Polyoxymethylen (POM), allgemein bekannt als „Acetal“ oder „Super Steel“, ist ein hochkristalliner technischer Kunststoff, der aufgrund seiner hervorragenden umfassenden mechanischen Eigenschaften als idealer Ersatz für Metall dient. Es kombiniert hohe Festigkeit, hohe Steifigkeit und ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit mit geringer Reibung, Verschleißfestigkeit und selbstschmierenden Eigenschaften und eignet sich daher hervorragend für die Herstellung von Präzisionsgetriebekomponenten wie Zahnrädern und Lagern.
Abhängig von ihrer Struktur wird POM hauptsächlich in Homopolymer-Polyoxymethylen (POM-H) eingeteilt, das hervorragende mechanische Eigenschaften bietet, und Copolymer-Polyoxymethylen (POM-C), das eine bessere thermische Stabilität und chemische Beständigkeit bietet. Allerdings sollten beide Typen in stark sauren oder stark alkalischen Umgebungen vermieden werden und reagieren empfindlich auf hohe Temperaturen während der Verarbeitung. Von Kraftstoffsystemen für Kraftfahrzeuge und Schaltern für elektronische Geräte bis hin zu Alltagsgegenständen wie Reißverschlüssen sowie Tür- und Fensterrollen wird POM häufig in Anwendungen eingesetzt, in denen „Kunststoff Stahl ersetzt“.
1. Chemische Struktur: Lineare Moleküle mit hoher Dichte
Die chemische Struktur von Polyoxymethylen (POM) ist die Grundlage aller seiner Eigenschaften.
Summenformel: Seine Grundeinheit ist (-CH₂O-)ₙ. Es ist ein lineares Polymer ohne Seitenketten, mit hoher Dichte und hoher Kristallinität. Da die Bindungslänge der CO-Bindung kürzer ist als die der CC-Bindung, sind die Molekülketten entlang der axialen Richtung extrem dicht gepackt.
Unterschied zwischen Homopolymer und Copolymer: Basierend auf der Molekülkettenstruktur wird POM hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt:
Homopolymer POM (POM-H): Aus reinem Formaldehyd (-CH₂O-) polymerisiert, sind die Molekülketten in einem regelmäßigen Muster angeordnet, was zu höchster Kristallinität (bis zu 75 %–85 %) und starken intermolekularen Kräften führt.
Copolymerisierter Formaldehyd (POM-C): Eine kleine Menge Copolymermonomere (wie -CH₂CH₂O-) wird in das Formaldehydrückgrat eingeführt. Dadurch wird die vollständige Regelmäßigkeit der Molekülketten gestört, was zu einer etwas geringeren Kristallinität (70–75 %), aber auch zu einer besseren Stabilität führt.
2. Physikalische Eigenschaften: Hervorragende Leistung aufgrund der Struktur
Diese hochdichte, hochkristalline lineare Struktur verleiht POM direkt eine Reihe herausragender physikalischer Eigenschaften.
① Grundlegende physikalische Eigenschaften:
Dichte: Die Dichte von POM liegt typischerweise zwischen 1,41 und 1,43 g/cm³. Aufgrund seiner höheren Kristallinität hat das Homopolymer eine etwas höhere Dichte (ca. 1,425 g/cm³) als das Copolymer (ca. 1,41 g/cm³).
Aussehen: Es handelt sich um ein hartes Material mit einer glatten, glänzenden Oberfläche, typischerweise von blassgelber oder weißer Farbe und in dünnwandigen Abschnitten durchscheinend.
② Thermische Eigenschaften:
Schmelzpunkt: Homopolymer POM hat einen höheren Schmelzpunkt, etwa 175–183 °C; Copolymer POM hat einen etwas niedrigeren Schmelzpunkt, der zwischen 160 und 175 °C liegt.
Langzeit-Betriebstemperatur: POM hat einen breiten Langzeit-Betriebstemperaturbereich, typischerweise zwischen -40 °C und 100 °C (oder 104 °C). Es hält kurzfristig höheren Temperaturen stand.
Thermische Stabilität: Dies ist ein Schlüsselmerkmal von POM. Es hat eine geringe thermische Stabilität und zersetzt sich sehr leicht. Wenn die Temperaturen 230 °C überschreiten oder das Material über einen längeren Zeitraum hohen Temperaturen ausgesetzt ist, zersetzt es sich und setzt reizendes Formaldehydgas frei. Relativ gesehen weist Copolymer-POM eine bessere thermische Stabilität und einen größeren Verarbeitungstemperaturbereich (ca. 50 °C) auf als Homopolymer-POM (ca. 10 °C).
③ Mechanische Eigenschaften:
Hohe Festigkeit und Steifigkeit: POM besitzt eine ähnliche Festigkeit und Steifigkeit wie Metalle, wobei die typische Zugfestigkeit 70 MPa erreicht. Seine spezifische Festigkeit und spezifische Steifigkeit kommen denen von Metallen sehr nahe.
Ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit: Die Ermüdungsbeständigkeit von POM ist unter den Thermoplasten außergewöhnlich und behält seine Leistung auch unter wiederholter zyklischer Belastung bei.
Hervorragende Verschleißfestigkeit und Selbstschmierung: Mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten (ca. 0,21) bietet POM im Vergleich zu vielen technischen Kunststoffen eine überlegene Verschleißfestigkeit und eignet sich daher ideal für die Herstellung von Zahnrädern und Lagern, die keine externe Schmierung erfordern.
Gute Kriechfestigkeit: Unter Dauerbelastung weist POM eine minimale Verformung und eine hervorragende Dimensionsstabilität auf.
④ Umwelt- und Haltbarkeitseigenschaften:
Dimensionsstabilität: POM hat eine extrem niedrige Feuchtigkeitsaufnahmerate (<0,3 %), wodurch auch in feuchten Umgebungen eine hervorragende Dimensionsstabilität erhalten bleibt – eine Eigenschaft, die der von Nylon (PA) weit überlegen ist. Es weist jedoch eine relativ hohe Formschrumpfungsrate auf, die typischerweise zwischen 1,2 % und 3,5 % liegt, was bei der Formkonstruktion sorgfältig berücksichtigt werden muss.
Chemische Beständigkeit: Es weist eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln, Ölen und Kraftstoffen auf. Seine größte Schwäche ist jedoch die mangelnde Beständigkeit gegenüber starken Säuren, starken Laugen und Oxidationsmitteln.
Witterungsbeständigkeit: Es neigt zur Alterung, wenn es längerer UV-Strahlung im Freien ausgesetzt wird, was zu einer Auskreidung der Oberfläche und einem Leistungsabfall führt.
II. Anwendungsgebiete von Polyoxymethylen (POM)
Dank seiner umfassenden Eigenschaften – einschließlich hoher mechanischer Festigkeit, hervorragender Verschleißfestigkeit und selbstschmierenden Eigenschaften – ist Polyoxymethylen (POM) zu einem der am häufigsten verwendeten technischen Kunststoffe geworden und hat in Bereichen wie Automobil, Elektronik und Elektrogeräte, Konsumgüter und Industriemaschinen erfolgreich Stahl durch Kunststoff ersetzt. Den Daten aus dem Jahr 2024 zufolge konzentrieren sich die nachgelagerten Anwendungen hauptsächlich auf Elektronik und Elektrogeräte (40,0 %), Konsumgüter (28,0 %) und die Automobilindustrie (23,8 %). Im Folgenden finden Sie konkrete Anwendungsbeispiele aus diesen Branchen:
| Anwendungen | Schlüsselanwendungen | Typische Anwendungsbeispiele |
| Automobilindustrie | Nutzung seiner Ermüdungsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Selbstschmiereigenschaften und Ölbeständigkeit zur Herstellung von Getriebekomponenten, Kraftstoffsystemteilen und Innenverkleidungskomponenten | Komponenten des Kraftstoffsystems (Tankdeckel, Kraftstoffleitungen), Fensterheber, Türverriegelungssysteme, Sicherheitsgurtschlösser, Zahnräder, Lager, Wasserpumpenlaufräder |
| Elektronik und Elektrogeräte | Nutzung seiner hohen Steifigkeit, elektrischen Isolierung und Dimensionsstabilität zur Herstellung präziser Strukturbauteile und Gehäuse für Elektrowerkzeuge | Präzisionssteckverbinder, Schalter, Knöpfe, Gehäuse für Elektrowerkzeuge, Innenzahnräder für Haushaltsgeräte, Faxgeräte, Druckerkomponenten |
| Industriemaschinen | Herstellung ölfrei geschmierter Getriebe- und rotierender Komponenten durch Nutzung des niedrigen Reibungskoeffizienten, der Verschleißfestigkeit und der hohen Festigkeit | Zahnräder, Lager, Nocken, Rollen, Ventile, Pumpengehäuse, Laufräder, Lager, Bolzen, Muttern |
| Konsumgüter | Herstellung verschiedener Gleitkomponenten und Hardware unter Nutzung der selbstschmierenden Eigenschaften, der Verschleißfestigkeit, des Glanzes und des attraktiven Aussehens | Reißverschlüsse, Tür- und Fensterrollen, Wasserhahnkartuschen, Wasserrohranschlüsse, Vorhangschienenschieber, Stiftfässer |
| Aufstrebende Felder | Wir nutzen seine umfassende Leistungsfähigkeit und Flexibilität bei der Anpassung, um den neuesten technologischen Anforderungen gerecht zu werden | Hochspannungskomponenten für Fahrzeuge mit neuer Energie, 5G-Kommunikationsanschlüsse, medizinische Geräte (Insulinstifte, chirurgische Instrumente), Komponenten für Lebensmittelverarbeitungsgeräte (POM in Lebensmittelqualität) |
Zusätzlich zu den oben genannten etablierten Anwendungen erweitert sich der Anwendungsbereich von POM mit dem technologischen Fortschritt immer weiter. Im Bereich der neuen Energiefahrzeuge wird es in Hochdruck-Kraftstoffsystemkomponenten und Ladepistolengehäusen verwendet; Im 5G-Kommunikationssektor ist modifiziertes POM mit niedriger Dielektrizitätskonstante und hoher Hitzebeständigkeit zu einem Schlüsselmaterial für Basisstationsanschlüsse geworden. und im medizinischen Bereich wird es dank seiner Biokompatibilität und Bearbeitbarkeit zunehmend in Präzisionsbauteilen wie orthopädischen Instrumenten und Insulinpens eingesetzt.
