聚甲醛（熱塑性結晶聚合物）

聚甲醛（熱塑性結晶聚合物）

聚甲醛 （熱塑性結晶聚合物） 次瀏覽 | 2022.10.06 14:17:11 更新 來源 ：互聯(lián)網(wǎng) 精選百科 本文由作者推薦 聚甲醛熱塑性結晶聚合物

聚甲醛(英文：polyformaldehyde)熱塑性結晶聚合物。被譽為“超鋼”或者“賽鋼”，又稱聚氧亞甲基。結構為，英文縮寫為POM。通常甲醛聚合所得之聚合物，聚合度不高，且易受熱解聚。POM為乳色不透明結晶性線性熱塑性樹脂，具有良好的綜合性能和著色性，具有較高的彈性模量，很高的剛性和硬度，比強度和比剛性接近于金屬；拉伸強度，彎曲強度，耐蠕變性和耐疲勞性優(yōu)異，耐反復沖擊，去載回復性優(yōu)。

中文名

聚甲醛

英文名

polyformaldehyde

譽為

超鋼

特點

聚合度不高，且易受熱解聚

簡介

摩擦系數(shù)小，耐磨耗，尺寸穩(wěn)定性好，表面光澤好，有較高的粘彈性，吹水性小，電絕緣性優(yōu)，且不受溫度影響；耐化學藥品性優(yōu)，除了強酸，故有吸振性、消音性。

吸水性小，耐絕緣性好且不受濕度影響；耐化學藥品性優(yōu)：除了強酸、酚類和有機鹵化物外，對其他化學品穩(wěn)定，耐油；機械性能受溫度影響小，具有較高的熱變形溫度。

缺點是阻燃性較差，遇火徐徐燃燒，氧指數(shù)小，即使添加阻燃劑也得不到滿意的要求，另外耐候性不理想，室外應用要添加穩(wěn)定劑。

均聚甲醛結晶度高，機械強度、剛性、熱變形溫度等比共聚甲醛好，共聚甲醛熔點低，熱穩(wěn)定性，耐化學腐蝕性，流動特性，加工性優(yōu)于均聚甲醛，新開發(fā)的產(chǎn)品為超高流動（快速成型），耐沖擊和降低模具沉積牌號，也有無機填充，增強牌號。

理化性質(zhì)

聚甲醛是一種沒有側鏈，高密度，高結晶性的線性聚合物，具有優(yōu)異的綜合性能。[1]

聚甲醛是一種表面光滑，有光澤的硬而致密的材料，淡黃或白色，可在-40-100°C溫度范圍內(nèi)長期使用。它的耐磨性和自潤滑性也比絕大多數(shù)工程塑料優(yōu)越，又有良好的耐油，耐過氧化物性能。很不耐酸，不耐強堿和不耐太陽光紫外線的輻射。

聚甲醛的拉伸強度達70MPa，吸水性小，尺寸穩(wěn)定，有光澤，這些性能都比尼龍好，聚甲醛為高度結晶的樹脂，在熱塑性樹脂中是最堅韌的。具抗熱強度，彎曲強度，耐疲勞性強度均高，耐磨性和電性能優(yōu)良。

結構

聚甲醛的分子結構式為毛CHZ-0矢，是一種沒有側鏈的高密度、高結晶性的線型聚合物。由于C-0鍵的鍵長小于C-C鍵，因此聚甲醛鏈軸方向的填充密度大。與聚乙烯相比，聚甲醛的碳氧鍵短，內(nèi)聚能密度高，密度大。

按其分子鏈中化學結構的不同，可分為均聚甲醛和共聚甲醛兩種。兩者的重要區(qū)別是：均聚甲醛密度、結晶度、熔點都高，但熱穩(wěn)定性差，加工溫度范圍窄（約10℃），對酸堿穩(wěn)定性略低。

而共聚甲醛密度、結晶度、熔點、強度都較低，但熱穩(wěn)定性好，不易分解，加工溫度范圍寬（約50℃），對酸堿穩(wěn)定性較好。是具有優(yōu)異的綜合性能的工程塑料。有良好的物理、機械和化學性能，尤其是有優(yōu)異的耐摩擦性能。

俗稱賽鋼或奪鋼，為第三大通用塑料。適于制作減磨耐磨零件,傳動零件,以及化工,儀表等零件。

聚甲醛分子鏈的柔順性大，鏈的結構規(guī)整性高，因而結晶度高，結晶能力強。均聚甲醛的結晶度為75%一85%，共聚甲醛為70%一75%，即使快速淬火，結晶度也能達到65%以上。完全非晶態(tài)的聚甲醛只有在一100℃時才能得到。

高密度和高結晶度是聚甲醛具有優(yōu)良勝能的主要原因，如硬度大和模量高，尺寸穩(wěn)定性好，耐疲勞性突出，不易被化學介質(zhì)腐蝕等。盡管聚甲醛分子鏈中C-。鍵有一定的極性，但由于高密度和高結晶度束縛了偶極矩的運動，從而使其仍具有良好的電絕緣性能和介電性能。

聚甲醛端基中含有半縮醛結構。當加熱至100℃左右時，可從其端基的半縮醛處逐漸解聚，因此其耐熱性較低。當加熱到170℃左右時，可從分子鏈的任何一處發(fā)生自動氧化反應而放出甲醛，甲醛在高溫有氧時會被氧化成為甲酸，甲酸對聚甲醛的降解反應有自動加速催化作用，因此常在均聚甲醛樹脂中加人熱穩(wěn)定劑、抗氧化劑、甲醛吸收劑等，以滿足成形加工的需要。由于共聚甲醛分子鏈中含有一定量的C-C鍵，它可以阻止聚甲醛分子鏈的氧化降解，因而共聚甲醛比均聚甲醛的熱穩(wěn)定性能要好得多。但是無論是均聚甲醛還是共聚甲醛，在加工和應用時應充分重視其熱穩(wěn)定性和熱氧穩(wěn)定差的缺點。

優(yōu)勢

1)高強度，高剛性;

2)耐蠕變;

3)耐疲勞;

4)質(zhì)量輕;

5)耐摩擦磨耗;

6)耐油，耐有機溶劑;

性能數(shù)值

比重1.43

熔點175°C

伸強度（屈服）70MPa

伸長率（屈服）15%

（斷裂）15%

沖擊強度（無缺口）108KJ/m2

（帶缺口）7.6KJ/m2

均聚甲醛的合成一般以甲醛的水溶液在酸的存在下縮合聚合。得到聚合度為100以上的a-聚甲醛，然后將其加熱分解成甲醛氣體，經(jīng)精制和脫水后，通常利用部分預聚合的方法純化單體，然后通入含少量引發(fā)劑的干燥溶劑中進行聚合。

因為水的存在，使分子量顯著降低。引發(fā)劑可用路易斯酸或堿等。但大多用叔胺進行負離子加成聚合，反應如下：聚甲醛的端基為半縮醛（—CH2OH），當溫度高于100℃時，端基易斷裂，一般需經(jīng)端基處理使之穩(wěn)定化。穩(wěn)定化處理后可耐熱到230℃。多聚甲醛可在170～200℃的溫度下加工，如注射、擠出、吹塑等。主要用作工程塑料，用于汽車、機械部件等。

加工特性

(1)流動性

POM在熔融狀態(tài)下呈非牛頓型流體。溫度對POM的熔體粘度影響不大，所以要增加POM的流動性不是提高料筒溫度，而是增大注射壓力，改進模具結構，提高模具溫度等。剪切速率對POM熔體粘度的影響較大。對于擠出和吹塑加工，共聚廠商提供三元共聚的樹脂，其流變行為因一定數(shù)量交聯(lián)點的存在而有所改變，使高低剪切速率下粘度差異加大，便于吹塑和擠出工藝的實施。

(2)結晶性POM一般結晶度為75%一85%。由熔融無定形體變?yōu)榻Y晶形體，體積收縮較大，約1%左右。因此，注塑時必須有足夠的保壓時間，以補償固化的體積變化。

否則，收縮率就相當大。這種保壓當澆口處固化后就變得沒有意義。因此，最短保壓時間對一般制品，可以用澆口封閉時間的測定來決定:通過不同保壓時間所得制品的稱重，可以確定澆口封閉時間(即增加保壓時間不再能使制品質(zhì)量繼續(xù)增加的初始時間)，這就可作為最小保壓時間。

(3)熱穩(wěn)定性聚甲醛的熱穩(wěn)定性較差。在成型過程中，當物料超過正常溫度的上限，或在允許溫度下停留時間較長，往往會引起熱分解，逸出強烈刺激眼膜的甲醛氣體，輕則引起物料變色，產(chǎn)品有氣泡，重則引起爆炸。因此，必須嚴格控制成型溫度和停留時間，在保證物料流動性的前提下，加工溫度要盡最低，受熱時間要盡量短。

(4)吸濕性聚甲醛的吸濕性不大，一般為0.2%一0.25%，制品成型后的尺寸穩(wěn)定性好。

(5)收縮率聚甲醛收縮率較大，為1.5%一3.5%。對于注射成型的聚甲醛制品，影響成型收縮率的主要因素有制品厚度、澆口尺寸、注射壓力、模具溫度及螺桿推進速度等。在通常情況下.成型收縮率與壁厚成正比，與澆口面積成反比。增大螺桿推進速度，將減小成型收縮率。提高注射壓力和模具溫度，也將有利于減小成型收縮率。

(6)其他聚甲醛的熔融溫度范圍較窄，具有明顯的熔點。當成型溫度低于熔點時.即使長時間加熱也不會熔融;而一且溫度達到熔點，便會立即發(fā)生相變，從固態(tài)變?yōu)槿廴跔顟B(tài)。因此，聚甲醛在成型時應選用突變壓縮型螺桿。由于其凝固速度極快，加上其固體表面硬度和剛性均很高，收縮大，摩擦因數(shù)小，故制品可以快速脫模。

性質(zhì)特點

POM吸水率大于0.2%，成型前應預干燥，POM熔融溫度與分解溫度相近，成型性較差，可進行注塑、擠出、吹塑、滾塑、焊接、粘接、涂膜、印刷、電鍍、機加工、注塑是最重要的加工方法，成型收縮率大，模具溫度空高些，或進行退火處理，或加入增強材料（如無堿玻璃纖維）。

POM強度高，質(zhì)輕、常用建材來代替銅、鋅、錫、鉛等有色金屬，廣泛用于工業(yè)機械、汽車、電子電器、日用品、管道及配件、精密儀器等部門。

POM被廣泛用于制造各種滑動、轉動機械零件，做各種齒輪、杠桿、滑輪、鏈輪，特別適宜做軸承，熱水閥門、精密計量閥、輸送機的鏈環(huán)和輥子、流量計、汽車內(nèi)外部把手、曲柄等車窗轉動機械，油泵軸承座和葉輪燃氣開關閥、電子開關零件、堅固體、接線柱鏡面罩、電風扇零件、加熱板、儀表鈕；錄音錄像帶的軸承。

各種管道和農(nóng)業(yè)噴港系統(tǒng)以及閥門、噴頭、水龍頭、洗浴盆零件；開關鍵盤、按鈕、音像帶卷軸；溫控定時器；動力工具，庭園整現(xiàn)工具零件；另外可作為沖浪板、帆船及各種雪撬零件，手表微型齒輪、體育用設備的框架輔伯件和背包用各種環(huán)扣、堅固件、打火機、拉鏈、扣環(huán)；醫(yī)療器械葉的心臟起博器；人造心臟瓣膜、頂椎、假肢等。

合成工藝

均聚甲醛結晶度高，機械強度、剛性、熱變形溫度等比共聚甲醛好，共聚甲醛熔點低，熱穩(wěn)定性，耐化學腐蝕性，流動特性，加工性優(yōu)于均聚甲醛，新開發(fā)的產(chǎn)品為超高流動（快速成型），耐沖擊和降低模具沉積牌號，也有無機填充，增強牌號。

均聚甲醛，以甲醛為單體制備。原料甲醛中常含有大量水、甲醛和其他雜質(zhì)，需經(jīng)精制獲得高純度甲醛，將它通入含有陽離子型催化劑（如三氟化硼乙醚絡合物）的惰性溶液中聚合成均聚甲醛，再在醋酐存在下將端羥基酯化，得到熱穩(wěn)定的聚甲醛,然后加入抗氧劑等助劑,造粒成均聚甲醛產(chǎn)品。

共聚甲醛，主要是由三聚甲醛共聚制備。濃度65％～70％甲醛，在濃硫酸或陽離子交換樹脂催化下得到三氧六環(huán)并精餾為高純品，后者與少量共聚單體（如二氧五環(huán)）在路易斯酸存在下開環(huán)聚合為共聚甲醛。

聚合方法大多為本體聚合，采用雙螺桿擠出機。共聚甲醛鏈端大部分是半縮醛端基，對熱極不穩(wěn)定，需進行封端穩(wěn)定化處理，以成為熱穩(wěn)定的聚甲醛，再加入抗氧劑等助劑，造粒成共聚甲醛產(chǎn)品。

應用

由于聚甲醛具有硬度大、耐磨、耐疲勞、沖擊強度高、尺寸穩(wěn)定性好、有自潤滑特點，因而被大量用于制造各種齒輪、滾輪、軸承、輸送帶、彈簧、凸輪、螺栓及各種泵體、殼體、葉輪摩擦軸承等機械設備的結構零部件。

用聚四氟乙烯乳液改性的高潤滑聚甲醛制造的機床導板具有優(yōu)良的剛性和耐疲勞性，能克服純聚四氟乙烯易被磨耗和易蠕變的缺點，而且與金屬摩擦的靜、動摩擦系數(shù)基本相同，顯示出了突出的自潤滑特性。

用作滅菌劑、消毒劑、熏蒸劑。用于有機合成,制藥工業(yè)。

制藥包裝機械

輸送螺桿、星輪、齒條、鏈輪、墊條等。圖為本公司用聚甲醛加工的進口設備配件。

汽車工業(yè)

聚甲醛在汽車工業(yè)中的應用量較大。用聚甲醛制作的零件具有減少潤滑點、耐磨、便于維修、簡化結構、提高效率、降低成本、節(jié)約銅材等良好效果。

代替銅制作汽車上的半軸、行星齒輪等不但節(jié)約了銅，而且提高了使用壽命。在發(fā)動機燃油系統(tǒng)，POM可以制造散熱器水管閥門、散熱器箱蓋、冷卻液的備用箱、水閥體、燃料油箱蓋、水本葉輪、氣化器殼體、油門踏板等零件。

電子電器

由于聚甲醛的電耗較小，介電強度和絕緣電阻較高，具有耐電弧性等性能，使之被廣泛的應用于電子電器領域。如可用聚甲醛制造電扳手外殼、電動羊毛剪外殼、煤鉆外殼和開關手柄等，還可制造電話、無線電、錄音機、錄像機、電視機、計算機和傳真機的零部件、計時器零件，錄音機磁帶座。

其它方面

建筑：可做自來水龍頭、窗框、洗漱盆、水箱、門簾滑輪、水表殼體和水管接頭等。

農(nóng)業(yè)機械：手動噴霧器部件，播種機的連接和聯(lián)運部件，擠乳機的活動部件，排灌水泵殼，進出水閥座、接頭和套管等。還可用于氣溶膠的包裝、輸送管、浸在油中的部件及標準電阻面板等。

導電改性

添加導電性炭黑是制造導電性POM的常用方法，所謂導電性炭黑是指粒徑較小、表面積較大且鎖狀構造較多的一類炭黑。

炭黑一般是有各種有機烴類以不完全燃燒的方法或熱分解的方法制成的，為不溶不熔的微球狀粒子，其表面除孤對電子和芳香環(huán)外，還有醌式羰基及酚式羥基等極性官能團。

導電性炭黑的添加量一般為0.5%-20%，若炭黑的導電性較好，則POM的表面電阻率或體積電阻率均可降低至1*10²數(shù)量等級。但由于炭黑表面上級性官能團的作用，往往會造成POM熱穩(wěn)定性下降，進而造成物理力學性能的降低。

為克服此缺點，可采取導電性炭黑和親水性高分子化合物（如PEG）并用的方法，以減少炭黑的使用量，也可以采用添加以甲醛捕捉劑為主的熱穩(wěn)定劑方法，改進體系熱穩(wěn)定性。

與之相比，碳纖維的使用既能使POM的各種性能（包括自潤滑性）有較大的提高，又可達到良好的抗靜電性。如添加20%導電性較好的碳纖維時，POM的表面電阻率和體積電阻率均可達到1*10²數(shù)量級。

結構

聚甲醛的分子結構式為毛CHZ-0矢，是一種沒有側鏈的高密度、高結晶性的線型聚合物。由于C-0鍵的鍵長小于C-C鍵，因此聚甲醛鏈軸方向的填充密度大。與聚乙烯相比，聚甲醛的碳氧鍵短，內(nèi)聚能密度高，密度大。

按其分子鏈中化學結構的不同，可分為均聚甲醛和共聚甲醛兩種。兩者的重要區(qū)別是：均聚甲醛密度、結晶度、熔點都高，但熱穩(wěn)定性差，加工溫度范圍窄（約10℃），對酸堿穩(wěn)定性略低。

而共聚甲醛密度、結晶度、熔點、強度都較低，但熱穩(wěn)定性好，不易分解，加工溫度范圍寬（約50℃），對酸堿穩(wěn)定性較好。是具有優(yōu)異的綜合性能的工程塑料。有良好的物理、機械和化學性能，尤其是有優(yōu)異的耐摩擦性能。

俗稱賽鋼或奪鋼，為第三大通用塑料。適于制作減磨耐磨零件,傳動零件,以及化工,儀表等零件。

聚甲醛分子鏈的柔順性大，鏈的結構規(guī)整性高，因而結晶度高，結晶能力強。均聚甲醛的結晶度為75%一85%，共聚甲醛為70%一75%，即使快速淬火，結晶度也能達到65%以上。完全非晶態(tài)的聚甲醛只有在一100℃時才能得到。

高密度和高結晶度是聚甲醛具有優(yōu)良勝能的主要原因，如硬度大和模量高，尺寸穩(wěn)定性好，耐疲勞性突出，不易被化學介質(zhì)腐蝕等。盡管聚甲醛分子鏈中C-。鍵有一定的極性，但由于高密度和高結晶度束縛了偶極矩的運動，從而使其仍具有良好的電絕緣性能和介電性能。

聚甲醛端基中含有半縮醛結構。當加熱至100℃左右時，可從其端基的半縮醛處逐漸解聚，因此其耐熱性較低。

當加熱到170℃左右時，可從分子鏈的任何一處發(fā)生自動氧化反應而放出甲醛，甲醛在高溫有氧時會被氧化成為甲酸，甲酸對聚甲醛的降解反應有自動加速催化作用，因此常在均聚甲醛樹脂中加人熱穩(wěn)定劑、抗氧化劑、甲醛吸收劑等，以滿足成形加工的需要。

由于共聚甲醛分子鏈中含有一定量的C-C鍵，它可以阻止聚甲醛分子鏈的氧化降解，因而共聚甲醛比均聚甲醛的熱穩(wěn)定性能要好得多。但是無論是均聚甲醛還是共聚甲醛，在加工和應用時應充分重視其熱穩(wěn)定性和熱氧穩(wěn)定差的缺點。

參考資料