Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Полиоксиметилен
Полная структурная формула повторяющегося блока
Модель заполнения пространства полиоксиметиленовой цепи
Имена
Другие имена
Поли (оксиметилен) гликоль; полиметиленгликоль
Идентификаторы
ChemSpider
  • Никто
Характеристики
(CH 2 O) n
Молярная массаПеременная
ВнешностьБесцветное твердое вещество
Плотность1,41–1,42  г / см 3
-9,36 × 10 -6 (СИ, при 22  ° C) [1]
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы
Зажимы Keck из полиоксиметилена

Полиоксиметилен ( ПОМ ), также известный как ацеталь , [2] полиацеталь и полиформальдегид , представляет собой технический термопласт, используемый в прецизионных деталях, требующих высокой жесткости, низкого трения и превосходной стабильности размеров. Как и многие другие синтетические полимеры , он производится разными химическими компаниями с немного разными формулами и продается по-разному под такими названиями, как Delrin , Kocetal , Ultraform , Celcon , Ramtal , Duracon , Kepital , Polypenco., и Hostaform .

ПОМ отличается высокой прочностью, твердостью и жесткостью до −40 ° C. ПОМ по своей природе является непрозрачным белым из-за его высокого кристаллического состава, но доступен во всех цветах. ПОМ имеет плотность 1,410–1,420  г / см 3 . [3]

Типичные области применения литого под давлением POM включают высокопроизводительные инженерные компоненты, такие как малые шестерни, оправы для очков , шариковые подшипники , крепления лыж , крепежные детали, пистолеты , рукоятки ножей и системы замков. Материал широко используется в автомобильной промышленности и бытовой электронике .

Развитие [ править ]

Полиоксиметилен был открыт Германом Штаудингером , немецким химиком, получившим в 1953 году Нобелевскую премию по химии . [4] Он изучал полимеризацию и структуру ПОМ в 1920-х годах, исследуя макромолекулы , которые он охарактеризовал как полимеры. Из-за проблем с термостабильностью ПОМ в то время не продавался.

Примерно в 1952 году химики-исследователи из DuPont синтезировали версию ПОМ [5], а в 1956 году компания подала заявку на патентную защиту гомополимера . [6] DuPont считает Р. Н. Макдональда изобретателем высокомолекулярного ПОМ. [7] В патентах Макдональда и соавторов описывается получение высокомолекулярного полуацетал- концевого (~ O-CH 2 OH) ПОМ [8], но они не обладают достаточной термической стабильностью, чтобы быть коммерчески жизнеспособными. Изобретателем термостойкого (и, следовательно, полезного) гомополимера ПОМ был Стивен Даль Ногаре [9], который обнаружил, что реакция полуацетальных концов с уксусным ангидридом превращает легко деполимеризуемый полуацеталь в термостойкий, перерабатываемый в расплаве пластик.

В 1960 году компания DuPont завершила строительство завода по производству собственной версии ацеталевой смолы, получившей название Delrin , в Паркерсбурге, Западная Вирджиния . [10] Также в 1960 году компания Celanese завершила собственное исследование. Вскоре после этого в рамках ограниченного партнерства с франкфуртской фирмой Hoechst AG в Кельстербахе , Гессен, был построен завод ; оттуда, Celcon был произведен , начиная с 1962 года, [11] с Хостаформ присоединения к нему через год. Оба остаются в производстве под эгидой Celanese.и продаются как части группы продуктов, которая теперь называется Hostaform / Celcon POM .

Производство [ править ]

Для производства гомополимерных и сополимерных версий ПОМ используются различные производственные процессы.

Гомополимер [ править ]

Чтобы получить гомополимер полиоксиметилена , должен образоваться безводный формальдегид . Основной метод заключается в реакции водного формальдегида со спиртом с образованием гемиформала , дегидратации смеси гемиформал / вода ( экстракцией или вакуумной перегонкой ) и высвобождении формальдегида путем нагревания гемиформала. Затем формальдегид полимеризуется анионным катализом , и полученный полимер стабилизируется реакцией с уксусным ангидридом . Из-за производственного процесса поперечные сечения большого диаметра могут иметь выраженную пористость по средней линии. [12] Типичный пример - Делрин DuPont.

Сополимер [ править ]

Сополимер полиоксиметилена заменяет около 1–1,5% групп -CH 2 O- на -CH 2 CH 2 O-. [13]

Чтобы получить сополимер полиоксиметилена , формальдегид обычно превращают в триоксан (в частности, 1,3,5-триоксан , также известный как триоксин). Это осуществляется кислотным катализом ( серной кислотой или кислотными ионообменными смолами ) с последующей очисткой триоксана дистилляцией и / или экстракцией для удаления воды и других активных водородсодержащих примесей. Типичными сополимерами являются Hostaform от Celanese и Ultraform от BASF .

Сомономер , как правило , диоксолан , но окись этилена может быть также использована. Диоксолан образуется в результате реакции этиленгликоля с водным формальдегидом над кислотным катализатором. Также можно использовать другие диолы.

Триоксан и диоксолан полимеризуются с использованием кислотного катализатора, часто эфирата трифторида бора , BF 3 OEt 2 . Полимеризация может происходить в неполярном растворителе (в этом случае полимер образуется в виде суспензии) или в чистом триоксане (например, в экструдере). После полимеризации кислотный катализатор должен быть деактивирован, а полимер стабилизирован гидролизом в расплаве или растворе для удаления нестабильных концевых групп.

Стабильный полимер компаундируется в расплаве с добавлением термических и окислительных стабилизаторов и, возможно, смазок и различных наполнителей.

Изготовление [ править ]

ПОМ поставляется в гранулированном виде, и ему можно придать желаемую форму путем приложения тепла и давления. Два наиболее распространенных метода формования - это литье под давлением и экструзия . Также возможно ротационное формование и выдувное формование .

Типичные области применения литого под давлением POM включают высокопроизводительные инженерные компоненты (например, зубчатые колеса, лыжные крепления, йойо , застежки, системы замков). Материал широко используется в автомобильной промышленности и бытовой электронике. Существуют специальные марки, которые обеспечивают более высокую механическую вязкость, жесткость или низкое трение / износостойкость.

ПОМ обычно экструдируется в виде непрерывных отрезков круглого или прямоугольного сечения. Эти секции можно отрезать по длине и продавать как пруток или лист для обработки.

Обработка [ править ]

Поставляемый в виде экструдированного прутка или листа, ПОМ может подвергаться механической обработке с использованием традиционных методов, таких как токарная обработка, фрезерование, сверление и т. Д. Эти методы лучше всего использовать там, где экономичность производства не оправдывает затрат на обработку из расплава. Материал легко режется, но требует острых инструментов с большим задним углом. Использование растворимой смазки для резки не обязательно, но рекомендуется.

Листы POM можно аккуратно и точно разрезать с помощью инфракрасного лазера, например, в резаке с CO 2 лазером .

Поскольку материалу не хватает жесткости, как у большинства металлов, следует проявлять осторожность, чтобы использовать небольшое усилие зажима и достаточную опору для заготовки.

Как и в случае со многими полимерами, обработанный ПОМ может быть нестабильным по размерам, особенно в случае деталей с большими вариациями толщины стенок. Рекомендуется, чтобы такие элементы были «спроектированы», например, путем добавления галтелей или ребер жесткости. Альтернативой является отжиг предварительно обработанных деталей перед окончательной чистовой обработкой. Основное правило состоит в том, что небольшие детали, обработанные из POM, меньше деформируются.

Связь [ править ]

ПОМ обычно очень трудно склеивать, поскольку сополимер обычно хуже реагирует на обычные адгезивы, чем гомополимер. [14] Для улучшения сцепления были разработаны специальные процессы и обработки. Обычно эти процессы включают травление поверхности, обработку пламенем , использование специальной системы грунтовки / клея или механическое истирание.

Типичные процессы травления включают хромовую кислоту при повышенных температурах. DuPont использует запатентованный процесс обработки гомополимера ацеталя, называемый сатинизацией, который создает шероховатость поверхности, достаточную для микромеханического сцепления. Есть также процессы с участием кислородной плазмы и коронного разряда. [15] [16] Чтобы получить высокую прочность соединения без специальных инструментов, обработки или придания шероховатости, можно использовать клей для призм Loctite 401 в сочетании с грунтовкой для призм Loctite 770, чтобы получить прочность соединения ~ 1700 фунтов на квадратный дюйм. [14]

После подготовки поверхности для склеивания можно использовать ряд клеев. К ним относятся эпоксидные смолы , полиуретаны и цианоакрилаты . Эпоксидные смолы показали прочность на сдвиг 150–1 050 фунтов на квадратный дюйм (1000–7 200 кПа) [14] . Цианакрилаты полезны для приклеивания к металлу, коже, резине, хлопку и другим пластмассам.

Сварка растворителем ацеталевых полимеров обычно неэффективна из-за превосходной стойкости ацеталей к растворителям. [17]

Термическая сварка различными методами успешно применяется как для гомополимера, так и для сополимера. [18]

Использование [ править ]

  • Механические шестерни , скользящие и направляющие элементы, детали корпуса, пружины , цепи , винты , гайки, колеса вентилятора, детали насосов, корпуса клапанов.
  • Электротехника: изоляторы , катушки , соединители , детали для электронных устройств, таких как телевизоры , телефоны и т. Д.
  • Автомобиль: датчик уровня топлива, свет / подрулевой переключатель / комбинированный переключатель (включая переключатель света, указатель поворота), электрические стеклоподъемники, системы дверных замков, шарнирно-сочлененные корпуса.
  • Модель: модели железнодорожных частей, таких как тележки (тележки) и поручни (ручки). ПОМ жестче, чем АБС , бывает ярких полупрозрачных цветов и не поддается покраске.
  • Хобби: радиоуправляемый вертолет , главная передача, посадки заноса, йо-йо , vaping капельных советов, K'NEX [19] и т.д.
  • Медицинские: инсулиновая ручка, дозированные ингаляторы (MDI).
  • Пищевая промышленность: Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов одобрило некоторые марки ПОМ для молочных насосов, кранов для кофе, корпусов фильтров и конвейеров для пищевых продуктов. [20]
  • Мебель: фурнитура , замки , ручки , петли ., Ролики для раздвижных механизмов мебели.
  • Конструкция: структурное стекло - подставка для точки
  • Упаковка: аэрозольные баллончики, автомобильные баллоны.
  • Спорт: аксессуары для пейнтбола. Он часто используется для обработки деталей маркеров для пейнтбола, для которых не требуется прочность алюминия, таких как ручки и возвратно-поступательные болты. ПОМ также используется в страйкбольном оружии для уменьшения шума поршня.
  • Лонгбординг : материал шайбы для скользящих перчаток помогает гонщику касаться дороги и опираться на руку, чтобы замедлить скорость, остановиться или выполнить трюки.
  • Одежда: молнии .
  • Музыка: медиаторы , ирландские флейты, волынки , практические пения , плектра клавесина, мундштуки для инструментов, наконечники некоторых барабанных палочек. [21] [22]
  • Питание: полностью автоматические кофеварки; рукоятки ножей (особенно складных ножей).
  • Часовое дело : детали механизма (например, Lemania 5100 [23] ), браслеты для часов (например, IWC Porsche Design 3701).
  • Аксессуары для паров / электронных сигарет: материал, из которого изготовлено большинство «капельных наконечников» (мундштуков).
  • Табачные изделия: BIC Group использует Delrin для своих зажигалок. [24]
  • Клавиатура Колпачки : Cherry использует POM для своих клавиатур серии G80 и G81. [25]

Деградация [ править ]

Воздействие хлора на сантехнические соединения ацеталь-смола

Ацетальные смолы чувствительны к кислотному гидролизу и окислению такими агентами, как минеральная кислота и хлор . Гомополимер ПОМ также подвержен щелочному воздействию и более подвержен разложению в горячей воде. Таким образом, низкий уровень хлора в питьевой воде (1–3 ppm) может быть достаточным, чтобы вызвать растрескивание под воздействием окружающей среды - проблема, с которой сталкиваются как в США, так и в Европе в системах бытового и коммерческого водоснабжения. Неисправные молдинги наиболее чувствительны к растрескиванию, но нормальные молдинги могут разрушиться, если вода горячая. Как гомополимер, так и сополимер ПОМ стабилизированы для смягчения этих типов разложения.

В химии, хотя полимер часто подходит для большинства изделий из стекла, он может выйти из строя. Примером этого может быть использование полимерных зажимов на горячих участках стеклянной посуды (таких как соединение колба с колонкой, колонка с головкой или головка с конденсатором во время дистилляции). Поскольку полимер чувствителен как к хлору, так и к кислотному гидролизу, он может очень плохо работать при воздействии химически активных газов, особенно хлористого водорода . Отказ в последнем случае может произойти из-за, казалось бы, незначительного воздействия на хорошо герметизированные соединения, причем без предупреждения и быстро (компонент расколется или развалится). Это может быть серьезной опасностью для здоровья, поскольку стекло может расколоться или разбиться. Здесь PTFE или более подходящим выбором может быть высококачественная нержавеющая сталь.

Кроме того, ПОМ может иметь нежелательные характеристики при сжигании. Пламя не является самозатухающим, почти не выделяет дыма, а синее пламя может быть почти невидимым в окружающем свете. При горении также выделяется газообразный формальдегид , который раздражает ткани носа, горла и глаз.

См. Также [ править ]

  • Далзил Хэммик
  • Криминалистическая инженерия
  • Судебная полимерная инженерия
  • Параформальдегид
  • Деградация полимера
  • Смола

Ссылки [ править ]

  1. ^ Wapler, MC; Leupold, J .; Dragonu, I .; von Elverfeldt, D .; Зайцев, М .; Уоллрабе, У. (2014). «Магнитные свойства материалов для MR техники, микро-MR и не только». JMR . 242 : 233–242. arXiv : 1403,4760 . Bibcode : 2014JMagR.242..233W . DOI : 10.1016 / j.jmr.2014.02.005 . PMID  24705364 . S2CID  11545416 .
  2. ^ "MatWeb: ацеталь" .
  3. ^ "Ticona MSDS для Hostaform" . Архивировано из оригинала на 2011-05-12.
  4. ^ "Нобелевская премия по химии 1953" . NobelPrize.org . Проверено 8 марта 2016 .
  5. ^ Джозеф П. Кеннеди; Уэйн Х. Уоткинс (31 июля 2012 г.). Как изобрести и защитить свое изобретение: Руководство по патентам для ученых и инженеров . Джон Вили и сыновья. С. 194–. ISBN 978-1-118-41009-7.
  6. ^ «История пластмасс» . Британская федерация пластмасс . Проверено 8 марта 2016 .
  7. ^ Главная страница новостей и СМИ - DuPont EMEA
  8. ^ США 2768994 
  9. ^ США 2998409 
  10. ^ Пол С. Пейнтер; Майкл М. Коулман (2008). Основы науки и инженерии полимеров . DEStech Publications, Inc., стр. 313–. ISBN 978-1-932078-75-6.
  11. ^ Christopher C. Ibeh (25 апреля 2011). Термопластические материалы: свойства, методы изготовления и области применения . CRC Press. С. 473–. ISBN 978-1-4200-9384-1.
  12. ^ «Сравнение продуктов из ацеталей: ацеталь против делрина» (PDF) . Lion Engineering Plastics . Проверено 1 октября 2016 .
  13. ^ «Как максимизировать преимущества свойств гомополимера DuPont Delrin на ацетале по сравнению с сополимером на основе ацетала» (PDF) . DuPont. 2013 . Проверено 1 октября 2016 .
  14. ^ a b c «Руководство по проектированию склеивания пластмасс» (PDF) . Дата обращения 22 февраля 2020 .
  15. ^ Информация о продукте BASF Ultraform
  16. ^ Snogren, RC (1974). Справочник по подготовке поверхности . Нью-Йорк: Palmerton Publishing Co.
  17. ^ «Полиоксиметилен» . Дата обращения 22 февраля 2020 .
  18. ^ "Tamshell Engineering Corner" . Дата обращения 15 сентября 2017 .
  19. ^ «Ticona Polymer и опыт обработки помогают Rodon добиваться успеха, включая игрушки K'NEX®» . celanese.com . Celanese Corporation . Проверено 19 марта 2016 .
  20. ^ «Ацеталевый пластиковый лист, стержень, трубка и аксессуары» . Межгосударственный пластик . Межгосударственный пластик . Проверено сентябрь 2015 . Проверить значения даты в: |access-date=( помощь )
  21. ^ Мерфи, Джо. «Громкий зуммер» . неизвестно . Проверено 17 марта 2012 .
  22. ^ Барри, Кеннет. "Мундштуки Saxscape" .
  23. ^ "Хронография 4: Lemania 5100" .
  24. ^ "BiC® Werbefeuerzeuge für Geschäftskunden" . www.bic-feuerzeuge.de (на немецком языке) . Проверено 14 августа 2017 .
  25. ^ "ABS против PBT против POM Keycap Plastic" . цифровая клавиатура . 2020-01-14 . Проверено 18 января 2020 .

Внешние ссылки [ править ]

  • «Ацеталь» . Машинный дизайн . 15 ноября 2002 . Проверено 17 декабря 2019 .
  • "Технические данные о свойствах ацетала (ПОМ)" . MatWeb . Проверено 17 декабря 2019 .
  • Майкл Сепе (сентябрь 2012 г.). "Как вам ваш ацеталь: гомополимер или сополимер?" . Технология пластмасс . Проверено 17 декабря 2019 .
  • "Гомополимер сополимера ацеталя и делрина - в чем различия?" . Проверено 17 декабря 2019 .