POM-Kunststoffe | Materialeigenschaften für die Teileprototypenfertigung

Polyoxymethylen (POM) ist ein hochleistungsfähiger technischer Thermoplast mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften und Dimensionsstabilität. Dieser Artikel beschreibt die wichtigsten Eigenschaften von POM, darunter seine mechanischen Eigenschaften, sein thermisches und elektrisches Verhalten sowie seine Anwendungsgebiete.

Was ist POM-Kunststoff?

Polyoxymethylen (POM), auch bekannt als Acetal, ist ein kristalliner thermoplastischer Kunststoff. Es handelt sich um ein hochdichtes, hochkristallines, lineares Polymer mit hervorragenden Leistungseigenschaften. Nach Nylon etablierte es sich als Premium-Kunststoff und belegt den dritten Platz unter den fünf wichtigsten technischen Kunststoffen. Basierend auf der chemischen Struktur seiner Molekülkette wird POM hauptsächlich in Homopolymer-POM (z. B. Delrin) und Copolymer-POM (z. B. Celcon) unterteilt.

Was unterscheidet diese beiden Varianten? Delrin ist eine regelmäßige, kristalline Molekülstruktur, die aus einem einzigen Monomer polymerisiert wird. Celcon hingegen ist eine amorphe Struktur, die durch die Copolymerisation zweier verschiedener Monomere entsteht.

Eigenschaften von POM

Ein wesentlicher Vorteil von POM ist sein hoher Elastizitätsmodul, seine hohe Steifigkeit und Härte, seine ausgezeichnete Dauerfestigkeit sowie seine gute Schlagfestigkeit und Kriechbeständigkeit.

Zugfestigkeit und Steifigkeit

Unter allen Kunststoffen weist POM spezifische Festigkeits- und Steifigkeitswerte auf, die denen von Metallen relativ nahekommen. Es kann in vielen Anwendungen Werkstoffe wie Stahl, Zink, Aluminium, Kupfer und Gusseisen ersetzen. Mit steigender Temperatur nehmen Zugfestigkeit und Steifigkeit von POM ab.

Schlagfestigkeit

POM weist eine gute Zähigkeit auf, und seine Schlagzähigkeit wird nur minimal von der Temperatur beeinflusst. Das Vorhandensein einer Kerbe verringert die Schlagzähigkeit jedoch deutlich. Polycarbonate (PC) und ABS weisen eine wesentlich höhere Schlagfestigkeit auf als POM, POM zeigt jedoch nach wiederholter Ermüdungsschlagbelastung eine höhere Schlagfestigkeit als PC und ABS.

Ermüdungsbeständigkeit

Kristalline Kunststoffe weisen typischerweise eine höhere Dauerfestigkeit auf als amorphe Kunststoffe. POM mit einem Kristallinitätsgrad von über 70 % zeigt eine ausgezeichnete Dauerfestigkeit. Es besitzt die höchste Dauerfestigkeit aller thermoplastischen technischen Kunststoffe.

Kriechwiderstand

Aufgrund seiner guten Elastizität ist POMs Kriechfestigkeit mit anderen technischen Kunststoffen wie Nylon vergleichbar. Bei 23 °C und einer Belastung von 21 MPa beträgt der Kriechwert nach 3000 Stunden lediglich 2.3 %. Darüber hinaus ändert sich der Kriechwert mit der Temperatur relativ wenig, sodass die gute Kriechfestigkeit auch bei erhöhten Temperaturen erhalten bleibt.

Reibungs- und Verschleißfestigkeit

POM weist einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten und minimalen Verschleiß auf, während sein Grenzdruckgeschwindigkeitswert recht hoch ist. Dadurch eignet es sich für Bauteile, die dauerhafter Gleitreibung ausgesetzt sind. Darüber hinaus besitzt POM eine ähnliche Oberflächenhärte wie … Aluminiumlegierungen, bietet einen gewissen Grad an Selbstschmierung bei dynamischen Reibungsanwendungen und erzeugt nur sehr geringe Geräusche, was hervorragende tribologische Eigenschaften beweist.

Thermische Eigenschaften

POM besitzt eine hohe Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT). Homopolymeres POM weist im Allgemeinen eine höhere HDT als Copolymer-POM auf, besitzt jedoch eine geringere thermische Stabilität. Die übliche Einsatztemperatur für POM liegt bei etwa 100 °C.

Elektrische Eigenschaften

POM besitzt gute elektrische Isolationseigenschaften und ist weitgehend unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit. Über einen Frequenzbereich von 10² ~ 10⁷ Bei Frequenzen von Hz und einem Temperaturbereich von 20–100 °C bleibt die Dielektrizitätskonstante von POM stabil bei 3.1–3.9. Die Wasseraufnahme beeinflusst die Dielektrizitätskonstante nur minimal. Die Dicke eines POM-Produkts wirkt sich jedoch auf seine Durchschlagsfestigkeit aus; dünnere Teile weisen eine höhere Durchschlagsfestigkeit auf.

Chemische Resistenz

POM-Harz bietet eine hohe Beständigkeit gegenüber Ölen und organischen Lösungsmitteln (wie Kohlenwasserstoffen, Alkoholen, Ketonen, Estern und Benzolen). Selbst nach längerem Eintauchen (über ein halbes Jahr) bei höheren Temperaturen behält es eine hohe mechanische Festigkeit bei, wobei die Massenänderungsrate im Allgemeinen unter 5 % liegt.

POM-Harz weist eine gute Beständigkeit gegenüber verdünnten Säuren auf, neigt jedoch bei Einwirkung starker Säuren, insbesondere Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure, schwefliger Säure und salpetriger Säure, zu Spannungsrissen.

Wetterbeständigkeit

Die Witterungsbeständigkeit von POM-Harz ist nicht optimal. Für Außenanwendungen sollten UV-Absorber oder Antioxidantien beigemischt werden, um die Haltbarkeit zu verbessern.

Prozesse für die POM-Bearbeitung

POM-Harz lässt sich mit gängigen thermoplastischen Verfahren wie Spritzgießen, Extrusion, Blasformen und Formpressen formen und verarbeiten. Spritzgießen ist das gebräuchlichste Verfahren. Extrusionsformen dienen vorwiegend der Herstellung von Platten und Stäben, die anschließend zu Endprodukten weiterverarbeitet werden können. Blasformen ergänzt das Spritzgießen bei der Fertigung von Hohlkörpern.

Spritzguss

Ausrüstung: Verwenden Sie eine einköpfige, volllaufende, abrupt verdichtende Schnecke mit Standardschneckenspitze. Das L/D-Verhältnis sollte etwa 18, das Verdichtungsverhältnis 2–3 und die Dosierstreckenlänge 4–5D betragen. Die Schneckendrehzahl liegt typischerweise bei 50–60 U/min, der Gegendruck wird auf etwa 0.6 MPa geregelt. Die Düse sollte eine Durchgangsdüse mit umgekehrtem Konus sein und mit einem Heizband ausgestattet sein, dessen Temperatur über einen Spannungsregler gesteuert wird. Die Düsenbohrung muss ausreichend groß sein.

Schimmel: Das Anguss-System besteht aus Angusskanal, Verteilerkanälen und Anschnitten. Der Angusskanal sollte kurz und dick sein, mit einem Durchmesser, der etwa 1 mm größer als der Düsendurchmesser ist, und einer Verjüngung von 3°–5°. Trapezförmige Verteilerkanäle werden häufig verwendet. Ihre Standardabmessungen sind so gewählt, dass die obere Breite dem Dreifachen der unteren Breite und die Tiefe dem Doppelten der unteren Breite entspricht. Die Abmessungen der Anschnitte (z. B. die Dicke) müssen anhand der Produktdicke und weiterer Faktoren bestimmt werden. Es stehen verschiedene Anschnitttypen zur Verfügung, und die optimale Option sollte entsprechend der Produktkonstruktion ausgewählt werden.

Formprozess: Normalerweise ist keine Vortrocknung des Materials erforderlich. Eine Vortrocknung ist jedoch notwendig, wenn die Materialgranulate durch Wassereintauchen gekühlt wurden oder wenn Präzisionsteile geformt werden. Die Zylindertemperatur muss präzise gesteuert werden; zu hohe Temperaturen können zu Verfärbungen und Zersetzung des Materials führen, während zu niedrige Temperaturen eine unzureichende Plastifizierung zur Folge haben.

Extrusion

Verwenden Sie eine Dosierschraube mit gleicher Steigung und konstantem Durchmesser mit einem L/D-Verhältnis von 20–24. Der Dosierabschnitt sollte etwa 1/4 der Gesamtschraubenlänge betragen, und das Kompressionsverhältnis sollte 3–4 betragen.

Die Schneckenstruktur variiert je nach Materialviskosität: Tiefkanalschnecken für hohe, Flachkanalschnecken für mittlere Viskosität. Eine Vortrocknung ist erforderlich, wenn die Feuchtigkeitsaufnahme des Materials 0.25 % übersteigt. Teile des Extruders, die mit dem Material in Berührung kommen, dürfen kein Kupfer oder Legierungen enthalten, die die thermische Zersetzung begünstigen. Spezifische Prozessparameter wie das Längen-Durchmesser-Verhältnis (L/D-Verhältnis), das Kompressionsverhältnis und die Düsentemperatur variieren je nach Produkt (z. B. Rohre, Bleche, Kabelummantelungen).

Blasformen

Es wird eine Standard-Blasformmaschine verwendet, die präzise und genaue Steuerungseinrichtungen erfordert. Das Schnecken-L/D-Verhältnis liegt zwischen 16 und 20, das Einspritzverhältnis zwischen 2.0 und 3.5. Das Formmaterial wird produktspezifisch ausgewählt. Die Formtemperatur beträgt üblicherweise 93 °C bis 127 °C, der Blasluftdruck 0.35 bis 1.20 MPa. Unterschiedliche Blasformprodukte (z. B. Fässer, Reisetaschen, Sprühgeräte) erfordern jeweils spezifische Prozessbedingungen, wie z. B. L/D-Verhältnis, Kompressionsverhältnis, Zylindertemperatur und Schneckendrehzahl.

CNC Dienstleister

Bei der CNC-Bearbeitung von POM sind spritzgegossene Rohlinge mit einem Toleranzmaß von 3-5 mm ideal für komplexe Teile, während einfache Formen aus Stäben mit hoher Dichte (1.41-1.43 g/cm³) unter Verwendung von Wasserkühlung mit Vorrichtungen aus Aluminiumlegierung und Weichbackenschraubstöcken (Spannkraft 5-10 kN) oder Vakuumsaugung (≥ 0.1 MPa für dünne Teile) geschnitten werden können, um Verformungen und Spannungen zu minimieren.

Bei Getzshape bieten wir hochpräzise CNC-Bearbeitung Wir verwenden technische Kunststoffe und garantieren höchste Qualität und Präzision. Unsere POM-Werkstoffe (Polyoxymethylen) sind in Schwarz und Weiß erhältlich und eignen sich für vielfältige Anwendungen. Sofern keine spezifischen Toleranzen vorgegeben sind, halten wir uns an die Norm ISO 2768-c, um gleichbleibende und zuverlässige Ergebnisse zu gewährleisten.

Sekundärverarbeitung

Die Bearbeitungseigenschaften von POM ähneln denen von Messing; es ist steif und erzeugt wenig Wärme. Es kann durch Drehen, Sägen, Fräsen, Bohren, Stanzen und Gewindeschneiden bearbeitet werden.

Anwendungen von POM

POM wird hauptsächlich als Ersatz für Nichteisenmetalle (wie Kupfer, Aluminium und Zink) zur Herstellung verschiedener mechanischer Bauteile verwendet und findet breite Anwendung in der Automobil-, Maschinenbau-, Elektronik-, Elektro-, Bau- und Sanitärtechnik.

Automobilindustrie

POM wird in der Automobilindustrie aufgrund seiner Fähigkeit, den Fahrzeuggewichtsabbau zu erleichtern, den Kraftstoffverbrauch zu senken und verschiedene Metalle zu ersetzen, weit verbreitet eingesetzt. Dadurch wird der Energieverbrauch bei der Formgebung und Verarbeitung reduziert. Beispielsweise führt die Verwendung von POM für Tür- und Fenstergriffe anstelle der ursprünglich verchromten Metall- oder Edelstahlteile zu einer Kostenersparnis von 23 % und reduziert die Verarbeitungsschritte von 13 auf 5. Im Vergleich zu anderen technischen Kunststoffen weist POM eine hervorragende Beständigkeit gegenüber einer Reihe von in Automobilen verwendeten Chemikalien auf. Copolymer-POM ist diesbezüglich besonders überlegen. Aufgrund der extremen Stabilität von Copolymer-POM gegenüber Kühlmitteln werden beispielsweise die meisten Kühlerkomponenten aus diesem Material gefertigt.

POM wird in der Automobilindustrie hauptsächlich in folgenden drei Bereichen eingesetzt:

1. Kraftstoffversorgungssystem des Motors: Wird zur Herstellung von Kühlerablassventilen, Kühlerdeckeln, Kühlmittel-Ausgleichsbehältern, Wasserpumpenlaufrädern, Wasserventilgehäusen, Tankdeckeln, Tankeinfüllstutzen, Kraftstoffpumpen, Vergasergehäusen, verschiedenen Auslasssteuerventilen, Gaspedalen und anderen Teilen verwendet.
2. Elektrische Ausrüstungssysteme: Werden zur Herstellung von Heizlüftern, Luftkompressorventilen, Lichtschaltern, Heizungsreglern, Kombinationsschaltern, Scheibenwischermotorzahnrädern und Lagerstützen sowie Waschpumpen verwendet.
3. Karosseriesystem: Wird zur Herstellung von Sonnenblendenhalterungen, Blattfederbuchsen, Tachometergehäusen, Antennengehäusen, Innenspiegelhalterungen, Türschlosskomponenten, Fensterhebergriffen, Fensterglasrahmen und Führungsrollen, Achsschenkellagern, Bremsenteilen, Lenkradkomponenten und Fachscharnieren verwendet.

Maschinen

POM wird häufig zur Herstellung verschiedener Zahnräder, Lager, Federn, Nocken, Schrauben, Muttern sowie von Strukturbauteilen für mechanische Anlagen wie Pumpengehäuse und Laufräder verwendet. POM-Zahnräder, Zahnkupplungen und Lager werden üblicherweise als universelle Kraftübertragungsbauteile eingesetzt.

Elektronik

POM zeichnet sich durch einen niedrigen Verlustfaktor, hohe Durchschlagsfestigkeit und Isolationswiderstand sowie ausgezeichnete Lichtbogenbeständigkeit aus, was zu seiner weitverbreiteten Anwendung in der Elektronik, bei Elektrogeräten und Büromaschinen führt. POM wird zur Herstellung von Komponenten für Telefone, Tonbandgeräte, Videorecorder, Fernseher, Computer, Faxgeräte, Drucker, CD- und VCD-Player usw. verwendet, beispielsweise für Wählscheiben und Tasten, Fernsehrelais und Spulenkörper, Computersteuerungskomponenten, Timerbauteile, Kassettenhalter für Tonbandgeräte, Mikroschalter-Nocken und Rücklaufschieber, CD-Wechsler-Schalter und CD-Fächer, Druckergehäuse und Lautsprechergitter. Darüber hinaus wird POM zur Herstellung von Komponenten für verschiedene Elektrowerkzeuge eingesetzt, wie z. B. Gehäuse für elektrische Schraubenschlüssel, elektrische Schafschermaschinen, Kohlebohrer und Schaltergriffe.

Bau und Sanitär

Im Bau- und Sanitärbereich wird POM zur Herstellung von Fensterrahmen, Waschbecken, Wassertanks, Tür- und Fensterrollen, kleinen Möbelrollen, Gaszählerteilen und -abdeckungen, Komponenten für Badezimmer-Warmwasserbereiter, Wasserzählergehäusen, Wasserrohrverbindungen und Armaturen verwendet. Armaturen aus POM kosten 30 % weniger als herkömmliche Metallarmaturen und sind bis zu 2 × 10⁶ m/s belastbar.⁶ Öffnungs- und Schließzyklen unter einem Druck von 0.5–0.6 MPa entsprechen einer Nutzungsdauer von über 40 Jahren. Das Material zeichnet sich zudem durch Eigenschaften wie Beständigkeit gegen Wasserkorrosion, Ablagerungen und Selbstschmierung aus. Hydranten und Schlauchkupplungen aus POM halten Berstdrücken bis zu 5 MPa stand.