Hoe scheuren in grote diameter POM-staven te voorkomen – Oorzaken en oplossingen

Waarom barsten grotere POM-staven terwijl kleinere dat niet doen?

POM (polyoxymethyleen), ook bekend als acetaal, wordt veel gebruikt vanwege zijn uitstekende mechanische eigenschappen en duurzaamheid. Dikkere staven, zoals tot 50 mm, ervaren zelden scheurproblemen. Dit komt omdat kleinere staven gelijkmatiger en sneller afkoelen, waardoor het risico op interne spanningen vermindert.

In tegenstelling tot, grotere diameter staven, zoals 100 mm, hebben vaak te maken met ongelijke koeling. De buitenste laag koelt sneller af dan de kern, wat leidt tot:

• Interne spanningen veroorzaakt door temperatuurverschillen.
• Niet-uniforme kristallisatie, verzwakt de structuur van het materiaal en verhoogt het risico op scheuren.

Hieronder staan de meest voorkomende oorzaken en economische, praktische oplossingen om dit probleem aan te pakken.

1. Ongelijke Koeling van POM Staven

Probleem:
Bij grotere staven koelt het oppervlak veel sneller af dan de kern tijdens de extrusie. Dit resulteert in materiaal krimp en interne spanningen, wat vaak leidt tot radiale scheuren.

Oplossing:
✔️ Pas geleidelijke koeling toe:

• Gebruik warm water (60–80°C) in plaats van koud water tijdens de initiële koelfase.
• Verlaag geleidelijk de watertemperatuur in de volgende koelzones.
• Overweeg om een luchtbad toe te voegen vóór wateronderdompeling om abrupte temperatuurveranderingen te beperken.

2. Snelle Kristallisatie in de Kern

Probleem:
POM, vooral homopolymeer types, kristalliseert snel, wat leidt tot niet-uniforme kristallijne structuren en verzwakte kernen in grotere staven.

Oplossing:
✔️ Lagere verwerkings temperaturen:

• Cilindertemperatuur: 190–210°C in plaats van 210–230°C.
• De temperatuur: 10–15°C lager dan de cilinder.

✔️ Korte-termijn annealing om stress te verlichten:

• Test kortdurende verwarming bij 80–100°C, gevolgd door langzaam afkoelen tot kamertemperatuur.
• De exacte duur van het annealen hangt van meerdere factoren af, dus experimenten worden aanbevolen om de parameters te optimaliseren.

3. Materiële Eigenschappen – Homopolymeer POM

Probleem:
Homopolymeer POM, terwijl het een hogere stijfheid biedt, is meer broos dan copolymeer POM. Grote diameters versterken interne spanningen, waardoor de kans op barsten toeneemt.

Oplossing:
✔️ Overweeg over te schakelen naar copolymeer POM, dat:

• Heeft betere krasbestendigheid.
• Is minder vatbaar voor interne spanningen.

✔️ Alternatief, voeg impactmodificatoren of plasticizers toe om de flexibiliteit van homopolymeer POM te verbeteren.

4. Extrusieprocesparameters

Probleem:
Overmatige druk of temperatuur tijdens extrusie kan leiden tot oververhitting en de structuur van het materiaal verzwakken.

Oplossing:
✔️ Optimaliseer procesparameters:

• Verlaag de extrusiesnelheid voor meer gelijkmatige koeling en kristallisatie.
• Pas de temperaturen van de cilinder en de matrijs aan om een geleidelijke temperatuurverlaging te waarborgen.
• Verlaag de druk op de matrijs om laagafscheiding binnen de staaf te voorkomen.

5. Vocht in Grondstof

Probleem:
Zelfs kleine hoeveelheden vocht in POM-korrels kunnen microbellen creëren, waardoor de staafstructuur verzwakt en er scheuren ontstaan.

Oplossing:
✔️ Droog het materiaal goed:

• Droog de korrels voor bij 80–90°C gedurende 3–4 uur.
• Bewaar grondstoffen in droge omstandigheden met behulp van ontvochtiger luchtontdrogers in het voedselsysteem.

Samenvatting

Scheuren in grote diameter POM-staven is een complex probleem veroorzaakt door:

• Ongelijkmatige koeling,
• Snelle kristallisatie,
• Materiaal eigenschappen, en
• Onjuiste extrusieparameters.

Voorgestelde oplossingen:
✔️ Geleidelijke afkoeling – Vermijd plotselinge temperatuurdalingen door warm water te gebruiken en stap voor stap af te koelen.
✔️ Stressverlichtende annealing – Test kortdurende verhitting bij 80–100°C, gevolgd door langzame afkoeling om opbouw van interne spanning te voorkomen.
✔️ Procesoptimalisatie – Pas temperaturen, extrusiesnelheden en drukken aan om oververhitting en spanningsconcentratie te voorkomen.
✔️ Materiaalkeuze – Overweeg copolymeer POM of impact-geëmodificeerde kwaliteiten om de duurzaamheid te verbeteren.
✔️ Droogmaken van grondstoffen – Zorg ervoor dat het materiaal vrij is van vocht voordat het geëxtrudeerd wordt.

Deze praktische en economische methoden kunnen het risico op barsten in grote diameter POM-staven aanzienlijk verminderen en de productkwaliteit verbeteren.