同為高強耐磨工程塑料，POM與POK該如何選擇？ 一文對比二者的差異與各自優(yōu)勢

• POM自20世紀中葉以來一直是工程設計的支柱材料。

• POK則是一種較新的替代品，具有前景廣闊的機械和化學性能。

本文從化學結構、機械與熱性能、耐化學性、加工性能及典型應用等方面，對POM和POK進行技術比較，旨在幫助材料工程師和設計師了解這兩種材料的差異及各自的優(yōu)勢所在。

POM有兩種形式：均聚物和共聚物。均聚物由重復的-CH2O-單元組成，具有高結晶度。相比之下，共聚物POM引入了少量（通常為1-3%）的-CH2CH2O-單元，這打亂了其分子結構（圖1）。

與共聚物相比，均聚物結構的更高均勻性導致了更高水平的結晶度和更強的分子間氫鍵。這種分子結構的差異使得均聚物在較寬的溫度范圍內具有更高的拉伸強度和模量，以及更好的抗蠕變性和抗疲勞性。均聚物的熔點更高，連續(xù)使用溫度也更高。另一方面，共聚物對酸和堿具有更好的耐化學性，并且在熱水中更不易發(fā)生水解。與均聚物相比，共聚物還具有更優(yōu)異的抗氧化性。

POK，特指脂肪族聚酮，是一種相對較新的材料，由乙烯和一氧化碳（酮羰基）單元交替組成。商業(yè)化的牌號是三元共聚物，這是在聚合過程中通過向聚合物主鏈中引入少量（通常為5-15%）丙烯官能團實現(xiàn)的（圖2）。

這種添加打亂了其分子結構，略微降低了結晶度，從而改善了韌性和加工性能，同時降低了熔點。極性羰基的存在提供了強大的分子間相互作用，從而帶來了更好的阻隔性能和耐化學性。

圖2 — 聚酮的化學結構。

POM均聚物的熔點約為175°C，而共聚物變體的熔點略低，約為165°C。聚甲醛的玻璃化轉變溫度（Tg）也取決于其結構，均聚物約為-85°C，共聚物約為-60°C。由于它們的Tg遠低于環(huán)境溫度，因此隨著溫度從Tg向熔點升高，材料的機械性能將穩(wěn)定且均勻地下降。

POK三元共聚物的熔融范圍在185至245°C之間，具體取決于丙烯含量——丙烯含量越高，聚合物的熔點越低。因此，與POM相比，不同牌號POK的熱性能變異性更大。POK的Tg顯著高于POM，名義上為11°C，這導致其機械性能在略低于環(huán)境溫度到略高于環(huán)境溫度的范圍內會出現(xiàn)一些變化。低丙烯含量的POK牌號能夠在某些其他半結晶樹脂（包括POM）明顯軟化的溫度下保持可用的模量，這為高溫應用提供了設計靈活性。這種對比通過動態(tài)機械分析（DMA）得到了很好的說明（圖3）。

圖3 — 低丙烯含量的POK牌號能在某些半結晶樹脂

（包括POM）軟化的溫度下保持可用的模量。

由于結構不同，POK的熔點將高于POM。然而，POM將具有更高的結晶結構。這一點通過差示掃描量熱法（DSC）得到了很好的證明（圖4）。

圖4 — 差示掃描量熱法（DSC）

顯示POM具有更高的結晶結構。

POM，尤其是均聚物，以其高拉伸強度和模量、優(yōu)異的抗疲勞性和抗蠕變性而聞名。它常被選用于要求隨時間推移尺寸變化極小的承重部件。

通常，POK三元共聚物的模量和拉伸強度低于POM，但延展性要高得多，斷裂伸長率值超過150%（圖5）。它們提供優(yōu)異的抗沖擊性和良好的疲勞性能。DMA測試顯示，POM和POK的模量在125°C左右存在交叉點（圖3）。低于此溫度時，POM保持更高的剛度；高于此溫度時，POK則能保持更好的性能。

圖5 — 拉伸測試表明，POK三元共聚物比POM具有更低的模量和拉伸強度，但具有更高的延展性，斷裂伸長率值超過150%。

圖6 — 在比較蠕變測試中，POK表現(xiàn)出優(yōu)于POM的性能。

POM和POK都具有良好的摩擦學性能，但它們通過不同的機制實現(xiàn)其性能。POM，尤其是均聚物，以其低摩擦系數(shù)和優(yōu)異的耐磨特性而聞名。這些品質使其廣泛應用于軸承、齒輪和滑動部件。有時會加入PTFE、硅酮或玻璃纖維等添加劑組合，以進一步降低摩擦或增強耐磨性。

POK也表現(xiàn)出強大的摩擦學性能，具有天然的堅硬表面和在動態(tài)負載下優(yōu)異的耐磨性。盡管其摩擦系數(shù)略高于未改性的POM，但POK材料隨時間推移經歷的磨損和表面降解往往較少。極性酮基的存在有助于形成耐用、耐磨損的表面。

與均聚物相比，POM共聚物具有更好的抗水解和抗氧化性。然而，兩者都對強酸和強堿敏感，并且在長時間的紫外線照射下容易降解。戶外使用通常需要添加穩(wěn)定劑組合或炭黑等顏料體系以限制降解。

POK由于其全碳主鏈和極性羰基而表現(xiàn)出**的耐化學性。它能抵抗弱酸、弱堿、醇類和烴類的侵蝕。其抗水解性優(yōu)于包括POM在內的許多其他工程聚合物。POK即使在飽和水分含量（約2.2%）下也表現(xiàn)出最小的性能下降?？棺贤饩€性能仍然是一個局限；酮基團易發(fā)生光降解，不過炭黑添加劑有助于短期戶外使用緩解此問題。從滲透角度來看，POK作為氧氣阻隔材料表現(xiàn)良好，在多層包裝結構中可與乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）和聚偏二氯乙烯（PVDC）相媲美。

POM在注塑行業(yè)中地位穩(wěn)固，具有優(yōu)異的流動性、尺寸控制性和可重復性。它可以進行機械加工和焊接，其中共聚物通常更易于加工。POM還具有低收縮率和高成型性，使其成為精密部件的首選材料。POM材料在達到其熔點之前通常是穩(wěn)定的，但在加工過程中需要仔細的熱管理以防止降解。如果沒有適當?shù)姆€(wěn)定措施，在220°C以上可能會發(fā)生氧化和斷鏈，因此螺桿設計和停留時間是重要的考慮因素。

POK相對較新，在加工過程中需要特別注意。它對某些添加劑交聯(lián)的敏感性意味著必須避免污染。注塑廠商必須嚴格遵守加工指南。盡管存在這些問題，POK仍可通過注塑、擠出、薄膜和吹塑成功進行加工。通常不需要為控制水分而進行干燥，但干燥可用于改善表面外觀。

POM常用于需要高剛度、低摩擦和尺寸穩(wěn)定性的精密部件。應用包括齒輪、軸承、燃油系統(tǒng)部件、門鎖機構、車窗升降器齒輪和汽車緊固件。其低磨損率和抗疲勞性使其適用于中等負載下的重復機械運動。

POK在新興市場中獲得了關注，包括兒童玩具、食品處理輸送帶、電動汽車電池外殼（采用玻璃纖維增強牌號）和阻隔薄膜。其獨特的韌性、耐化學性和耐磨性平衡，使其在POM、尼龍或聚酯的局限性明顯的應用中成為一個有吸引力的替代品。在食品接觸應用中，POK受益于全球監(jiān)管批準，包括美國FDA、歐盟和NSF的批準。

POM和POK都帶來了引人注目的特性。

• POM仍然是高模量、抗疲勞、低摩擦部件的基準，而POK則提供了優(yōu)異的延展性、抗蠕變性和化學耐久性。

• POM成熟的加工技術和尺寸穩(wěn)定性使其在精密部件中占優(yōu)勢，而POK的耐化學性和水解穩(wěn)定性則拓寬了其在挑戰(zhàn)性環(huán)境中的適用性。

兩者之間的選擇應取決于應用的具體要求，特別是那些涉及長期應力、暴露于強化學物質或需要沖擊韌性的情況。與任何工程材料一樣，通過測試進行性能驗證仍然至關重要。