Polioksymetylen (POM)

obróbka tworzyw - Zatorski

Polioksymetylen (POM), znany również jako acetal, poliacetal i poliformaldehyd jest termoplastyczny i budowane są z niego części wymagające dużej sztywności, niskiego tarcia i trwałości wymiarowej. Jak w przypadku wielu innych polimerów syntetycznych, produkowany jest przez firmy chemiczne i sprzedawane pod różnymi nazwami, takimi jak na przykład: Delrin, Celcon, Hostaform, Kepital czy DURACON.

Typowe zastosowani wtryskowego POM, to elementy konstrukcyjne o wysokiej wydajności. Takie jak na przykład koła zębate, łożyska kulkowe, wiązania narciarskie, łączniki, rękojeści noży i blokad. Materiał ten znalazł szerokie zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym oraz przemyśle elektronicznym.

Rozwój
Polioksymetylen został odkryty przez Hermana Staudingera, niemieckiego chemika, który otrzymał Nagrodę Nobla w 1953 roku w dziedzinie chemii. Badał polimeryzację i strukturę POM w 1920 roku, podczas badania makrocząsteczek, które są charakterystyczne dla tego polimeru. Jednak zauważył duże problemy ze stabilnością termiczną. Dlatego POM nie został wówczas skomercjalizowany.

Około 1952 roku, chemicy i badacze z firmy Du Pont zsyntetyzowali POM, a w 1956 roku spółka zgłosiła patent hompolimeru. Du Pont przypisuje RN MacDonaldowi wynalezienie tego polimeru. Charakteryzował się on wysoką masą cząsteczkową. Patent opisuje przygotowanie masy półacetalu o dużej masie cząsteczkowej, zakończone POM. ale nie mają one wystarczającej stabilności termicznej, która byłaby komercyjnie opłacalna. Wynalazcą pierwszego, stabilnego termicznie, czyli przydatnego POM był Dal Nagore, który odkrył, że reakcję kończy hemioacetal bezwodnika octowego, który ma swój wkład w depolimeryzację hemioacetalu w stabilny termicznie plastik, zdolny do przetworzenia.

Du Pont zakończył budowę fabryki własnej wersji żywicy acetalu o nazwie Delrin w Parkesburg, w stanie Wirginia Zachodnia w 1960 roku. W tym samym roku Celanse zakończyła własne badania. Wkrótce potem, w spółce kamandytowej z firmy Hoechst AG, we Frankfurcie nad Menem powstała fabryka Kelsterbach. Tam Celcon został wyprodukowany w 1962 roku. Zarówno pozostanie w produkcji w ramach Celanese sprzedawane są jako części grupy produktów o nazwie Hostaform / Celcon POM.

Właściwości
POM charakteryzuje się wysoką wytrzymałością, twardością i sztywnością do temperatury  -40stopni Celsjusza. POM, po procesie produkcji, ze względu na swoją specyfikę dostępnym jest w kolorze białym. Inne kolory są do wyboru. POM ma gęstość równą p=1.410 – 1.420g / cm.

Homopolimer POM jest polimerem półkrystalicznym (75-85% krystalicznego) o temperaturze topnienia 175 stopni Celsjusza. Kopolimer POM ma nieco niższą temperaturę topnienia 1620173 stopnie Celsjusza.

POM jest twardym materiałem o bardzo niskim współczynniku tarcia. Jednak jest podatny na degradację pod wpływem katalizowanych kwasów. Dlatego jest stabilizowany – jak homopolimer i kopolimer posiada końcowe grupy łańcucha. (wprowadzonego przez end capping), które są odporne na depolimeryzację. Ponadto POM jest wrażliwy na utlenianie i przeciwutleniacz, zazwyczaj dodaje się do gatunków formowania materiału.

Zalety POM
– wysoka odporność na ścieranie
– niski współczynnik tarcia
– wysoka odporność na ciepło
– dobre właściwości elektryczne i dielektryczne
– niska absorpcja wody

Produkcja
Różne procesy produkcyjne są wykorzystywane do produkcji różnych wersji, kopolimerów lub homopolimerów z POM.

Homopolimer
Aby homopolimer polioksymetylowy powstał, trzeba wygenerować bezwodny formaldehyd. Główną metodą jest reakcja z wodnym roztworem formaldehydu z alkoholem w celu utworzenia hemiformalu, odwodnienie mieszaniny hemiformal/woda (albo przez ekstrakcję lub destylację próżniową) i uwalnianie formaldehydu przez ogrzewanie hemiformalu. Formalaldehyd  jest następnie poddany polimeryzacji anionowej. Wówczas dochodzi do katalizy otrzymanego polimeru, który jest stabilizowany przez reakcję z bezwodnikiem octowym. Typowym przykładem jest Du Pont.

Kopolimer
Aby kopolimer polioksymetylowy, formaldehyd zwykle przekształca się trioksan (1,3,5-trioksan, znany również jako trioxin). Odbywa się to drogą katalizy kwasowej (albo kwas siarkowy lub kwasowe żywice jonowymienne), a następnie oczyszczania przez destylację trioksanu i/lub ekstrakcji w celu usunięcia wody i innych zanieczyszczeń zawierających aktywny wodór. Typowe kopolimery są wytwarzane z  Hostaform z Ticona i Ultraform firmy BASF.

Trioksan i dioksolan polimeryzuje  z użyciem katalizatora kwasowego, często eterat trójflorku boru, BF3 OEt2. Polimeryzacja może mieć miejsce w niepolarnym rozpuszczalniku (otrzymuje się wówczas polimer w postaci zawiesiny) lub czystego trioksanu (na przykład w wytłaczarce). Po zakończeniu polimeryzacji, zostaje uruchomiony katalizator kwasowy. Polimer jest wówczas stabilizowany przez rozpuszczenie lub hydrolizę roztworu w celu usunięcia nietrwałych grup końcowych.

Stabilny polimer stopu po dodaniu stabilizatorów termicznych i tlenowych oraz smarów i różnego typu wypełniaczy.

Produkcja
POM dostarczany jest w formie granulowanej i może zostać uformowany w pożądany kształt poprzez zastosowanie odpowiedniej temperatury i siły nacisku. Dwa, najczęściej stosowane sposoby to wtryskiwanie i wytłaczanie. Możliwe jest również formowanie rotacyjne i rozdmuch.

Elementy powstałe na skutek działania wtryskarki charakteryzują się wysoką wydajnością konstrukcyjną. Stosowane są między innymi jako koła zębate, elementy wiązań narciarskich, mocowania czy systemy blokady. Materiał ten jest szeroko stosowany w przemyśle motoryzacyjnym i elektronicznym. Istnieją specjalne gatunki, które oferują wyższą wytrzymałość mechaniczną, lepszą sztywność lub niższe właściwości cierne.

POM jest zwykle wytłaczany do form długich o przekroju okrągłym, lub prostokątnym. Takie elementy mogą być cięte na długość i sprzedawane jako bar lub blachy do obróbki.

Obróbka
Gdy dostarczane w barze lub z wytłaczanej blachy , POM może być obrabiany przy użyciu metod takich jak wytłaczanie, frezowanie, toczenie, wiercenie itd. Techniki te są najlepiej wykorzystywane, gdy pozwala na to ekonomia produkcji.  Materiał jest poddawany powolnemu cięciu, ale nie wymaga ostrych narzędzi o wysokim kącie przyłożenia.

Arkusze POM wycinane są bardzo dokładnie za pomocą lasera podczerwieni. Ponieważ materiał nie jet sztywny, trzeba pamiętać, aby współpracujące elementy stalowe nie wytwarzały zbyt dużej siły nacisku.

Obrabiany POM może mieć problem ze stabilnością wymiarową.Szczególnie tam, gdzie występują duże różnice w grubości ścianek. Dlatego należy je wzmacniać na przykład poprzez ożebrowanie. Trzeba pamiętać również o tym, że małe elementy wytwarzane w POM cierpią na różne wypaczenia.

Klejenie
POM zwykle bardzo trudno ulega wiązaniu. Od czasu wynalezienia tego polimeru powstały różne metody wzmacniające wiązania. Zazwyczaj procesy te obejmują trawienie, obróbkę mechaniczną płomieniem lub poprzez ścieranie.

Trawienie polega na traktowaniu POM kwasem chromowym w podwyższonej temperaturze.  Du Pont posiada opatentowany sposób łączenia POM z brązem fosforowym. Istnieje również proces z udziałem plazmy wyładowania koronowego tlenu.

Na powierzchni wytwarza się dużą ilość spoiwa, które może zostać zastosowane do klejenia. Są to epoksydy, poliuretany, cjanoakrylany. Epoksydy wykazały 150-500 psi wytrzymałości na ścinanie na powierzchniach poprawianych. Cyjanoakrylany są przydatne do klejenia metalu, skóry, gumy i innych tworzyw sztucznych. Spajanie rozpuszczalnikowe jest zwykle nieskuteczne w przypadku polimerów acetali. Zgrzewanie termiczne za pomocą różnych metod, zostało z powodzeniem stosowane zarówno  w przypadku homopolimerów i kopolimerów.

Zastosowanie
– przekładnie mechaniczne, elementy prowadzące i przesuwne, elementy konstrukcyjne, sprężyny, łańcuchy, śruby, nakrętki, koła wentylatorów, części pomp, korpusów i zaworów.
– izolatory, szpulki, złącza, części do urządzeń elektronicznych takich jak telewizory, telefony, itp.
– jednostki paliwowe, kierunkowskazy, elektryczne szyby, blokady drzwi, muszle przegubowe
– części klejonych modeli,
– zdalnie sterowane zabawki, szczególnie poruszające się ślizgowo
– inhalatory ciśnieniowe
– wyroby metalowe, klamki, zawiasy
– szkło naturalne
– puszki różnych aerozoli
– akcesoria paintballowe
– zamki błyskawiczne w odzieży
– flety, dudy, klawesyn plectra
– ekspresy do kawy

Rozpad
Żywice acetalowe są wrażliwe na hydrolizę i utlenianie kwasy czynników, takich jak kwasy mineralne i chloru. POM jest podatny na atak alkaliczny oraz bardzo podatny na degradację w gorącej wodzie.  Zarówno homopolimer jak  i kopolimer POMu są stabilizowane w celu zapobiegania tego rodzaju degradacji. Więc niski poziom chloru w zapasach wody pitnej (1-3 ppm) może w zupełności wystarczyć aby spowodować pękanie korozyjne oraz rozwijanie się problemu. Problem ten znajduje swoje odzwierciedlenie w instalacjach domowych w Europie i USA w instalacjach wodociągowych. Uszkodzone listwy są bardzo wrażliwe na pękanie. Szczególnie gdy woda jest gorąca.

Tego typu powszechne awarie w USA spowodowały powstanie jednego z największych pozwów zbiorowych w USA. Popękana armatura powodowała podtopienie domów.

Reklamy

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Google

Komentujesz korzystając z konta Google. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj /  Zmień )

Połączenie z %s