So verhindern Sie Risse in POM-Stäben mit großem Durchmesser – Ursachen und Lösungen
Warum brechen größere POM-Stäbe und kleinere nicht?
POM (Polyoxymethylen), auch bekannt als Acetal, wird aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften und Haltbarkeit häufig verwendet. Bei Stäben mit kleinerem Durchmesser, beispielsweise bis zu 50 mm, kommt es selten zu Rissproblemen. Dies liegt daran, dass kleinere Stäbe gleichmäßiger und schneller abkühlen, wodurch das Risiko von inneren Spannungen verringert wird.
Im Gegensatz dazu unterliegen Stäbe mit größerem Durchmesser, beispielsweise 100 mm, häufig einer ungleichmäßigen Kühlung. Die äußere Schicht kühlt schneller ab als der Kern, was zu Folgendem führt:
- Eigenspannungen durch Temperaturunterschiede.
- Ungleichmäßige Kristallisation, die die Materialstruktur schwächt und das Risiko von Rissen erhöht.
Nachfolgend finden Sie die häufigsten Ursachen und wirtschaftliche, praktische Lösungen zur Behebung dieses Problems.
1. Ungleichmäßige Kühlung von POM-Stäben
Problem:
Bei größeren Stäben kühlt die Oberfläche beim Extrudieren viel schneller ab als der Kern. Die Folge sind Materialschwund und innere Spannungen, die häufig zu radialen Rissen führen.
Lösung:
✔️ allmähliche Abkühlung anwenden:
- Verwenden Sie während der ersten Abkühlphase warmes Wasser (60–80 °C) anstelle von kaltem Wasser.
- Reduzieren Sie die Wassertemperatur in den nachfolgenden Kühlzonen schrittweise.
- Erwägen Sie, vor dem Eintauchen ins Wasser ein Luftbad hinzuzufügen, um abrupte Temperaturschwankungen zu vermeiden.
2. Schnelle Kristallisation im Kern
Problem:
POM, insbesondere Homopolymertypen, kristallisiert schnell, was zu ungleichmäßigen Kristallstrukturen und geschwächten Kernen in größeren Stäben führt.
Lösung:
✔️ Niedrigere Verarbeitungstemperaturen:
- Speichertemperatur: 190–210°C statt 210–230°C.
- Düsentemperatur: 10–15°C niedriger als der Zylinder.
✔️ Kurzzeitiges Glühen zum Stressabbau:
- Testen Sie kurzfristiges Erhitzen auf 80–100 °C und anschließendes langsames Abkühlen auf Raumtemperatur.
- Die genaue Dauer des Glühens hängt von mehreren Faktoren ab, daher werden Experimente zur Optimierung der Parameter empfohlen.
3. Materialeigenschaften – Homopolymer POM
Problem:
Homopolymer-POM bietet zwar eine höhere Steifigkeit, ist aber spröder als Copolymer-POM. Große Durchmesser verstärken die inneren Spannungen und erhöhen die Wahrscheinlichkeit von Rissen.
Lösung:
✔️ Erwägen Sie den Wechsel zu Copolymer POM, das:
- Hat eine bessere Rissbeständigkeit.
- Ist weniger anfällig für innere Spannungen.
✔️ Alternativ können Sie Schlagzähmodifikatoren oder Weichmacher hinzufügen, um die Flexibilität von Homopolymer-POM zu verbessern.
4. Parameter des Extrusionsprozesses
Problem:
Zu hoher Druck oder zu hohe Temperatur beim Extrudieren können zur Überhitzung führen und die Materialstruktur schwächen.
Lösung:
✔️ Prozessparameter optimieren:
- Reduzieren Sie die Extrusionsgeschwindigkeit für eine gleichmäßigere Kühlung und Kristallisation.
- Passen Sie die Zylinder- und Düsentemperaturen an, um einen allmählichen Temperaturabfall sicherzustellen.
- Reduzieren Sie den Matrizendruck, um eine Schichttrennung innerhalb der Stange zu vermeiden.
5. Feuchtigkeit im Rohmaterial
Problem:
Bereits geringe Feuchtigkeitsmengen im POM-Granulat können zur Bildung von Mikroblasen führen, die die Stabstruktur schwächen und zu Rissen führen.
Lösung:
✔️ Trocknen Sie das Material richtig:
- Das Granulat 3–4 Stunden bei 80–90°C vortrocknen.
- Lagern Sie Rohmaterial unter trockenen Bedingungen mithilfe von Adsorptionslufttrocknern im Zuführsystem.
Zusammenfassung
Risse in POM-Stäben mit großem Durchmesser sind ein komplexes Problem, das durch Folgendes verursacht wird:
- Ungleichmäßige Kühlung,
- Schnelle Kristallisation,
- Materialeigenschaften und
- Unsachgemäße Extrusionsparameter.
Vorgeschlagene Lösungen:
✔️ Allmähliche Abkühlung – Vermeiden Sie plötzliche Temperaturabfälle, indem Sie warmes Wasser verwenden und schrittweise abkühlen.
✔️ Spannungsarmglühen – Testen Sie eine kurzzeitige Erwärmung bei 80–100 °C, gefolgt von einer langsamen Abkühlung, um den Aufbau innerer Spannungen zu verhindern.
✔️ Prozessoptimierung – Passen Sie Temperaturen, Extrusionsgeschwindigkeiten und Drücke an, um Überhitzung und Spannungskonzentration zu vermeiden.
✔️ Materialauswahl – Erwägen Sie Copolymer POM oder schlagzäh modifizierte Typen, um die Haltbarkeit zu verbessern.
✔️ Rohstoffe trocknen – Stellen Sie vor der Extrusion sicher, dass das Material frei von Feuchtigkeit ist.
Diese praktischen und wirtschaftlichen Methoden können das Risiko von Rissen in POM-Stäben mit großem Durchmesser deutlich reduzieren und die Produktqualität verbessern.