Комплексное руководство по прочности полиацеталя

В области переработки пластмасс Полиацеталь является POM, В народе его называют ацетальной сталью или суперсталью. Его химическое название - полиоксиметилен, также его часто называют полиформальдегидом или ацетальной смолой. Его основная структурная единица - кристаллическая термопластичная смола, состоящая из (-CH2O-).

Полиацетальные материалы в основном делятся на POM-H (гомополимер полиацеталя) и POM-C (сополимер полиацеталя). Основное различие между ними заключается в молекулярной структуре и эксплуатационных характеристиках:

Молекулярные цепи гомополимера полиацеталя более регулярны и имеют более высокую степень кристалличности, поэтому жесткость, твердость, сопротивление ползучести и усталостная прочность являются более высокими, что делает его пригодным для изготовления высокопрочных и стабильных по размерам деталей;

Полиацеталь POM-C, благодаря введению сомономеров, имеет чуть меньшую кристалличность и чуть меньшую прочность, но лучшую термостабильность, устойчивость к гидролизу, химической коррозии и технологичность. Его технологическое окно шире, что делает его более подходящим для сложного литья под давлением, литья с длинным потоком, а также для применения в условиях длительного контакта с горячей водой или химическими средами.

Ниже я приведу общее толкование прочности полиацеталя и связанное с ним содержание.

Прочность полиацеталя

Чтобы всесторонне проанализировать прочностные характеристики полиацетальной смолы, я рассмотрю ее с таких позиций, как механическая прочность, износостойкость, стабильность размеров, способность выдерживать длительные нагрузки и возможность замены при применении:

Механические свойства полиацеталя

Прочность на разрыв: Прочность на разрыв материалов из полиацеталя обычно проверяется в соответствии со стандартами ISO 527 или ASTM D638. Сополимер POM составляет около 60 МПа, в то время как гомополимер POM обычно примерно на 10% выше. Более высокая прочность на разрыв позволяет деталям из POM выдерживать определенные растягивающие нагрузки без легкого разрушения, что делает их пригодными для изготовления шестерен, соединителей, крепежа и несущих конструктивных элементов. Марка материала, условия формовки и направление обработки влияют на фактические характеристики при растяжении, поэтому при выборе материала для применения в условиях высоких нагрузок необходимо учитывать структуру изделия и условия эксплуатации.

Прочность на сжатие: Прочность на сжатие POM обычно измеряется в соответствии с такими стандартами, как ISO 604 / GB/T 1041. Сополимер POM составляет около 110 МПа, в то время как гомополимер POM обычно немного выше. Хорошее сопротивление сжатию обеспечивает POM хорошую несущую способность в сжатых деталях, таких как втулки, прокладки, ползуны и опорные части. Во время обработки следует избегать локальной концентрации напряжений и чрезмерного зажима, чтобы уменьшить деформацию при сжатии или изменение размеров при длительных нагрузках.

Прочность на изгиб: Прочность на изгиб ПОМ обычно измеряется испытанием на трехточечный изгиб в соответствии с ISO 178 или ASTM D790. Прочность сополимера POM составляет около 90 МПа, в то время как прочность гомополимера POM обычно выше - около 10%. Лучшее сопротивление изгибу позволяет ему сохранять структурную стабильность при изгибе, поддержке нагрузки или сжатии при сборке, что делает его подходящим для кронштейнов, защелок, направляющих и точных структурных деталей. Толщина детали, конструкция ребер и контроль усадки при формовке напрямую влияют на характеристики сопротивления изгибу.

Ударная прочность: Ударная прочность ПОМ обычно измеряется с помощью испытания на удар с надрезом по методу Изода, распространенные стандарты которого включают ASTM D256 и ISO 180. Прочность сополимера POM на удар с надрезом составляет около 6 кДж/м², а гомополимера POM - около 9 кДж/м². Этот показатель в основном используется для оценки устойчивости материала к растрескиванию в условиях концентрации напряжения или внезапного удара. Поскольку POM чувствителен к надрезам, следует избегать острых углов, глубоких канавок и чрезмерно малых радиусов в конструкции, чтобы снизить риск растрескивания.

Модуль упругости: Модуль упругости при изгибе POM обычно тестируется в соответствии со стандартами ISO 178 / GB/T 9341. У сополимера POM он составляет около 2400-2600 МПа, а у гомополимера POM - около 2800-3000 МПа. Более высокий модуль упругости при изгибе указывает на то, что POM обладает хорошей жесткостью и устойчивостью к деформации, что позволяет ему сохранять стабильность размеров под нагрузкой. Для прецизионных деталей трансмиссии, деталей скольжения и сборочных узлов стабильная жесткость помогает повысить точность подгонки и срок службы.

Прочность на сжатие: Прочность на сжатие полиацеталя (POM) обычно измеряется с помощью испытаний на сжатие в соответствии с ISO 604 или ASTM D695. Обычно используются цилиндрические или блочные образцы, а осевая сжимающая нагрузка прикладывается на универсальной машине для испытания материалов. Результат рассчитывается на основе максимальной нагрузки на сжатие и исходной площади опоры. В качестве эталона прочности на сжатие при деформации 10% часто используют POM, при этом прочность гомополимера POM составляет около 126 МПа, а сополимера POM - около 112 МПа. Более высокая прочность на сжатие делает его подходящим для втулок, прокладок, опорных частей и скользящих несущих деталей, и он может сохранять хорошую структурную стабильность в условиях длительного сжатия.

Твердость: Твердость полиацеталя обычно выражается в твердости по Роквеллу M, а для быстрого сравнения можно использовать твердость по Шору D. Твердость по Роквеллу гомополимера POM обычно составляет около M90-M94, а сополимера POM - около M80-M85; общий диапазон твердости по Шору D составляет около D80-D94. Высокая твердость придает POM хорошую устойчивость к вдавливанию, царапинам и износу, что делает его пригодным для изготовления шестерен, ползунов, роликов и прецизионных контактных деталей. Различные шкалы твердости имеют различные принципы тестирования, поэтому фактический выбор должен быть основан на спецификации конкретного сорта.

Удлинение при разрыве: Удлинение при разрыве полиацеталя обычно измеряется путем испытания на растяжение в соответствии с ISO 527 или GB/T 1040 и используется для оценки способности материала растягиваться до разрушения. Обычный гомополимер POM обычно имеет удлинение при разрыве около 15%-30%, а сополимер POM - около 30%-60%. Более высокое удлинение при разрыве указывает на лучшую прочность и способность поглощать деформации. Сополимер POM обычно обладает лучшей пластичностью и больше подходит для деталей, требующих жесткости, деформации при сборке или устойчивости к трещинам.

Устойчивость к усталости: Усталостная прочность полиацеталя обычно измеряется с помощью испытаний на усталость при растяжении, усталость при сжатии или усталость при изгибе, а результаты обычно оцениваются по количеству циклов до разрушения и S-N кривым. POM имеет усталостную прочность около 35 МПа, что является относительно выдающимся показателем среди инженерных пластмасс. Хорошая усталостная прочность позволяет ему выдерживать повторяющиеся нагрузки и периодические движения, что делает его пригодным для изготовления зубчатых колес, втулок, шатунов, деталей трансмиссий и деталей конструкций с возвратно-поступательным движением.

Устойчивость к ползучести: Сопротивление ползучести полиацеталя обычно испытывается в соответствии с ISO 899-1 или ASTM D2990, при этом деформация с течением времени непрерывно регистрируется при постоянной температуре и постоянном напряжении. POM обладает хорошей устойчивостью к ползучести. Например, при испытании при комнатной температуре под нагрузкой 21 МПа в течение 3000 часов значение ползучести составляет около 2,3%. Низкая деформация ползучести помогает деталям сохранять стабильность размеров при длительном напряжении, что делает их пригодными для прецизионных сборочных деталей, несущих ползунов, опорных деталей и компонентов позиционирования.

Износостойкость: Износостойкость полиацеталя обычно оценивается с помощью испытаний на истирание по методу Табера, испытаний на трение и износ штифтом по диску, испытаний упорных шайб или испытаний на возвратно-поступательное трение. Для разных условий работы применяются разные методы. Коэффициент трения POM обычно составляет около 0,15-0,35. Благодаря высокой кристалличности, он может поддерживать низкое трение и хорошую износостойкость даже в условиях отсутствия смазки. Его износостойкость выше, чем у обычных инженерных пластмасс, таких как PA и ABS, что делает его подходящим для деталей с длительным трением, таких как шестерни, подшипники, втулки, ползуны, направляющие и ролики.

Плотность: Плотность ПОМ обычно измеряется методом вытеснения воды, то есть сначала взвешивается масса образца, затем измеряется объем вытесненной воды и вычисляется отношение массы к объему. В целом, сополимер POM имеет плотность около 1,41 г/см³, а гомополимер POM - около 1,42 г/см³. Более низкая плотность дает POM очевидное преимущество по легкости по сравнению с металлическими материалами, при этом сохраняя хорошую прочность, жесткость и стабильность размеров, что делает его пригодным для замены некоторых металлических деталей.

Типичные измеренные значения механической прочности приведены в следующей таблице

Преимущества и недостатки полиацеталя:

Преимущества полиацеталя:

1. Высокая механическая прочность и жесткость

Полиацеталь (POM) обладает высокой прочностью на растяжение и модуль упругости при изгибе, выдерживает большие нагрузки, не деформируясь, и имеет механические свойства, близкие к металлическим, что позволяет использовать его для изготовления несущих деталей, таких как шестерни, подшипники и болты.

2. Отличное сопротивление усталости

Полиацеталь может сохранять хорошую структурную стабильность при повторяющихся переменных нагрузках, а его усталостная долговечность выше, чем у большинства обычных инженерных пластмасс. Он подходит для долговременных деталей с возвратно-поступательным движением, таких как шестерни автомобильных стеклоочистителей и компоненты трансмиссии.

3. Низкий коэффициент трения и самосмазывающиеся свойства

Полиацеталь обладает низким коэффициентом трения и хорошими самосмазывающимися свойствами, что позволяет использовать его в течение длительного времени без частого добавления смазочных материалов. Он обладает исключительной износостойкостью и широко используется в скользящих деталях, роликах, ручках дверных замков и других компонентах.

4. Низкое водопоглощение и стабильность размеров

Полиацеталь обладает низким водопоглощением и небольшими изменениями размеров при длительном использовании, что позволяет ему сохранять хорошие механические свойства и точность обработки. Он подходит для изготовления деталей сантехники, сердечников кранов и прецизионных конструкционных деталей.

5. Хорошая химическая стойкость и электрическая изоляция

Полиацеталь обладает хорошей устойчивостью к большинству органических растворителей, бензину, смазочному маслу и другим веществам. Он также обладает отличными электроизоляционными характеристиками и подходит для автомобильной, электронной, электротехнической, механической промышленности и производства бытовой техники.

Недостатки полиацеталя

1. Ограниченная химическая стойкость

POM не устойчив к сильным кислотам, сильным щелочам, сильным окислителям и некоторым органическим галогенидам. Длительный контакт с этими средами может привести к разложению материала или ухудшению его характеристик, поэтому выбор материала для использования в химических средах требует осторожности.

2. Плохая погодоустойчивость и огнестойкость

При длительном воздействии ультрафиолетового света, кислорода и других факторов окружающей среды POM подвержен старению, мелению поверхности, растрескиванию и ухудшению характеристик. В то же время его кислородный индекс низок, он легко воспламеняется при воздействии огня и может выделять раздражающие газы при горении, что делает его непригодным для сценариев с высокими требованиями к погодоустойчивости или огнестойкости.

3. Чувствительность к насечкам и высокие требования к обработке и склеиванию

POM чувствителен к надрезам и концентрации напряжений, а также склонен к образованию трещин в дефектах при ударе. Кроме того, его температурный диапазон обработки узок, и перегрев может легко привести к разложению. Его поверхностная энергия также низка, а характеристики склеивания плохие, что не способствует прямому склеиванию или обработке композитов.

Как получают сырье для полиацеталя

Гомополимер ацеталя использует в качестве мономера формальдегид высокой степени очистки. После получения формальдегида из метанола его концентрируют и очищают для удаления воды и примесей, затем полимеризуют в инертном растворе под действием катионного катализатора. Для повышения термостабильности терминальные гидроксильные группы этерифицируются и завершаются уксусным ангидридом, а при гранулировании в продукт добавляются полимеризаторы, антиоксиданты и другие добавки;

Сополимер ацеталя использует триоксан в качестве основного мономера, а его процесс включает получение формальдегида, получение триоксана, сополимеризацию и стабилизационную обработку. В частности, метанол окисляется для получения формальдегида, формальдегид тримеризуется с образованием триоксана, а затем добавляется небольшое количество сомономера для полимеризации с получением сырого сополимера POM. Наконец, добавляются стабилизаторы для гранулирования; он также может быть компаундирован и модифицирован путем добавления стекловолокна, армирующих агентов или специальных добавок для получения материалов с различными эксплуатационными характеристиками.

Являются ли полиацеталь и дерлин одним и тем же материалом?

Являются ли полиацеталь и дерлин одним и тем же материалом?

Полиацеталь (полиформальдегид, POM) и Delrin - это не совсем одно и то же понятие, но Delrin - это разновидность полиацеталя.

Полиацеталь включает в себя два основных типа - гомополимер (POM-H) и сополимер (POM-C).

Delrin: Это торговое название гомополимера полиацеталя (POM-H), производимого компанией DuPont в США.

Таким образом, Delrin является специфическим продуктом Polyacetal, но Polyacetal также включает в себя другие марки и типы полиформальдегидных материалов, например, сополимеры POM-C.

Полиацеталь и дерлин могут быть модифицированы и переработаны в материалы с более высокими комплексными характеристиками, улучшающими долговечность и эксплуатационные характеристики в более жестких условиях.

Является ли полиацеталь токсичным?

Полиацеталь сам по себе нетоксичен при нормальных условиях использования, но следует обратить внимание на риски при определенных сценариях:

Нормальное использование при комнатной температуре
Соответствующая требованиям полиацетальная продукция, например, пищевой полиацеталь, сертифицированный FDA, Химически стабильны при комнатной температуре и не выделяют токсичных веществ, соответствуют стандартам ЕС по контактам с пищевыми продуктами или китайскому стандарту GB 4806. Они отвечают требованиям безопасности использования пищевых продуктов и могут безопасно применяться в пищевой промышленности, медицинских приборах, деталях бытовой техники и других областях.

Высокая температура или экстремальные условия

Если продукты из полиацеталя долгое время находятся в среде с высокой температурой, например, выше 220°C, они могут термически разлагаться и выделять газ формальдегид, раздражающий глаза и дыхательные пути и даже угрожающий здоровью.

При горении выделяются формальдегид, угарный газ и другие токсичные газы, поэтому изделия из полиацеталя следует хранить вдали от открытого огня или источников высокой температуры, например, микроволновых печей.

Некачественный или нестандартный полиацеталь

Некоторые изделия из полиацеталя, выпускаемые нестандартными производителями, могут содержать вредные добавки, например, свинец- или кадмийсодержащие соединения. Длительный контакт с ними может нанести вред здоровью. Рекомендуется выбирать обычные продукты с сертификационными знаками.

Резюме: Полиацеталь сам по себе нетоксичен, но следует избегать высоких температур, горения и других экстремальных условий, а для обеспечения безопасности выбирать соответствующие продукты.

Распространенные формы полиацеталя

Чтобы соответствовать различным методам последующей обработки и сценариям применения, производители полиацеталя перерабатывают материал в расплавленном состоянии в различные формы

Пеллеты
Это наиболее распространенная начальная форма полиацеталя. Обычно он поставляется в небольших гранулах, что делает его удобным для формования с помощью литья под давлением, экструзии и других процессов.

Стержневой запас
Изготовленные методом экструзионного формования, они имеют цилиндрическую форму, а диаметр и длина могут быть подобраны в соответствии с требованиями. Она часто используется для изготовления деталей валов, трансмиссионных тяг, подшипниковых втулок и т. д.

Листовой запас
Толщину и размеры можно регулировать. Он подходит для изготовления плоских деталей, корпусов, кронштейнов и т. д., а также может быть подвергнут дальнейшей обработке путем резки, сверления и других вторичных операций для придания сложных форм.

Трубчатый запас
Используется там, где требуются полые конструкции, например, соединители труб, компоненты жидкостных трансмиссий и т.д., обладая высокой прочностью и химической стойкостью.

Шестерни и зубчатые детали
В том числе цилиндрические, косозубые, червячные и другие зубчатые колеса. Благодаря износостойкости и самосмазывающимся свойствам полиацеталя они широко используются в системах механических передач.

Подшипники и втулки
Они имеют различную форму, например, цилиндрическую, коническую или специальную, и используются для уменьшения трения и износа. Они часто используются во вращающихся частях механического оборудования.

Корпуса и кожухи
Они могут быть изготовлены в виде корпусов различной сложной формы для защиты внутренних электронных компонентов или механических частей, например, корпусов электронных устройств и приборов.

Защелки и крепеж
Защелки, пресс-шпильки, гайки, болты и многое другое - они используют эластичность и прочность полиацеталя для быстрого соединения и крепления.

Нестандартные детали специальной формы
Изготовленные с помощью литья под давлением, 3D-печати и других процессов, они могут иметь сложную форму в соответствии с конкретными требованиями, например, эргономичные ручки и специальные структурные части.

Эти формы отражают широкое применение полиацеталя в машиностроении, электронике, автомобилестроении, медицине и других областях. Дизайн их форм обычно требует оптимизации в сочетании с характеристиками материала и целесообразностью обработки.

Общие методы обработки деталей из полиацеталя

Большинство материалов из полиацеталя не могут быть непосредственно использованы для сборки. Последующие планы обработки должны быть разработаны в соответствии со структурой изделия, точностью и требованиями к количеству. К распространенным методам обработки относятся литье под давлением, экструзионное формование, обработка на станках с ЧПУ, выдувное формование, компрессионное формование и 3D-печать.

Литье под давлением

Литье под давлением является наиболее распространенным методом обработки деталей из полиацеталя и подходит для массового производства деталей со сложной структурой и высокими требованиями к размерам. Процесс заключается в нагреве и расплавлении гранул POM, впрыске их в пресс-форму и формировании детали после охлаждения и затвердевания. Во время обработки необходимо контролировать температуру расплава, температуру формы, давление впрыска и скорость, чтобы уменьшить усадку, коробление и внутренние напряжения.

Экструзионное формование

Экструзионное формование в основном используется для производства изделий непрерывной формы, таких как полиацетальные стержни, листы, трубы и профили, которые затем могут быть превращены в конкретные детали путем обработки резанием. При этом процессе расплавленный POM непрерывно выдавливается из фильеры через экструдер, затем охлаждается и застывает. В процессе обработки необходимо контролировать температуру расплава, скорость вращения шнека и условия охлаждения, чтобы избежать разрушения материала или появления дефектов на поверхности.

Обработка с ЧПУ

Обработка на станках с ЧПУ подходит для мелкосерийного, индивидуального и высокоточного производства деталей из POM и часто используется для изготовления прототипов, проверки структуры и точной обработки деталей. Среди них фрезерная обработка с ЧПУ подходит для обработки плоскостей, отверстий, пазов и сложных контуров; токарная обработка с ЧПУ подходит для обработки вращающихся деталей, таких как втулки, ролики и шайбы. Во время обработки необходимо контролировать параметры резания и методы зажима, чтобы избежать деформации и заусенцев.

Выдувное формование

Выдувное формование в основном используется для производства полых изделий из полиацеталя, таких как контейнеры, корпуса или специальные полые структурные детали. Процесс формования обычно включает в себя сначала изготовление парсона, а затем использование сжатого воздуха для его расширения внутри формы. В процессе обработки следует обращать внимание на толщину парисона, давление выдува и температуру пресс-формы, чтобы обеспечить равномерную толщину стенок изделия и стабильную форму.

Компрессионное формование

Компрессионное формование подходит для производства деталей из POM относительно простой формы, больших размеров или с высокими требованиями к плотности материала. При этом процессе порошок или гранулы полиацеталя помещаются в форму и завершается формование за счет нагрева и давления. Ключевым моментом является контроль температуры, давления и времени выдержки для обеспечения достаточного заполнения материала и снижения внутреннего напряжения и деформации.

3D-печать

3D-печать подходит для изготовления мелкосерийных, индивидуальных или сложных по структуре деталей из полиацеталя и часто используется для разработки продукции и проверки прототипов. Распространенные процессы включают FDM и SLS. Поскольку POM чувствителен к температуре и условиям охлаждения, толщина слоя, скорость и температурные параметры должны быть разумно настроены во время печати, чтобы улучшить качество формовки и точность размеров.

Изменят ли прочность модифицированные полиацетальные материалы?

Модифицированные полиацетальные материалы обычно изменяют свою прочность. Конкретные изменения зависят от метода модификации и типа материала. Ниже приведены типичные ситуации:

Усиленная модификация (повышение прочности)

Армирование волокнами: Волокнистые материалы, такие как стекловолокно, углеродное волокно и вискеры, заполняют матрицу полиацеталя. Благодаря скелетному эффекту волокон, напряжение передается и рассеивается, значительно улучшая прочность на растяжение, изгиб и жесткость POM. Например, прочность на растяжение армированного стекловолокном полиацеталя может увеличиться в 2-3 раза, а модуль упругости при изгибе значительно возрастает.

Усиление неорганическими наполнителями: Добавление неорганических наполнителей, таких как глинозем, тальк и титанат калия, позволяет повысить твердость и прочность на сжатие полиацеталя, а также улучшить стабильность размеров, что делает материал менее склонным к деформации при нагрузках.

Модификация "Упрочнение" (прочность может измениться, вязкость повышается)

Упрочнение эластомерами: Добавление эластомеров, таких как TPUR и EPDM, может улучшить ударную вязкость и сопротивление распространению трещин полиацеталя, но может снизить прочность на разрыв и жесткость в определенной степени, так как добавление эластомеров нарушает расположение и кристаллизацию молекулярных цепей POM.

Упрочнение жесткими частицами: Добавление жестких частиц, таких как нейлон и сополимер нейлона, позволяет сохранить или немного повысить прочность при увеличении жесткости, но эффект обычно не так очевиден, как при армировании волокнами.

Модификация смазки (прочность может уменьшиться)

Добавление смазочных материалов, таких как политетрафторэтилен (PTFE) и силиконовое масло, в основном направлено на снижение коэффициента трения и величины износа, но может несколько снизить прочность на разрыв и жесткость полиацеталя, поскольку добавление смазочных материалов уменьшает силы взаимодействия между молекулярными цепями.

Будет ли модифицированный полиацеталь дороже обычного полиацеталя?

Как правило, модифицированный полиацеталь дороже обычного полиацеталя, в основном по следующим причинам:

Увеличение стоимости сырья
Модифицированный полиацеталь производится путем добавления в обычный полиацеталь армирующих материалов, таких как стекловолокно и углеродное волокно, смазочных материалов, таких как PTFE и графит, или антипиренов. Эти добавки относительно дороги и напрямую повышают стоимость сырья.

Более сложный производственный процесс
Процесс модификации требует дополнительных этапов смешивания, компаундирования, формования и других технологических операций, предъявляет повышенные требования к производственному оборудованию и технологиям, увеличивает сложность производства и энергопотребление, что приводит к росту себестоимости продукции.

Повышение эффективности и добавленная стоимость
Модифицированный POM обычно превосходит обычный POM по прочности, износостойкости, огнестойкости, самосмазывающимся свойствам и другим аспектам, и может отвечать более жестким требованиям сценария применения. Поэтому он имеет более высокую рыночную добавленную стоимость, а его цена, соответственно, выше.

Рост цен на модифицированный POM зависит от типа модификации, добавок, процесса и рыночных условий. Полиацеталь, наполненный ПТФЭ, обычно стоит немного дороже, а полиацеталь, армированный стекловолокном, намного дороже стандартного POM.

Резюме

Из всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что полиацеталь - это материал с хорошими эксплуатационными характеристиками. Этот материал представляет собой инженерный пластик с хорошими комплексными характеристиками и может широко использоваться в производстве промышленных деталей на заказ. Если вы хотите узнать больше сопутствующей информации или сравнить котировки на обработку полиацеталя, Вы можете связаться с нашими Обработка Weldo профессиональный персонал по обслуживанию клиентов.