พอลิออกซีเมทิลีน (POM, อะซีทัล)

พอลิออกซีเมทิลีน (POM, อะซีทัล)

ประเด็นสำคัญ

• มี 2 กลุ่ม: โฮโมพอลิเมอร์ (ชนิด Delrin) หลอมเหลวที่ราว 175 °C และมีความแข็งเกร็งกว่า ส่วนโคพอลิเมอร์ (ชนิด Celcon, Hostaform) หลอมเหลวที่ราว 165 °C และทนน้ำร้อน ด่าง และความร้อนได้ดีกว่า
• พลังงานพื้นผิว 36–38 dyne/cm ประกอบกับความเฉื่อยทางเคมี ทำให้อะซีทัลเป็นหนึ่งในพลาสติกที่ยึดติด พ่นสี และพิมพ์ได้ยากที่สุด ควรออกแบบโดยเลือกการประกอบเชิงกลเป็นอันดับแรก
• POM สีธรรมชาติแทบไม่เกิดรอยมาร์กเมื่อใช้ไฟเบอร์เลเซอร์โดยไม่มีสารเติมแต่ง ส่วนเกรดสีเข้มจะฟูตัวเป็นรอยสีเทาอ่อน
• POM ที่ร้อนเกินไปจะปล่อยฟอร์มาลดีไฮด์ ทุกเซลล์เลเซอร์และเซลล์เชื่อมจึงต้องมีระบบดูดไอเสีย

พอลิออกซีเมทิลีน (POM, อะซีทัล)

พอลิออกซีเมทิลีน ซึ่งมักเรียกว่าอะซีทัลหรือ POM เป็นเทอร์โมพลาสติกวิศวกรรมที่มีความเป็นผลึกสูง ประกอบด้วยหน่วยออกซีเมทิลีน (CH2O) ซ้ำกัน ถูกกำหนดใช้เพื่อความแข็งเกร็ง เสถียรภาพด้านมิติ ความทนต่อการล้า และแรงเสียดทานต่ำ แต่เป็นที่รู้กันว่าแปรรูปขั้นรองได้ยาก เพราะพลังงานพื้นผิวต่ำและความเฉื่อยทางเคมีทำให้ต้านทานทั้งกาว หมึก สี และการมาร์กด้วยเลเซอร์

ชื่อนี้ครอบคลุมสารเคมีสองชนิด โฮโมพอลิเมอร์ (DuPont Delrin เป็นผลิตภัณฑ์อ้างอิง) คือพอลิฟอร์มาลดีไฮด์ที่ปิดปลายสายโซ่ ส่วนโคพอลิเมอร์ (Celcon, Hostaform, Ultraform) มีหน่วยเอทิลีนออกไซด์ปริมาณไม่กี่เปอร์เซ็นต์ ซึ่งป้องกันไม่ให้สายโซ่สลายตัวต่อเนื่องกลายเป็นฟอร์มาลดีไฮด์เมื่อเจอความร้อน น้ำร้อน หรือด่าง

โฮโมพอลิเมอร์เทียบกับโคพอลิเมอร์

รูพรุนตามแนวกึ่งกลางเป็นประเด็นสำคัญ เพราะแท่งโฮโมพอลิเมอร์หนาเย็นตัวจากด้านนอกเข้าสู่ด้านใน ส่วนแกนกลางที่แข็งตัวทีหลังสุดจะดึงให้เกิดช่องว่างตามแนวกึ่งกลางของหน้าตัด หากรูเจาะหรือผิวเชื่อมเปิดสู่ช่องว่างนี้ จะเกิดการรั่ว ยึดติดไม่ดี และมาร์กไม่สม่ำเสมอ สำหรับชิ้นส่วนที่ผ่านการกลึงควรกำหนดใช้โคพอลิเมอร์หรือวัสดุที่ควบคุมรูพรุนแล้ว

คุณสมบัติและการใช้งานโดยทั่วไป

• เฟือง ลูกเบี้ยว ตลับลูกปืน และบุชชิ่ง — เน้นความแข็งเกร็ง อายุการล้า และการหล่อลื่นในตัวโดยไม่ใช้สารหล่อลื่น
• ระบบเชื้อเพลิง — ตัวเรือนปั๊ม ชุดเซนเซอร์ระดับ และตัวเรือนวาล์ว ซึ่งส่วนใหญ่ใช้โคพอลิเมอร์
• กลไกนำส่งยา — เฟืองปรับขนาดยา ตัวล็อกฟัน และไกปล่อยในปากกาฉีดอินซูลิน อุปกรณ์ฉีดยาอัตโนมัติ และเครื่องพ่นยาสูด
• ซิป หัวเข็มขัด คลิป และตัวล็อกแบบสแนป โซ่ลำเลียง วาล์ว และข้อต่อท่อประปา

การยึดติด การพ่นสี และการพิมพ์บนอะซีทัล

อะซีทัลอยู่ในอันดับต้นของรายการวัสดุที่ยึดติดยากของผู้จำหน่ายกาวทุกราย ได้แก่ พลังงานพื้นผิว 36–38 dyne/cm ต่ำกว่าหมึก สี และกาวส่วนใหญ่ พื้นผิวเรียบที่มีความเป็นผลึกสูงไม่มีหมู่ที่ว่องไวต่อปฏิกิริยา ไม่มีตัวทำละลายทั่วไปที่กัดกร่อนได้จึงใช้การเชื่อมด้วยตัวทำละลายไม่ได้ และตัวพลาสติกเองลื่นโดยการออกแบบ รอยต่อที่ใช้อีพอกซีหรือไซยาโนอะคริเลตโดยไม่ผ่านการปรับสภาพมักรับแรงได้ต่ำกว่า 1 N/mm² และหลุดออกที่รอยต่อระหว่างผิวอย่างเรียบร้อย

เมื่อผ่านการปรับสภาพและใช้กาวที่เหมาะสมแล้ว ค่า 3–6 N/mm² เป็นระดับที่เป็นไปได้จริง และความเสียหายจะย้ายไปเกิดภายในชั้นกาว ซึ่งเป็นสัญญาณว่าการปรับสภาพได้ผล สำหรับชิ้นส่วนที่รับน้ำหนักยังคงใช้หลักเดิม คือใช้ตัวล็อกแบบสแนป การอัดเข้าด้วยกัน อินเสิร์ตที่ยึดด้วยความร้อน และการโอเวอร์โมลด์ โดยใช้กาวเพื่อการซีล สีและหมึกแพดพริ้นต์ก็ใช้หลักการเดียวกัน เกรดที่หล่อลื่นด้วย PTFE หรือซิลิโคนไม่สามารถปรับสภาพให้ยึดติดได้

การมาร์กและการเชื่อมอะซีทัลด้วยเลเซอร์

โฮโมพอลิเมอร์มาร์กได้ยากกว่า เพราะช่วงหลอมเหลวแคบทำให้พลังงานที่ก่อให้เกิดความคมชัดอยู่ใกล้กับพลังงานที่ทำให้ผิวหลอม โคพอลิเมอร์จึงเป็นวัสดุฐานที่นิยมใช้สำหรับเกรดที่มาร์กด้วยเลเซอร์ได้ ไม่ว่ากรณีใด รอยมาร์กเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงกว่าราว 230 °C ซึ่งเป็นจุดที่ POM ปล่อยฟอร์มาลดีไฮด์ จึงต้องมีระบบดูดไอเสียที่หัวมาร์กเสมอ ตารางการมาร์กพลาสติกด้วยเลเซอร์ระบุความยาวคลื่นเริ่มต้นแยกตามเกรด

การแก้ปัญหาในกระบวนการขั้นรองของอะซีทัล

การกำหนดและตรวจสอบรอยมาร์กและรอยยึดติดบน POM

• ระบุเกรดให้ครบถ้วน — โฮโมพอลิเมอร์หรือโคพอลิเมอร์ สารให้สี สารหล่อลื่น ปริมาณใยแก้ว สารเติมแต่งสำหรับเลเซอร์ คำว่า “อะซีทัล” เพียงอย่างเดียวไม่ใช่ข้อกำหนด
• ระบุเป้าหมายพลังงานพื้นผิวและวิธีวัด: อย่างน้อย 42 dyne/cm ตามมาตรฐาน ASTM D2578 ในสายการผลิต และใช้มุมสัมผัสสำหรับการรับรองคุณสมบัติ
• กำหนดช่วงเวลาระหว่างการปรับสภาพถึงการยึดติดจากการทดลองการเสื่อมสภาพ และวัดซ้ำกับวัสดุที่เก็บไว้นาน
• กำหนดเกณฑ์ยอมรับรอยยึดติดด้วยค่าแรงเฉือนแบบซ้อนทับตาม ISO 4587 หรือ ASTM D1002 พร้อมบันทึกลักษณะการแตกหัก: แตกภายในชั้นกาวแสดงว่าการปรับสภาพได้ผล แตกที่รอยต่อผิวแสดงว่าล้มเหลว
• กำหนดเกณฑ์ยอมรับรอยมาร์กตามเกรดจากเครื่องตรวจสอบ (ISO/IEC 15415 เกรด C ขึ้นไปสำหรับ UDI) พร้อมการตรวจซ้ำหลัง 72 ชั่วโมงเพื่อหารอยแตกลายงา
• ระบุการควบคุมไอเสียไว้ในข้อกำหนดของทุกเซลล์เลเซอร์และเซลล์เชื่อม

ศัพท์และบทความที่เกี่ยวข้อง

• การมาร์กพลาสติกด้วยเลเซอร์
• วิธีการปรับสภาพพื้นผิว
• การยึดติดด้วยกาวและการประกอบ
• แนวปฏิบัติที่ดีที่สุดในการยึดติดเทอร์โมพลาสติกกึ่งผลึก
• การมาร์กด้วยเลเซอร์เทียบกับการพิมพ์อิงก์เจ็ท
• การมาร์กพลาสติกที่เติมสารและเสริมแรงด้วยเลเซอร์

การนำไปใช้ในการผลิต

The Sabreen Group ให้การสนับสนุนด้านวิศวกรรมแบบอิสระสำหรับการมาร์กอะซีทัลด้วยเลเซอร์ การปรับสภาพพื้นผิว การยึดติด และการรับรองกระบวนการเชื่อม หากอยู่ระหว่างกำหนดกระบวนการ รับรองวัสดุ หรือแก้ปัญหาในสายการผลิต ทีมบริการด้านวิศวกรรมของเรายินดีช่วยเหลือ ติดต่อเราเพื่อหารือเกี่ยวกับการใช้งาน

คำถามที่พบบ่อย

เหตุใดอะซีทัลจึงติดกาวได้ยากมาก

พลังงานพื้นผิว 36–38 dyne/cm ต่ำกว่ากาวส่วนใหญ่ พื้นผิวผลึกไม่มีหมู่ที่ว่องไวต่อปฏิกิริยา และไม่มีตัวทำละลายทั่วไปที่กัดกร่อนได้ รอยต่อที่ไม่ผ่านการปรับสภาพจึงหลุดที่รอยต่อระหว่างผิว การใช้พลาสมาหรือการกัดด้วยกรดร่วมกับกาวที่เหมาะสมจะเพิ่มค่าแรงเฉือนแบบซ้อนทับเป็น 3–6 N/mm² แต่สำหรับชิ้นส่วนที่รับน้ำหนักยังคงใช้การประกอบเชิงกลเป็นหลัก

POM สีขาวธรรมชาติมาร์กด้วยเลเซอร์ได้หรือไม่

ได้เพียงเล็กน้อยเมื่อใช้ไฟเบอร์เลเซอร์มาตรฐาน เพราะ POM โปร่งใสต่อความยาวคลื่น 1064 nm และไม่มีสิ่งใดให้เกิดการคาร์บอไนซ์ มี 3 แนวทางที่ใช้ได้ผล ได้แก่ การผสมสารเติมแต่งสำหรับการมาร์กด้วยเลเซอร์ 0.5–2% การใช้เลเซอร์ UV ซึ่งรอยมาร์กเกิดจากปฏิกิริยาเคมีด้วยแสงและใช้ความร้อนน้อยกว่ามาก หรือการพิมพ์อิงก์เจ็ทหลังการปรับสภาพ ส่วนเกรดสีเข้มจะฟูตัวเป็นรอยสีเทาอ่อน

ชิ้นงานที่จะยึดติด มาร์ก หรือเชื่อม ควรใช้โฮโมพอลิเมอร์หรือโคพอลิเมอร์

ในกรณีส่วนใหญ่ควรใช้โคพอลิเมอร์ เพราะช่วงหลอมเหลวที่กว้างกว่าทนความร้อนจากเลเซอร์และการเชื่อมได้ดีกว่าโดยเกิดฟอร์มาลดีไฮด์น้อยกว่า เชื่อมได้สม่ำเสมอกว่า ทนน้ำร้อนและด่าง และวัสดุรูปทรงมาตรฐานของโคพอลิเมอร์ไม่มีปัญหารูพรุนตามแนวกึ่งกลาง ส่วนโฮโมพอลิเมอร์เหมาะกับงานที่ให้ความสำคัญกับความแข็งเกร็ง การคืบ และความทนต่อการล้า ควรเลือกใช้เมื่อส่วนต่างด้านนี้มีความสำคัญมากกว่า

ฟอร์มาลดีไฮด์มีความเสี่ยงอย่างไรเมื่อมาร์กหรือเชื่อม POM ด้วยเลเซอร์

ที่อุณหภูมิสูงกว่าราว 230 °C สายโซ่จะสลายตัวต่อเนื่องกลายเป็นก๊าซฟอร์มาลดีไฮด์ ซึ่งระคายเคืองระบบหายใจและเป็นสารก่อมะเร็ง โดย OSHA กำหนดขีดจำกัดการสัมผัสที่ 0.75 ppm ตลอด 8 ชั่วโมง และ 2 ppm ในช่วงสั้น ทุกเซลล์เลเซอร์และเซลล์เชื่อมด้วยแผ่นร้อนที่ใช้อะซีทัลต้องมีการดูดไอเสียเฉพาะจุด กลิ่นฉุนแสดงว่าผิวร้อนเกินไป จึงควรลดความหนาแน่นพลังงานหรือเวลาคงอยู่ก่อน

---