کارساز ماشین
پلی‌اکسی‌متیلن (پلی‌استال) (Poly Oxy Methylene, POM)

این پلاستیک در سال ۱۹۵۶ به وسیله R. N. MacDonald از محققین شرکت Dupont آمریکا کشف شد و در سال ۱۹۶۰ با نام تجاری Delrin به بازار عرضه گردید.

شایان ذکر است که در دهه ۱۹۲۰ پروفسور Hermann Studinger و همکارانش طی تحقیقات طبقه‌بندی شده‌ای که برای اولین بار منجر به دست‌یابی آزمایشگاهی ساختار مولکول‌هایی با جرم مولکولی نسبتاً بالا گردید، این پلیمر را تهیه کردند در حالی که قطعات ساخته‌شده از ان شکننده و ناپایدار در برابر حرارت بودند.

دکتر Hermann Studinger برنده جایزه نوبل شیمی سال ۱۹۵۳، دریافت که پلی‌‌اکسی‌متیلن‌هایی که با درجه پلیمریزاسیون ۵۰ تهیه می‌شوند از پایداری کمی برخوردارند در حالی جرم مولکول‌های بالاتر، دارای خواص بهتری هستند، (مانند درجه پلیمریزاسیون ۱۰۰۰، هر چند رسیدن با این عدد، توسط گروه محققین شرکت Dupont انجام گرفت و باعث بهبود خواص و پایداری حرارتی این پلاستیک گردید.)

ساختمان و خواص شیمیایی

پلی‌اکسی‌متیلن در گروه پلی‌اترها جای دارد، و در واحد ساختاری آن گروه عاملی اتری -O- مشاهده می‌شود. این پلاستیک ساده‌ترین عضو گروه پلی‌اترهای آلیفاتیک محسوب می‌شود.
POM پلاستیک مهندسی است که از پلیمریزاسیون فرمالدئید HCHO به دست می‌آید، بنابراین گاه با نام پلی‌فرمالدئید نیز خوانده می‌شود. پلی‌استال نام مشهور دیگری برای گروه‌ رزین‌های پلی(اکسی‌متیلن) می‌باشد.

زنجیرهای مولکولی POM خطی هستند، جرم مولکولی آن نسبتاً بالا، و درجه پلیمریزاسیون متوسط آن
می‌باشد. از آن جا که این پلیمر دارای گروه‌ و شاخه‌های جانبی نمی‌باشد، امکان کنار هم چیده شدن منظم زنجیرها یا قرار گرفتن مولکول‌ها در فاصله‌های کم برای آن فراهم می‌گردد. به همین خاطر پلی‌اکسی متیلن پلاستیکی با درجه بلوری زیاد می‌باشد، درجه بلورینگی POM بین (۸۵-۷۷)% است.

بالا بودن درجه بلورینگی باعث می‌شود امکان عبور نور از لابه‌لای زنجیرها میسر نباشد و پلاستیک به طور طبیعی رنگ سفید زیبایی داسته باشد.

POM بیش‌تر به دو صورت هموپلیمر و کوپلیمر که تفاوت‌های زیادی از نظر خواص مکانیکی، حرارتی و قیمت با یکدیگر دارند، توسط مراکز تولید کننده به بازا عرضه می‌شوند، بنابراین لازم است مصرف‌کننده پیرامون اختلاف در خواص این مواد، اطلاعات کافی و از ویژگی‌های فنی آن مواد شناخت وافی داشته باشد تا امکان تحلیل دقیق کارشناسی، و پیش‌بینی خواص نهایی محصول مورد نظر فراهم گردد.

بررسی‌های به عمل آمده نشان می‌دهند که کونومر به کار رفته در ساختار مولکولی کوپلیمر این پلاستیک، ترکیب معمولاً اتیلن اکساید m(-CH2-CH2-O)- می‌باشد، به عبارت دیگر نام کامل این کوپلیمر (PoloxyMethylene-co-ethyleneoxide) است.

این گروه از کوپلیمرها از درجه بلوری کم‌تری برخوردارند و گستره ذوب آن‌ها نیز در حدود ۱۰درجه سانتی‌گراد پایین‌تر است. این دو ویژگی مهم کوپلیمرهای پلی‌اکسی‌متیلن، تفاوت‌های زیادی را در خواص مکانیکی، کاربردها، و مباحث رئولوژیک آن‌ها به وجود می‌آورد.

استحکام کششی هموپلیمر پلی‌اکسی‌متیلن ۱۵% و مدول آن نیز ۱۳% از کوپلیمر آن بیش‌تر است، بلورینگی بالاتر موجب بهبود خزش و خستگی این پلاستیک می‌شود. هموپلیمرها و کوپلیمرهای POM مقاومت شیمیایی خیلی خوبی را در مقابل حلال‌های آلی از خود نشان می‌دهند. بالا بودن درجه بلورینگی باعث می‌شود که حلال‌ها نتوانند به داخل سلول‌های بلوری این پلاستیک نفوذ کنند، به همین خاطر POM مانند تفلون در دمای اتاق دارای حلال نیست.

تماس POM با حلال‌های آلی که با آن دارای شاخص انحلال برابر می‌باشند موجب تورم آن می‌گردد. پلی‌اکسی‌متیلن در برابر حلال‌های آلیفاتیک، حلقوی و هیدروکربورهای کلره مقاومت عالی از خود نشان می‌دهند ولی در کاربرد با مواد شیمیایی معدنی مانند اسیدها و قلیاهای قوی و یا عوامل اکسیدکننده کاربرد آن توصیه نمی‌شود. آب باعث تخریب جدی این پلاستیک‌ از طریق هیدرولیز نمی‌شود، اما ممکن است باعث تورم آن گردد یا درون آن نفوذ کند.

اختلاف در ماهیت گروه‌های انتهایی زنجیره باعث جلوگیری از تخریب زنجیر و کاهش جرم مولکولی و افزایش پایداری پلیمر می‌شود، همچنین دلیل اصلی مقاومت کوپلیمر در مقابل آب داغ و قلیاها در مقایسه با هموپلیمر به حساب می‌آید.

تماس این پلاستیک با مواد غذایی و خوراکی بلامانع است، ضمن آن که می‌تواند در ارتباط با آب نیز تا در دمای ۸۰ درجه سانتی‌گراد قرار گیرد. این پلاستیک خیلی کم‌تر از نایلون‌ها رطوبت جذب می‌کند، با این وجود پلی‌اکسی‌متیلن باید در محلی شایان ذکر است که POM هنگام افزایش زیاد دما (معمولاً از درجه حرارت ذوب به بالاتر) در حین فرآیند شکل‌دهی (تزریق و…) عمل‌کرد و یا سوختن بدون دود خود، گازهای سمی و خطرناک فرمادئید متصاعد می‌سازد، که به طور جدی باید از تماس و تنفس با آن‌ها اجتناب نمود. قرارگرفتن طولانی مدت این پلاستیک در معرض اشعه فرابنفش باعث گچی شدن سطح، و تردی و شکنندگی آن می‌شود.

افزودن جاذب اشعه فرابنفش مناسب، و یا دوده به آمیزه باعث کاهش تمایل تخریب فوتونی آن می‌شود. POM در برابر حمله قارچ‌ها، حشرات و جوندگان مقاوم است و مورد حمله قرار نمی‌گیرد.

خواص حرارتی

پلی‌اکسی‌متیلن دارای دمای انتقال شیشه‌ای (۷۵- درجه سانتی‌گراد) و گستره ذوب (۱۷۰ درجه سانتی‌گراد) می‌باشد، کوپلیمرهای این پلاستیک، دارای گستره ذوب کم‌تری از POM می‌باشند، (۱۷۳-۱۶۲ درجه سانتی‌گراد). در حقیقت پلاستیک هموپلیمر (POM)، استحکام و مقاومت حرارتی تحت فشار بیش‌تری از کوپلیمر پلی‌اکسی‌متیلن (POMC) دراد، در عوض از نظر شیمیایی مقاومت کم‌تری نسبت به قلیاها و هیدرولیز از خود نشان می‌دهد.
بیش‌تر رزین‌های پلی‌استال دارای افزودنی‌های مختلفی می‌باشند کانند جاذب نور فرابنفش و یا آنتی‌اکسیدان که در درجه حرارت‌های بالای فرآیند شکل‌دهی مانع از حمله اکسیژن به زنجیره اتری این پلیمر می‌شود. بعضی از شرکت‌های سازنده گونه ای از این پلاستیک را همراه افزودنی روان‌ساز آن تولید می‌کنند. در حین استفاده از PMO باید توجه داشت که درجه حرارت این پلاستیک از دمای ذوب آن بالاتر نرود زیرا در چنین حالتی پلیمر تجریه شده و کازهای سمی (به ویژه فرمالدئید) ایجاد می‌کند. بالا رفتن درجه حرارت از دمای ذوب این پلاستیک، باعث بد رنگ شدن محصول نهایی می‌شود.
شایان ذکر است فرمالدئید جزء معدود مواد آلی است که حضور آن در خارج از جو زمین ثابت شده است. تخریب حرارتی پلی‌استال از شیوه باز شدن یا کنده شدن بخش‌هایی از انتهای رنجیره اصلی پلیمر اتفاق می‌افتد، در اثر انجام این فرآیند فرمالدئید آزاد می‌شود، که ماده‌ای سمی، تحریک‌کننده با بویی بسیار تند و زننده است.

پایداری حرارتی پلی‌اکسی‌متیلن را می‌توان از طریق استری کردن گروه‌های پایانی هیدروکسیل به کمک انیدرید استیک افزایش داد. در جدول زیر به مهم‌ترین خواص فیزیکی و حرارتی POM اشاره شده است.
کوپلیمر این پلاستیک از پایداری حرارتی بالاتر و مقاومت شیمیایی بیش‌تری را در مقابل قلیاها نسبت به هموپلیمر پلی‌(اکسی‌متیلن) ا خود نشان می‌دهد.
در جدول زیر دو خاصیت حرارتی، از کوپلیمر و هموپلیمر POM با یکدیگر مقایسه شده اند.
POM در تماس با شعله، به سختی آتش می‌گیرد و درون شعله می‌سوزد، پس از بیرون آوردن آن از شعله این پلاستیک به آرامی و بدون دود، هم چنان به سوختن خود ادامه می‌دهد، رنگ شعله POM به زحمت با چشم قابل دیده شدن و تشخیص است.

خواص این پلاستیک مجموعه‌ای است از چقرمگی، مقاومت نسبی حرارتی و ویژگی عایق کافی که به آن اجازه می‌دهد در کاربردهای الکتریکی به کار رود، خواص عایق الکتریکی پلی‌(اکسی متیلن) خوب هست ولی خیلی برجسته و عالی نیست.

POM تحت شرایط گرم و مرطوب همچنان ثبات ابعادی خود را حفظ می‌کند. پایداری حرارتی POMC برای مصارف مداوم و درازمدت در معرض هوا ۱۰۴ درجه سانتی‌گراد است و برای عمل‌کرد کوتاه‌مدت، حداکثر درجه حرارت ۱۳۲ درجه سانتی‌گراد می‌باشد.

خواص مکانیکی

پلی‌اکسی‌متیلن دارای ماهیتی سخت، محکم، چچقرمه و برجهنده است، سختی آن در مقیاس راکول R برابر با HRR120 می‌باشد. POM دارای خواص سایشی بسیار بالایی است و از استحکام و سفتی خوبی هم برخوردار می‌باشد.

هر قدر درجه بلورینگی این پلاستیک بالاتر باشد، تنش تسلیم و مدول الاستیک آن افزایش می‌یابد، ولی اگر شرایط رشد اسفرولایت‌ها فراهم شود، کاهش مقاومت در برابر ضربه آن را به دنبال خواهد داشت. به خاطر ثبات و پایداری ابعادی، POM در ساخت قطعاتی نیاز به تلورانس خیلی کم و دقیق دارند مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در درجات بالای بلورینگی، نتایج به دست آمده از جمع شدگی پس از قالب‌گیری برابر  ۰/۰۲cm/cm می‌باشد.

شایان ذکر است که جمع‌شدگی پس از قالب‌گیری ۲% عدد بالایی در قالب‌گیری به حساب می‌آید و برای این پلاستیک به عنوان یک ضعف تلقی می‌گردد.
در جدول زیر به بعضی از مهم‌ترین خواص مکانیکی POM اشاره شده است.
POM دارای مقاومت بالا در برابر خستگی (Fatigue)، ثبات ابعادی بسیار خوب، ضریب اصطکاک پایین، مقاوم در برابر شوک و ضربه حتی در درجه حرارت‌های پایین، خواص دی‌الکتریک خوب، جذب رطوبت بسیار کم، دارای خواص الاستیک، پایداری زیاد در مقابل پوسیدگی، قابلیت ماشین‌کاری بسیار عالی خصوصاً در ماشین‌های تراش اتوماتیک می‌باشد.

آلیاژ این پلاستیک با تفلون حداکثر تا ۲۵%، موجب کاهش ضریب اصطکاک تا ۰/۰۲ می‌شود، این بهبود سبب می‌گردد تا قطعه ساخته شده از این آلیاژ در شرایط کاری بسیار سخت‌تری بتواند در مقایسه با قطعه ساخته شده از POM خالص انجام وظیفه کند.

آمیزه‌های مختلفی از پلی‌اکسی‌متیلن تقویت‌شده با الیاف شیشه حداکثر تا ۳۰% دردسترس قرار دارند، تقویت‌شدن POM با الیاف شیشه موجب بهبود مقاومت در برابر خزش، افزایش مدول کششی و کاهش کرنش در نقطه شکست آن می‌شوند.

مهم‌ترین مشکلاتی که در ارتباط با کاربرد مواد تقویت‌شده پدید می‌آید، مقاومت در برابر ضربه پایین این مواد و ماهیت غیر همسان‌گرد قطعات ساخته شده از آن‌هاست.

انواع و گونه‌های پلی‌اکسی‌متیلن

امروزه انواع و گونه‌های متعددی از این پلاستیک با خواص گوناگون ساخته می‌شوند و به تناسب مصرف بهینه در صنایع مختلف به کاربرده می‌شوند.
این پلیمر به پنج صورت هموپلیمر، کوپلیمر، آلیاژ تقویت‌شده، بهبودیافته با برخی از مواد افزودنی به بازار عرضه می‌شود.

هر دو نوع هموپلیمر و کوپلیمر از نظر مشخصات عمومی تا حدی شبیه به هم می‌باشند و تفاوت آن‌ها در عمل‌کرد مربوط به خواص حرارتی، مکانیکی و هیدرولیز آن‌ها می‌باشد.

افزایش کومونومر به واحد تکرارشونده پلی‌اکسی‌متیلن تغییرات زیادی را در خواص آن به وجود می‌آورد، تمایل کم‌تر کوپلیمر POMC به تخریب حرارتی از شیوه باز شدن یا کنده شدن بخش‌هایی از زنجیره، گستره ذوب و پایداری حرارتی پایین‌تر آن و بالاخره مقاومت شیمیایی بهتر کوپلیمرهای پلی‌اکسی‌اتیلن در برابر قلیاها و هیدرولیز در مقایسه با POM، از اثرات این کوپلیمریزاسیون است.

کوپلیمر پلی‌اکسی‌متیلن در برابر قلیاهای گرم تا حدی مقاوم‌تر است اما در مقابل اسیدها، نسبتاً ضعیف می‌باشد. افزودن الاستومر پلی‌یورتان به پلی‌اکسی‌متیلن موجب بهبود و مقاوم‌تر شدن این پلاستیک در برابر ضربه می‌شود در حقیقت حضور پلی‌یورتان در این آلیاژ سبب چقرمه‌شدن (Toughened) پلی‌اکسی‌متیلن می‌گردد.

هنگام کاربرد و استفاده از هموپلیمر و کوپلیمر این پلاستیک در شرایط معمولی، مواد سمی یا خطرات پوستی ایجاد کند.

در جدول زیر به بعضی از مهم‌ترین خواص هموپلیمر و کوپلیمرهای پلی‌استال اشاره شده است.
خواص گونه‌هایی از این پلاستیک‌ها را به کمک افزودنی‌هایی مانند جاذب نور فرابنفش، و به تأخیراندازه شعله بهبود داده‌اند. آلیاژ پلی‌اکسی‌متیلن و پلی‌تترافلوئورواتیلن به نسبت (۲۵-۱۵)% باعث کاهش ضریب اصطکاک این آلیاژ، به کم تر از ۰/۰۲ می‌شود.

کاربردها

استقبال روزافزون صنایع مختلف از این پلاستیک‌ به دلیل شکل ظاهری زیبا، خواص خوب مکانیکی، ثبات و دوام در برابر رطوبت و بسیاری از حلال‌ها و مواد شیمیایی، شکل‌پذیری آسان و قابلیت ماشین‌کاری خوب آن می‌باشد.

مقاومت مطلوب POM در برابر ترکیبات آلی و مواد قلیایی سبب شده است تا از این پلاستیک جهت استفاده در اجزاء سازنده پمپ ها، فلنج‌ها و ماشین‌الات شیمیایی بهره‌برداری کنند.

POM جانشینی خوب برای فلزات است، به عنوان مثال برای انتقال نفت، روغن و گاز از لوله های ساخته شده از پلی‌اکسی متیلن استفاده می کنند.
پلی اکسی‌متیلن  به خاطر خصوصیات مکانیکی ویژه‌ای که دارد، در موارد متعددی جای گزین مناسبی برای فلزاتی مانند برنج، آلومینیوم، فولاد، روی، آهن ریخته‌گری و فلزات دیگر محسوب می‌شوند
.
POM با کلیه فرآیندهای معمول و متعارف مانند اکستروژن، قالب‌گیری دمشی و تزریقی، قابلیت شکل‌دهی دارد.

از مصارف اصلی پلی‌اکسی‌متیلن به عنوان یک پلاستیک مهندسی، می‌توان به چند مورد مهم اشاره کرد:
اغلب به عنوان جای‌گزینی برای فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرد
.
پلاستیکی مناسب در ساخت لوله برای انتقال نفت و گاز قطعات و وسایل مورد استفاده خودروها، قطعات صنعتی، تجهیزات مخابراتی و ارتباطات، سخت‌افزار، ظروف نگه‌دارنده مواد آرایشی.

خیلی دقت باید کرد که در حین شکل‌دهی از افزایش درجه حرارت غیر مجاز اجتناب شود، زیرا حرارت بالاتر از درجه حرارت ذوب، باعث تخریب حرارتی این پلیمر و ایجاد فرم‌آلدئید که در درجه حرارت اتاق گازی سمیف تحریک‌کننده و بسیار بدبو است، خواهد شد.

سطح قطعات ساخته شده از پلی‌اکسی‌متیلن زا می توان با کروم آب‌کاری کرد.

تولیدکنندگان معتبر پلی‌اکسی‌متیلن

شرکت‌های دوپونت آمریکا، هوخست، BASF آلمان، صنایع شیمیایی آساهی ژاپن، Shell انگلستان و پلاستیک‌های LNP هلند از تولیدکنندگان معتبر پلی‌اکسی‌متیلن محسوب می‌شوند.