当使用POM(聚甲醛,俗称赛钢)成型的产品出现“太脆”问题时,核心原因通常与材料本身性能、成型工艺参数、模具设计或后期处理相关。需通过系统性排查定位根源,再针对性优化,以下是具体解决方案:
一、先排查:明确POM产品“脆化”的核心原因
在调整前,先通过简单测试和信息核对,缩小问题范围:
1. 材料端排查
- 确认POM型号:是否误用了均聚POM(硬度高但韧性差,耐冲击性弱),而非更适合抗冲击场景的共聚POM(韧性更优,低温冲击性能更好)。
- 检查材料纯度:是否混入了杂质(如其他塑料颗粒、灰尘)、回收料比例过高(回收次数越多,分子链断裂越严重,韧性越差),或材料储存不当(受潮、高温老化,导致分子链降解)。
- 助剂是否缺失:部分改性POM会添加增韧剂(如弹性体),若使用的是纯POM或增韧剂含量不足,也会导致产品脆化。
2. 工艺端排查
- 观察产品外观:是否有明显的缺料、气泡、银丝纹(原料未充分干燥,成型时水分挥发产生气泡,破坏结构完整性)、飞边过多(合模力不足,导致应力集中)。
- 回忆成型参数:是否存在“高温长时间”加工(POM热稳定性差,温度过高或停留时间过长,会导致分子链分解,韧性骤降),或“低温高速”加工(熔体流动性不足,内部产生内应力)。
3. 结构/模具排查
- 产品厚度:是否存在局部过薄(如壁厚<1.5mm,POM流动性有限,薄壁处易填充不密实,且应力集中),或壁厚差异过大(厚壁处收缩不均,产生内应力)。
- 模具细节:是否有尖锐拐角(未做圆角处理,应力集中点易断裂)、浇口位置不合理(熔体流动路径不均,内部应力分布失衡)。
二、针对性解决:从“材料-工艺-结构-后处理”四步优化
1. 材料优化:选对POM类型,保证材料纯度
这是解决脆化的基础,若材料本身不匹配,后续工艺调整效果有限:
- 优先换用共聚POM:若产品需要抗冲击、抗脆裂(如齿轮、卡扣、结构件),将均聚POM(如杜邦100P)换成共聚POM(如杜邦500P、宝理M90-44),共聚POM的缺口冲击强度是均聚的2-3倍,韧性显著更优。
- 控制回收料比例:回收料添加量不超过30%,且需筛选无杂质、无老化的回收料(老化的POM颜色发黄,分子链已断裂,韧性极差)。
- 原料充分干燥:POM吸湿性虽不高(吸水率约0.2%),但微量水分会导致成型时产生气泡,破坏内部结构,需在80-90℃下干燥2-3小时,确保含水量<0.05%。
2. 成型工艺调整:避免“过加工”和“内应力”
POM的热稳定性差(分解温度约240℃),工艺参数偏差易导致分子链降解或内应力集中,是脆化的主要诱因:
工艺参数 | 问题表现(导致脆化) | 优化方向 |
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料筒温度 | 温度过高(>230℃):分子链分解,韧性下降;温度过低:熔体流动性差,填充不密实 | 均聚POM:180-210℃;共聚POM:190-220℃(分段控温,避免局部过热) |
注射压力 | 压力过高:产品内部产生内应力,易脆裂;压力过低:填充不足,结构松散 | 20-60MPa(根据产品厚度调整,薄壁件适当提高,厚壁件降低) |
注射速度 | 速度过快:熔体剪切力大,产生内应力;速度过慢:填充不及时,表面缩痕 | 中速(30-50mm/s),避免急加速/急减速 |
保压时间/压力 | 保压过长/过高:产品内部应力累积;保压不足:收缩不均,结构疏松 | 保压压力为注射压力的50-70%,保压时间至浇口凝固即可(通常3-8s) |
模具温度 | 模温过低:冷却过快,内应力无法释放;模温过高:冷却慢,周期长 | 50-80℃(模温均匀,避免局部温差过大) |
螺杆转速 | 转速过高:剪切热过大,熔体局部过热降解 | 30-60r/min(确保熔体充分塑化即可,不追求高转速) |
3. 产品结构与模具优化:减少“应力集中点”
结构设计不合理会导致局部应力集中,即使材料和工艺没问题,也会因受力集中而脆裂:
- 优化壁厚:
- 最小壁厚不低于1.5mm(POM流动性有限,薄于1.2mm易填充不密实);
- 壁厚差异控制在2倍以内(如从2mm过渡到4mm,避免骤厚骤薄导致收缩不均),可通过“渐变过渡”减少应力。
- 消除尖锐拐角:所有拐角处做R0.5mm以上的圆角(尖锐拐角的应力集中系数是圆角的3-5倍,易成为断裂起点),尤其是受力部位(如卡扣、轴套)。
- 调整浇口位置:避免浇口正对壁厚突变处或受力点,优先采用“侧浇口”或“点浇口”(确保熔体流动路径均匀,减少内部应力)。
- 增加加强筋:对薄璧、长条类产品(如支架、导轨),添加高度≤壁厚1.5倍、宽度≥壁厚0.5倍的加强筋,增强结构强度,避免弯曲脆裂。
4. 后期处理:释放内应力,提升韧性
若产品已成型但仍偏脆,可通过后期处理释放内应力,部分恢复韧性:
- 退火处理:将产品放入80-100℃的烘箱中,保温1-2小时,然后随烘箱缓慢冷却至室温(冷却速度<5℃/h),通过加热让分子链重新排列,释放内部应力(可使内应力降低30-50%)。
- 去除飞边/毛刺:用砂纸或刀具轻轻去除产品边缘的飞边(避免用力刮擦导致表面损伤,产生新的应力点),飞边处易应力集中,也是脆裂的常见位置。
三、验证与总结
调整后,通过2个简单测试验证效果:
1. 弯折测试:对长条状产品(如100mm×10mm×2mm),缓慢弯折至120°,若不断裂则韧性达标;
2. 冲击测试:用简支梁冲击试验机(缺口型)测试,共聚POM冲击强度需≥5kJ/m²,均聚POM需≥2kJ/m²。
总之,POM产品脆化的核心解决思路是:选对韧性材料(优先共聚)→ 优化工艺避免降解和内应力 → 调整结构减少应力集中,三步结合可高效解决问题。