高、介电损耗角正切值小、耐电弧高等优点,用于电扳手外壳、电动工具外壳、开关手柄等,以及电视、录像机、计算机、传真机的配件,计时器零件,录音机磁带座等。
(4)其他第二代拉链材料,窗框、水箱、玩具及洗漱盆等。

4 条回复

smalfat18  2007-11-30 23:06
楼主这样好,不用花费我的金币
kevin_kqr  2007-11-02 18:50
刚好有用到,想了解一下POM的
jb138500  2007-10-31 19:26
真是很專業啊,樓主的資料很齊全啊.
JOKEN007  2007-10-29 21:34
谢谢你的资料,我才学的,但还有很多看不懂.还是谢谢你

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