Полиацеталь — свойства и применение¶
Полиацеталь (ПА, полиметиленоксид, сокращённо POM — polyoxymethylene) — термопластичный инженерный полимер, относящийся к классу поликарбонатных и полигликолевых полиэфиров. Представляет собой линейный гомополимер формальдегида с молекулярной формулой (CH₂O)ₙ. Характеризуется высокой механической прочностью, жёсткостью, износостойкостью и точностью воспроизведения формы при литье. Широко применяется в машиностроении, приборостроении и производстве деталей, работающих в условиях трения.
¶Состав и структура
Полиацеталь синтезируют полимеризацией формальдегида или триоксана. Чистый гомополимер (например, Delrin производства DuPont) обладает высокой кристалличностью (до 70–80 %), что обеспечивает жёсткость, но делает его менее термостойким: при длительном нагреве возможна деструкция с выделением формальдегида. Поэтому в промышленности чаще используют сополимеры — полиацеталь с добавкой этиленоксида или оксида циклопентана (например, Celcon, Ultraform). Сополимеры обладают большей термической стабильностью и щелочестойкостью.
¶Основные свойства
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Плотность | 1,40–1,42 г/см³ |
| Температура плавления | 165–175 °C |
| Температура эксплуатации | −40…+100 °C (кратковременно до +140 °C) |
| Прочность при растяжении | 60–75 МПа |
| Модуль упругости | 2,6–3,6 ГПа |
| Твёрдость по Бринеллю | 15–20 кгс/мм² |
| Поглощение воды (24 ч) | 0,2–0,4 % |
Полиацеталь отличается низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью, поэтому его называют «пластиковым металлом». Материал обладает хорошей упругостью и способностью к упругой деформации, что позволяет изготавливать из него пружинные элементы, защёлки, замки. Полиацеталь химически стоек к органическим растворителям, щелочам, солям, минеральным маслам и топливам, но разрушается под действием сильных кислот и окислителей. Материал устойчив к ультрафиолетовому излучению в ограниченной степени — при длительном наружном применении рекомендуется УФ-стабилизация.
¶Производство
Основной способ получения — полимеризация формальдегида в присутствии кислотных или основных инициаторов. Мономер триоксан получают из формальдегида. Гранулированный полиацеталь перерабатывают литьём под давлением, экструзией и вдувным формованием. Температура литья составляет 190–230 °C, материал требует сушки перед обработкой (поглощение влаги снижает качество изделий). Из полиацеталя изготавливают как массивные детали, так и тонкостенные конструкции.
¶Применение
Полиацеталь применяется в следующих областях:
- Машиностроение — зубчатые колёса, подшипники скольжения, втулки, шестерни, направляющие, звёздочки цепей, детали коробок передач.
- Автомобильная промышленность — топливные системы, крепёж, кронштейны, элементы дверных замков и оконных механизмов.
- Приборостроение и электротехника — корпуса, изоляторы, токоведущие элементы, детали выключателей.
- Пищевая промышленность — детали оборудования, контактирующие с пищевыми продуктами (материал соответствует санитарным нормам).
- Потребительские товары — зубные щётки, ручки, застёжки, детские конструкторы, спортивные бутылки.
В России полиацеталь выпускают на предприятиях химической промышленности; значительная часть потребности покрывается импортом под торговыми марками Delrin (DuPont), Celcon (Ticona), Ultraform (BASF), Duracon (Polyplastics).
¶Аналоги и отличия от других полимеров
По механическим свойствам полиацеталь близок к полиамиду (нейлону), но превосходит его по жёсткости, dimensionalной стабильности и низкому водопоглощению. В отличие от полиэтилена и полипропилена, ПА обладает существенно большей прочностью и износостойкостью. Сравнение с полиформальдегидными смолами показывает, что сополимерные формы более предпочтительны для длительной эксплуатации при повышенных температурах.
¶Ограничения
Полиацеталь не следует использовать в контакте с сильными кислотами, окислителями и ультрафиолетом без защиты. При горении материал выделяет формальдегид, поэтому в закрытых помещениях необходимо соблюдать требования пожарной безопасности. Длительный контакт с водой при повышенных температурах приводит к гидролизу и снижению механических свойств.
Источники:
- «Пластмассы в машиностроении», под ред. В. Н. Киреева.
- «Полимерные материалы» (справочник), под ред. Ф. С. Торнса.
- ГОСТ 26388-84 «Пластики термопластичные. Методы испытаний».
- DuPont Technical Data Sheet: Delrin acetal resin.
- Берлин А. А. «Химия и технология полимеров».