Полиацеталь

Полиацеталь, или, более точно, полиоксиметилен (ПОМ или POM, polyoxymethylene) — это высокоэффективный термопластичный инженерный полимер с кристаллической структурой. Полиацеталь является одним из важнейших конструкционных пластиков в промышленности благодаря своей жесткости, износостойкости и низкому трению.

Химический состав полиацеталя — это повторяющиеся звенья полимерной цепи оксиметилена (-CH2O-), полученные из формальдегида (HCHO). По составу выделяют основные типы:

1. Гомополимер (POM-H): его цепь состоит исключительно из звеньев -CH2O- и отличается жесткостью и прочностью, имеет высокую температуру плавления, однако неустойчив к щелочам.
2. Сополимер (POM-C): в цепи, кроме звеньев -CH2O-, добавлены случайные звенья другого мономера — обычно это этиленоксид -CH2CH2O-. Он более устойчив к нагреву и гидролизу, легче перерабатывается, однако имеет более низкую температуру плавления и жесткость.

Выделяют различные виды полиацеталя:

• сополимеры и гомополимеры (POM-C и POM-H), основные марки их производства — DuPont, Celanese Celcon, BASF Ultraform;
• стеклонаполненный ПОМ (POM-GF) марок DELRIN, Celcon и Duracon;
• электропроводящий и высокоударный, а также с добавлением PTFE или смазки (Delrin, Celcon, Low Friction).

Производство полиацеталя начинается с получения мономера, а именно очистки формальдегида. Далее происходит полимеризация, для гомополимера и сополимера она проходит различно: для первого — ионная полимеризация проводится с последующей "стабилизирующей" реакцией; для второго проводят более стабильный процесс — катионная сополимеризация триоксана с небольшим количеством сомономера. После полимеризации добавляют антиоксиданты, термостабилизаторы, иными словами, проводят стабилизацию. В окончание происходит осаждение, промывка и сушка. Далее вводят добавки в виде стабилизаторов, наполнителей, смазок и красителей в экструдере, а также проводят гранулирование для дальнейшей переработки.

Впервые полимеризацию формальдегида исследовал Герман Штаудингер в 1920-х годах и получил нестабильные полимеры. В 1950-х ключевой прорыв совершила компания DuPont под руководством Р. Макдональда, его команда синтезировала стабильный гомополимер ацетали, запатентованный в 1956 году, а коммерческий продукт Delrin появился в 1960 г. Параллельно с этим компания Celanese разработала стабильный сополимер ацеталя и запатентовала его в 1955 году, коммерческий продукт запустили в 1963 г. С 1960-х по наше время полиацеталь быстро завоевал популярность как прекрасная замена металлам в точной механике, производителей появлялось много, а также были разработаны различные модификации.

Имеет высокую прочность и жесткость (один из самых прочных из термопластов). Выдерживает многократные циклические нагрузки без разрушения. Имеет отличную износостойкость и низкий коэффициент трения, поэтому часто работает без смазки. Отличная стабильность размеров: низкое водопоглощение и низкий коэффициент линейного теплового расширения обеспечивают сохранение точных размеров в различном диапазоне температур и влажности. Имеет хорошую химическую стойкость к углеводородам, спиртам, эфирам и разбавленным кислотам, однако имеет ограничения при взаимодействии с сильными кислотами, окислителями, фенолами и галогенами. Высокая ударная вязкость и хорошие диэлектрические свойства. Рабочая температура полиацеталя примерно 90-100 °C, кратковременно повышается до 140 °C. Температура плавления относительно высокая: до 175 °C у гомополимера и до 165 °C у сополимера. Отличается горючестью, при превышении температуры плавления выделяется формальдегид. Легко обрабатывается — возможна механическая обработка, сварка или склеивание. Из ограничений выделяют склонность к УФ-деградации, требует стабилизаторов для наружного применения, возникают трудности с окраской поверхности, не является биоразлагаемым материалом.

В настоящее время ученые занимаются инновациями и нововведениями в составе полиацеталя, такими как:

1. Создание усиленных композитов — добавление стекловолокна, углеродного или арамидного волокна для повышения прочности, жесткости и снижения КЛТР.
2. Введение модификаций со смазкой — PTFE, силикон, графит для снижения трения и износа.
3. Производство биосовместимых марок для медицинского применения.
4. Создание электропроводящих, антистатических и высокоударных марок.

Из интересного, полиацеталь имеет множество особенностей при переработке:
Основным методом считается литье под давлением и экструзия. Хотя температура плавления довольно высокая (165-175 °C), перегрев очень опасен тем, что при превышении 210 °C выделяется формальдегид, поэтому переработка требует точного контроля температур.
Кристаллизация проходит очень быстро, необходима высокая скорость охлаждения форм для получения оптимальных свойств. Гранулы полимера гигроскопичны, поэтому важна сушка перед переработкой для предотвращения дефектов и гидролитической деструкции. Удаление облоя проводят ножом, вибрацией или криогенно, поскольку "заусенцы" очень хрупкие.
Механическая переработка производственных отходов широко практикуется, переработка пост-потребительских материалов очень сложна из-за загрязнений и смешения марок, но все же она развивается.

В заключение надо сказать, что полиацеталь — незаменимый инженерный пластик, являющийся лучшим металлозаменителем из-за своей прочности и износостойкости. Инновационные марки и огромный спектр применения делают ПОМ одним из ключевых материалов современной промышленности. Несмотря на некоторые ограничения в его применении, его плюсы многократно превышают их, поэтому обеспечивают прочные позиции на рынке.