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        蘇州希普能塑料有限公司

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        兼具高強度、高蠕變性、良好滑動性的WW-09

         
        1.背景、市場需求
        本公司作為一家POM的領軍公司,以往向市場投入了具有各種特性的品級。其中在進一步提高了作為POM優點──滑動性的品級方面,結合其用途推出了多款滑動品級。近年來,隨著電動汽車的發展,對于降噪的要求進一步提高,滑動品級的需求也逐漸增加。另一方面,降低能耗依然是一個重要的關鍵詞,繼續要求各種部件的輕量化與節省空間。在這種情況下,在滑動品級方面不僅需要降噪這一滑動特性,還要求通過減少壁厚促進輕量化與節省空間的高負荷、高荷重環境中的耐久性。

        2.課題、解決方法
        以往本公司開發的滑動品級考慮到其成型性,主要使用了流動性良好的聚合物(表1)。這些聚合物由于分子量小,因此可以得到高流動性,但同時其長期特性如蠕變性能和疲勞性能便會降低。此外,為了賦予滑動性而添加的各種滑動改良劑也由于使用軟質化合物,隨著添加量增加,機械性質(拉伸強度、彈性模量等)逐漸降低。因此,一般的滑動品級為了確保充分的滑動性,存在以初始強度、彈性模量、蠕變特性為代表的短期及長期機械性能降低的傾向。但由于上述對于耐久性的要求日益提高,因此此次介紹的奪鋼® POM WW-09目的是同時兼顧機械性能與滑動性。

        奪鋼 WW-09為實現較高的初始強度與蠕變特性,通過使用高分子量的聚合物,采用本公司獨有的分子設計及聚合技術,通過使球晶※微細化,從而提高了機械性能。圖2顯示了使用偏光顯微鏡對奪鋼的標準品級(M25-44)及高強度品級(WW-09)的球晶觀察結果。與標準品級相比,可以確認高強度品級的球晶更加細微。此外,一般添加滑動改良劑會降低機械性能,因此我們對滑動改良劑的種類、組合以及數量等都進行了優化,在保持相當于標準品級的機械性能的同時成功賦予了滑動性。

        表1 : 奪鋼® POM的主要滑動品級的物性值比較 
        項目 規格  單位 M25-44 WW-09 AW-09 SW-01 NW-02 LW-02 JW-03
        高粘度 高粘度 高粘度 中粘度 低粘度 低粘度 超低粘度
        MFR (190℃, 2.16kg) ISO 1133 g/10min 2.5 2.5 3 7 20 27 46
        拉伸強度 ISO 527-1,2 MPa 59 58 54 50 52 53 54
        拉伸斷裂公稱應變 ISO 527-1,2 % 40 40 30 20 20 45 35
        彎曲強度 ISO 178 MPa 81 75 70 75 72 76 79
        彎曲彈性模量 ISO 178 MPa 2350 2200 2050 2500 2200 2350 2400
        簡支梁沖擊強度 ISO 179/1eA kJ/m2 8 9 8 5.4 5.9 6 5.3

        POM 標準品級(左)及高強度品級(右)的球晶狀態
        圖1 : 奪鋼® POM 標準品級(左)及高強度品級(右)的球晶狀態

        ※球晶是指在結晶性高分子中可以看到的球狀結晶的集合體。由于球晶之間的界面在力學方面很弱,因此在變形過程中應力會集中在界面上,成為破壞的起點。通過細化球晶,使界面分散,可以抑制應力集中,提高強度及彈性模量。

        3. 奪鋼®POM WW-09的特征
        奪鋼 WW-09是一種具有 (1)高強度以及 (2)高蠕變性的 (3)良好滑動性品級(圖2)。此外,具有與高粘度類型的標準品級同等的成型性。下面對WW-09的各個優點進行詳細說明。

        POM 各種滑動品級的特征
        圖2 : 奪鋼® POM 各種滑動品級的特征

        3-1. 機械性質
        如表1所示,WW-09與以往的滑動品級相比,具有高機械性能,保持了接近高粘度標準品級M25-44的物理性能。如上所述,以往的滑動品級由于賦予滑動性的目的,在變更材料時,存在強度降低的傾向,有時需要通過產品設計或降低負荷等進行彌補。但是,WW-09由于具有接近標準品級的物理性能,因此其特點是這方面的擔憂較少。

        3-2. 蠕變特性
        WW-09由于使用了高粘度聚合物,因此與其他的滑動品級相比,顯示出良好的蠕變特性(圖3)。與上一項中介紹的短期性能相同,由于同時還具備長期耐久性,因此即使在長時間持續施加荷重的用途方面,也可以通過接近標準品級的產品設計來使用。

        POM 各種滑動品級的蠕變特性
        圖3 : 奪鋼® POM 各種滑動品級的蠕變特性

        3-3. 滑動特性
        WW-09與其他的滑動品級一樣顯示出良好的滑動特性。該品級考慮了滑動時的靜音性也是其特征之一。

        圖4顯示了各種滑動品級在相同材料上進行滑動時產生噪音的表面壓力。盡管POM作為聚合物自身的特性具有良好的滑動性,但是存在POM之間進行滑動時易產生噪音的缺點。該性質已經作為數據顯現出來,非滑動品級的M25-44即使在低至0.1MPa的表面壓力下也會產生噪音。另一方面,AW-09一類的滑動品級在表面壓力約3MPa時不會產生噪音,但是超出該壓力后則會產生噪音。NW-02即使在測定上限的表面壓力為9.8MPa也不會產生噪音,顯示出極好的靜音性,但是在實際用途方面,施加如此大的表面壓力的情況是有限的。WW-09考慮了與機械性能的平衡性,假定在實際使用條件下一般可能會產生的表面壓力上限值為5MPa,因此被設計成具有超出該表面壓力的耐噪音性。
        POM 各種滑動品級產生噪音的表面壓力(對比相同材料)
        圖4 : 奪鋼® POM 各種滑動品級產生噪音的表面壓力(對比相同材料)

        4. 總結
        奪鋼 WW-09是一款可以同時滿足滑動性、強度與蠕變特性的新型滑動品級。針對在可能會導致破壞的高荷重下使用,或無法保證充分壁厚的情況之外,同時還對滑動噪聲、磨損等滑動特性有所要求的部件,有望采用本產品。此外,由于其具有與標準品級同等的機械性能,因此與以往的滑動品級相比,更容易輕量化、節省空間。

        本公司的奪鋼滑動品級除了此次介紹的WW-09以外,還有更加廣泛的產品陣容,可以根據顧客的需求提出方案。

        寶理塑料公司作為工程塑料的專業制造商,今后仍將推進符合市場需求的材料開發。
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