塑料中的金属 POM材料与改性介绍

聚甲醛Polyoxymethylene(简称POM),是五大工程塑料之一,分子结构规整和结晶性使其物理机械性能十分优异,是一种综合性能优良的热塑性树脂。POM最早由美国DuPont公司在1959年开发成功,利用甲醛溶液与异辛醇反应,经过脱水、热裂解得到精制甲醛,然后在催化剂作用下进行液相聚合,聚合后用酸酐酯化进行封端。

根据生产工艺的差异,分为均聚和共聚两种,DuPont公司采用的是均聚,而另外一家Celanese公司则采用共聚。均聚一般由高纯度甲醛直接聚合而得,分子链上完全由-CH2-O-键连续构成。共聚一般由三聚甲醛和2-5%的二氧五环在催化剂存在下以阳离子加聚方式开环聚合而成,使得其-CH2-O-主链上含有无规分布的-CH2-CH2-O-的键结构。

POM主链为-CH2O-,分子链几乎没有分支,碳原子上只带氢原子,结构规整性高,碳氧键键能高,内聚能密度高,聚集紧密,结晶度较高。它具有优异的强度和刚性,良好的耐腐蚀、耐磨、自润滑性和抗蠕变性能,突出的耐疲劳性能,是工程塑料中力学性能最接近金属的材料,拉伸强度可达68.9MPa,在很多场合可以替代钢铁、铜、锌、铝等金属材料,因而POM又有人送外号“赛钢”。和ABS相比,POM做成的键盘因为耐磨性更好,更不容易出现“打油”的现象。但POM也存在一些不足之处,如冲击韧性低、缺口敏感性大、耐热性差、摩擦系数较大等。这些缺点极大地限制了POM在各个领域中应用范围的扩大,为此,对POM的改性成为了当下POM研究的一个热点

聚甲醛的增强

聚甲醛虽然是综合性能较好的工程塑料,但为了进一步改善其耐热性、刚性、尺寸稳定性、耐疲劳性、耐蠕变性和力学性能,往往对聚甲醛进行复合增强,以满足各种特殊用途的使用。聚甲醛复合增强中所使用的填料,主要有长短玻璃纤维、碳纤维、玻璃微珠、滑石粉或钛酸钾晶须等。

聚甲醛的增韧

由于POM结晶度较高,一般达70%~85% ,结晶晶粒较大,缺口冲击强度低,往往以脆性方式断裂。改善POM的冲击韧性主要有两种方法:一是弹性体增韧;二是刚性粒子增韧。

聚甲醛的耐磨改性

POM分子结构规整,结晶度高,表面硬度大,在摩擦滑动过程中其大分子易沿摩擦方向取向而强化,键能大,分子内聚能高,因而POM具有良好的耐磨自润滑性能。但仍难以满足高负荷、高速、高温等工作条件的要求,需进一步改善POM的耐磨性能。提高POM耐磨性能有两种方法:一种是化学改性。利用接技、嵌段等手段在POM分子链上引入具有润滑性的链段。另一种是物理共混改性。

聚甲醛的耐候性

POM的光降解会在其分子链上形成羟基和羰基,而随着羰基浓度的增加,POM吸收紫外光的能力增强,引发更多的链断裂。目前的研究表明,纳米级氧化锌和炭黑能有效减缓POM的光降解过程。

聚甲醛的阻燃性

POM的极限氧指数仅为15%,是极易燃烧的塑料品种。POM作为工程塑料被广泛用于汽车、电子电气和建材等领域,这些领域对材料的阻燃性要求较高。因POM与其它材料相容性差,通过直接添加阻燃剂难以制备性能优良的阻燃POM。

本文转载来源高分子polymer, 微信公众号:polymerengineer

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高分子

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