聚甲醛热稳定性能的研究

聚甲醛热稳定性能的研究
王治泉
神华宁夏煤业集团有限责任公司银川750411摘要：研究了两种热稳定剂对聚甲醛热稳定性的提高作用。

采用热失重分析（TGA）、色度仪等考察了两种助剂对聚甲醛热分
解温度、外观色度、力学性能的影响，并对添加热稳定剂的改性料
与基础料进行加工对比。

结果表明，经综合评价，热稳定剂B对
聚甲醛热稳定性的提高效果优于热稳定剂A，不影响聚甲醛外观
色度和力学性能。

热稳定剂B的加入量为0.3%时，对聚甲醛的热
稳定性提高最为明显。

关键词：聚甲醛；热稳定性；
聚甲醛(Polyoxymethylene，简称POM)是一种热塑性工程塑
料，为五大工程塑料之一。

其规整的分子链构型使POM熔融加
工时结晶速度快、结晶度高、易形成大球晶,从而具有较高的硬
度、弹性模量、拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度等优良性能。

聚
甲醛比强度和比刚性接近于金属，可替代金属，特别是铜、铝、锌、
锡等有色金属及合金制品，在工业机械、汽车、电子电器、农业、轻
工、化工、建材、农林灌溉业、日用消费品等领域应用广泛，有“塑
料中的金属之称”。

但由于其分子中不可避免的存在半缩醛端集
团，因此在受到热、光、应力作用下会发生脱甲醛降解反应，影响
其在一些领域的应用。

在聚甲醛应用领域，棒材、板材所占比例
最大，对聚甲醛的热稳定性要求较高。

本实验将通过热稳定性剂
对聚甲醛进行改性，制备了具有热稳定性较好的聚甲醛产品，并
对其项性能进行了评价。

一、实验部分
1.实验原料
聚甲醛，神华共聚甲醛MC90牌号；
热稳定剂A，热稳定剂B。

2.实验设备及仪器
德国科贝隆ZAK26MC型双螺杆挤出机；
美国INSTRON公司5966型万能材料试验机；
德国耐驰公司TG209F3型热重分析仪；
美国Hunter Lab公司桌上型精密分光色差仪；
美国Tinius Olsen公司IT503型冲击试验机；
奥地利恩格尔公司ENGEL Victor型注塑机。

3.样品的制备
（1)混料
质量天平准确称量两种热稳定剂及聚甲醛，使用混合器将两
种热稳定剂与聚甲醛按照表1配方进行混合，掺混时间为40min。

表1配方
项目空白样A1 A2 A3 B1 B2 B3聚甲醛粉料
100%
99.9%
99.8%
99.7%
99.9%
99.8%
99.7%
热稳定剂A
0.1%
0.2%
0.3%
热稳定剂B
0.1%
0.2%
0.3%
(2)挤出造粒
使用德国科倍隆公司ZAK26MC型双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机各段温度为185℃、190℃、195℃、200℃、200℃、195℃、190℃、190℃，螺杆转速为500-600N/min。

在ENGEL注塑成型机上注塑成标准力学性能测试样条，注塑成型机各段（从进料口到喷嘴）温度分别为45℃、195℃、200℃、205℃、200℃，注塑压力为80bar，模具温度85℃。

4.样品的测试及表征
(1)热性能
采用德国耐驰公司TG209F3型热重分析仪分析样品的热分解温度，升温速率为20℃/min，升温至500℃。

(2)黄色指数
按照GB2409-1980测定样品的黄色指数；样品在空气气氛中，温度为120℃老化20天后测定黄色指数，并做老化前后黄色指数的对比。

(3)力学性能
按照国家标准GB/T1040.2-2006测试样品的拉伸强度；按照国家标准GB/T9341-2008测试样品的弯曲强度；按照国家标准GB/T1043.1-2008测试样品的简支梁缺口冲击强度。

二、实验数据及分析
各项测试数据见表2。

表2测试数据表
样品名
称
空白样
A1
A2
A3
B1
B2
B3
热性能
热分解
温度
℃
338.6
335.0
350.5
354.5
333.1
339.0
352.6
外观
老化
前
黄色
指数
/
3.2
3.39
4.56
4.31
3.13
3.97
4.6
老化
后
黄色
指数
/
9.17
16.31
21.33
22.73
6.29
7.19
8.69
老化
前后
黄色
指数
差
/
5.97
12.92
16.77
18.42
3.16
3.22
4.09
力学性能
拉伸
强度
MPa
60.3
61.4
60.7
61.1
61.0
62.6
61.1
断裂
伸长
率
%
39
36
37
39.0
37
41
38
弯曲
强度
MPa
82.4
83.9
84.2
85.2
86.1
84.2
82.5
简支
梁缺
口冲
击
强度
kJ/
cm2
6.1
6.0
5.9
6.0
5.8
6.2
6.3
1.热稳定剂对聚甲醛热性能的影响
热分解温度表征了聚甲醛加工过程中的热稳定性，热分解温度越高，说明聚甲醛内部不稳定基团越少，加工的温度范围越广。

从表2可以看出，热稳定剂对聚甲醛的热性能有很大的改观，特别是热分解温度。

A2、A3、B3配方都可将热分解温度提高10℃以上。

2.热稳定剂对聚甲醛色度的影响
黄色指数是表征聚甲醛外观的一个重要指标。

聚甲醛材料在热降解过程中，通常会发生黄色指数逐渐偏高的现象。

从表2可以看出，添加热稳定剂后，聚甲醛的黄色指数会增加。

这种现象主要是因为热稳定剂中含有有机胺类化合物所致。

热老化前后热稳定剂A的三组配方黄色指数差明显高于空白样，而热稳定剂B的三组配方黄色指数差明显低于空白样，表明热稳定剂B在
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热老化过程中对聚甲醛色度的加深有抑制作用。

3.热稳定剂对聚甲醛力学性能的影响
从表2可以看出，热稳定剂对聚甲醛产品的拉伸强度、弯曲
强度略有提高，但提高的幅度不大。

热稳定剂A 的三组配方对聚
甲醛的断裂伸长率和简支梁冲击强度略有降低，热稳定剂B 的配方B2对聚甲醛的断裂伸长率略有提高，但变化的幅度均不大。

可以得出，热稳定剂对聚甲醛的力学性能基本没有影响。

4.助剂评价对于聚甲醛加工来说，最重要的影响因素是热稳定性差，在加工过程中聚甲醛发生热分解，造成制品出现空洞、鼓包、流痕及脱模困难等问题。

综合考虑，配方为A2、A3、B3的热分解温度提高最为明显。

两种热稳定剂对产品的力学性能影响较小，可以忽略。

此外，聚甲醛加工件很多都为白色，色度是其外观的一个重要指标，热稳定剂B 对聚甲醛色度的影响较小。

综合评价，热稳定剂B 对聚甲醛热稳定性的提高效果优于热稳定剂A,配方B3对提高聚甲醛的热稳定性效果最佳。

三、产品的应用1.产品的应用按照配方3生产25t 改性产品，送至下游工厂进行试用，并与未改性的基础料进行对比,对比情况见表3。

从对比情况可以看出，利用热稳定剂对聚甲醛改性可以有效的提高聚甲醛的加工稳定性，大大的降低作业环境中的甲醛浓度。

表3加工对比表项目最大挤出直径鼓包现象流痕
改性料450mm 无无
基础料150mm
有
有
模垢加工时气味是否粘模轻微气味小不粘模具严重
气味大
粘模具结论热稳定剂对聚甲醛的热稳定性有很大的提高，添加0.3%的热稳定剂B 提高聚甲醛的热稳定性效果最佳。

可以有效的改善
聚甲醛在加工过程中制品出现空洞、鼓包、流痕以及脱模困难等现象，最大程度提高聚甲醛的热稳定性。

参考文献：[1]孙天举.聚甲醛新型、高效热稳定助剂研究[D].四川大学硕士学位论文，2007.[2]于建.聚甲醛的耐热稳定化研究[J].工程塑料应用，2001,29（4）：28-30.[3]汤思聪.共聚甲醛颜色稳定性能的研究[D].四川大学硕士学位论文，2007.[4]任德财，谢刚，张蕾，马浩翔，王百合，高明月，迟旭刚.聚甲
醛热稳定性的研究[J].黑龙江大学自然科学学报，2011，28（2）：72-73.[5]王志春.中国聚甲醛的发展及应用[J].塑料工业，2008（3）：72-73.[6]段怡飞.聚甲醛的热降解和稳定化研究[D].四川大学硕士
学位论文，2004.
[7]温变英，张学东，王久芬.聚甲醛的改性[J].化工新型材料，
1998（1）：18-10.作者简介：王治泉（1967-），男，工程师，主要从事聚甲醛研究
工作。

(上接第64页)
字、问题整改签字确认等程序，确保做到“三保证、三到位”。

即：保证工程相关问题整改到位，保证各种生产方案、应急预案和开工手续落实到位，保证生产相关人员资格审查和培训到位。

三、生产准备对安全投产的影响
生产准备纲要要求统筹生产单位、设计、施工单位、设备供应商等密切配合，坚持应遵循的程序一步不少、标准一点不低、时间一分不放过的原则逐步开展。

投产前经过了投产条件检查，填写了《投产条件检查确认表》，报工程部备案。

投产过程中，按照生产准备纲和投产实施方案要求逐步开展工作，达到投料试车一次成功，取得较好的经济效益。

一是严格执行总体统筹控制计划，确保施工进度。

编制了各分项的控制计划和周运行形象进度计划，全部列出图表，上墙运行，并对分项工程制定了实施计划，排出了关键控制点。

按照总体统筹、关键控制的方式，对影响进度的控制性、瓶颈性工程，实施重点部署，在推进过程中进行偏差分析，制定纠偏措施。

二是明确责任，严格考核，确保施工质量。

按照职责分工，充分发挥项目管理组、单项工程管理组、现场代表的作用，将三个层次的管理人员纳入单项工程承包责任人管理，并将单项工程的质量、安全、进度、现场管理等，与承包责任人绩效挂钩，日检查、周考核、月兑现，极大提高了项目管理人员的积极性。

不断强化关键工序、关键部位检查，严把工程质量关和安全关，增强了施工人员的工作责任心。

三是建立机制，强化落实，提高组织运行效率。

严格执行例会制度，每天召开由业主、施工、设计、监理、检测等单位负责人参加的工作检查会；每周召开例会，对一周工作计划进行偏差分析；每两周召开讲评会，对各项工程进行阶段性总结，奖惩兑现；各专业组不定期召开专题会议，及时协调解决设计、物资、质量、安全和队伍等方面的问题。

各参建单位高度重视，不断充实人
员，补充设备，增强管理和施工力量。

督促管理人员深入现场，
技术人员全天候盯在现场，及时调配施工资源，有效加快了工程建设与生产准备进度，确保了工程质量，为安全投产打下了坚实的基础。

通过上述措施，在保证工程建设速度的同时能够确保工程质量达标。

投产工作是对大湾气田工程设计、生产准备、设备制造、施工和安装的全面考核。

根据大湾气田安全投产的实际情况来看，大湾气田的各项生产准备工作的及时、有效，达到了预期的效果，能够在工程竣工投产前对各项问题提出应对措施，将事故隐患消灭在萌芽状态，做到设计审查、施工质量、设备质量及操作人员的素质全过程管理覆盖，确保将大湾气田建成工艺技术成熟、安全可靠，自控系统先进，经济效益显著、“三废”排放达到环保标准，综合节能达到国内一流水平。

结论
生产准备工作的目的是确保大湾气田安全、平稳投产。

大湾气田的高标准的生产准备工作是大湾气田安全投产的基础，促进了大湾气田的安全投产工作，为大湾的安全平稳生产提供了必要条件。

参考文献：
[1]张育芳等.天然气集输工程[M],石油工业出版社.2001.[2]油气田及管道建设设计专业标准化委员会.输气管道工程设计规范[S].中国计划出版社.2003.10.
作者简介：马智慧（1985-），女，四川省高县，助理工程师，主要从事高含硫气田的生产运行。