工程树脂 | 5分钟阅读

您如何评价您的缩醛:均聚物还是共聚物?

材料知道如何

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乙缩醛材料已经超过50年成为商业选择。由于我们行业中缺乏标准化的术语,这些材料通常被称为聚缩醛(以链上原始终止基团的名称命名),聚甲醛(甲醛是聚合反应的起始原料)和聚甲醛(POM) 。最后一个似乎已经获得了一定的吸引力,至少是官方缩写,其名称来自图1所示的化学基团,该基团代表聚合物链中的重复单元。

缩醛在实验室中早在1920年代就已为人所知,但直到1950年代中期才解决了与材料的热稳定性相关的问题。一些处理材料的人会坚称这个问题仍未解决,几乎所有从事塑料加工业务一段时间的人都有他们最喜欢的故事,即料斗从机器的系泊设备中弹出,或者喷嘴突然变成弹丸因为乙醛聚合物过热会产生大量甲醛气体。但实际上,与引入第一种材料时相比,如今该材料的工艺稳定性要好得多。

这些最初的材料是均聚物,这意味着每条聚合物链中的每个重复单元看起来都如图1所示。几年后,缩醛共聚物被创造并商业化,从那时起,模塑商和最终用户可以在两个家庭。但是选择均聚物或共聚物的原因对于做出决定的人并不总是很清楚。

加工商倾向于使用共聚物,因为它们提供了更宽的加工范围。由于乙缩醛具有高度结晶性,因此必须将其加热至高于其熔点才能进行加工。均聚物的结构具有更大的规则性;因此,它们比其共聚物对应物更结晶。用于制造共聚物的其他单体具有更长的烃键,从而增加了聚合物链中氧原子之间的间隔。这些氧原子是热和氧化降解的最大敏感性点,因此存在的氧原子越少,材料对降解的抵抗力就越大。

但是,降低规则性会降低结晶度。这对于加工者是有利的,因为它导致共聚物的熔点为约10。°C低于均聚物的C。因此,该共聚物潜在地可以在较低的熔融温度下加工。另外,脆弱的氧原子的较大间距增加了材料’对更高熔融温度的耐受性。因此,由于在热谱两端都有优势,因此共聚物具有更宽的加工窗口。

但是,共聚物中较低的结晶度导致强度和模量降低,以及短期使用温度条件的上限降低。典型的均聚物的抗张强度比相应的共聚物高约15%,而模量则高出近13%。较高的结晶度还可以转化为改善的轴承性能以及更好的抗疲劳性和抗蠕变性。图2显示了中等分子量未填充等级的均聚物和共聚物的弹性模量与温度的关系图。

但是,尽管均聚物的短期耐热性更好,但共聚物主链中其他烃键的存在可提高抗氧化性。长期暴露于高温下,这可转化为更好的性能保持性,并提高了耐化学性—特别是在酸性和碱性环境中。

一种用于确定乙缩醛部件是由均聚物还是共聚物成型的诊断测试称为TEA。 TEA代表三乙醇胺,这是一种非常强的碱。如果将均聚物样品置于高温的TEA中,则其溶解非常迅速,而共聚物则不然。耐化学性差异成为一个因素的一个非常重要的应用是暴露于热水中,尤其是在水经过氯化处理的情况下。长期暴露于高温的任何环境都会最终缩小机械性能的差异,因为共聚物比普通的共聚物更能经受住暴露。

两种材料之间存在一个有趣且经常被忽略的差异。可以通过检查未填充和玻璃填充等级的材料的强度和模量来观察。我们已经提到,未填充的均聚物比未填充的共聚物更硬,更坚固。图2显示了两种材料的弹性模量随温度的变化情况,并确认不仅在室温下,而且在很宽的温度范围(一直延伸到材料的熔点)上都是如此。

但是,如果我们检查一下这两种材料的20%玻璃纤维填充等级的数据表,就会发现非常不寻常的情况。当掺入玻璃纤维时,共聚物的强度提高了60%,模量提高了2.5倍。尽管均聚物的模量也增加了,但改善程度较小,导致了这种情况,即带有玻璃的共聚物实际上比填充的均聚物更硬。另外,均聚物的拉伸强度实际上随着玻璃的添加而下降。

下表总结了文献中出现的这些变化,图3显示了两种玻璃填充材料的模量与温度行为。现在,该共聚物是较硬的材料,即使在蠕变和疲劳领域,该共聚物也有望胜过均聚物,而在未填充等级中,均聚物仍具有优势。

这种行为的原因与玻璃与聚合物相互作用的方式有关。在大多数聚合物中,玻璃纤维可以起到增强作用:它可以增加强度和刚度。为了使其发生,必须在聚合物和玻璃纤维之间形成良好的粘结。某些聚合物(如尼龙)具有一种化学性质,可以自然地很好地与玻璃粘合,所产生的性能改善反映了这一点。其他材料(例如聚丙烯)对玻璃不具有天然亲和力,因此需要对聚合物进行某种改性才能实现这种键合。

这种修饰称为偶联或化学偶联,已用于缩醛共聚物中,以观察到机械性能的改善。然而,均聚物的化学性质使得几乎不可能偶联。因此,玻璃纤维的作用更像是填料而不是增强剂,增加了刚度,但没有增加强度。在评估处于填充状态的这两个材料族时,这是一个重要的区别。

同样适用于两个家庭的另一件事是今天的无能 ’赋予乙缩醛阻燃性能的技术。使用缩醛FR系统的传统方法不是缩醛的选择,因为这些聚合物会与任何氯化或溴化物质发生剧烈反应。高分子化学家是一个非常聪明的团队,没有什么可说的是,在将来的某个时刻,某人不会开发出FR缩醛。但是到目前为止,我们都必须对所有乙缩醛材料的UL等级感到满意。

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