- Сополимер ацеталя: свойства, формирование и использование
- Что такое сополимер ацеталя?
- Для чего используется сополимер ацеталя?
- Как изготавливают ацеталевый сополимер?
- Механические свойства сополимера ацеталя
- Виды использования сополимера ацеталя
- Преимущества использования сополимеров ацеталя
- Недостатки использования сополимеров ацеталя
- В чем разница между сополимером и гомополимерным ацеталевым пластиком?
- Как сополимер ацеталя влияет на здоровье человека?
- Является ли сополимер ацеталя токсичным?
Сополимер ацеталя: свойства, формирование и использование
Ацеталь — это синтетический пластик, который часто используется при литье под давлением или экструзии.
Ацеталевые смолы обладают хорошо сбалансированными свойствами, включая твердую самосмазывающуюся поверхность и отличную химическую стойкость, прочность, жесткость и ударную вязкость в широком диапазоне температур.
Химическое название ацеталя — полиоксиметилен. Как полукристаллический материал ацеталь имеет низкий коэффициент трения и хорошие свойства износа. Сополимер ацеталя представляет собой один из видов ацеталя.
В этой статье будут рассмотрены свойства сополимеров ацеталя, образование смолы и ее использование.
Что такое сополимер ацеталя?
Ацеталь, также называемый полиоксиметиленом (ПОМ), полиацеталем и полиформальдегидом, представляет собой инженерный термопласт, используемый в прецизионных деталях, требующих низкого трения, высокой жесткости и превосходной стабильности размеров.
Как и многие другие синтетические полимеры, он производится разными химическими фирмами по немного отличающимся рецептурам.
Ацеталь классифицируется по своей высокой прочности, твердости и жесткости до -40 ° C. Ацеталь по своей природе непрозрачный белый из-за его высокого кристаллического состава, но может быть произведен в различных цветах. Имеет плотность 1,410–1,420 г/см3.
Гомополимер и сополимер — это два разных варианта ацеталя, которые имеют разные свойства и области применения.
Для чего используется сополимер ацеталя?
Сополимер ацеталя используется в сферах, требующих прочности, низкого влагопоглощения, сопротивления ползучести и стабильности размеров.
Пластик также используется для высокопроизводительных инженерных компонентов. Сополимер ацеталя широко используется в бытовой электронике и автомобильной промышленности.
Некоторыми областями применения сополимера ацеталя являются ролики, втулки, износные накладки, шариковые подшипники, небольшие зубчатые колеса, крепежные детали, газовые счетчики, медицинская техника, аэрозольные клапаны, системы замков, модули топливных баков и одноразовые изделия.
Как изготавливают ацеталевый сополимер?
Чтобы получить сополимер ацеталя, сополимер полиоксиметилена заменяет около 1–1,5% групп -CH2O- на -CH2CH2O-. Во-первых, формальдегид обычно превращают в триоксан, особенно в 1,3,5-триоксан.
Этот процесс осуществляется с помощью кислотного катализа с использованием либо серной кислоты, либо кислотных ионообменных смол с последующей очисткой триоксана путем дистилляции и экстракции для удаления воды и других активных водородосодержащих примесей.
Некоторыми отличительными сополимерами являются Ultraform от BASF и Hostaform от Celanese.
Сомономер обычно представляет собой диоксолан, но также можно использовать оксид этилена. Диоксолан образуется в результате реакции этиленгликоля с водным раствором формальдегида на кислотном катализаторе. Можно также использовать другие диолы.
Триоксан и диоксолан полимеризуют с использованием кислотного катализатора, обычно эфирата трифторида бора.
Полимеризация происходит в неполярном растворителе, и в этом случае полимер образуется в виде суспензии, или в чистом триоксане, как в экструдере.
После полимеризации кислотный катализатор должен быть дезактивирован, а полимер стабилизирован гидролизом расплава или раствора для удаления нестабильных концевых групп.
Стабильный полимер смешивают в расплаве с добавлением термических и окислительных стабилизаторов, а также, при необходимости, смазочных материалов и различных наполнителей.
Для изготовления ацеталевый пластик поставляется в гранулированной форме, и ему можно придать желаемую форму путем применения тепла и давления.
Двумя наиболее популярными методами формования сополимера ацеталя являются литье под давлением и экструзия. Кроме того, также используются ротационное формование и формование с раздувом.
Механические свойства сополимера ацеталя
Сополимер ацеталя легко обрабатывается на обычном металлообрабатывающем оборудовании и может обрабатываться с очень жесткими допусками.
Стандартные цвета — черный и (непрозрачный) молочно-белый. Кроме того, сополимерные ацетали обеспечивают небольшую пористость центральной линии или сердцевины или не обеспечивают ее вовсе, что делает их предпочтительным ацеталем для контакта с пищевыми продуктами или медицинских применений.
Сополимеры ацеталя обладают превосходной смазывающей способностью. Они сохраняют большую часть своей прочности в широком диапазоне температур и являются одними из самых устойчивых к ползучести кристаллических термопластов.
Прочность сополимера ацеталя снижается лишь незначительно после выдержки в течение одного года на воздухе при температуре 115 градусов по Цельсию.
Ударная вязкость может оставаться постоянной в течение первых шести месяцев и падать примерно на одну треть в течение следующего шестимесячного периода.
Старение на воздухе при температуре 82 градусов по Цельсию в течение двух лет обычно практически не влияет на свойства, а погружение в течение одного года в воду с температурой 82 градусов по Цельсию оставляет большинство свойств практически неизменными.
Образцы сополимера ацеталя, испытанные в кипящей воде, сохраняют почти первоначальную прочность на растяжение через девять месяцев.
Хорошие электрические и механические свойства пластика в сочетании с высокой механической прочностью и электрическим классом UL 100 °C делают эти материалы пригодными для применения в электротехнике, требующей долговременной стабильности.
Сополимер ацеталя негигроскопичен. Он впитывает минимальное количество влаги и легко моется.
В результате он используется для сред с высокой влажностью или влажностью, для обработки пищевых продуктов, а также для медицинских и морских компонентов.
Хотя сополимер ацеталя имеет много преимуществ как ненаполненный материал, он может быть наполнен твердыми смазочными материалами для улучшения его несущих и износостойких свойств.
Кроме того, сополимеры ацеталя обладают отличной стойкостью к химическим веществам и растворителям.
Виды использования сополимера ацеталя
Типичные области применения литьевого полиоксиметилена включают в себя высокопроизводительные инженерные компоненты, такие как зубчатые колеса, лыжные крепления, застежки и системы замков из-за его низкого коэффициента трения.
Этот материал широко используется в автомобильной и бытовой электронике. Существуют специальные марки ацеталя, которые обеспечивают более высокую механическую прочность, жесткость или свойства с низким коэффициентом трения/износа.
Другие области применения сополимера ацеталя включают механические компоненты, требующие стабильности размеров, такие как шестерни часов, аэрозоли, конвейерные звенья и детали механических ручек и карандашей.
Преимущества использования сополимеров ацеталя
Смола сополимера ацеталя ценится за ее высокую прочность, жесткость, ударную вязкость и стабильность размеров. Он также обладает хорошими свойствами износа и трения, которые можно улучшить путем добавления присадок.
Как и ацетальная гомополимерная смола, сополимер легко поддается механической обработке. Однако смола на основе сополимера ацеталя проявляет лучшую устойчивость к органическим и неорганическим растворителям и кислотам, чем гомополимер на основе ацеталя.
Недостатки использования сополимеров ацеталя
К недостаткам ацеталь-сополимерной смолы относятся ее более длительное время цикла формования, ее стоки и относительно высокая стоимость термопласта.
Другим недостатком ацеталевого полимера является его склонность к быстрому горению без антипиренов из-за высокого содержания кислорода.
Он также обладает плохой устойчивостью к сильным кислотам и основаниям и имеет высокую усадку при плесени.
Кроме того, длительное воздействие УФ-излучения может привести к ухудшению цвета и потере прочности, а низкая поверхностная энергия затрудняет склеивание без обработки поверхности.
В чем разница между сополимером и гомополимерным ацеталевым пластиком?
Основное различие между сополимерным ацеталем и гомополимерным ацеталевым пластиком заключается в том, что два мономера образуют полимер в сополимерах, тогда как в гомополимерах только один мономер повторяется и образует весь полимер.
Поскольку ацетали обладают высокой степенью кристалличности, для обработки их необходимо нагревать выше точки плавления.
Гомополимеры обладают большей регулярностью строения, чем сополимеры; следовательно, они более кристалличны.
Кроме того, другой мономер, используемый для изготовления сополимеров, имеет более длинную углеводородную связь, которая создает больше пространства между атомами кислорода в полимерной цепи.
Эти атомы кислорода наиболее подвержены термическому и окислительному разложению, поэтому чем меньше их присутствует, тем более устойчивым к разложению будет материал.
Однако создание такого пониженного уровня регулярности также снижает кристалличность. Это хорошо для процессора, потому что температура плавления сополимера примерно на 10 градусов ниже, чем у гомополимера.
Эта пониженная температура плавления означает, что сополимеры потенциально могут обрабатываться при более низкой температуре плавления.
Кроме того, расстояние между уязвимыми атомами кислорода повышает устойчивость материала к более высоким температурам расплава. Таким образом, сополимеры имеют более широкое технологическое окно из-за преимуществ на обоих концах термического спектра.
Некоторые другие отличия включают в себя:
- Сополимеры имеют меньшее газовыделение.
- Сополимеры обладают лучшей размерной стабильностью.
- Сополимер ацеталя менее пористый в экструдированных формах.
- Сополимеры имеют несколько лучшую общую химическую стойкость.
- Гомополимеры обладают лучшим сопротивлением ползучести.
- Гомополимеры имеют более высокие показатели твердости.
- Гомополимерный ацеталь имеет примерно на 10-15% более высокую прочность на растяжение.
- Гомополимеры имеют несколько более высокие пределы рабочих температур.
- Гомополимер ацеталя более жесткий при комнатной температуре и более высоких температурах.
- Гомополимеры имеют лучшую ударную вязкость при комнатной температуре и более низких температурах.
Для получения дополнительной информации см. наше руководство по гомополимерным ацеталевым пластикам.
Как сополимер ацеталя влияет на здоровье человека?
Нет никаких известных эффектов от воздействия самого ацетального полимера.
При перегреве полимер может выделять формальдегид, который может вызвать раздражение кожи, глаз и дыхательных путей, а также аллергические реакции.
Однако значительное проникновение через кожу и системная токсичность после контакта маловероятны. Имеются неубедительные или непроверенные сообщения о сенсибилизации человека.
Является ли сополимер ацеталя токсичным?
Известно, что сополимер ацеталя не содержит токсичных химических веществ. Добавки в этом продукте не представляют опасности для дыхания, если продукт не измельчен до порошка, пригодного для вдыхания.
Однако любая пыль может вызвать потенциальное повреждение дыхательных путей, если вдыхаемые частицы образуются и вдыхаются в достаточно высоких концентрациях.
В результате надлежащая практика промышленной гигиены должна включать меры предосторожности для предотвращения вдыхания вдыхаемых частиц с использованием подходящих средств индивидуальной защиты (СИЗ) и систем фильтрации.
В этом руководстве представлены сведения о сополимерах ацеталя, в том числе о том, что они из себя представляют, об их использовании, свойствах материалов и токсичности.
