Полиацеталь – это современный синтетический полимерный материал, который активно используется в разных отраслях промышленности, в том числе в пищевой. В статье мы подробнее расскажем о полиацетале, сферах его применения и технических характеристиках.
Полиацеталь – определение и история возникновения
Класс полиацетлей также называют полиоксиметиленами, или коротко – ПОМ. Это технический конструкционный полимерный материал. Пластик отличается высокой ударной вязкостью, а также устойчивостью к агрессивным средам. И все это при малом весе и химической нейтральности.
Если посмотреть на показатели твердости и прочности, становится очевидно, что полиацеталь не может соревноваться с другими более надежными полимерами. Однако свою известность материал получил не столько за прочностные характеристики, сколько за упругость – она практически соответствует показателям каучука, что считается редким явлением среди технических конструкционных пластмасс.
Материал изготовлен путем полимеризации формальдегидов. Однако он полностью безопасен для здоровья, так как формальдегиды находится в пластике в связанном виде.
Впервые полиацеталь был открыт в прошлом веке. Его начали производить в Америке в 60-х годах, а спустя 5 лет началось производство полимера в нашей стране. Качество и технические характеристики пластика были настолько хорошими, что производители начали придумывать разные виды полиацеталей, а также методы изготовления пластиков. В частности, ПОМ производят не только методом экструзии, то есть продавливания, но и с помощью литья под давлением – полимер приобретает после охлаждения любую заданную форму. Причем литьем производится около 90% всей продукции. Этот метод распространен для всех полимерных материалов. Экструзия, метод раздувного формования, а также прессование менее популярны, однако также применяются для определенных целей.
Мировой спрос на полиацеталь закономерно возрастает из года в год. Этому способствует развитие экономики, в частности, отраслей, связанных с машиностроением. Средний ежегодный рост составляет 5-7% от годового производства. В России оборот полиацеталя составляет около 4 тысяч тонн в год, и эта цифра постоянно растет. Большая часть продукции на российском рынке – от отечественных производителей. Однако часть закупается из Китая и других стран. Самой ведущей страной по объему производства полиацеталя является Южная Корея, она делает более половины от всего полимерного материала на рынке.
Специалисты прогнозируют дальнейший рост производства, а также совершенствование технологий и появление новых, более современных разновидностей полимера. Сейчас ученые работают в направлении удешевления материала, а также ускорения производственного процесса. Кроме того, сейчас ученое сообщество заинтересовано вопросами вторичной переработки полиацеталя и использования продуктов обработки. Например, если при фрезеровке остаются стружки полиацеталя, их можно пустить на вторичное изготовление полимера.
Считается, что полиацеталь ближе всего среди полимеров к полиамиду, то есть капролону. У этого материала схожие антифрикционные свойства. То есть у обоих полимерных материалов низкий коэффициент трения – они хорошо скользят, в том числе при постоянном движении. Однако если сравнивать полиацеталь с полиамидом, то можно отметить следующие отличия:
- более высокая ударопрочность и устойчивость к растрескиванию, в том числе при отрицательных температурах – ПОМ отлично сохраняет свойства в разных условиях;
- высокой упругостью – это отличное качество при ударных нагрузках на механизм.
В остальном, неподготовленным взглядом можно даже перепутать полиацеталь и полиамид. В некоторых ситуациях они взаимозаменяемы, однако в других ситуациях специалисты ценят именно уникальные характеристики каждого полимера.
Виды полиацеталя
В чистом виде полиацеталь – это белый порошок. Однако продается он чаще всего в гранулах, стержнях и листах – это удобные для последующей резки и обработки формы. Соответственно, в процессе литья или экструзии в состав полимерного материала могут быть добавлены красители.
Современная промышленность занимается производством полиацеталя разного рода. В частности, можно выделить ПОМ:
- Общего назначения, или основной тип полиацеталей. Это самые распространенные пластики из этой группы. Они бывают двух видов – сополимеры или гомополимеры. Они разные по производству и строению, однако, сходные по свойствам. ПОМ общего назначения применяют повсеместно, о них пойдет основная речь в статье. К этой категории также относят некоторые усовершенствованные модели, например, с повышенной устойчивостью к влаге или ультрафиолетовым лучам.
- Наполненные и армированные. Они получаются, если добавить в жидкую полимерную смесь волокна стекла, тальк, мел, волластонит и проч. Зачем это делают? С одной стороны, это может снизить стоимость готового материала, например, если в качестве наполнителя выступает мел, то он просто увеличивает объем готового пластика, не сильно влияя на его качество. С другой стороны, присадки могут влиять на модуль упругости, прочность, твердость и другие характеристики полимера. Так полиацеталь с волокнами стеклоткани внутри имеет очень высокую прочность на разрыв. А добавление углеродных волокон приводит к тому, что у ПОМ растет электропроводность и упругость.
- Модифицированные. В смесь полиацеталя также можно добавить воск, силиконовое масло или иные модификаторы. Они также влияют на свойства конечного продукта. Например, присадки повышают износостойкость или улучшают антифрикционные характеристики пластмассы. Иногда модификации приводят к фактическому объединению двух и более полимеров. Например, полиацеталь в связке с высокомолекулярным полимером имеет очень низкий коэффициент трения. Если произвести модификацию с помощью электропроводящей сажи, можно снизить поверхностное электросопротивление пластика. Иногда модифицированный полиацеталь изготавливают не для технических характеристик, а для эстетических свойств. Например, существует матовый полиацеталь, это тоже разновидность модифицированного ПОМ. Матовый пластик часто используют при изготовлении деталей внутри автомобильного салона.
- Полиацетали с высокой ударной вязкостью. В целом, все полимеры типа ПОМ имеют высокую вязкость. Выше, чем у большинства полимерных материалов. Однако существуют типы полиацеталя, которые еще больше усовершенствовали этот показатель. Это эластомеры. То есть пластики, которые напоминают резину. Твердость и прочность у них небольшая, однако, отличная эластичность, деформируемость. Такие листы прекрасно поглощают удары, могут выступать более практичной альтернативой резиновым техпластинам.
Технические характеристики полиацеталя
Рассмотрим, какими особенностями отличается полиацеталь. Полимерный материал:
- Достаточно твердый и прочный для того, чтобы испытывать регулярные статические и динамические ударные нагрузки. Именно по этой причине из полиацеталя создают разные подшипники качения и другие элементы подвижных конструкций.
- Не деформируется при постоянных нагрузках и повышенных температурах. Этот показатель называется низкой ползучестью. Полиацеталь практически не меняет форму под воздействием тепла и нагрузок. Не деформируется. А если было произведено механическое сжатие, то после снятия усилия полимер возвращает свою форму.
- Износостойкий. В том числе он сохраняет свои характеристики при постоянном контакте с водой и ультрафиолетом. Поэтому срок его службы не меняется в зависимости от того, в каких условиях будут применять полимер.
- Имеет антифрикционные свойства. Иными словами, у полиацеталя низкий коэффициент трения. Это отличное свойство для полимера, из которого изготавливают пары скольжения, в том числе подшипники и втулки. Даже без постоянной смазки такие элементы сохраняют отличное скольжение, не перегреваются и не портятся от трения.
- Химически нейтральный. Полиацеталь можно использовать в пищевой, химической, фармацевтической промышленности, медицине, сельском хозяйстве. Пластик полностью безопасен для здоровья человека и окружающей среды. Его производство, эксплуатация и переработка максимально экологичны.
- Имеет стабильные размеры. Это позволяет изготавливать из материала ПОМ элементы конструкции с очень высокой точностью – в доли миллиметра. При эксплуатации размеры останутся прежними.
- Эластичный, упругий. Материал «пружинит» – он возвращает форму после механической деформации. Это важное качество для деталей, испытывающих регулярные ударные нагрузки. Упругость полиацеталя сохраняет целостность более жестких материалов, которые вступают в контакт с пластиком.
- Подходит для использования в широком температурном диапазоне, в том числе при резком изменении градусов. Подходящая для полиацеталя среда – от -60 до +135 градусов. Этот показатель зависит от конкретного вида полиацеталя.
- Устойчивый к органике, некоторым кислотам и щелочам. Это расширяет сферу использования полимера. А также повышает износостойкость и долговечность материала, даже при контакте с достаточно агрессивными средами.
- Легко обрабатывается. ПОМ можно резать разными материалами, сваривать ультразвукам, маркировать лазером, красить, шлифовать и так далее. Он легко поддается разным видам обработки, в том числе ручным инструментом.
Также к преимуществам полимера можно отнести доступную стоимость, широкий ассортимент готовых изделий и заготовок, а также малый вес. Но если мы говорим о достоинствах, то необходимо упомянуть и о недостатках. А это восприимчивость к сильным кислотам и радиации.
Подводя итоги, хочется сказать пару слов о сфере применения полиацеталя. Его используют практически повсеместно, во всех отраслях. Однако шире всего материал представлен в разных деталях механизмов. Поэтому основные сферы использования полиацеталя – это машиностроение, станкостроение, автомобилестроение.