معرفی ترموپلاستیک پلی استال و بررسی خواص و کاربرد کامپاندهای آن
امروزه بیش از 70 درصد از ظرفیت تولید POM جهانی در آسیا واقع شده است. بازار تولید این محصول تقریباً سالانه 4.5 درصد در حال رشد و در مجموع حدود 1350 کیلو تن در سال 2018 بوده است. خریداران اصلی، صنایع خودرو و لوازم برقی یا الکترونیکی هستند. پلی اکسی متیلن توسط هرمان اشتودینگر یک شیمیدان آلمانی در سال 1920 کشف شد؛ ولی به‌دلیل مشکلات پایداری و حرارتی، این پلیمر در آن زمان تجاری‌سازی نشده بود. این پلیمر برای اولین بار در سال 1956 توسط شرکت آمریکایی دوپونت، به‌صورت هموپلیمر و با نام تجاری Delrin به بازار عرضه شد. پلی‌استال یک پلیمر مهندسی با محدوده وسیعی از کاربردهاست که خواصی شبیه به فلزات دارد. ماده پلیمری پلی‌استال با توجه به خواص خستگی و سایشی ویژه، به‌عنوان یک پلیمر صنعتی توانسته است در موارد خاص، جای خالی بعضی از فلزات را در صنایع مختلف به‌ویژه در صنعت خودرو پر کند. این پلیمر خواص بسیار خوبی دارد که خلاء بین پلیمرهای معمولی و فلزات را پر می‌کند [1]. از زمان ورود این پلیمر به صنعت، شاهد کاربردهای وسیع آن در صنایع مختلف نظیر صنایع اتومبیل‌سازی، تجهیزات برقی، ساختمان، الکترونیک و بسیاری از صنایع دیگر بوده‌ایم.
خواص پلی استال (POM)
پلی اکسی متیلن (POM)، پلی فرمالدهید یا استال، یکی از ترموپلاستیک‌های مهندسی است که دارای مجموعه‌ای از خواص عالی است. پلی استال یک پلیمر بسیار کریستالی با عملکرد بالا، اصطکاک عالی، خاصیت سایشی، ثبات ابعادی و پایداری شیمیایی است که همه آنها باعث می‌شوند به‌طور گسترده‌ای برای تولید قطعات مکانیکی روان‌کننده در خودرو و صنایع ماشین آلات الکترونیکی و ابزار دقیق مورد استفاده قرار گیرند [2].
جدول 1- ویژگی‌های حرارتی-فیزیکی پلی استال [3]
به دلیل سقف پایین دما، پلی آلدهیدها عموماً در دمای محیط و نیز در دماهای بالا ناپایدار هستند و به راحتی دچار گسست پلیمری (de polymerization) می شوند. به همین دلیل، اکثر پلی آلدهیدها، مانند پلی (استالدهید) و پلی بوتیرآلدهید، کاربرد تجاری کمی پیدا کرده اند یا اصولا استفاده ای ندارند.در این مورد پلی فرمالدهید یک استثنا است. دمای آن به طور قابل ملاحظه ای بالاتر از دمای سایر پلی استال ها است. دمایی که در آن گسست پلیمری اتفاق می افتد را می توان با تبدیل گروه های پایینی هیدروکسیل با ثبات کمتر به گروه های استری پایدار افزایش داد، به عنوان مثال با واکنش با انیدریدها. این واکنش به عنوان انسداد نهایی یا پوشش نهایی نامیده می شود. پایداری پلی استال ها را می توان با کوپلیمریزاسیون با سایر مونومرها نیز بهبود بخشید. روش اصلی، با کوپلیمریزاسیون حلقه ای تریوکسان (تریمر حلقوی فرمالدئید) با مقدار کمی اتر حلقوی (معمولاً اکسید اتیلن یا 3،1- دیوکسولان) است:
شکل 1- مکانیسم تولید کوپلیمر پلی استال.
عیب دیگر پلی استالها پایداری ضعیف UV آنها است. یعنی طولانی شدن اشعه ماوراء بنفش باعث تخریب شده و منجر به تغییر رنگ، شکنندگی و از دست دادن قدرت آن میشود. برای بهبود پایداری اشعه ماوراء بنفش، اغلب تثبیت کننده های نور آمین و جاذب های UV به مخلوط اضافه می شوند. برخی رنگدانه ها مانند کربن سیاه نیز مقداری محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش را ارائه می دهند.
POM و کوپلیمرهای آن اغلب یک انتخاب عالی برای مصارفی هستند که به اصطکاک کم، تحمل و مقاومت بالا در برابر ضربه و خزش نیاز دارند. می توان آن را با تمام روشهای متداول مورد استفاده برای ترموپلاستیک ها پردازش کرد. می توان آن را از نظر اقتصادی به قطعات بسیار پیچیده تزریق کرد یا می توان آن را روی میله ها، لوله ها، پروفیل ها و ورق ها اکسترود کرد که اغلب با ابزارهای برش برای تولید قطعات ماشینکاری (با دقت بالا) انجام می شوند [3].
کاربرد های پلی اکسی متیلن (POM)
پلی اکسی متیلن برای کاربردهایی که استحکام و دوام بالای آنها بسیار مهم است ایده آل است. اجزای POM تزریقی در طیف گسترده ای از محصولات پلاستیکی استفاده می شود [4] از جمله:
شکل 2- برخی از کاربردهای پلی استال.
پلی اکسی متیلن (POM) که با نام پلی (متیلن اکسید) نیز شناخته می شود، یک پلی استال متعلق به خانواده مهندسی ترموپلاستیک (ETPs) است که خواص مکانیکی عالی و مقاومت شیمیایی بالا را از خود نشان می دهد. این خواص باعث می شوند POM در طیف گسترده ای از بخش های صنعت (به عنوان مثال خودرو، ماشین سازی، برق و الکترونیک)، مناسب باشد میزان سهم هریک از بازارهای موجود در نمودار زیر آورده شده است [5].
شکل 3- تقاضای جهانی پلی استال ومصرف نهایی (%) [5].
گرید های مختلف پلی استال در ایران و سایر کشورها
گریدهای POM اغلب با درجات مختلف پلیمریزاسیون تولید می شوند که منجر به خواص مختلفی برای پاسخگویی به برنامه های کاربردی می شود. اشکال مختلف رزین های POM در زیر مورد بحث قرار گرفته است:
1.گرید های استاندارد/تقویت نشده
2.گرید های تقویت شده: الیاف شیشه، الیاف کربن یا گریدهای POM تقویت شده با الیاف کره ای شیشه ای (hollow glass fiber) بسته به نوع و میزان تقویت پلیمر، مقاومت کششی یا سفتی بالایی را نشان می دهند.
3.درجه تاثیرگذاری و مقاومت بالا: ترکیب رزین های POM با لاستیک، TPU و سایر پلیمرها نظیر POE و… منجر به مخلوط هایی با مقاومت ضربه بالاتر می شود.
4. گرید با ویژگی لغزش بالا/سایش: اصلاح رزین های POM با افزودنی هایی مانند گرافیت، PTFE، پرکننده های معدنی و غیره باعث افزایش خواص مقاوم در برابر سایش و لغزش می شود.
5.گرید های تثبیت شده با اشعه ماوراء بنفش: تثبیت کننده های ماوراء بنفش، مانند تثبیت کننده های نور مانع آمین و جاذب های UV اغلب به رزین های POM یا مخلوط های آن برای بهبود پایداری UV اضافه می شوند.
6. نانوکامپوزیت ها: از افزودنی هایی مانند CNT ، ZnO و غیره برای تولید نانوکامپوزیت های POM استفاده می شود.
7. سایر گرید ها:
افزودن پودر Al یا برنز، رسانایی الکتریکی یا نقطه اعوجاج حرارتی رزین های POM را افزایش می دهد. فلوروکربن ها منجر به روانکاری خوب سطح در پلی استال برای جلوگیری از ترک خوردگی می شوند.
برخی گرید های تجاری و تامین کنندگان POM:
شکل 4- برخی از گریدهای پلی استال موجود.
POM FM 090: کوپلیمر تزریقی است، که محصول شرکت تایوان است از جمله پر طرفدارترین مواد پلیمری خارجی است. وزن مخصوص آن 1/41 گرم بر سانتی متر مکعب است .دمای ذوب برابر 165 درجه سانتی گراد می باشد .شکل ظاهری، گرانول شفاف است.
مشخصات ماده: دارای استحکام کششی بالا و سختی عالی، ارتجاع پذیری خوب و دارای مقاومت سایش عالی و جذب رطوبت پایین، مقاومت بالا در برابر آب گرم می باشد .
کاربرد: صنایعی چون خودروسازی و حمل و نقل، قطعات مکانیکی، لوله کشی و آب رسانی، دکمه ها و بست ها، قطعات الکترونیکی و دیگر قطعات تزریقی اشاره کرد .
پلی استال k300: نوعی رزین کریستالی است که کشور تولید کننده کره جنوبی و محل تحویل تهران می باشد. جرم مولی متغیر، شکل ظاهری جامد بی رنگ، دمای ذوب 175 درجه سانتی گراد میباشد فرمول شیمیایی آن و چگالی آن 1/41گرم بر سانتی مکعب است .تلفیقی از خواص سختی و سفتی را دارد همچنین در برابر فشار،خزش و سایش مقاوم است . از پلیمریزاسیون فرم الدهید به دست می آید پلیمری گرمانرم کریستالی با استحکام کششی و سختی بالا، ارتجاع پذیری خوب، مقاومت سایش عالی و جذب رطوبت پایین است مقاومت مکانیکی در برابر تنش های طولانی مدت و مقاومت آب و هوایی دارد.
کاربردهای پلی اکسی متیلن k300: این ماده به دلیل بالابودن سفتی و ثبات ابعادی در برابرتغییرات دما و نیز پایین بودن اصطکاک سطحی به عنوان پلاستیک صنعتی مناسب در کاربرد های قطعات دقیق به کارمی رود .
پلی استال POMAtman 709: به عنوان استیل یا پلی اکسی متیلن که در ایران با نام هوستافورم نیز شناخته می شود که شرکت تولید کننده آریا توسعه ماندگار نگین است .یک ترموپلاستیک مهندسی نیمه کریستالی برپایه فرم الدهید است که شامل گروه عاملی کربن است که بر گروههای OR متصل شده است .این گرید از کوپلیمر های پلی استال با ویسکوزیته متوسط است و قابلیت شکل دهی مناسب، چقرمگی بالا دارد و دارای قابلیت بازیافت است.
ویژگی ها: قدرت مکانیکی خوب، سختی بالا و پایداریی، مقاومت در برابر حرارت، اصطکاک، شیمیایی، روغن را نشان می دهد وبرای شکل دهی با قالب تزریق مناسب است.
کاربردها: در چرخ دنده ها ، غلتک ها ، اتومبیل ها و تجهیزات اداری استفاده می شود.
پلی استال BASF گریدUltraformN2320 : محصول شرکتBASF آلمان می باشد ودر فرایند تزریق استفاده می گردد.
کاربرد : تولید چرخ دنده ها
ویژگی : مقاومت شیمیایی و حرارتی بالا ، قطعات خودرو ، تجهیزات اداری و… استفاده می شود . [6]
جدول 3- پلی استال تقویت شده با الیاف شیشه ای: [6]
نگاهی به آینده
پلی اکسی متیلن پلیمری است که در هنگام تولید، پردازش و تولید کالاهای نهایی به عوامل زیادی وابسته است. گسترش دانش در مورد اثرات شرایط تولید بر ویژگی های محصول به طور قابل توجهی خواص مکانیکی و شیمیایی پلیمر را بهبود می بخشد. استفاده از تثبیت کننده های بهتر و جاذب فرمالدئید که منجر به بهبود خواص عملکردی پلیمر و همچنین افزایش طول عمر محصولات می شود موثر است. یکی از جهات بسیار مهم توسعه، بهبود خواص مکانیکی پلیمر است. به احتمال زیاد از طریق آماده سازی کامپوزیت ها، از جمله نانوکامپوزیت ها که نشان دهنده قدرت بهتر هستند ممکن خواهد بود [5].
منابع:
نویسنده: مریم مومنی
