Poliossimetilene (POM, acetale)

Poliossimetilene (POM, acetale)

Punti chiave

• Due famiglie: l'omopolimero (tipo Delrin) fonde a circa 175 °C ed è più rigido; il copolimero (tipo Celcon, Hostaform) fonde a circa 165 °C e tollera meglio acqua calda, alcali e calore.
• 36–38 dyne/cm e inerzia chimica rendono l'acetale una delle materie plastiche più difficili da incollare, verniciare o stampare. Si progetti dando la precedenza ai collegamenti meccanici.
• Il POM naturale si marca appena con un laser a fibra senza additivo; le versioni scure schiumano in un grigio chiaro.
• Il POM surriscaldato rilascia formaldeide. Ogni cella laser e di saldatura richiede aspirazione.

Poliossimetilene (POM, acetale)

Il poliossimetilene, comunemente detto acetale o POM, è un termoplastico tecnico altamente cristallino costituito da unità ripetute di ossimetilene (CH2O), specificato per rigidità, stabilità dimensionale, resistenza a fatica e basso attrito, e noto per le difficoltà nella trasformazione secondaria: la bassa energia superficiale e l'inerzia chimica ostacolano allo stesso modo adesivi, inchiostri, vernici e marcatura laser.

Sotto lo stesso nome esistono due chimiche. L'omopolimero (il riferimento è DuPont Delrin) è polioformaldeide con terminali bloccati; il copolimero (Celcon, Hostaform, Ultraform) contiene alcuni punti percentuali di unità di ossido di etilene che impediscono alla catena di depolimerizzare in formaldeide sotto l'effetto di calore, acqua calda o alcali.

Omopolimero e copolimero a confronto

La porosità assiale è rilevante perché una barra spessa di omopolimero si raffredda dall'esterno verso l'interno e il nucleo, che solidifica per ultimo, trascina vuoti lungo il centro della sezione; un foro o una superficie di saldatura che si apre su di essi perde, incolla male e si marca in modo irregolare. Per i pezzi lavorati alle macchine utensili si specifichi il copolimero o un semilavorato a porosità controllata.

Proprietà tipiche e applicazioni

• Ingranaggi, camme, cuscinetti e boccole: rigidità, resistenza a fatica e lubricità a secco.
• Sistemi di alimentazione carburante: corpi pompa, sensori di livello e corpi valvola, di norma in copolimero.
• Meccanismi di somministrazione di farmaci: ingranaggi di regolazione della dose, cricchetti e grilletti in penne per insulina, autoiniettori e inalatori.
• Cerniere, fibbie, clip e incastri a scatto, catene per trasportatori, valvole e raccordi idraulici.

Incollaggio, verniciatura e stampa sull'acetale

L'acetale è in cima all'elenco dei substrati difficili di ogni fornitore di adesivi: l'energia superficiale di 36–38 dyne/cm è inferiore a quella della maggior parte di inchiostri, vernici e adesivi; la superficie liscia e altamente cristallina non offre gruppi reattivi; nessun solvente comune lo attacca, per cui l'incollaggio con solventi è escluso; ed è lubrificante per natura. I giunti non trattati con epossidica o cianoacrilato cedono in genere sotto 1 N/mm² e si separano nettamente all'interfaccia.

Dopo il pretrattamento e con un adesivo adeguato, 3–6 N/mm² è un valore realistico e la rottura si sposta nell'adesivo, segno che il pretrattamento ha funzionato. Per i carichi vale la regola: incastri a scatto, accoppiamenti forzati, inserti termosaldati e sovrastampaggio, con gli adesivi riservati alla tenuta. Vernici e inchiostri da tampografia seguono la stessa logica. Le versioni lubrificate con PTFE o silicone non possono essere rese incollabili con alcun trattamento.

Marcatura laser e saldatura dell'acetale

L'omopolimero è il più difficile da marcare: la sua finestra di fusione ristretta avvicina l'energia che crea il contrasto a quella che fonde la superficie, perciò il copolimero è la base abituale delle qualità adatte alla marcatura laser. In ogni caso la marcatura si forma al di sopra dei circa 230 °C a cui il POM rilascia formaldeide, quindi l'aspirazione sulla testa di marcatura è obbligatoria. La tabella della marcatura laser delle materie plastiche indica le lunghezze d'onda di partenza per qualità.

Risoluzione dei problemi nelle operazioni secondarie sull'acetale

Specifica e verifica di marcature e incollaggi sul POM

• Si indichi la qualità per intero: omopolimero o copolimero, colorante, lubrificante, contenuto di fibra di vetro, additivo laser. «Acetale» da solo non è una specifica.
• Si indichino l'obiettivo di energia superficiale e il metodo: minimo 42 dyne/cm secondo ASTM D2578 in produzione, angolo di contatto per la qualifica.
• Si definisca la finestra tra trattamento e incollaggio con una prova di decadimento e si rimisuri il materiale invecchiato.
• Si definisca l'accettazione dell'incollaggio come taglio a sovrapposizione secondo ISO 4587 o ASTM D1002, registrando la modalità di rottura: coesiva conferma il pretrattamento, interfacciale lo condanna.
• Si definisca l'accettazione della marcatura in base al grado del verificatore (ISO/IEC 15415, grado C o superiore per l'UDI), con una nuova ispezione dopo 72 ore per verificare l'assenza di cricche superficiali.
• Si inserisca il controllo dei fumi nella specifica di ogni cella laser e di saldatura.

Termini correlati e letture

• Marcatura laser delle materie plastiche
• Metodi di pretrattamento superficiale
• Incollaggio e assemblaggio
• Buone pratiche per l'incollaggio dei termoplastici semicristallini
• Marcatura laser e stampa a getto d'inchiostro a confronto
• Marcatura laser di materie plastiche caricate e rinforzate

Applicazione in produzione

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Domande frequenti

Perché l'acetale è così difficile da incollare?

L'energia superficiale di 36–38 dyne/cm è inferiore a quella della maggior parte degli adesivi, la superficie cristallina non ha gruppi reattivi e nessun solvente comune la attacca, per cui i giunti non trattati cedono all'interfaccia. Il plasma o l'attacco acido insieme a un adesivo adeguato portano il taglio a sovrapposizione a 3–6 N/mm²; per i carichi resta la regola del collegamento meccanico.

Il POM bianco naturale può essere marcato al laser?

Solo in modo marginale con un laser a fibra standard: il POM è trasparente a 1064 nm e non ha nulla da carbonizzare. Funzionano tre strade: un additivo per marcatura laser in compound allo 0,5–2%, un laser UV la cui marcatura fotochimica richiede molto meno calore, oppure la stampa a getto d'inchiostro dopo pretrattamento. Le versioni scure schiumano in un grigio chiaro.

Omopolimero o copolimero per i pezzi che verranno incollati, marcati o saldati?

Il copolimero, nella maggior parte dei casi: la sua finestra di fusione più ampia tollera il calore del laser e della saldatura con meno formaldeide, salda in modo più uniforme, resiste ad acqua calda e alcali e i suoi semilavorati evitano la porosità assiale. L'omopolimero si giustifica per rigidità, creep e fatica; lo si scelga dove questo margine conta di più.

Qual è il rischio della formaldeide nella marcatura laser o nella saldatura del POM?

Oltre i 230 °C circa la catena depolimerizza in formaldeide gassosa, un irritante respiratorio e cancerogeno con un limite di esposizione OSHA di 0,75 ppm su 8 ore e 2 ppm a breve termine. Ogni cella laser o a piastra calda che lavora acetale richiede un'aspirazione localizzata; un odore pungente indica che la superficie è surriscaldata, quindi si riducano prima la fluenza o il tempo di permanenza.

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