Как предотвратить растрескивание в стержнях из ПОМ большого диаметра – причины и решения

Почему большие POM-стержни трескаются, а маленькие - нет?

POM (полиоксиметилен), также известный как ацеталь, широко используется благодаря своим отличным механическим свойствам и прочности. Трубки меньшего диаметра, такие как до 50 мм, редко испытывают проблемы с трещинами. Это связано с тем, что меньшие трубки охлаждаются более равномерно и быстрее, что снижает риск внутренних напряжений.

В отличие от этого, стержни большего диаметра, такие как 100 мм, часто сталкиваются с неравномерным охлаждением. Внешний слой охлаждается быстрее чем ядро, что приводит к:

• Внутренние напряжения, вызванные температурными различиями.
• Неоднородная кристаллизация, ослабляющая структуру материала и увеличивающая риск трещин.

Ниже приведены самые распространенные причины и экономичные, практичные решения для решения этой проблемы.

1. Неровное охлаждение стержней POM

Проблема:
В больших прутках поверхность охлаждается гораздо быстрее, чем сердцевина, во время экструзии. Это приводит к усадке материала и внутренним напряжениям, что часто приводит к радиальным трещинам.

Решение:
✔️ Применить постепенное охлаждение:

• Используйте теплую воду (60–80°C) вместо холодной воды в начальной фазе охлаждения.
• Постепенно снижайте температуру воды в последующих зонах охлаждения.
• Рассмотрите возможность добавления воздушной ванны перед погружением в воду, чтобы ограничить резкие изменения температуры.

2. Быстрая кристаллизация в ядре

Проблема:
POM, особенно гомополимерные типы, кристаллизуется быстро, что приводит к неоднородным кристаллическим структурам и ослабленным сердечникам в больших стержнях.

Решение:
✔️ Низкие температуры обработки:

• Температура цилиндра: 190–210°C вместо 210–230°C.
• Температура: на 10–15°C ниже чем в цилиндре.

✔️ Краткосрочная отжиг для снятия напряжения:

• Тест краткосрочного нагрева при 80–100°C, за которым следует медленное охлаждение до комнатной температуры.
• Точная продолжительность отжига зависит от множества факторов, поэтому рекомендуется проводить эксперименты для оптимизации параметров.

3. Свойства материала – Гомополимер ПОМ

Проблема:
Гомополимер ПОМ, хотя и обладая большей жесткостью, более хрупкий по сравнению с сополимером ПОМ. Большие диаметры усиливают внутренние напряжения, увеличивая вероятность трещинообразования.

Решение:
✔️ Рассмотрите возможность перехода на кополимерный ПОМ, который:

• Имеет лучшую устойчивость к трещинам.
• Менее подвержен внутренним напряжениям.

✔️ В качестве альтернативы добавьте модификаторы воздействия или пластификаторы, чтобы улучшить гибкость гомополимера ПОМ.

4. Параметры процесса экструзии

Проблема:
Чрезмерное давление или температура во время экструзии могут привести к перегреву и ослаблению структуры материала.

Решение:
✔️ Оптимизировать параметры процесса:

• Уменьшите скорость экструзии для более равномерного охлаждения и кристаллизации.
• Отрегулируйте температуры цилиндра и матрицы, чтобы обеспечить постепенное снижение температуры.
• Снизьте давление на матрицу, чтобы избежать разделения слоев внутри стержня.

5. Влажность в сырье

Проблема:
Даже небольшие количества влаги в гранулах POM могут создавать микропузырьки, ослабляя структуру стержня и приводя к трещинам.

Решение:
✔️ Правильно высушите материал:

• Предварительно высушите гранулы при 80–90°C в течение 3–4 часов.
• Храните сырьё в сухих условиях, используя осушающие воздушные сушилки в системе подачи.

Краткое содержание

Трещины в толстых стержнях из ПОМ являются сложной проблемой, вызванной:

• Неравномерное охлаждение,
• Быстрая кристаллизация,
• Материальные свойства, и
• Неправильные параметры экструзии.

Предлагаемые решения:
✔️ Постепенное охлаждение – Избегайте резких перепадов температуры, используя теплую воду и поэтапное охлаждение.
✔️ Отжиг для снятия напряжения – Испытание кратковременного нагрева при 80–100°C, за которым следует медленное охлаждение для предотвращения накопления внутреннего напряжения.
✔️ Оптимизация процессов – Настройте температуры, скорости экструзии и давления, чтобы избежать перегрева и концентрации напряжений.
✔️ Выбор материала – Рассмотрите кополимер POM или модифицированные по ударной прочности сорта для повышения долговечности.
✔️ Сушка сырья – Убедитесь, что материал не содержит влаги перед экструзией.

Эти практичные и экономичные методы могут значительно снизить риск растрескивания в стержнях из ПОМ большого диаметра и улучшить качество продукции.