Die Hauptkette von POM besteht aus (—CH₂-O—)-Einheiten. Aufgrund der Unterschiede in der Terminalgruppenstruktur wird es hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt:
1. Homopolymer von Formaldehyd (POM-H): Wird durch direkte Polymerisation von Formaldehyd hergestellt und weist eine hohe Kristallinität, Härte, Festigkeit und kurzfristige Hitzebeständigkeit auf.
2. Copolymerisierter Formaldehyd (POM-C): Während des Formaldehyd-Polymerisationsprozesses wird eine kleine Menge Copolymer-Monomere (z. B. Ethylenoxid) eingeführt, wodurch die regulären Molekülketten zerstört werden. Während dadurch die mechanischen Eigenschaften und die Härte leicht reduziert werden, werden die thermische Stabilität, die chemische Stabilität (insbesondere die Alkalibeständigkeit) und das Verarbeitungsfenster deutlich verbessert. Copolymerisierter Formaldehyd ist derzeit das Hauptprodukt auf dem Markt.
1. Hohe Steifigkeit, Härte und Festigkeit: Die mechanischen Eigenschaften von POM ähneln am ehesten denen von Metallen und zeichnen sich durch hohe Zugfestigkeit, Biegefestigkeit und Oberflächenhärte aus, die über einen weiten Temperaturbereich erhalten bleiben.
2. Hervorragende Verschleißfestigkeit und niedriger Reibungskoeffizient: POM verfügt über natürliche selbstschmierende Eigenschaften mit sehr niedrigen dynamischen und statischen Reibungskoeffizienten. Es weist außerdem eine außergewöhnliche Verschleißfestigkeit auf, die die der meisten technischen Kunststoffe übertrifft und mit der von Nylon mithalten kann.
3. Außergewöhnliche Ermüdungsbeständigkeit und Dimensionsstabilität: POM weist eine extrem hohe Ermüdungsfestigkeit unter zyklischer Belastung auf und zählt zu den besten aller thermoplastischen Materialien. Darüber hinaus ist die Wasserabsorptionsrate äußerst gering, was zu einer hervorragenden Dimensionsstabilität führt, die nicht so leicht durch Änderungen der Umgebungsfeuchtigkeit beeinträchtigt wird.
4. Chemische Beständigkeitsanalyse: POM verfügt über eine gute chemische Beständigkeit, sein Toleranzbereich ist jedoch deutlich selektiv, wie im nächsten Abschnitt ausführlich erläutert wird.
4.3. Eingehende Untersuchung der chemischen Beständigkeit von POM
Die chemische Beständigkeit ist eine der wichtigsten Eigenschaften von POM, es ist jedoch von entscheidender Bedeutung, seine Stärken und Schwächen genau zu kennen. Relevante Tests folgen in der Regel internationalen Standards wie ASTM D543, mit dem die Beständigkeit eines Kunststoffs gegenüber chemischen Stoffen systematisch bewertet wird.
4.3.1. Beständigkeit gegen verschiedene Chemikalien
POM weist eine hervorragende Stabilität gegenüber einer Vielzahl organischer Chemikalien auf. Es weist eine gute Beständigkeit gegenüber den meisten Lösungsmitteln, Ölen, Fetten, Alkoholen, Kohlenwasserstoffen, Ketonen und Estern auf. Dies macht es zu einem idealen Material für die Herstellung von Kraftstoffsystemkomponenten, Lösungsmittelpumpen und Ventilen für Kraftfahrzeuge.
4.3.2. Schwächen: Empfindlichkeit gegenüber starken Säuren und starken Basen
Die primäre chemische Schwäche von POM liegt in seiner mangelnden Beständigkeit gegenüber starken Säuren und starken Basen. Starke Säuren (wie Schwefelsäure und Salpetersäure) und starke Oxidationsmittel führen zu einem schnellen Abbau. In alkalischen Umgebungen weisen Homopolymer-POM und Copolymer-POM erhebliche Unterschiede auf.
4.3.3. Unterschiede in der chemischen Beständigkeit zwischen Homopolymeren und Copolymeren
Die Molekülkettenendgruppen von Homopolymer-POM (POM-H) sind Halbacetalstrukturen, die in alkalischen oder heißen Wasserumgebungen zum Abbau durch „Kettenspaltung“ neigen, was zu einer schlechten Beständigkeit gegenüber alkalischen Medien führt. Im Gegensatz dazu verhindert copolymerisiertes Polyoxymethylen (POM-C) aufgrund der Einführung stabiler CC-Bindungen in seine Molekülketten wirksam den Abbau durch Kettenreaktion; Daher ist seine Stabilität in heißem Wasser und alkalischen Umgebungen der von homopolymerisiertem Polyoxymethylen weit überlegen. Dieser Unterschied ist ein wichtiger Faktor, der bei der Auswahl einer POM-Sorte berücksichtigt werden muss.
4.4. Hauptanwendungsgebiete
1.Präzisionsgetriebekomponenten: verschiedene hochpräzise Zahnräder, Nocken, Lager, Rollen, Riegel und Befestigungselemente.
2. Automobilindustrie: Kraftstoffpumpenbaugruppen, Fensterheberkomponenten, Sicherheitsgurtschlösser, Türgriffsysteme.
3. Unterhaltungselektronik und Haushaltsgeräte: Interne Antriebskomponenten für Drucker und Kopierer, Wasserhahnventile, Duschköpfe, Spielzeugteile.
4. Industrie und Rohrleitungen: Ventile, Pumpenlaufräder, Rohrverbindungsstücke, Förderkettenplatten.
4.5. Anwendungen von POM in der additiven Fertigung (3D-Druck)
Die Anwendung von POM auf die gängige FDM-3D-Drucktechnologie war lange Zeit eine große Herausforderung, doch in den letzten Jahren wurden Durchbrüche erzielt.
4.5.1. Technische Herausforderungen beim 3D-Druck von POM
Der 3D-Druck von POM ist vor allem aufgrund seiner Materialeigenschaften äußerst schwierig:
1.Hohe Kristallinität und starke Schrumpfung: POM erfährt beim Abkühlen aus dem geschmolzenen Zustand eine erhebliche Volumenschrumpfung, was zu erheblichen inneren Spannungen im gedruckten Teil führt und es sehr anfällig für starke Verformung und Delaminierung macht.
2.Schlechte Zwischenschichthaftung: POM hat eine niedrige Oberflächenenergie und ist nicht klebend, was das Verschmelzen der Schichten während des Druckens sehr erschwert, was zu einer extrem geringen Z-Achsenfestigkeit führt.
3. Emission von Formaldehydgas: Bei den Verarbeitungstemperaturen kann sich POM leicht zersetzen und reizendes Formaldehydgas freisetzen, das eine hervorragende Belüftung der Betriebsumgebung erfordert.
4.5.2. Empfohlene Verarbeitungsparameter
Um die oben genannten Herausforderungen zu meistern, erfordert das Drucken mit POM eine spezielle Ausrüstung und eine präzise Parametersteuerung:
1. Extrusionstemperatur (Düsentemperatur): Der empfohlene Düsentemperaturbereich ist relativ breit und liegt im Allgemeinen zwischen 200 und 240 °C. Eine genaue Kontrolle ist unerlässlich, um starke Zersetzung durch zu hohe Temperaturen oder unzureichenden Durchfluss durch zu niedrige Temperaturen zu vermeiden. Bei bestimmten Sorten kann der Temperaturbereich zwischen 175 °C und 230 °C liegen.
2.Heizbetttemperatur: Es ist ein beheiztes Bett erforderlich und die Temperatur muss ausreichend hoch sein, typischerweise zwischen 80 und 120 °C empfohlen. Dies ist entscheidend für die Unterdrückung von Verformungen und die Verbesserung der Haftung der ersten Schicht.
3. Druckgeschwindigkeit: Es wird eine langsamere Druckgeschwindigkeit empfohlen, typischerweise zwischen 30 und 60 mm/s, um eine ausreichende Erwärmung und Verschmelzung zwischen den Schichten sicherzustellen.
4. Schichthöhe: Eine typische Schichthöhe liegt zwischen 0,15 und 0,3 mm.
5.Umweltkontrolle: Es wird dringend empfohlen, eine vollständig geschlossene, aktiv beheizte Druckerkammer zu verwenden, um eine gleichmäßige thermische Umgebung zu schaffen, thermische Gradienten zu reduzieren und dadurch Verformungen und Risse zu minimieren.
4.5.3. Vergleichende Analyse der Leistung im Vergleich zum Spritzgießen
Derzeit können erfolgreich gedruckte POM-Teile die dem POM-Material innewohnende geringe Reibung und Verschleißfestigkeit aufweisen, wodurch sie für funktionale Prototypen und kundenspezifische Gleitkomponenten geeignet sind. Aufgrund der inhärenten Schwäche der Zwischenschichtbindung können 3D-gedruckte POM-Teile jedoch immer noch nicht die allgemeinen mechanischen Eigenschaften – insbesondere Zugfestigkeit und Schlagzähigkeit – von dichten Spritzgussteilen erreichen. Obwohl die Suchergebnisse keine direkten Vergleichsdaten zu den mechanischen Eigenschaften liefern, kann auf der Grundlage allgemeiner Prinzipien des Polymer-3D-Drucks gefolgert werden, dass wahrscheinlich erhebliche Anisotropie und Leistungseinbußen vorliegen.
