Il POM (poliossimetilene) è un termoplastico tecnico ad alte prestazioni con eccezionali proprietà meccaniche e stabilità dimensionale. Questo articolo illustra le proprietà principali del POM, tra cui le sue proprietà meccaniche, le prestazioni termiche ed elettriche e le sue applicazioni.
Che cosa è la plastica POM?
Il poliossimetilene (POM), noto anche come acetale, è un polimero termoplastico cristallino. È un polimero lineare ad alta densità e altamente cristallino con eccellenti caratteristiche prestazionali complessive. È una resina di alta qualità, derivata dal nylon, che si colloca al terzo posto tra le cinque principali materie plastiche ingegneristiche. In base alla struttura chimica della sua catena molecolare, il POM è principalmente classificato in POM omopolimero (Delrin) e POM copolimero (Celcon).
Cosa distingue queste due varietà? Il Delrin è una struttura molecolare cristallina regolare polimerizzata a partire da un singolo monomero. Il Celcon è una struttura amorfa risultante dalla copolimerizzazione di due monomeri diversi.
Proprietà del POM
Un vantaggio significativo del POM è il suo elevato modulo elastico, l'elevata rigidità e durezza, l'eccellente resistenza alla fatica e la buona resistenza agli urti e allo scorrimento.
| Proprietà | Omopolimero (Delrin) | Copolimero (Celcon) |
| Peso specifico | 1.42 | 1.41 |
| Resistenza alla trazione, MPa | 68.9 | 60.6 |
| Allungamento,% | 40 | 60 |
| Modulo di elasticità a trazione, GPa | 3.10 | 2.83 |
| Resistenza alla flessione, MPa | 97.1 | 89.6 |
| Modulo di elasticità flessionale, GPa | 2.83 | 2.58 |
| Resistenza al taglio, MPa | 65 | 53 |
| Resistenza all'urto Izod intagliata, J/m | 76 | 65 |
| Durezza Rockwell (scala M) | 94 | 80 |
Resistenza alla trazione e rigidità
Tra tutte le materie plastiche, il POM presenta valori di resistenza e rigidità specifici relativamente vicini a quelli dei metalli. Può sostituire materiali come acciaio, zinco, alluminio, rame e ghisa in molte applicazioni. All'aumentare della temperatura, la resistenza alla trazione e la rigidità del POM diminuiscono.
Forza d'impatto
Il POM presenta una buona tenacità e la sua resistenza all'impatto è minimamente influenzata dalla temperatura. Tuttavia, la presenza di un intaglio riduce significativamente la resistenza all'impatto. policarbonato (PC) e ABS hanno una resistenza agli urti sostanzialmente più elevata rispetto al POM, il POM dimostra una resistenza agli urti più elevata rispetto al PC e all'ABS dopo ripetuti carichi di impatto a fatica.
Resistenza alla fatica
Le materie plastiche cristalline presentano in genere una maggiore resistenza alla fatica rispetto alle materie plastiche amorfe. Il POM, con una cristallinità superiore al 70%, dimostra un'eccellente resistenza alla fatica. Possiede la più elevata resistenza limite alla fatica tra tutte le materie plastiche termoplastiche per ingegneria.
Resistenza allo scorrimento
Grazie alla buona resilienza del POM, la sua resistenza al creep è paragonabile a quella di altri materiali plastici tecnici come il nylon. A 23 °C e con un carico di 21 MPa, il valore di creep è solo del 2.3% dopo 3000 ore. Inoltre, il suo valore di creep varia relativamente poco con la temperatura, consentendogli di mantenere una buona resistenza al creep anche a temperature elevate.
Resistenza all'attrito e all'usura
Il POM ha un coefficiente di attrito molto basso e un tasso di usura minimo, mentre il suo valore limite di pressione-velocità è piuttosto elevato. Questo lo rende adatto per componenti soggetti ad attrito radente a lungo termine. Inoltre, il POM ha una durezza superficiale simile a leghe di alluminio, fornisce un certo grado di autolubrificazione nelle applicazioni di attrito dinamico e genera pochissimo rumore, dimostrando eccellenti proprietà tribologiche.
Proprietà termali
Il POM ha un'elevata temperatura di deflessione termica (HDT). Il POM omopolimero ha generalmente una HDT più elevata del POM copolimero, ma ha una stabilità termica inferiore rispetto al copolimero. Generalmente, la temperatura di esercizio del POM è di circa 100 °C.
| Proprietà | Omopolimero (Delrin) | Copolimero (Celcon) |
| Temperatura di deflessione termica, 1.82 MPa | 124 | 110 |
| Punto di fusione, ° C | 175 | 165 |
| Temperatura di congelamento, °C | all'50 ottobre | / |
| Coefficiente di espansione lineare, -40~30 °C | 7.5 | 9.5 |
| Conduttività termica, W/(m · °C) | 1.47 | 1.47 |
Proprietà elettriche
Il POM ha buone proprietà di isolamento elettrico ed è in gran parte insensibile all'umidità. Su una gamma di frequenza di 102 ~ 107 Hz e un intervallo di temperatura compreso tra 20 e 100 °C, la costante dielettrica del POM rimane stabile a 3.1-3.9. La sua costante dielettrica è minimamente influenzata dall'assorbimento d'acqua. Lo spessore di un prodotto POM influisce sulla sua rigidità dielettrica: le parti più sottili presentano una maggiore rigidità dielettrica.
Resistenza chimica
La resina POM offre un'elevata resistenza agli oli e ai solventi organici (come idrocarburi, alcoli, chetoni, esteri e benzeni). Anche dopo un'immersione prolungata (oltre sei mesi) a temperature più elevate, mantiene un elevato grado di resistenza meccanica, con una variazione di massa generalmente inferiore al 5%.
La resina POM ha una buona resistenza agli acidi diluiti, ma è soggetta a cricche da stress se esposta ad acidi forti, in particolare acido solforico, cloridrico, nitrico, solforoso e nitroso.
Resistenza agli agenti atmosferici
La resistenza agli agenti atmosferici della resina POM non è ottimale. Per applicazioni esterne, è consigliabile incorporare assorbitori UV o antiossidanti per migliorarne la durata.
Processi per la lavorazione POM
La resina POM può essere modellata e lavorata utilizzando i metodi termoplastici standard, tra cui stampaggio a iniezione, estrusione, stampaggio a soffiaggio e stampaggio a compressione. Lo stampaggio a iniezione è la tecnica più comune. Lo stampaggio per estrusione viene utilizzato principalmente per produrre lastre e barre, che possono poi essere sottoposte a seconda lavorazione per ottenere i prodotti finali. Lo stampaggio a soffiaggio integra lo stampaggio a iniezione per la produzione di articoli cavi.
Stampaggio a iniezione
Attrezzatura: Utilizzare una vite a testa singola, a passo pieno e a compressione brusca con una punta standard. Il rapporto L/D dovrebbe essere di circa 18, il rapporto di compressione 2-3 e la lunghezza della sezione di dosaggio 4-5D. La velocità della vite è in genere di 50-60 giri/min e la contropressione è controllata a circa 0.6 MPa. L'ugello deve essere di tipo dritto con conicità inversa e deve essere dotato di una fascia riscaldante, con temperatura controllata da un trasformatore di regolazione della tensione. Il foro dell'ugello deve essere sufficientemente grande.
Muffa: Il sistema di iniezione è costituito da una materozza, canali di colata e iniettori. La materozza deve essere corta e spessa, con un diametro di circa 1 mm maggiore dell'ugello e una conicità di 3°-5°. Spesso vengono utilizzati canali trapezoidali, con una dimensione standard in cui la larghezza superiore è tre volte quella inferiore e la profondità è due volte quella inferiore. Le dimensioni dell'iniettore (ad esempio, lo spessore) devono essere determinate in base allo spessore del prodotto e ad altri fattori; sono disponibili vari tipi di iniettore e l'opzione migliore deve essere scelta in base al design del prodotto.
Processo di stampaggio: In genere, il materiale non richiede pre-essiccazione. Tuttavia, la pre-essiccazione è necessaria se i granuli di materiale sono stati raffreddati mediante immersione in acqua o se si devono stampare componenti di precisione. La temperatura del cilindro deve essere controllata con precisione; temperature eccessivamente elevate possono causare scolorimento e decomposizione del materiale, mentre temperature troppo basse causano una scarsa plastificazione.
Estrusione
Utilizzare una vite di dosaggio a passo uguale e diametro costante con un rapporto L/D di 20-24. La sezione di dosaggio dovrebbe essere circa 1/4 della lunghezza totale della vite e il rapporto di compressione dovrebbe essere 3-4.
La struttura della vite varia in base alla viscosità del materiale. Viti a canale profondo per viscosità elevata e viti a canale poco profondo per viscosità media. La pre-essiccazione è necessaria se l'assorbimento di umidità del materiale supera lo 0.25%. Le parti dell'estrusore a contatto con il materiale devono evitare rame e leghe che favoriscono la decomposizione termica. Condizioni di processo specifiche, come rapporto L/D, rapporto di compressione e temperatura della filiera, variano a seconda del prodotto (ad esempio, tubi, lamiere, guaine metalliche).
Soffiaggio
Viene utilizzata una macchina per stampaggio a soffiaggio standard, che richiede dispositivi di controllo precisi e accurati. Il rapporto L/D della vite è compreso tra 16 e 20 e il rapporto di iniezione tra 2.0 e 3.5. Il materiale dello stampo viene selezionato in base al prodotto. La temperatura dello stampo è generalmente compresa tra 93 °C e 127 °C e la pressione dell'aria di soffiaggio è compresa tra 0.35 e 1.20 MPa. Diversi prodotti stampati a soffiaggio (ad esempio, fusti, borse da viaggio, spruzzatori) presentano condizioni di processo specifiche, come il rapporto L/D, il rapporto di compressione, la temperatura del cilindro e la velocità della vite.
Lavorazione CNC
Durante la lavorazione CNC del POM, i pezzi grezzi stampati a iniezione con una tolleranza di 3-5 mm sono ideali per parti complesse, mentre le forme semplici possono essere tagliate da barre ad alta densità (1.41-1.43 g/cm³) utilizzando il raffreddamento ad acqua, con dispositivi in lega di alluminio e morse a ganasce morbide (forza di serraggio 5-10 kN) o aspirazione a vuoto (≥ 0.1 MPa per parti sottili) per ridurre al minimo deformazione e sollecitazione.
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Elaborazione secondaria
Le caratteristiche di lavorazione del POM sono simili a quelle dell'ottone: è rigido e genera poco calore. Può essere lavorato tramite tornitura, segatura, fresatura, foratura, stampaggio e maschiatura.
Applicazioni del POM
Il POM viene utilizzato principalmente per sostituire i metalli non ferrosi (come rame, alluminio e zinco) nella produzione di vari componenti meccanici ed è ampiamente utilizzato in applicazioni automobilistiche, meccaniche, elettroniche, elettriche, edilizie e idrauliche.
Automotive
Il POM è ampiamente utilizzato come materiale a risparmio energetico nella produzione automobilistica. Ciò è dovuto alla sua capacità di facilitare l'alleggerimento dei veicoli, riducendo il consumo di carburante e sostituendo diversi metalli, con conseguente riduzione dell'energia consumata durante la formatura e la lavorazione. Ad esempio, l'utilizzo del POM per le maniglie delle portiere e dei finestrini delle auto, in sostituzione delle parti originali in metallo cromato o acciaio inossidabile, comporta un risparmio sui costi del 23% e riduce le fasi di lavorazione da 13 a 5. Rispetto ad altri materiali plastici ingegneristici, il POM mostra un'eccezionale resistenza a una vasta gamma di sostanze chimiche utilizzate nelle automobili. Il POM copolimero è particolarmente superiore in questo senso. Ad esempio, grazie all'estrema stabilità del POM copolimero ai liquidi di raffreddamento per autoveicoli, la maggior parte dei componenti del radiatore delle auto è realizzata in POM copolimero.
Il POM viene utilizzato principalmente nei seguenti tre ambiti automobilistici:
- Sistema di alimentazione del carburante del motore: utilizzato per produrre valvole di scarico del radiatore, tappi del radiatore, serbatoi di troppo pieno del liquido di raffreddamento, giranti della pompa dell'acqua, corpi delle valvole dell'acqua, tappi del serbatoio del carburante, bocchettoni di riempimento del carburante, pompe del carburante, alloggiamenti del carburatore, varie valvole di controllo dello scarico, pedali dell'acceleratore e altre parti.
- Sistema di apparecchiature elettriche: utilizzato per produrre ventole di riscaldamento, valvole di compressori d'aria, interruttori di illuminazione, leve di controllo del riscaldamento, interruttori combinati, ingranaggi e supporti dei cuscinetti dei motori dei tergicristalli e pompe di lavaggio.
- Sistema di carrozzeria: utilizzato per produrre supporti per alette parasole, boccole per balestre, alloggiamenti per tachimetri, alloggiamenti per ingranaggi dell'antenna, supporti per specchietti retrovisori interni, componenti per serrature porte, maniglie per alzacristalli, telai per vetri e rulli guida, cuscinetti per fusi a snodo, parti dei freni, componenti del volante e cerniere per abitacoli.
Macchinario
Il POM è ampiamente utilizzato per la produzione di ingranaggi, cuscinetti, molle, camme, bulloni, dadi, nonché componenti strutturali per apparecchiature meccaniche come corpi pompa, alloggiamenti e giranti. Ingranaggi, giunti a ingranaggi e cuscinetti in POM sono comunemente utilizzati come componenti strutturali per la trasmissione di potenza per uso generico.
Elettronica
Il POM presenta un basso fattore di dissipazione, un'elevata rigidità dielettrica e resistenza all'isolamento, nonché un'eccellente resistenza all'arco elettrico, che ne hanno favorito l'ampio utilizzo nell'elettronica, negli elettrodomestici e nelle macchine OA. Il POM può essere utilizzato per produrre componenti per telefoni, registratori a nastro, videoregistratori, televisori, computer, fax, stampanti, lettori CD e VCD, ecc., come selettori e tasti telefonici, relè e bobine per televisori, componenti di controllo per computer, parti di timer, portacassette per registratori a nastro, camme e cursori di inversione per microinterruttori, interruttori e vassoi per cambia CD, telai frontali per stampanti e griglie per altoparlanti. Il POM viene inoltre utilizzato per produrre componenti per vari elettroutensili, come alloggiamenti per chiavi inglesi elettriche, alloggiamenti per tosatrici elettriche per pecore, alloggiamenti per trivelle per carbone e manopole per interruttori.
Edilizia e idraulica
Nei settori dell'edilizia e dell'idraulica, il POM viene utilizzato per produrre telai per finestre, lavandini, serbatoi d'acqua, rulli per porte e finestre, piccole rotelle per mobili, componenti e coperture per contatori del gas, componenti per scaldabagni da bagno, alloggiamenti per contatori dell'acqua, raccordi per tubi dell'acqua e rubinetti. I rubinetti realizzati in POM costano il 30% in meno rispetto ai normali rubinetti in metallo e possono resistere a carichi di 2×10.6 Cicli di apertura e chiusura a una pressione di 0.5-0.6 MPa, equivalenti a oltre 40 anni di utilizzo. Possiede inoltre caratteristiche quali resistenza alla corrosione causata dall'acqua, alla formazione di calcare e autolubrificazione. Gli idranti e i raccordi per manichette antincendio in POM possono resistere a pressioni di scoppio fino a 5 MPa.
