什麼是聚縮醛樹脂（POM樹脂）？

1．什麼是聚縮醛樹脂（POM樹脂）？

聚縮醛樹脂（POM 樹脂）是一類工程塑料，其化學結構由有序的原子陣列組成，其中甲基 (CH ₂) 與氧原子 (O) 交替排列（圖 1）。由於其化學組成的規律性，聚縮醛樹脂很容易形成晶體結構，並表現出所有工程塑料中最高的結晶度。 （樹脂的結晶度是其體積中結晶區域所佔的比例。）

POM的比重在1.4g/cm ³左右，與其他通用工程塑料相比相對較高；這是由於晶體結構中分子之間的距離短，屈服強度和穩定性。這種高結晶度決定了 POM 的許多關鍵特性。 POM 還具有較高的結晶潛熱，這是一種衡量材料從熔融狀態結晶所需熱量的指標；這一事實對 POM 樹脂在成型過程中的行為產生影響。

在沒有著色劑添加劑的情況下，POM 製成的模壓製品呈現乳白色。這是由於晶域結構所致：POM成型體同時包含高密度結晶區域和低密度非結晶區域，光在這兩種區域中傳播的速度不同；這導致光在晶體和非晶體區域之間的邊界處發生衍射或反射，從而產生整體白色外觀。這可以被認為是所有結晶樹脂的共同特性。

2．聚縮醛樹脂（POM樹脂）的特性

POM 樹脂的高結晶度賦予這些材料優異的機械性能，包括強度和剛性。此外，晶體結構往往會限制分子相對於彼此的位置移動，從而確保高彈性恢復率，並在機械部件所需的性能類別中給予 POM 高分，包括抗重複疲勞（由重複疲勞引起的材料失效）應力（即使在低水平）和蠕變（材料長期承受應力的現象，表現出明顯的形狀變形）。此外，嵌入晶體結構的分子在與其他材料緊密接觸時不會遷移，使得 POM 樹脂耐磨損。

POM具有-50°C的極低玻璃化轉變溫度；在典型的工作溫度下，POM 體非結晶區域中分子鏈的運動會產生堅固且抗破裂的橡膠狀稠度。

一般來說，有機溶劑分子很難滲透到晶體材料的內部。因此，POM樹脂的高結晶度使其對有機溶劑具有高度的耐受性。另一方面，POM不耐酸，僅耐鹼較弱，因此與無機物質一起使用POM時需要小心。更複雜的是，一旦 POM 開始分解，分解產物就會表現出自身的化學活性並促進進一步分解。 POM的分解不僅受熱促進，而且特別受紅外線輻射促進。因此，對於戶外使用的產品，選擇經過耐候處理的 POM 牌號非常重要。

3．聚縮醛樹脂（POM樹脂）的品種及其選擇

3-1.均聚物和共聚物

(1)分子鏈結構的差異

由於純聚縮醛鏈化學不穩定，因此必須透過添加穩定區域（穩定基團）對其進行改性，以產生實際有用的材料。有兩種方法可以做到這一點。

第一種方法如圖 2-1 所示，是在聚縮醛分子鏈的末端添加穩定基團（圖中以 X 表示）。這產生的分子鏈——除了其末端的穩定基團——僅由縮醛結構組成，因此所得材料被稱為均聚物。另一種方法是在聚合前將提供穩定基團的物質與其他原料混合；如圖 2-2 所示（穩定基團在圖中以 Y 表示），這會產生在其內部（而不僅僅是在其末端）包含穩定基團的分子鏈。以這種方式生產的材料稱為共聚物，與均聚物相比含有更豐富的穩定基團。

除了防止材料降解外，穩定基團還可以延遲結晶並降低熔點；這些現象與均聚物和共聚物的不同材料特性有關，如表 1 所示。在實務中，均聚物與共聚物材料的選擇通常取決於相關應用的性質。

(2)均聚物與共聚物的區別

均聚物材料容易結晶，由均聚物形成的成型體往往表現出高結晶度，從而與共聚物相比具有更高的熔點以及更大的強度和彈性。這些特性的結果之一是均聚物材料具有優異的抗蠕變性和抗疲勞性。另一方面，共聚物以其優異的環境性能而聞名。與均聚物相比，共聚物對無機化合物（包括酸和鹼）、熱、空氣、紅外線輻射和其他因素引起的降解表現出優異的抵抗力。

3-2.熔融黏度

聚合物的材料性能與其所含分子鏈的長度直接相關：一般來說，分子鏈越長，抗蠕變和疲勞的能力就越大，但在熔融狀態下的黏度也越高，這使得材料更難模製成所需的形狀。形狀。為了向客戶提供平衡性能和成型行為的廣泛選擇，旭化成開發並銷售具有不同長度分子鏈的全系列材料牌號。由於絕大多數 POM 產品是透過注塑成型生產的，因此為此目的優化的材料牌號構成了我們產品陣容的核心；分子鏈較短的低黏度（高流動性）牌號通常用於微型注塑組件，而分子鏈較長的高黏度牌號則用於擠出成型組件或需要高機械強度或耐久性的組件。

3-3.強度增強等級

塑膠的強度和剛性可以透過添加玻璃纖維或無機微粒等增強劑來增強。儘管很難保持 POM 對此類增強劑的親和力，因此增強添加劑的強度增強效果對於 POM 來說不如其他聚酰胺樹脂那麼顯著，但旭化成仍然提供了各種具有改進的牌號尺寸穩定性、導電性和其他性能。

3-4.耐候等級

一般來說，對於用於戶外環境的產品，旭化成提供經過耐候添加劑處理的材料等級。在某些情況下，還可以開發專用等級，其中這些添加劑的類型和用量針對特定使用環境進行了最佳化。由於耐候添加劑表現出多種反應特性，耐候等級在不同的使用環境中可能表現不同；因此，必須仔細驗證所選材料等級在其預期使用環境中的性能是否符合預期，且沒有其他性能問題。

3-5．潤滑等級

由於 POM 是齒輪、滑軌、軸架以及其他與運動部件一起使用的部件的常見材料選擇，因此旭化成開發並銷售具有增強潤滑性能的材料等級。由於組件可能面臨各種各樣的滑動運動和使用條件，因此可能不容易確定特定應用的最佳材料；我們建議在做出最終選擇之前仔細研究一系列選項，並在非常模擬實際操作環境的條件下測試材料。

3-6. POM材料的成型性能

由 POM 製成的零件通常受到尺寸精度的嚴格限制和功能性能的嚴格要求；此類情況需要仔細注意 POM 材料的以下特徵成型性能。

(1) POM材料在高溫圓筒中長時間保存時，物理性質可能會下降。
(2)在一定的成型條件下，POM材料在模具中降解可能會產生降解產物，污染模具。
(3) POM材料由於結晶度高，在成型過程中表現出較高的收縮率。
(4) POM材料由於結晶潛熱高，難以熔化又難凝固。

所有 POM 材料共有的特性 (1) 和 (2) 可以透過與各種成分混合來解決，但在成型過程中仍需要仔細注意。特性 (3) 源自於與 POM 高性能相同的結晶特性，因此本質上是不可避免的。性質（4）也與結晶度有關，要求提供足夠量的熱量以熔化並去除足夠量的熱量以凝固。旭化成也提供高循環等級的 POM；這些材料經過處理，可加速凝固過程中結晶的開始，從而減少冷卻時間。

4.聚縮醛樹脂（POM樹脂）的應用

POM 的許多應用都是為了利用 POM 材料的高強度和剛性以及其卓越的滑動性能而設計的；日常生活中常見的例子包括服裝拉鍊（圖 3）和箱包配件（圖 4）。這些例子也說明了 POM 材料的彈簧特性如何在實際環境中普遍被利用。

POM 也是電氣系統中移動部件（包括開關滑塊、齒輪和凸輪）的常見材料選擇。在工業應用中，由 POM 製成的緊固件可以取代金屬螺絲和螺栓，以幫助簡化組裝流程。由於 POM 材料表現出優異的滑動性能且無需潤滑，因此它們是在電磁系統或光路附近運行的移動部件的理想選擇，因為這些地方存在污染風險，無法使用潤滑劑。

POM 製造的運動部件也用於精密儀器，例如磁碟機和送紙機構，有助於降低運作噪音並避免潤滑油造成的污染。

POM 是汽車零件的常見材料選擇，特別是馬達齒輪、車門系統、後視鏡底座、頭枕和座椅調節器等運動部件。門把手是與移動部件整體整合的內部組件的一個例子，因此有吸引力的外觀至關重要。 POM 優異的耐有機溶劑性也使其成為燃料系統零件的理想材料。

在建築業，POM 用於窗扇組件，如滑動門輪、窗簾導軌組件和供水閥。同樣，在通用機械中，POM 被廣泛用作力傳輸系統以及各種類型的滑動部件和黏合劑的材料。

5．聚縮醛樹脂（POM樹脂）的成型加工方法

注塑成型是製造 POM 零件最常用的技術。成功射出成型的兩個關鍵先決條件是 (1) 考慮成型過程中出現顯著收縮的可能性，以及 (2) 確保成型在適當的條件下進行。

POM材料的高結晶度保證了成型時相對較高的收縮率：2%左右。由於精確的收縮率取決於成型條件，因此要求高尺寸精度的產品必須在仔細調整的條件下以及正確配置的模具中成型。

必須仔細調整的關鍵參數是成型過程中熔融樹脂的加熱溫度：將該溫度設定得太高可能會導致材料的熱降解，而設定太低可能會阻止樹脂完全熔化，從而降低材料的性能。成型產品的品質。模具徹底脫氣也很重要；模具中氣體排出不充分不僅會導致短射，還可能導致材料降解。

除了射出成型之外，POM 原料還可以以用於切割的棒材或用於擠出成型的板坯的形式提供。由於 POM 結晶會導致體積發生顯著變化，因此在形成固體部件時，必須注意提供足夠體積的熔融樹脂，以避免形成空隙。POM的熔融黏度較低，使其不適合某些成型方法，包括吹塑和真空成型。

成型後，POM零件可能會受到各種二次處理；對於某些工藝，包括噴漆、印刷、電鍍和黏合，可能需要表面活化步驟才能獲得良好的性能。對於由 POM 零件製成的產品，可以採用多種組裝技術，包括螺絲連接、卡扣連接和焊接連接。

6.聚縮醛樹脂（POM樹脂）與全球暖化

全球暖化的挑戰是影響全人類的一個日益嚴峻的問題。與通用塑料相比，POM 在世界各地的使用量相對較小，並且很少用於製造一次性塑料，因此在地球環境的討論中很少提及。然而，在當今使用的各種形式的塑料中，POM 的環境足跡異常最小，而且在未來幾年可能會進一步減少。

6-1.碳用量

如上所述，POM可以用化學式(CH ₂ O)n來描述，簡單計算得出其碳含量為40%——與其他塑膠材料相比，這是一個極小的值。例如，通用塑膠的典型例子聚乙烯，其碳含量為85%，是聚甲醛的兩倍以上。這意味著 POM 材料在產品生命週期的每個階段，從製造到廢棄，其環境足跡明顯小於其他類型的塑膠。

6-2.利用生物質原料生產 POM

POM 是透過如圖 5 所示的工業流程製造的。甲醇是該流程中的中間成分，最常見的是透過氧化天然氣中的甲烷來生產。然而，也可以透過生物質發酵生產甲醇。

在這方面，值得注意的是，甲烷（生產甲醇的前驅物）是一種溫室效應比CO ₂更嚴重的氣體；甲烷是由牲畜飼養產生的，從湖泊、沼澤和稻田排放，以及由污水處理廠產生。基於這些原因，限制排放和確保有效利用甲烷的協議（遵循針對 CO ₂的類似規定）是當前活躍研究的焦點，而使用POM 進行有效的甲烷管理為未來擺脫對甲烷的依賴提供了一條有前途的途徑。化石燃料。

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柱：晶核

當結晶樹脂處於熔融狀態時，其分子鍊錶現出活躍的分子運動並相互自由運動。當溫度降至熔點以下時，這些鏈會形成拉長的結構，並開始與相鄰的分子鏈形成晶體。然後，這些晶體透過合併附近的分子鏈而繼續生長，促進材料的凝固。

這種機制的性質確保了冷卻誘導凝固的速度受到最初結晶開始的影響；促進這過程的物質稱為晶核。晶核是固體，其表面模仿分子鏈的拉長結構；它們的功能是透過結合附近的分子鏈來刺激結晶，如圖 6 所示。晶核的添加對樹脂固化過程產生以下影響：

• 結晶在較高溫度下開始
• 晶體數量增加
• 結晶進行得更快
• 固化物結晶度較高
• 成型體含有較少的內部缺陷。

晶核用於 POM 產品的成型，以縮短冷卻時間並減少成型製品中殘留缺陷的數量。

 

（作者：佐藤功技術室）

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