توضیحات
معرفی پلی استال
پلی استال (POM) یا پلی اکسی متیلن (Polyoxymethylene)، که در ایران با نام هوستافرم نیز شناخته می‌شود، یک ترموپلاستیک مهندسی نیمه کریستالی برپایه فرمالدئید است. این ماده شامل گروه عاملی کربن است که به گروه‌های OR متصل شده است و ساده‌ترین نوع از خانواده پلی اترهای آلیفاتیک می‌باشد. نام‌های شناخته شده دیگر این ماده پلی متیلن گلیکول و پلی فرمالدئید است.
پلی‌استال به دلیل مقاومت خمشی و کششی، سختی و خزش کم در شرایط تنش معروف است. همچنین، POM دارای ضریب اصطکاک کم، مقاومت شیمیایی عالی و مقاومت خستگی برجسته است، اما پایداری گرمایی و مقاومت در برابر شعله کافی ندارد. از این پلاستیک مهندسی معمولا برای قطعاتی استفاده می‌شود که باید دارای استحکام بالایی باشند، اصطکاک سطح کمی داشته و از ثبات ابعادی خوبی برخوردار باشند. این ماده دارای قابلیت بازیافت است.
POM با تغییرات فرمولاسیون، کمی متفاوت با نام‌های تجاری مختلف فروخته می‌شود. هر نام تجاری پلاستیک پلی‌استال نیز معمولا در طیف وسیعی از دستور العمل‌ها ساخته می‌شود که برای بهبود خواص معینی تنظیم می‌شوند. POM به دلیل ترکیب کریستالی بالا به طور ذاتی سفید مات است، اما می‌تواند در رنگه‌ای مختلفی تولید شود.
هموپلیمرهای استال از فرمالدئید تولید می‌شود که توسط کاتالیز آنیونی در یک محیط واکنش مایع آلی پلیمریزاسیون می‌شود. پلیمر حاصل با واکنش به انیدرید استیک تثبیت می‌شود. در حالی که کوپلیمر پلی استال نیاز به تبدیل فرمالدئید به تری اکسان با استفاده از کاتالیزور اسیدی و پلیمریزاسیون کاتیونی دارد. این واکنش با تصفیه تری اکسان به وسیله تقطیر یا استخراج برای از بین بردن آب و سایر ناخالصی‌های فعال حاوی هیدروژن دنبال می‌شود.
روش‌های ساخت هموپلیمرهای POM و همچنین کوپلیمرهای POM توسط شرکت‌های مختلفی انجام می‌شود. معروف‌ترین برندهایی که در این زمینه فعالیت می‌کنند، Asahi Kasei Plastics، Celanese، Polyplastics و BASF هستند.
گریدهایی از این محصول وجود دارد که به صورت آلیاژ با لاستیک برای افزایش چقرمگی پلی استال‌ها، ایجاد شده است. همچنین این محصولات به صورت تقویت شده با الیاف مختلف نیز موجود است. مقاومت در برابر خزش، استحکام، سفتی، سختی، ثبات بعدی، چقرمگی، مقاومت در برابر خستگی، حلال و مقاومت در برابر سوخت، مقاومت در برابر سایش و اصطکاک کم از جمله خواصی از این پلیمر است که در بین خریداران پلی استال مورد نیاز و محبوب است.
ویژگی‌های پلی استال
این پلاستیک مهندسی جزو محصولات پر کاربرد پلاستیکی شرکت آریا توسعه ماندگار نوین است. این ماده دارای خواص الکتریکی و مکانیکی عالی است. اگر چه رزینهای استال از بسیاری جهات شبیه نایلون‌ها هستند، اما ممکن است از نظر استقامت در برابر خستگی، مقاومت در برابر خزش، سفتی و مقاومت در برابر آب برتر از آن‌ها در نظر گرفته شود. نایلون‌ها (به جز در شرایط خشک) از نظر چقرمگی ضربه و مقاومت در برابر سایش برتر هستند.
یکی دیگر از ویژگی‌های مهم در مهندسی، ویژگی مقاومت در برابر سایش است که ارزیابی آن بسیار دشوار است. نتایج به دست آمده از آزمایش‌های مختلف نشان می‌دهد که پلیمرهای استال نسبت به اکثر پلاستیک‌ها و آلومینیوم ریخته‌گری برتری دارند، اما نسبت به پلی آمید 66 پایین‌تر هستند.
خواص فیزیکی و مکانیکی هوستافرم fm090 تحت تاثیر رطوبت و عوامل محیطی افت نمی‌کند. همچنین در اثر کارکرد در دراز مدت نیز این خواص کاهش نمی‌یابد. POM دارای ثبات ابعادی و دی الکتریک بالایی است. در نتیجه هوستافرم‌ها نسبت به پلی آمیدها در بسیاری از موارد، انتخاب مناسب‌تری برای جایگزینی فلزات خواهد بود. بازدهی قطعات کشویی که در معرض اصطکاک بالایی هستند، قطعاتی که در تماس با رطوبت هستند و قطعاتی با طراحی دقیق، با این ماده فوق العاده خواهد بود. رزینهای پلی اکسی متیلن خواص متعادلی را از لحاظ عملکرد مکانیکی، فیزیکی و حرارتی از خود نشان می‌دهند.
رزینهای استال به هیدرولیز اسید و اکسیداسیون توسط عواملی مانند اسید معدنی و کلر حساس هستند. هموپلیمر POM مستعد حمله مواد قلیایی است و بیشتر در معرض تخریب در آب داغ است.
علاوه بر این، POM هنگام سوختن می‌تواند ویژگی‌های نامطلوبی داشته باشد. شعله به خودی خود خاموش نم‌شود، دود کمی نشان می‌دهد، و شعله آبی می‌تواند در نور محیط تقریباً نامرئی باشد. همچنین، در هنگام سوختن گاز فرمالدئید را آزاد می‌کند که بینی، گلو و بافت‌های چشم را تحریک می‌کند.
مولکول‌های پلیمری استال نسبت به پلی اتیلن دارای پیوند ستون فقرات کوتاه‌تری (-C-O-) هستند و نسبت به پلی اتیلن نزدیک‌تر به هم قرار می‌گیرند. بنابراین، پلیمر حاصل سختتر است و نقطه ذوب بالاتری دارد (175 درجه سانتیگراد برای هموپلیمر). موقعیت دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) موضوع بحث است، زیرا حداقل دو انتقال علاوه بر دمای ذوب قابل تشخیص است. دمای انتقال شیشه‌ای واقعی معمولاً با دمایی مرتبط است که در آن حرکت بخش‌هایی با حدود 150-50 اتم ستون فقرات در ناحیه آمورف نسبتاً آسان می‌شود. متأسفانه تعداد زیادی از این بخش‌ها در یک پلیمر بسیار کریستالی وجود ندارد و Tg فقط اثرات ثانویه دارد. این امکان وجود دارد که انتقالی در حدود 13- درجه سانتیگراد از نوع Tg واقعی باشد. انتقال دیگری در حدود 73 – درجه سانتیگراد برجسته‌تر است، اما به اعتقاد محققان به تحرک واحدهای بسیار کوچکتر از طریق اثر میل لنگ Schatzki مرتبط است.
در دمای اتاق، تنها یک کاهش کوچک در انرژی آزاد در تبدیل مونومر به پلیمر وجود دارد. در دماهای بالاتر، مقدار تغییر انرژی آزاد کاهش می‌یابد و در 127 درجه سانتیگراد، صفر می‌شود. بالاتر از این دما، ترمودینامیک نشان می‌دهد که وابسپارش انجام خواهد شد. بنابراین، تثبیت رزین پلی استال برای تشکیل پلیمری که به اندازه کافی برای پردازش در دمای بالا مورد نظر پایدار باشد، کاملاً حیاتی است.
پیوندهای ستون فقرات زنجیره‌ها، قطبی است، اما به طور کلی، ساختار خنثی است. بنابراین، خواص عایق الکتریکی رزینهای استال را می‌توان خوب توصیف کرد، اما به طور خاص برجسته نیست. مواد جایگزین در دسترس هستند که عایق‌های بهتری هستند و همچنین هزینه کمتری دارند. با این حال، کاربردهایی وجود دارد که علاوه بر ویژگی‌های عایق الکتریکی خوب، چقرمگی ضربه و سختی مورد نیاز است، و در این موارد رزینهای استال در نظر گرفته می‌شوند.
بدین علت، این پلیمر را به یک دی الکتریک فوق العاده تبدیل کرده است. داده‌های گزارش شده در مورد مقاومت، فقط مقادیر متوسط را نشان می‌دهد که احتمالاً به دلیل بخش‌های یونی، ناخالصی‌ها و مواد افزودنی است.
پلیمرهای تجاری به گونه‌ای ساخته می‌شوند که دارای گروه‌های انتهایی برای افزایش پایداری باشند. ادعا شده است که تفاوت در ماهیت این گروه‌های انتهایی دلیل اصلی مقاومت بالای آب گرم و قلیایی کوپلیمرها نسبت به هموپلیمرها است.
پلیمرهای استال بلورینگی بالایی از خود نشان می‌دهند. درصد بلورینگی به دمای سرد کردن ناگهانی (quench) بستگی دارد و از حدود 77 درصد زمانی که در دمای 0 درجه سانتیگراد quench شود، تا حدود 80 درصد در دمای 160 درجه سانتی گراد quench شده، متغیر است. بازپخت (Annealing) بلورینگی را افزایش می‌دهد، این در دمای 150 درجه سانتیگراد بیشتر مشخص می‌شود.
هر چه درصد بلورینگی بیشتر باشد، نقطه تسلیم و مدول کششی بالاتر است. همچنین نشان داده شده است که با افزایش دمای quench، اندازه اسفرولیت افزایش می‌یابد و این امر چقرمگی ضربه را تا حد زیادی کاهش می‌دهد.
مزایای پلی استال یا POM
- خواص مکانیکی عالی در محدوده دمایی ۱۴۰ درجه سانتیگراد تا ۴۰- درجه سانتیگراد
- استحکام کششی بالا، سفتی و چقرمگی (کوتاه مدت)
- تمایل کم به خزش (در مقایسه با نایلون) و خستگی دراز مدت
- درجه کریستالی بالا و پایداری ابعادی عالی
- مقاومت در برابر سایش عالی
- ضریب اصطکاک پایین
- مقاومت خوب در برابر حلال‌های آلی و مواد شیمیایی (به جز فنل‌ها) در دمای اتاق
- انتشار دود کم
- سطوح براق بالا
- جذب رطوبت کم
معایب هوستافرم
- مقاومت ضعیف در برابر اسیدهای قوی، بازها و عوامل اکسید کننده.
- به دلیل محتوای بالای اکسیژن بدون مواد بازدارنده شعله به راحتی می‌سوزد.
- پایداری حرارتی ضعیف بدون سیستم تثبیت کننده مناسب
- محدود بودن محدوده دمایی پردازش
- جمع شدگی قالب بالا
- مقاومت ضعیف در برابر اشعه ماوراء بنفش
- انرژی سطحی پایین است و عدم اتصال بدون عملیات سطح
کاربردهای پلی استال
- عایق‌ها
- بوبین‌ها
- کانکتورها
- قطعات وسایل الکترونیکی مانند تلویزیون، تلفن و …
- چرخ‌های چاپگر سه بعدی
- قلم انسولین
- دستگاه‌های استنشاقی با دوز اندازه‌گیری شده
- پمپ بنزین و محفظه‌های فیلتر
- قطعات فن خنک‌کننده
- درب‌های سوخت
- ستون فرمان – مجموعه تعویض دنده
- گیره‌های برف پاک کن شیشه جلو
- قطعات موجود در دستگاه‌های اسپرسو و قهوه‌ساز
- چرخ‌دنده‌های کوچک
- قاب‌های عینک
- یاتاقان‌های توپی
- اتصالات اسکی
- بست‌ها، دستگیره‌های چاقو و سیستم‌های قفل
- قطعات پلاستیکی خودرو مانند پدال‌ها، بالابرهای شیشه، قفل باز کن در خودرو و…
یکی از مهم‌‌ترین کاربردهای هوستافرم در قطعات پلاستیکی خودرو مانند پدال‌ها، بالابرهای شیشه، قفل باز کن در خودرو و… است. عمده خرید هوستافرم نیز در این زمینه است. صنعت الکترونیک نیز یکی دیگر از مصرف‌کنندگان عمده این ماده است. عمده کاربردهای این ماده در دکمه‌ها و اتصال دهنده‌های قطعات الکتریکی است.
تکنولوژی‌های فرآیندی پلی استال
روش‌های ساخت هموپلیمرهای پلی استال و همچنین کوپلیمرهای پلی استال توسط شرکت‌های مختلفی انجام می‌شود. معروف‌ترین برندهایی که در این زمینه فعالیت می‌کنند Asahi Kasei Plastics، Celanese، Polyplastics، BASF هستند. این محصولات به صورت تقویت شده با الیاف مختلف نیز موجود است. مقاومت در برابر خزش، استحکام، سفتی، سختی، ثبات بعدی، چقرمگی، مقاومت در برابر خستگی، حلال و مقاومت در برابر سوخت، مقاومت در برابر سایش و اصطکاک کم از جمله خواصی از این پلیمر است که در بین خریداران پلی‌استال مورد نیاز و محبوب است. رزین هوستافرم به صورت گرانول تهیه می‌شوند که با اعمال گرما و فشار به شکل دلخواه شکل‌دهی شوند. می‌توان با کلیه روش‌های مناسب برای پلاستیک‌های مهندسی از قبیل قالب‌گیری تزریقی، اکستروژن، قالب‌گیری بادی، شکل‌دهی چرخشی یا قالب‌گیری ضربه‌ای شکل داد. تزریق پلاستیک و اکستروژن رایج‌ترین روش برای شکل‌دهی POMهاست. قالب‌گیری چرخشی و قالب گیری دمشی نیز امکان‌پذیر است. POM معمولا به صورت طول‌های پیوسته مقطع گرد یا مستطیلی اکسترود می‌شود. این بخش‌ها را می‌توان به طول برش داد و به عنوان استوک میله یا ورق برای ماشین کاری مورد استفاده قرار داد. رزینهای POM باید در محدوده دمای 230-190 درجه سانتیگراد شکل‌دهی شوند و ممکن است نیاز به خشک شدن قبل از فرآیند داشته باشند.
اتصال POM معمولاً بسیار دشوار است، به طوری که کوپلیمر معمولاً نسبت به هموپلیمر به چسب‌های معمولی واکنش‌بدتری نشان می‌دهد. فرآیندهای ویژه‌ای برای بهبود پیوند ایجاد شده است. به طور معمول این فرآیندها شامل حکاکی (اچینگ) سطحی، اصلاح حرارتی، استفاده از یک سیستم پرایمر/ چسب مخصوص یا سایش مکانیکی است. فرآیندهای اچینگ معمولی شامل اسید کرومیک در دماهای بالا است. DuPont از یک فرآیند ثبت اختراع برای پردازش هموپلیمر استال به نام satinizing استفاده می‌کند که زبری سطحی را برای به هم پیوستگی میکرومکانیکی کافی ایجاد می‌کند. همچنین فرآیندهایی شامل پلاسمای اکسیژن و دشارژ کرونا نیز وجود دارد.
تست دیدگاه