Cách Ngăn Ngừa Nứt Trong Các Thanh POM Đường Kính Lớn – Nguyên Nhân và Giải Pháp

Tại sao các thanh POM lớn hơn lại bị nứt trong khi các thanh nhỏ hơn thì không?

POM (polyoxymethylene), còn được biết đến với tên gọi acetal, được sử dụng rộng rãi nhờ vào các tính chất cơ học tuyệt vời và độ bền cao. Các thanh có đường kính nhỏ hơn, chẳng hạn như đến 50 mm, hiếm khi gặp phải vấn đề nứt. Điều này là do các thanh nhỏ làm mát đồng đều hơn và nhanh hơn, giảm thiểu nguy cơ căng thẳng bên trong.

Ngược lại, các thanh có đường kính lớn hơn, chẳng hạn như 100 mm, thường gặp phải làm mát không đồng đều. Lớp ngoài làm mát nhanh hơn so với lõi, dẫn đến:

• Căng thẳng nội bộ do sự chênh lệch nhiệt độ gây ra.
• Kết tinh không đồng nhất, làm yếu cấu trúc của vật liệu và tăng nguy cơ nứt.

Dưới đây là những nguyên nhân phổ biến nhất và giải pháp kinh tế, thực tiễn để giải quyết vấn đề này.

1. Làm mát không đồng đều của thanh POM

Vấn đề:
Trong các thanh lớn hơn, bề mặt nguội nhanh hơn nhiều so với lõi trong quá trình ép. Điều này dẫn đến sự co ngót vật liệu và căng thẳng bên trong, thường dẫn đến vết nứt hướng tâm.

Giải pháp:
✔️ Áp dụng làm mát dần dần:

• Sử dụng nước ấm (60–80°C) thay vì nước lạnh trong giai đoạn làm mát ban đầu.
• Giảm dần nhiệt độ nước trong các khu vực làm mát tiếp theo.
• Xem xét việc thêm một tắm không khí trước khi ngâm nước để hạn chế sự thay đổi nhiệt độ đột ngột.

2. Kết tinh nhanh trong lõi

Vấn đề:
POM, đặc biệt là các loại đồng polymer, kết tinh nhanh chóng, dẫn đến cấu trúc tinh thể không đồng nhất và các lõi yếu hơn trong các thanh lớn.

Giải pháp:
✔️ Nhiệt độ xử lý thấp hơn:

• Nhiệt độ xi lanh: 190–210°C thay vì 210–230°C.
• Nhiệt độ: thấp hơn 10–15°C so với xi lanh.

✔️ Giảm căng thẳng bằng cách tôi ngắn hạn:

• Kiểm tra nhiệt độ ngắn hạn từ 80–100°C, sau đó làm mát chậm đến nhiệt độ phòng.
• Thời gian chính xác của quá trình ủ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, vì vậy nên thực hiện các thí nghiệm để tối ưu hóa các tham số.

3. Tính chất vật liệu – Homopolymer POM

Vấn đề:
Homopolymer POM, trong khi cung cấp độ cứng cao hơn, thì lại dòn hơn copolymer POM. Đường kính lớn làm tăng căng thẳng bên trong, tăng khả năng nứt.

Giải pháp:
✔️ Xem xét chuyển sang copolymer POM, cái mà:

• Có khả năng chống nứt tốt hơn.
• Ít có khả năng bị căng thẳng nội bộ.

✔️ Ngoài ra, thêm chất điều chỉnh tác động hoặc chất dẻo để cải thiện độ linh hoạt của POM đồng polymer.

4. Thông số quy trình ép đùn

Vấn đề:
Áp lực quá mức hoặc nhiệt độ quá cao trong quá trình ép có thể dẫn đến quá nhiệt và làm yếu cấu trúc của vật liệu.

Giải pháp:
✔️ Tối ưu hóa các tham số quy trình:

• Giảm tốc độ ép đùn để làm mát đồng đều hơn và kết tinh.
• Điều chỉnh nhiệt độ của xi lanh và khuôn để đảm bảo sự giảm nhiệt độ dần dần.
• Giảm áp lực khuôn để tránh sự tách lớp bên trong thanh.

5. Độ ẩm trong Nguyên liệu

Vấn đề:
Ngay cả một lượng nhỏ độ ẩm trong hạt POM cũng có thể tạo ra bong bóng vi mô, làm yếu cấu trúc thanh và dẫn đến nứt.

Giải pháp:
✔️ Phơi khô vật liệu đúng cách:

• Sấy khô trước các hạt ở 80–90°C trong 3–4 giờ.
• Lưu trữ nguyên liệu thô trong điều kiện khô ráo bằng cách sử dụng máy sấy không khí hút ẩm trong hệ thống cấp liệu.

Bản tóm tắt

Nứt trong các thanh POM đường kính lớn là một vấn đề phức tạp do:

• Làm mát không đều,
• Kết tinh nhanh,
• Thuộc tính vật liệu, và
• Thông số ép không đúng.

Giải pháp đề xuất:
✔️ Giảm nhiệt dần dần – Tránh sự giảm nhiệt đột ngột bằng cách sử dụng nước ấm và làm mát từng bước.
✔️ Giảm căng thẳng bằng cách tôi – Thử nghiệm gia nhiệt ngắn hạn ở 80–100°C, sau đó làm mát chậm để ngăn ngừa sự tích tụ căng thẳng bên trong.
✔️ Tối ưu hóa quy trình – Điều chỉnh nhiệt độ, tốc độ ép đùn và áp suất để tránh quá nhiệt và tập trung ứng suất.
✔️ Chọn vật liệu – Xem xét copolymer POM hoặc các loại có độ bền va đập để cải thiện độ bền.
✔️ Phơi khô nguyên liệu – Đảm bảo nguyên liệu không có độ ẩm trước khi ép đùn.

Những phương pháp kinh tế và thực tiễn này có thể giảm đáng kể nguy cơ nứt gãy ở các thanh POM đường kính lớn và cải thiện chất lượng sản phẩm.