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不用增强,POM替代PA66/GF做齿轮

前言




齿轮是一种传统部件,如今其应用领域遍及各种产业及生活用品的方方面面,而机械性能优良且可以大量生产的工程塑料常被用于制造齿轮。目前齿轮在新领域的应用也正不断扩大,需求持续增加。


有鉴于此,我们工程塑料厂家对启发材料应用的正确思考方法可谓负有重大责任。这是因为选定最合适树脂齿轮的材料时,从普通的产品目录物性值中无法看出其是否合适。


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图1、2是在日本国内实施的滑动部件的各树脂构成比调查结果。其特点在于,所使用的树脂偏向于特定种类。大多数为结晶性热塑性树脂,其中特别是聚甲醛(下称POM)占了很大比例。而且还有一个特点是,这些POM当中,未釆用玻璃纤维等进行增强的非增强材料占大半。

另一方面,在要求小型化、提高强度时,有时会应用玻璃纤维增强的PA66 (下称GFPA66),图1的PA中,GF增强PA66占比较大。这是因为其拉伸强度等普通产品目录的物性值明显高于POM非增强型材料。但是,我们发现了在齿轮中采用GF增强树脂,反而牺牲了质量的事例。

因此,本文将针对无法从产品目录的物性值当中看到的重要齿轮性能进行介绍,并且会就为什么非增强的POM适用于齿轮进行说明。

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用于齿轮的POM


将非增强POM广泛用于树脂齿轮的主要理由如下:

① 在与金属配合使用时的耐磨损性方面,结晶性树脂比非结晶性树脂更具优势,而且POM类材料的玻璃化温度低,尤其具有优势(图3) 


② 关于重复疲劳性,结晶性树脂也具有优势(图4)

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③ 在结晶性树脂中,POM在高温下保持高刚性,能够在宽广的温度范围中使用(图5)


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④ 高分子量的非增强POM在低应力下显示出与GFPA66同等以上的齿轮疲劳性能(图6)
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⑤ 由于是非GF增强,因此磨损低,而且容易达到高精度,因此能够实现低噪音。(图 7 、8)


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关于②(耐冲击性)


众所周知,一般情况下,与结晶性树脂相比,非结晶性树脂的耐冲击性能更高。但是在反复受到冲击时,非结晶性树脂的冲击性能会急剧下降,因此不适用于齿轮这类在缺口(凹槽)结构部位会反复承受载荷的部件。另一方面,以POM为代表的结晶性树脂,由重复应力而导致破坏寿命降低的情形很少,因此适合用作齿轮材料。


关于③(弹性模量的稳定性与玻璃化温度)

在疲劳性能良好的结晶性树脂当中,POM被大量使用的原因是在于其弹性模量的稳定性。图5显示了与POM同为结晶性树脂一非增强PA66 (绝对干燥状态)以及PBT相比较的弯曲模量的温度依赖性。POM显示出较为稳定的变化,这是因为玻璃化温度的不同而造成的。POM的玻璃化温度在- 50°C附近,在通常使用的温度范围内并不存在玻璃化转变。因此随着温度上升,其弯曲模量的下降趋势平缓。

另一方面,PBT、PA66 (绝对干燥状态)的玻璃化温度分别在40°C及 50°C附近。因此,在玻璃化温度以上的温度区域中,弯曲模量将大幅度下降。此外,PA66会大量吸水,实际应用时的弯曲模量与图5中的值相比,还会大幅度下降。另外强度也显示出相同的倾向,PBT或者PA66在60~80°C等高温下如果希望达到与POM同等的刚性或强度时,必须使用玻璃纤维等进行增强。


来源:宝理塑料

编辑:艾可



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