ポリオキシメチレン（POM、アセタール）

ポリオキシメチレン（POM、アセタール）

重要ポイント

• 2つのファミリーがあります。ホモポリマー（Delrinタイプ）は融点が約175 °Cで剛性が高く、コポリマー（Celcon、Hostaformタイプ）は融点が約165 °Cで、熱水、アルカリ、熱に対する耐性に優れます。
• 36～38 dyne/cmという表面エネルギーと化学的不活性により、アセタールは接着、塗装、印刷が最も難しいプラスチックの一つです。まず機械的な接合を前提に設計してください。
• 添加剤を使わない自然色のPOMは、ファイバーレーザーではほとんどマーキングできません。濃色グレードは発泡して淡いグレーになります。
• POMは過熱するとホルムアルデヒドを放出します。すべてのレーザー加工セルおよび溶着セルに排気設備が必要です。

ポリオキシメチレン（POM、アセタール）

ポリオキシメチレンは、一般にアセタールまたはPOMと呼ばれ、オキシメチレン（CH2O）単位の繰り返しからなる高結晶性のエンジニアリング熱可塑性樹脂です。剛性、寸法安定性、耐疲労性、低摩擦性を求められる用途で採用されますが、表面エネルギーが低く化学的に不活性であるため、接着剤、インク、塗料、レーザーマーキングのいずれも受け付けにくく、プラスチック二次加工では扱いにくい材料として知られています。

この名称には2種類の化学構造が含まれます。ホモポリマー（基準となるのはDuPontのDelrin）は末端封止されたポリホルムアルデヒドで、コポリマー（Celcon、Hostaform、Ultraform）は数パーセントのエチレンオキシド単位を含み、熱、熱水、アルカリによって分子鎖がホルムアルデヒドへ解重合（アンジッピング）するのを抑えます。

ホモポリマーとコポリマーの比較

センターラインポロシティが問題になるのは、肉厚のホモポリマー丸棒が外側から冷却され、最後に固化する芯部が断面中心に向かってボイドを引き寄せるためです。そこへ貫通する穴や溶着面は、漏れ、接着不良、マーキングのムラの原因になります。機械加工部品には、コポリマーまたはポロシティを管理した素材を指定してください。

代表的な特性と用途

• ギア、カム、軸受、ブッシュ — 剛性、疲労寿命、乾式潤滑性が求められます。
• 燃料系部品 — ポンプハウジング、センダーユニット、バルブ本体。通常はコポリマーが使われます。
• 薬剤送達機構 — インスリンペン、オートインジェクター、吸入器の用量設定ギア、ラチェット、トリガー。
• ファスナー、バックル、クリップ、スナップフィット、コンベアチェーン、バルブ、配管継手。

アセタールの接着、塗装、印刷

アセタールは、接着剤メーカーの難接着基材リストの筆頭に挙げられます。36～38 dyne/cmの表面エネルギーは大半のインク、塗料、接着剤を下回り、平滑で高結晶性の表面には反応基がなく、有効な溶剤が存在しないため溶剤接着はできず、設計上、潤滑性も備えています。未処理のエポキシ系やシアノアクリレート系の接合は、通常1 N/mm²未満で破壊し、界面からきれいに剥離します。

前処理と適合する接着剤を組み合わせれば、3～6 N/mm²が現実的な値となり、破壊は接着剤内部へ移行します。これは前処理が機能した証拠です。荷重がかかる部位では、スナップフィット、圧入、熱かしめインサート、オーバーモールドを優先し、接着剤はシールに使うという原則が変わりません。塗装やパッド印刷のインクも同じ考え方に従います。PTFEやシリコーンで潤滑されたグレードは、処理によって接着可能にすることはできません。

アセタールのレーザーマーキングとレーザー溶着

ホモポリマーのほうがマーキングは困難です。溶融域が狭いため、コントラストを生むエネルギーと表面を溶かすエネルギーが近接しており、そのためレーザーマーキング対応グレードの基材には通常コポリマーが使われます。いずれの場合も、マークはPOMがホルムアルデヒドを放出する約230 °Cを超える温度で形成されるため、マーキングヘッドでの排気は必須です。グレードごとの開始波長は、プラスチックのレーザーマーキング一覧表に掲載しています。

アセタール二次加工のトラブルシューティング

POMのマークと接着の仕様化と検証

• グレードを完全に特定してください — ホモポリマーかコポリマーか、着色剤、潤滑剤、ガラス含有量、レーザー添加剤。「アセタール」とだけ書いても仕様にはなりません。
• 表面エネルギーの目標値と測定方法を明記してください。量産ではASTM D2578で最低42 dyne/cm、認定時には接触角で評価します。
• 減衰試験から処理後接着までの有効時間を設定し、経時した在庫は再測定してください。
• 接着の合否基準は、破壊モードを記録したうえで、ISO 4587またはASTM D1002の引張せん断強さで定めてください。凝集破壊は前処理の有効性を証明し、界面破壊は前処理の不良を示します。
• マークの合否基準は、検証機のグレード（ISO/IEC 15415、UDIではグレードC以上）で定め、クレイジング確認のため72時間後に再検査してください。
• すべてのレーザー加工セルおよび溶着セルの仕様に、ヒューム対策を盛り込んでください。

関連用語と参考情報

• プラスチックのレーザーマーキング
• 表面前処理の手法
• 接着・接合
• 半結晶性熱可塑性樹脂の接着に関するベストプラクティス
• レーザーマーキングとインクジェット印刷の比較
• 充填・強化プラスチックのレーザーマーキング

量産への適用について

The Sabreen Groupは、アセタールのレーザーマーキング、表面前処理、接着、溶着の認定に関して、独立した立場でエンジニアリング支援を提供しています。プロセスの仕様決定、材料の認定、量産上の問題のトラブルシューティングをご検討中のお客様は、当社のエンジニアリングサービスチームがお手伝いいたします。ご相談の際は、お問い合わせください。

よくある質問

アセタールはなぜ接着が難しいのですか？

表面エネルギーが36～38 dyne/cmと大半の接着剤を下回り、結晶性の表面には反応基がなく、一般的な溶剤では溶解しないため、未処理の接合は界面で破壊します。プラズマまたは酸エッチングと適合する接着剤の組み合わせで引張せん断強さは3～6 N/mm²に達しますが、荷重がかかる部位では機械的な接合が原則です。

自然色の白いPOMにレーザーマーキングはできますか？

標準的なファイバーレーザーでは、わずかしかできません。POMは1064 nmで透明であり、炭化するものがないためです。有効な方法は3つあります。0.5～2%のレーザーマーキング添加剤を配合する方法、光化学的なマークで済み発熱がはるかに少ないUVレーザーを使う方法、前処理後にインクジェット印刷を行う方法です。濃色グレードは発泡して淡いグレーになります。

接着、マーキング、溶着を行う部品には、ホモポリマーとコポリマーのどちらを選ぶべきですか？

ほとんどの場合はコポリマーです。溶融域が広いため、レーザーや溶着の熱に対してホルムアルデヒドの発生が少なく、溶着が安定し、熱水とアルカリに強く、素材形状でセンターラインポロシティが生じません。ホモポリマーは剛性、クリープ、疲労の面で優位にあり、その余裕が重要な部位で選んでください。

POMのレーザーマーキングや溶着で、ホルムアルデヒドのリスクはどの程度ですか？

約230 °Cを超えると分子鎖が解重合してホルムアルデヒドガスが発生します。これは呼吸器刺激物質であり発がん性物質で、OSHAの暴露限界は8時間で0.75 ppm、短時間で2 ppmです。アセタールを処理するすべてのレーザーセルおよびホットプレートセルには局所排気が必要です。刺激臭がする場合は表面が過熱しているため、まずフルエンスまたは滞留時間を下げてください。

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