Vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trong thiết kế cơ khí là kim loại tấm, tiếp theo là POM (polyacetal). POM là một vật liệu rất tiện lợi để giảm trọng lượng của sản phẩm và bổ sung nhiều chức năng cho các chi tiết máy, POM đã được các nhà thiết kế cơ khí sử dụng trong nhiều năm nay. Vậy lý do tại sao POM (polyacetal) hữu ích cho thiết kế cơ khí như vậy. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu qua bài viết sau đây.

Mục lục

1. Điểm mạnh của POM (polyacetal) là gì?

2. POM thích hợp trong ứng dụng tra cứu ngược

3. Điểm yếu của POM

4. Các trường hợp sử dụng vật liệu không phải POM

5. Kết luận

 

1. Điểm mạnh của POM (polyacetal) là gì?

POM (polyacetal) là một loại nhựa kỹ thuật sử dụng formaldehyde và etylen oxit làm monome. Có các chất đồng phân tử trong đó chỉ có formaldehyde được trùng hợp và các chất đồng trùng hợp bao gồm khoảng 10 mol% etylen oxit. Trước đây nó được gọi là Delrin® và sau này là Duracon®. POM có khả năng chịu nhiệt, chống va đập, chống mài mòn, ... rất tốt nên có thể đáp ứng các yêu cầu thiết kế cơ khí chung. Sau đây, chúng tôi sẽ giải thích chi tiết các điểm mạnh của POM.

(1) Khả năng chịu nhiệt

Khả năng chịu nhiệt là khả năng duy trì các đặc tính vật lý của nhựa trong môi trường nhiệt độ cao, và là một chỉ số cực kỳ quan trọng trong việc quyết định cách sử dụng của nhựa.

Nhiệt độ sử dụng liên tục của POM là khoảng 85°C đối với homopolyme và khoảng 105°C đối với copolyme. Nó có thể chịu được nhiệt độ cao tới 150°C trong thời gian ngắn. Nhiệt độ biến dạng nhiệt tương đối cao ở 110 đến 120°C ở 1.8 MPa, và độ bền ban đầu có thể được duy trì ngay cả trong môi trường nhiệt độ cao. Vì vậy, POM thích hợp làm vật liệu cho các chi tiết động cơ và quạt máy sưởi.

(2) Chống va đập

Khả năng chống va đập là khả năng chống lại tác động bên ngoài (lực tác động lớn tức thời).

POM có khả năng chống va đập cao và sẽ không dễ bị vỡ nếu nó va chạm với các bộ phận khác hoặc rơi trên sàn. Với POM, bạn có thể sản xuất các chi tiết có độ bền cao.

(3) Chống mài mòn

Khả năng chống mài mòn (đặc tính chịu mài mòn) và tính chất tự bôi trơn (bản thân vật liệu có hệ số ma sát cực thấp) của các chi tiết là những điểm quan trọng ảnh hưởng đến tuổi thọ và hiệu suất của máy móc.

Nhìn chung, những loại nhựa được kết tinh thể hiện đặc tính tự bôi trơn rất tốt. POM cũng là một loại nhựa có độ kết tinh cao hơn các loại nhựa khác, do đó nó có đặc tính tự bôi trơn tuyệt vời, dẫn đến khả năng chống mài mòn cao. Vì thế, nó là vật liệu lý tưởng chế tạo các loại bánh răng, trục vít, ổ trục, v.v ... những chi tiết chịu tác động mài mòn trong quá trình sử dụng.

Hình ảnh chi tiết bánh răng làm bằng nhựa POM

(4) Kháng hóa chất

Kháng hóa chất là đặc tính không bị nóng chảy, trương nở hoặc phản ứng khi tiếp xúc với hóa chất.

POM thể hiện khả năng kháng hóa chất tuyệt vời đối với hầu hết các hóa chất vô cơ và hữu cơ ngoại trừ axit mạnh (như axit sulfuric và axit clohydric). Vì vậy, nó phù hợp cho các chi tiết sử dụng tại các vùng tiếp xúc với hóa chất và xăng dầu, chẳng hạn như máy bơm nhiên liệu, bánh răng bôi trơn bằng mỡ, nắp bút đánh dấu, rãnh thoát nước.

(5) Độ ổn định về kích thước

Một vài loại nhựa có thể bị nở ra do hút ẩm, hấp thụ nước, do thay đổi nhiệt, v.v. và kích thước của nó bị thay đổi ít nhiều. Khả năng chống lại sự thay đổi này gọi là độ ổn định về kích thước.

POM có độ hấp thụ nước thấp và độ ổn định kích thước trong tuyệt vời dài hạn. Do đó, nó có thể được sử dụng mà không gặp vấn đề gì đối với các chi tiết yêu cầu độ chính xác cao, chẳng hạn như những bánh răng yêu cầu độ chính xác cao.

2. POM thích hợp trong ứng dụng tra cứu ngược

Chúng tôi xin giới thiệu thứ tự các mục ứng dụng và chức năng mà POM phù hợp dựa trên quan điểm của nhà thiết kế.

• Ứng dụng thứ 1: các chi tiết đa chức năng

Một chi tiết mà có thể sử dụng vào nhiều mục đích và chức năng khác nhau đã trở thành xu thế khi thiết kế cơ khí, chi phí của chi tiết và giờ công lắp ráp có thể được giảm bớt đáng kể. Với các bộ phận bằng kim loại tấm, có những hạn chế về mức độ tự do lựa chọn hình dạng, nhưng bằng cách sử dụng các bộ phận đúc bằng nhựa có mức độ tự do lựa chọn hình dạng cao hơn, có thể chế tạo những sản phẩm, chi tiết đa chức năng.

• Ứng dụng thứ 2: thiết bị cần độ tin cậy khắt khe

Ví dụ chúng tôi đang thiết kế một cơ cấu bên trong xe hơi, nhưng các mục yêu cầu độ tin cậy do nhà sản xuất quy định rất nghiêm ngặt. Ví dụ, khả năng chịu nhiệt vượt quá 100°C và khả năng chống mỏi cũng được yêu cầu. POM kết hợp tất cả các yếu tố này và có thể cải thiện độ tin cậy của sản phẩm.

• Ứng dụng thứ 3: trong chế tạo lò xo

Thông thường, lò xo là chi tiết kim loại được gắn vào sản phẩm, nhưng để giảm giá thành và vẫn có thể tạo ra một sản phẩm có độ đàn hồi như lò xo kim loại thì người ta sẽ nghĩ đến việc sử dụng POM. Chất nhựa dẻo có khả năng chống mỏi, chống rão và phục hồi đàn hồi rất tốt, vì vậy chúng có thể được sử dụng làm lò xo.

* Tuy nhiên, cần phải cẩn thận vì mô đun đàn hồi thay đổi rất nhiều khi nhiệt độ thay đổi.

Hình ảnh lo xo bằng vật liệu POM

• Ứng dụng thứ 4: trong chế tạo bánh răng

So với bánh răng kim loại, bánh răng POM chạy êm hơn và được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị gia dụng. Ngoài ra, nhựa có độ hút ẩm thấp nên độ ổn định về độ chính xác kích thước tốt.

* Vì độ cứng của bề mặt răng kém hơn kim loại nên có thể tạo ra tiếng ồn bất thường do vết lõm, v.v.

• Ứng dụng thứ 5: trong chế tạo vòng bi và bề mặt trượt

Các bộ phận kim loại không thể được sử dụng cho ổ trục hoặc bề mặt trượt, vì vậy khi thiết kế các kỹ sư sẽ thực hiện việc chia tách các bộ phận chịu lực và sử dụng kim loại cho chúng. Vì bản thân POM có đặc tính tự bôi trơn nên chúng được sử dụng để chế tạo ổ trục và các chi tiết có bề mặt trượt trên nhau.

3. Điểm yếu của POM

POM có nhiều ưu điểm, nhưng nó cũng có điểm yếu.

• Chỉ có thể chế tạo những chi tiết mờ đục (nhựa POM không phải là nhựa trong suốt)

POM là một loại nhựa kết tinh. Có một phần tinh thể trong đó các phân tử được sắp xếp đều đặn và một phần vô định hình trong đó các phân tử được sắp xếp ngẫu nhiên. Vì phần ổn định và phần vô định hình có chiết suất khác nhau nên ánh sáng bị phản xạ khuếch tán bên trong nhựa kết tinh. Kết quả là độ trong suốt rất thấp.

• Chống chịu thời tiết kém

Một trong những hạn chế của POM là khả năng chịu thời tiết kém. Vì vậy, không nên sử dụng nó ngoài trời hoặc trong điều kiện thường xuyên tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời. Nếu bạn thực sự muốn sử dụng POM ngoài trời, bạn cần thực hiện các biện pháp như thêm chất ổn định.

• Độ bám dính kém

POM có khả năng tự bôi trơn cao và không thể bị dính bằng các chất kết dính thông thường. Muốn liên kết POM bạn có thể dùng phương pháp hàn hoặc phương pháp khắc bề mặt sau đó sử dụng chất kết dính polyurethane.

• Chỉ số oxy cao và dễ cháy

POM chứa các nguyên tử oxy. Vì vậy, nó có nhược điểm là có chỉ số oxy hóa cao 15 và dễ bắt lửa khi để gần lửa.

4. Các trường hợp sử dụng vật liệu không phải POM

Vì POM cũng có những nhược điểm của nó, nên có những trường hợp tốt hơn là sử dụng vật liệu nhựa khác với POM, tùy thuộc vào chức năng và ứng dụng mong muốn.

• Các chi tiết với yêu cầu trong suốt

POM không phải là không màu và trong suốt, vì vậy nhựa acrylic được sử dụng cho các chi tiết mà bạn muốn không màu và trong suốt. Tuy nhiên, vì nhựa acrylic không có các đặc tính để sử dụng cho các bộ phận cơ khí, nó chỉ có thể được sử dụng cho các ứng dụng hạn chế như nắp hay cửa sổ.

• Yêu cầu độ cứng

Nếu POM không đủ cứng, có thể sử dụng PPS (có pha thêm sợi thủy tinh). Tuy nhiên, PPS kém hơn POM về khả năng tạo khuôn và bôi trơn nên cần phải chú ý khi sử dụng.

5. Kết luận

POM là một loại nhựa kỹ thuật vượt trội về khả năng chịu nhiệt, chống va đập, chịu ma sát, kháng hóa chất và độ ổn định kích thước. Nó đáp ứng các yêu cầu thiết kế cơ khí chung và là một vật liệu hữu ích trong chế tạo các chi tiết đa chức năng, lò xo, bánh răng, v.v.

Vì nó là vật liệu nhựa tổng hợp nên chúng tôi nghĩ rằng nhiều kỹ sư sử dụng nó thường xuyên trong thiết kế chế tạo, nhưng nó cũng có những nhược điểm như khả năng chống chịu thời tiết kém, độ bám dính kém và dễ cháy. Hãy sử dụng POM một cách hiệu quả bằng cách tìm hiểu các đặc điểm của POM và sự khác biệt so với các loại nhựa khác.

Cảm ơn các bạn đã đón đọc bài viết về vật liệu nhựa POM. Mọi ý kiến đóng góp xin để lại ở phần comment bên dưới bài viết. Xin hẹn gặp lại các bạn ở những bài viết tiếp theo.

Tác giả: Nguyễn Văn Hòa

Tham khảo tại: POM（ポリアセタール）がメカ設計の用途に重宝される理由 | meviy | ミスミ (misumi-ec.com)

 

Từ khóa liên quan: Nhựa kỹ thuật, Vật liệu, Thép SKD11