什么是聚缩醛树脂（POM树脂）？

1．什么是聚缩醛树脂（POM树脂）？

聚缩醛树脂（POM 树脂）是一类工程塑料，其化学结构由有序的原子阵列组成，其中甲基 (CH ₂) 与氧原子 (O) 交替排列（图 1）。由于其化学组成的规律性，聚缩醛树脂很容易形成晶体结构，并表现出所有工程塑料中最高的结晶度。 （树脂的结晶度是其体积中结晶区域所占的比例。）

POM的比重在1.4g/cm ³左右，与其他通用工程塑料相比相对较高；这是由于晶体结构中分子之间的距离短，屈服强度和稳定性。这种高结晶度决定了 POM 的许多关键特性。 POM 还具有较高的结晶潜热，这是一种衡量材料从熔融状态结晶所需热量的指标；这一事实对 POM 树脂在成型过程中的行为产生影响。

在没有着色剂添加剂的情况下，POM 制成的模压制品呈乳白色。这是由于晶域结构所致：POM成型体同时包含高密度结晶区域和低密度非结晶区域，光在这两种区域中传播的速度不同；这导致光在晶体和非晶体区域之间的边界处发生衍射或反射，从而产生整体白色外观。这可以被认为是所有结晶树脂的共同特性。

2．聚缩醛树脂（POM树脂）的特性

POM 树脂的高结晶度赋予这些材料优异的机械性能，包括强度和刚性。此外，晶体结构往往会限制分子相对于彼此的位置移动，确保高弹性恢复率，并在机械部件所需的性能类别中给予 POM 高分，包括耐重复疲劳（由重复疲劳引起的材料失效）应力（即使在低水平）和蠕变（一种材料长期承受应力而表现出明显形状变形的现象）。此外，嵌入晶体结构的分子在与其他材料紧密接触时不会迁移，使得 POM 树脂耐磨损。

POM具有-50°C的极低玻璃化转变温度；在典型的工作温度下，POM 体非结晶区域中分子链的运动会产生坚固且抗破裂的橡胶状稠度。

一般来说，有机溶剂分子很难渗透到晶体材料的内部。因此，POM树脂的高结晶度使其对有机溶剂具有高度的耐受性。另一方面，POM不耐酸，仅耐碱较弱，因此与无机物质一起使用POM时需要小心。更复杂的是，一旦 POM 开始分解，分解产物就会表现出其自身的化学活性并促进进一步分解。 POM的分解不仅受热促进，而且尤其受红外辐射促进。因此，对于户外使用的产品，选择经过耐候处理的 POM 牌号非常重要。

3．聚缩醛树脂（POM树脂）的品种及其选择

3-1.均聚物和共聚物

(1)分子链结构的差异

由于纯聚缩醛链化学不稳定，因此必须通过添加稳定区域（稳定基团）对其进行改性，以产生实际有用的材料。有两种方法可以做到这一点。

第一种方法如图 2-1 所示，是在聚缩醛分子链的末端添加稳定基团（图中用 X 表示）。这产生的分子链——除了其末端的稳定基团——仅由缩醛结构组成，因此所得材料被称为均聚物。另一种方法是在聚合前将提供稳定基团的物质与其他原料混合；如图 2-2 所示（稳定基团在图中用 Y 表示），这会产生在其内部（而不仅仅是在其末端）包含稳定基团的分子链。以这种方式生产的材料称为共聚物，与均聚物相比含有更丰富的稳定基团。

除了防止材料降解外，稳定基团还可以延迟结晶并降低熔点；这些现象与均聚物和共聚物的不同材料特性有关，如表 1 所示。在实践中，均聚物与共聚物材料的选择通常取决于相关应用的性质。

(2)均聚物与共聚物的区别

均聚物材料容易结晶，由均聚物形成的成型体往往表现出高结晶度，从而与共聚物相比具有更高的熔点以及更大的强度和弹性。这些特性的结果之一是均聚物材料具有出色的抗蠕变性和抗疲劳性。另一方面，共聚物以其优异的环境性能而著称。与均聚物相比，共聚物对无机化合物（包括酸和碱）、热、空气、红外辐射和其他因素引起的降解表现出优异的抵抗力。

3-2.熔融粘度

聚合物的材料性能与其所含分子链的长度直接相关：一般来说，分子链越长，抗蠕变和疲劳的能力就越大，但熔融状态下的粘度也越高，这使得材料更难以模制成所需的形状。形状。为了向客户提供平衡性能和成型行为的广泛选择，旭化成开发并销售具有不同长度分子链的全系列材料牌号。由于绝大多数 POM 产品是通过注塑成型生产的，因此为此目的优化的材料牌号构成了我们产品阵容的核心；分子链较短的低粘度（高流动性）牌号通常用于微型注塑组件，而分子链较长的高粘度牌号则用于挤出成型组件或需要高机械强度或耐久性的组件。

3-3.强度增强等级

塑料的强度和刚性可以通过添加玻璃纤维或无机微粒等增强剂来增强。尽管很难保持 POM 对此类增强剂的亲和力，因此增强添加剂的强度增强效果对于 POM 来说不如其他聚酰胺树脂那么显着，但旭化成仍然提供了各种具有改进的牌号尺寸稳定性、导电性和其他性能。

3-4.耐候等级

一般来说，对于用于户外环境的产品，旭化成提供经过耐候添加剂处理的材料等级。在某些情况下，还可以开发专用等级，其中这些添加剂的类型和用量针对特定使用环境进行了优化。由于耐候添加剂表现出多种反应特性，耐候等级在不同的使用环境中可能表现不同；因此，必须仔细验证所选材料等级在其预期使用环境中的性能是否符合预期，并且没有出现其他性能问题。

3-5．润滑等级

由于 POM 是齿轮、滑轨、轴架以及其他与运动部件一起使用的部件的常见材料选择，因此旭化成开发并销售具有增强润滑性能的材料等级。由于组件可能面临各种各样的滑动运动和使用条件，因此可能不容易确定特定应用的最佳材料；我们建议在做出最终选择之前仔细研究一系列选项，并在非常模拟实际操作环境的条件下测试材料。

3-6. POM材料的成型性能

由 POM 制成的部件通常受到尺寸精度的严格限制和功能性能的严格要求；此类情况需要仔细注意 POM 材料的以下特征成型性能。

(1) POM材料在高温圆筒中长时间保存时，物理性能可能会下降。
(2)在一定的成型条件下，POM材料在模具中降解可能会产生降解产物，污染模具。
(3) POM材料由于结晶度高，在成型过程中表现出较高的收缩率。
(4) POM材料由于结晶潜热高，既难熔化又难凝固。

所有 POM 材料共有的特性 (1) 和 (2) 可以通过与各种成分混合来解决，但在成型过程中仍然需要仔细注意。特性 (3) 源自与 POM 高性能相同的结晶特性，因此本质上是不可避免的。性质（4）也与结晶度有关，要求提供足够量的热量以熔化并除去足够量的热量以凝固。旭化成还提供高循环等级的 POM；这些材料经过处理，可加速凝固过程中结晶的开始，从而减少冷却时间。

4、聚缩醛树脂（POM树脂）的应用

POM 的许多应用都是为了利用 POM 材料的高强度和刚性以及其卓越的滑动性能而设计的；日常生活中常见的例子包括服装拉链（图 3）和箱包配件（图 4）。这些例子还说明了 POM 材料的弹簧特性如何在实际环境中得到普遍利用。

POM 也是电气系统中移动部件（包括开关滑块、齿轮和凸轮）的常见材料选择。在工业应用中，由 POM 制成的紧固件可以替代金属螺钉和螺栓，以帮助简化装配流程。由于 POM 材料表现出优异的滑动性能且无需润滑，因此它们是在电磁系统或光路附近运行的移动部件的理想选择，因为这些地方存在污染风险，无法使用润滑剂。

POM 制造的运动部件还用于精密仪器，例如磁盘驱动器和送纸机构，有助于降低运行噪音并避免润滑油造成的污染。

POM 是汽车部件的常见材料选择，特别是电机齿轮、车门系统、后视镜底座、头枕和座椅调节器等运动部件。门把手是与移动部件整体集成的内部组件的一个例子，因此有吸引力的外观至关重要。 POM 优异的耐有机溶剂性也使其成为燃料系统部件的理想材料。

在建筑行业，POM 用于窗扇组件，如滑动门轮、窗帘导轨组件和供水阀。同样，在通用机械中，POM 被广泛用作力传输系统以及各种类型的滑动部件和粘合剂的材料。

5．聚缩醛树脂（POM树脂）的成型加工方法

注塑成型是制造 POM 部件最常用的技术。成功注塑成型的两个关键先决条件是 (1) 考虑成型过程中出现显着收缩的可能性，以及 (2) 确保成型在适当的条件下进行。

POM材料的高结晶度保证了成型时相对较高的收缩率：2%左右。由于精确的收缩率取决于成型条件，因此要求高尺寸精度的产品必须在仔细调整的条件下以及正确配置的模具中成型。

必须仔细调整的一个关键参数是成型过程中熔融树脂的加热温度：将该温度设置得太高可能会导致材料的热降解，而设置得太低可能会阻止树脂完全熔化，从而降低材料的性能。成型产品的质量。模具彻底脱气也很重要；模具中气体排出不充分不仅会导致短射，还可能导致材料降解。

除了注塑成型之外，POM 原料还可以以用于切割的棒材或用于挤出成型的板坯的形式提供。由于 POM 结晶会导致体积发生显着变化，因此在形成固体部件时，必须注意提供足够体积的熔融树脂，以避免形成空隙。POM的熔融粘度低，使其不适合某些成型方法，包括吹塑和真空成型。

成型后，POM部件可能会受到各种二次处理；对于某些工艺，包括喷漆、印刷、电镀和粘合，可能需要表面活化步骤才能获得良好的性能。对于由 POM 部件制成的产品，可以采用多种装配技术，包括螺钉连接、卡扣连接和焊接连接。

6.聚缩醛树脂（POM树脂）与全球变暖

全球变暖的挑战是影响全人类的一个日益严峻的问题。与通用塑料相比，POM 在世界各地的使用量相对较小，并且很少用于制造一次性塑料，因此在地球环境的讨论中很少提及。然而，在当今使用的各种形式的塑料中，POM 的环境足迹异常最小，而且在未来几年可能会进一步减少。

6-1.碳用量

如上所述，POM可以用化学式(CH ₂ O)n来描述，通过简单的计算可 以得出其碳含量为40%——与其他塑料材料相比，这是一个极小的值。例如，通用塑料的典型例子聚乙烯的碳含量为85%，是聚甲醛的两倍多。这意味着 POM 材料在产品生命周期的每个阶段，从制造到废弃，其环境足迹明显小于其他类型的塑料。

6-2.利用生物质原料生产 POM

POM 是通过如图 5 所示的工业流程制造的。甲醇是该流程中的中间成分，最常见的是通过氧化天然气中的甲烷来生产。然而，也可以通过生物质发酵生产甲醇。

在这方面，值得注意的是，甲烷（生产甲醇的前体）是一种温室效应比CO ₂更严重的气体；甲烷是由牲畜饲养产生的，从湖泊、沼泽和稻田排放，以及由污水处理厂产生。出于这些原因，限制排放和确保有效利用甲烷的协议（遵循针对 CO ₂的类似规定）是当前活跃研究的焦点，而使用 POM 进行有效的甲烷管理为未来摆脱对甲烷的依赖提供了一条有前途的途径。化石燃料。

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柱：晶核

当结晶树脂处于熔融状态时，其分子链表现出活跃的分子运动并相互自由运动。当温度降至熔点以下时，这些链会形成拉长的结构，并开始与相邻的分子链形成晶体。然后，这些晶体通过合并附近的分子链而继续生长，促进材料的凝固。

这种机制的性质确保了冷却诱导凝固的速度受到最初结晶开始的影响；促进这一过程的物质称为晶核。晶核是固体，其表面模仿分子链的拉长结构；它们的功能是通过结合附近的分子链来刺激结晶，如图 6 所示。晶核的添加对树脂固化过程产生以下影响：

• 结晶在较高温度下开始
• 晶体数量增加
• 结晶进行得更快
• 固化物结晶度较高
• 成型体含有较少的内部缺陷。

晶核用于 POM 产品的成型，以缩短冷却时间并减少成型制品中残留缺陷的数量。

 

（作者：佐藤功技术室）

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