齒輪是一種傳統(tǒng)部件，如今其應用領域遍及各種產(chǎn)業(yè)及生活用品的方方面面，而機械性能優(yōu)良且可以大量生產(chǎn)的工程塑料常被用于制造齒輪。目前齒輪在新領域的應用也正不斷擴大，需求持續(xù)增加。
有鑒于此，我們工程塑料廠家對啟發(fā)材料應用的正確思考方法可謂負有重大責任。這是因為選定最合適樹脂齒輪的材料時，從普通的產(chǎn)品目錄物性值中無法看出其是否合適。
圖1、2是在日本國內(nèi)實施的滑動部件的各樹脂構(gòu)成比調(diào)查結(jié)果。其特點在于，所使用的樹脂偏向于特定種類。大多數(shù)為結(jié)晶性熱塑性樹脂，其中特別是聚甲醛（下稱POM）占了很大比例。而且還有一個特點是，這些POM當中，未釆用玻璃纖維等進行增強的非增強材料占大半。
另一方面，在要求小型化、提高強度時，有時會應用玻璃纖維增強的PA66 (下稱GFPA66)，圖1的PA中，GF增強PA66占比較大。這是因為其拉伸強度等普通產(chǎn)品目錄的物性值明顯高于POM非增強型材料。但是，我們發(fā)現(xiàn)了在齒輪中采用GF增強樹脂，反而犧牲了質(zhì)量的事例。
因此，本文將針對無法從產(chǎn)品目錄的物性值當中看到的重要齒輪性能進行介紹，并且會就為什么非增強的POM適用于齒輪進行說明。
① 在與金屬配合使用時的耐磨損性方面，結(jié)晶性樹脂比非結(jié)晶性樹脂更具優(yōu)勢，而且POM類材料的玻璃化溫度低,尤其具有優(yōu)勢（圖3）?
② 關于重復疲勞性，結(jié)晶性樹脂也具有優(yōu)勢（圖4）
③ 在結(jié)晶性樹脂中，POM在高溫下保持高剛性，能夠在寬廣的溫度范圍中使用（圖5）
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④ 高分子量的非增強POM在低應力下顯示出與GFPA66同等以上的齒輪疲勞性能（圖6）
⑤ 由于是非GF增強，因此磨損低，而且容易達到高精度，因此能夠?qū)崿F(xiàn)低噪音。（圖 7 、8）
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關于②（耐沖擊性）
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眾所周知，一般情況下，與結(jié)晶性樹脂相比，非結(jié)晶性樹脂的耐沖擊性能更高。但是在反復受到?jīng)_擊時，非結(jié)晶性樹脂的沖擊性能會急劇下降，因此不適用于齒輪這類在缺口（凹槽）結(jié)構(gòu)部位會反復承受載荷的部件。另一方面，以POM為代表的結(jié)晶性樹脂，由重復應力而導致破壞壽命降低的情形很少，因此適合用作齒輪材料。
在疲勞性能良好的結(jié)晶性樹脂當中，POM被大量使用的原因是在于其彈性模量的穩(wěn)定性。圖5顯示了與POM同為結(jié)晶性樹脂一非增強PA66 (絕對干燥狀態(tài)）以及PBT相比較的彎曲模量的溫度依賴性。POM顯示出較為穩(wěn)定的變化，這是因為玻璃化溫度的不同而造成的。POM的玻璃化溫度在- 50°C附近，在通常使用的溫度范圍內(nèi)并不存在玻璃化轉(zhuǎn)變。因此隨著溫度上升，其彎曲模量的下降趨勢平緩。
另一方面，PBT、PA66 (絕對干燥狀態(tài)）的玻璃化溫度分別在40°C及 50°C附近。因此，在玻璃化溫度以上的溫度區(qū)域中，彎曲模量將大幅度下降。此外，PA66會大量吸水，實際應用時的彎曲模量與圖5中的值相比，還會大幅度下降。另外強度也顯示出相同的傾向，PBT或者PA66在60~80°C等高溫下如果希望達到與POM同等的剛性或強度時，必須使用玻璃纖維等進行增強。
來源：寶理塑料
編輯：艾可
原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦高分子）：不用增強，POM替代PA66/GF做齒輪
