摘要:通過(guò)對(duì)聚甲醛的深入研究,我們不難發(fā)現(xiàn)其在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)都得到了逐一的概要的論述
以其高的結(jié)晶度、良好的耐熱、耐磨、耐酸、耐堿、耐水、耐油、耐光等獨(dú)特的物理、化學(xué)和機(jī)械的優(yōu)良性能
通過(guò)對(duì)聚甲醛的深入研究,我們不難發(fā)現(xiàn)其在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)都得到了逐一的概要的論述
以其高的結(jié)晶度、良好的耐熱、耐磨、耐酸、耐堿、耐水、耐油、耐光等獨(dú)特的物理、化學(xué)和機(jī)械的優(yōu)良性能,聚甲醛被廣泛地應(yīng)用于汽車、家電、五金、塑料制品、機(jī)電設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域的零部件的制造中,尤其是其耐熱、耐磨的優(yōu)良性能使其得以廣泛的應(yīng)用于高溫、高壓的工作環(huán)境中,如飛機(jī)、火車的零部件等都大大地提高了其工作的效率和安全性。同時(shí)其也可用作模具材料等。根據(jù)其所對(duì)應(yīng)的鏈端基的不同,POM的基本性質(zhì)可分為均聚物(其具有較高的熱穩(wěn)定性、摩擦性、硬度、強(qiáng)度等,但加工難度大)和共聚物(其具有較好的熱穩(wěn)定性、耐磨性、光滑性、美觀性等,且加工性能也佳)兩大類.。
2. 常見加工工藝
2.1 注塑成型(最主流)
- 工藝窗口:熔體溫度 190?~?230?°C,模具溫度 60?~?120?°C,保壓壓力 50?~?120?MPa,保壓時(shí)間 5?~?15?s[]。
- 工藝對(duì)性能的影響
- 注射速度、模具溫度、熔體溫度對(duì)皮層厚度、結(jié)晶度及最終的屈服應(yīng)力、彈性模量、斷裂強(qiáng)度有顯著影響;速度提升會(huì)減薄皮層、增大結(jié)晶度,從而提升強(qiáng)度但降低伸長(zhǎng)率。
通過(guò)對(duì)模具的合理的溫度的升高可不僅能使齒輪的結(jié)晶度大大提高,而且對(duì)其彎曲的疲勞壽命也能使其得到較為顯著的延長(zhǎng),尤其在最佳的工藝組合下(模具的溫度都能達(dá)到120℃,保壓的壓力都能達(dá)到120MPa),可將其壽命分別提了約59%[].。
- 工藝優(yōu)化手段
- 正交試驗(yàn)、Taguchi、響應(yīng)面法(RSM)等 DOE 方法配合 Moldflow 仿真,可系統(tǒng)評(píng)估保壓壓力、熔體溫度、模具溫度等對(duì)收縮、翹曲、縮痕的影響,并得到最優(yōu)參數(shù)組合(如模具溫度?46?°C、熔體溫度?230?°C、保壓壓力?57? MPa、保壓時(shí)間?6.6?s,使翹曲僅 0.249?mm)[]。
- 灰色關(guān)聯(lián)分析、粒子群優(yōu)化(PSO)等多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)亦被用于同時(shí)最小化體積收縮、翹曲和表面缺陷。
2.2 擠出成型
- 適用形態(tài):棒材、管材、型材、薄膜。
憑借對(duì)各主要的工藝參數(shù)的調(diào)優(yōu),得到了較好的合金的鑄造效果,如熔體的溫度調(diào)在190~210℃,螺桿的轉(zhuǎn)速調(diào)在80~150rpm,模頭的溫度調(diào)在30~50℃,冷卻水浴的溫度調(diào)在20~30℃等,均可獲得較好的鑄造效果。
- 特點(diǎn):由于 POM 的高結(jié)晶度,擠出時(shí)需控制冷卻速率以避免內(nèi)部應(yīng)力;共聚物 POM 更易于擠出,粘度更低、熔體流動(dòng)性好。
2.3 壓縮成型
依托于對(duì)工藝的精細(xì)調(diào)控,僅需將原料的熔體在190~210℃的高溫下維持10~30MPa的壓力下保壓30~60s即可得出高密度的微晶碳酸鈣粉末。
- 優(yōu)勢(shì):適合大尺寸、厚壁部件(如汽車油泵支架法蘭),保壓時(shí)間對(duì)質(zhì)量影響尤為關(guān)鍵[]。
2.4 吹塑成型
- 用途:制造中空容器、管路。
依托于對(duì)其的快速的高溫(約達(dá)210℃)的吹脹并對(duì)其的壁厚的均勻的控制,才能有效的防止其在冷卻的過(guò)程中因結(jié)晶的不均而導(dǎo)致的壁厚的差異等問(wèn)題的產(chǎn)生。
2.5 機(jī)械加工
- 加工特性:低摩擦系數(shù)、切削阻力小,適合高速切削;常用硬質(zhì)合金或高速鋼刀具。
但在切削的過(guò)程中也不能忽視了另一個(gè)極端的因素——高溫的切削,尤其是對(duì)那些對(duì)高溫的切削具有較高的熱降解性的材料的切削時(shí)更應(yīng)注意此點(diǎn),在切削中應(yīng)適當(dāng)?shù)膶⑶邢鞯牧Α⑺?、溫等相互協(xié)調(diào)的調(diào)整,盡可能的降低切削的熱,必要時(shí)可將切削的工作面加上冷卻液。
2.6 3D 打?。‵DM)
- 材料:POM 細(xì)絲(1.75?mm 或 2.85?mm),熔體溫度 210?~?240?°C,床溫 60?~?80?°C。
- 優(yōu)勢(shì):自潤(rùn)滑性使得打印層間粘結(jié)良好,適合功能原型件。
3. 常用助劑與改性
借助對(duì)玻璃纖維、碳纖維的廣泛應(yīng)用及其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)的充分挖掘和利用,有效地將其剛性和高的熱變形溫度的優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮了出來(lái),得到了廣泛的應(yīng)用。其中,碳纖維的高的熱變形溫度使其在高溫的工藝條件下得以廣泛的應(yīng)用。
- PTFE、石墨:降低摩擦系數(shù),增強(qiáng)耐磨性。
- 阻燃劑:在滿足防火要求的前提下,保持機(jī)械性能。
借助合理的調(diào)配共聚單體(如乙烯基、乙酸乙酯等),不僅可明顯改善材料的熱穩(wěn)定性,還能將其熔體的黏度降低,極大地便于其對(duì)應(yīng)的注塑與擠出工藝的實(shí)施。
4. 典型應(yīng)用領(lǐng)域
- 傳動(dòng)件:齒輪、滑輪、軸承(因高剛性、低摩擦)。
- 汽車部件:燃油泵支架、閥門、油箱、儀表板卡扣。
- 電子電氣:連接器、開關(guān)、絕緣墊片。
5. 小結(jié)
而其高的剛性、優(yōu)異的耐磨與良好的化學(xué)穩(wěn)定性等一系列優(yōu)良的性能也使其廣泛地在機(jī)械、汽車、電子等各個(gè)領(lǐng)域得以應(yīng)用開來(lái)。借助對(duì)注塑的主導(dǎo)性加工工藝的合理的配套擠出、壓縮、吹塑等的方式,結(jié)合了DOE的試驗(yàn)設(shè)計(jì)、Moldflow的模具流動(dòng)仿真、響應(yīng)面的優(yōu)化等一系列的先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段,均可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、低缺陷的產(chǎn)品的制造。其隨后的共聚物的應(yīng)用又進(jìn)一步突破了POM的熱穩(wěn)定性與加工的流動(dòng)性,使得POM在更復(fù)雜的形狀的同時(shí)也能更高的生產(chǎn)效率的需求下仍能保持其競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)。