Lựa chọn nhựa trong suốt khó bị trầy xước｜So sánh kỹ lưỡng các loại và đặc tính của vỏ máy

Ở đây, về nhựa trong suốt được sử dụng cho vỏ máy"Lựa chọn nhựa trong suốt khó bị trầy xước và thông tin liên quan"　đang ghi chép.

Khi thiết kế nắp bảo vệ máy móc hoặc cửa sổ quan sát của thiết bị làm sạch, bạn có bao giờ chỉ ghi đơn giản "nhựa trong suốt" trên bản vẽ, sau đó nhận được phàn nàn tại hiện trường rằng "bị trầy xước nhiều nên không thể nhìn thấy bên trong" không? (Tôi có...)

Kết quả của việc lựa chọn chỉ dựa trên các số liệu trong danh mục có thể dẫn đến các vấn đề như nứt vỡ do dầu cắt hoặc biến dạng nắp do thay đổi nhiệt độ. Hiện nay, nhiều trang web thông tin chỉ dừng lại ở việc so sánh các đặc tính chung của nhựa, và rất ít trang web cung cấp thông tin chi tiết về "lựa chọn mã sản phẩm cụ thể" trong thực tế, "sự khác biệt về tính năng lớp phủ cứng của từng nhà sản xuất" và "phòng ngừa rủi ro trong thiết kế".

Do đó, bài viết này bắt đầu bằng việc so sánh các loại chính như acrylic, polycarbonate và PVC, sau đó đề cập đến các kiến thức cơ bản về công nghệ lớp phủ cứng để chống trầy xước, và cuối cùng là các chỉ số đánh giá khách quan dựa trên tiêu chuẩn JIS như độ truyền sáng toàn phần, độ cứng bút chì và khả năng chống va đập.

Ngoài ra, chúng tôi đã tổng hợp các đặc tính sản phẩm của các nhà sản xuất chính trong nước như Mitsubishi Chemical, Takiron CI, Sumitomo Bakelite, và hệ thống hóa các kiến thức thực tiễn mà các nhà thiết kế cần biết, từ phương pháp bảo trì đến tính phù hợp làm nắp an toàn, có tính đến sự thay đổi kích thước do nứt hóa chất và giãn nở nhiệt, cũng như tính kháng hóa chất. Chúng tôi hy vọng rằng điều này sẽ góp phần nâng cao chất lượng thiết kế của quý vị.

Điểm lựa chọn nhựa trong suốt khó bị trầy xước

Đặc tính của nhựa được định nghĩa theo tiêu chuẩn JIS

Khi lựa chọn vật liệu trong thiết kế máy móc, khả năng đọc hiểu chính xác các số liệu trong bảng thông số kỹ thuật là điều không thể thiếu để phòng ngừa sự cố. Đặc biệt đối với nhựa trong suốt, không nên dựa vào các cảm nhận chủ quan như "trong suốt" hay "cứng", màTham khảo các giá trị thử nghiệm dựa trên Tiêu chuẩn Công nghiệp Nhật Bản (JIS) để có thể đánh giá hiệu suất một cách khách quan và định lượng..

Bảng tính chất vật lý của vật liệu nhựa ghi chi tiết các đặc tính cơ học như độ bền kéo và mô đun uốn, cũng như các đặc tính quang học và nhiệt.

Bằng cách so sánh các giá trị này theo hàng ngang, có thể đưa ra các đánh giá cụ thể như "Vật liệu A có khả năng hấp thụ năng lượng va đập lớn hơn vật liệu B, nhưng chỉ số độ cứng bề mặt thấp hơn". Hầu hết các nhà sản xuất nhựa trong nước đều tuân theo tiêu chuẩn JIS (ví dụ:JIS K 7113　v.v.) để công bố dữ liệu thử nghiệm đáng tin cậy, và các nhà thiết kế cần phải xem xét cẩn thận dựa trên những dữ liệu này để xác định xem các thông số kỹ thuật có thể chịu được tải trọng của môi trường sử dụng hay không.

Tỷ lệ truyền qua toàn bộ ánh sáng ảnh hưởng đến khả năng quan sát

Đối với nắp và cửa sổ quan sát để kiểm tra tình trạng hoạt động bên trong máy móc, độ rõ nét của vật thể được quan sát là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả công việc của người vận hành và tốc độ phát hiện sự cố. Chỉ số được sử dụng rộng rãi để thể hiện độ trong suốt một cách khách quan là "tỷ lệ truyền qua toàn bộ tia sáng", được đo lường chủ yếu dựa trên các tiêu chuẩn như JIS K 7361-1.

Nói chung, chỉ số này càng cao thì càng cho thấy vật liệu đó càng sáng và trong suốt, vì nó cho phép ánh sáng đi qua nhiều hơn.

Bảng dưới đây tổng hợp các đặc tính quang học của các loại nhựa trong suốt tiêu biểu.

Nguồn tham khảo: Makoto Plastic (https://makoto-plastic.co.jp/2025/07/post-208/）
Nguồn tham khảo: Tài liệu kỹ thuật Acrylite của Mitsubishi Chemical (https://acrylite-help.m-chemical.co.jp/）

Như vậy, nhựa acrylic có độ trong suốt vượt trội. Trong các công đoạn yêu cầu định vị chính xác hoặc khi sử dụng làm vỏ bọc cho các thiết bị quang học như cảm biến hình ảnh, máy đo dịch chuyển laser, v.v., nên ưu tiên lựa chọn acrylic dựa trên chỉ số truyền qua.

Độ cứng của bút chì cho biết độ bền

Chỉ số hữu ích nhất để nhà thiết kế chỉ định định lượng tính năng "khó bị trầy xước" trong bản vẽ và tài liệu kỹ thuật là "độ cứng bút chì".　　Đây là phương pháp thử nghiệm được quy định trong JIS K 5600-5-4 (lớp sơn phủ) v.v., được biểu thị bằng độ cứng tối đa không để lại vết xước khi dùng bút chì có độ cứng nhất định (6B~9H) ấn vào bề mặt vật liệu ở góc 45 độ.

Polycarbonate chưa qua xử lý thông thường chỉ có độ cứng khoảng "2B" hoặc "HB", tức là mềm đến mức chỉ cần lau khô bằng vải cũng có thể để lại vết xước nhỏ (scratch). Ngược lại, acrylic chưa qua xử lý có độ cứng tương đối cao, khoảng "2H", nhưng vẫn không thể chịu được sự tiếp xúc với kim loại hoặc bụi cứng. Khi chạm vào thực tế, bạn cũng có thể cảm nhận được độ mềm của nó.

Do đó, khi cần một loại vật liệu có khả năng chống trầy xước cao để làm vỏ máy, lựa chọn bắt buộc là loại vật liệu có bề mặt được xử lý bằng "lớp phủ cứng". Bằng cách phủ lớp cứng, ngay cả polycarbonate cũng có thể đạt được độ cứng "4H" hoặc, tùy thuộc vào sản phẩm, độ cứng "6H" trở lên, gần bằng độ cứng của kính.

Khi chỉ định vật liệu trên bản vẽ thiết kế, thay vì chỉ ghi đơn giản là "nhựa trong suốt", việc ghi rõ thông số kỹ thuật như "loại sơn cứng (độ cứng bút chì 4H trở lên)" là chìa khóa để đảm bảo độ bền theo ý định. (Tuy nhiên, trong trường hợp thiết bị sản xuất, do sử dụng lượng lớn nhựa trong suốt, nên thường sử dụng polycarbonate chưa qua xử lý).

Nắp bảo vệ an toàn cần có khả năng chống va đập

Đối với các bộ phận cần bảo vệ người vận hành khỏi các tác động bất ngờ như văng ra của vật liệu gia công quay hoặc hư hỏng dụng cụ, chẳng hạn như cửa máy công cụ hoặc nắp phòng gia công, khả năng chống va đập cao là điều không thể thiếu.　　Polycarbonate là vật liệu có tính năng vượt trội không thể so sánh được về đặc tính này. Vật liệu này có độ bền gấp khoảng 40 đến 50 lần so với acrylic và gấp hơn 200 lần so với kính cường lực thông thường, nên hầu như không bị vỡ ngay cả khi bị đập mạnh bằng búa.

Mặt khác, như đã đề cập ở trên, polycarbonate có bề mặt rất mềm, và nếu không được xử lý, nó sẽ nhanh chóng bị trầy xước. Do đó, khi lựa chọn vật liệu làm nắp bảo vệ, giải pháp hợp lý nhất để đảm bảo cả tính an toàn và khả năng quan sát là chọn vật liệu có cơ sở là "polycarbonate chống va đập" và bề mặt được phủ "lớp sơn cứng chống trầy xước".

Acrylic có độ trong suốt và độ cứng cao hơn, nhưng khi chịu tác động mạnh, nó có nguy cơ vỡ ra thành những mảnh sắc nhọn và văng ra xung quanh, vì vậy khi sử dụng làm tường bảo vệ an toàn, cần phải có những biện pháp phòng ngừa cẩn thận như tăng đáng kể độ dày của tấm hoặc sử dụng thêm màng chống văng.입니다.

Thiết kế kích thước có tính đến sự giãn nở nhiệt

Khi cố định vật liệu nhựa vào khung kim loại hoặc vỏ máy, một trong những đặc tính vật lý mà kỹ sư thiết kế máy móc phải chú ý nhất là...Hệ số giãn nở tuyến tínhĐó là sự khác biệt. Nhựa co giãn nhiều hơn kim loại do sự thay đổi nhiệt độ. Ví dụ, hệ số giãn nở tuyến tính của polycarbonate gấp khoảng 5 đến 6 lần so với sắt và thép không gỉ.

Ví dụ tính toán cụ thể, giả sử một tấm che bằng polycarbonate có chiều dài 1.000 mm. Giả sử nhiệt độ môi trường tăng 30°C, từ 10°C vào mùa đông lên 40°C vào mùa hè.

Độ giãn nở ΔL = 1000 × (7 × 10^-5) × 30 = 2,1mm

Đó là, bìa sẽ kéo dài khoảng 2mm. Nếu,Khi nắp này được cố định chắc chắn bằng bu lông và nhiệt độ tăng lên trong tình trạng không có lối thoát, lực giãn nở sẽ làm cho nắp bị biến dạng và xuất hiện các vết nứt do áp lực tập trung xung quanh lỗ bu lông.

Để ngăn chặn điều này, phương pháp thiết kế quan trọng là tạo ra lỗ trống (lỗ trống) đủ lớn hơn đường kính vít hoặc gia công lỗ dài để tạo ra cấu trúc có thể hấp thụ sự co giãn. Ngoài ra, cũng cần lưu ý phân tán áp lực siết chặt bằng cách đặt vòng đệm nhựa hoặc gioăng cao su giữa vít và nhựa, để ép bằng bề mặt thay vì điểm.

Nguồn tham khảo: Tài liệu kỹ thuật về polycarbonate của AGC (https://www.agc.com/products/electoric/polycarbonate/pdf/12.pdf）
Nguồn tham khảo: D-Engineer Dữ liệu đặc tính nhựa (https://d-engineer.com/plastic/pc.html）

Các loại nhựa trong suốt khó bị trầy xước và các sản phẩm

Acrylic có độ cứng cao của Mitsubishi Chemical

Mitsubishi Chemical, một nhà sản xuất nhựa lớn của Nhật Bản, đã phát triển nhựa acrylic "Acrylight™Trong dòng sản phẩm này, chúng tôi đang phát triển các loại sản phẩm có giá trị gia tăng với độ cứng bề mặt cao. Sản phẩm tiêu biểu là "Acrylite MR (Syncolite MR)" đã cải thiện đáng kể khả năng chống trầy xước bằng cách tạo ra một lớp màng cứng đặc biệt trên bề mặt, đồng thời duy trì độ trong suốt vượt trội vốn có của acrylic (độ truyền sáng toàn phần 93%).

Độ cứng bề mặt của sản phẩm này có thể đạt từ "6H" đến "7H" theo thang đo độ cứng bút chì, đây là mức độ cứng không bị trầy xước ngay cả khi chà nhẹ bằng bông thép. Do đó, sản phẩm này rất thích hợp cho các ứng dụng ưu tiên hàng đầu về tính thẩm mỹ và khả năng hiển thị, chẳng hạn như tấm bảo vệ màn hình LCD, nắp màn hình cảm ứng của bảng điều khiển thường xuyên tiếp xúc với tay người, cửa sổ của các thiết bị đo đạc, v.v.

Tuy nhiên, vì vật liệu cơ bản là acrylic, nên khả năng chống va đập kém hơn polycarbonate. Nên sử dụng ở những nơi ít có khả năng bị va đập mạnh hoặc sau khi đã thực hiện các biện pháp phòng ngừa văng tung tóe. Có thể nói đây là vật liệu được ưu tiên lựa chọn khi muốn có tầm nhìn rõ ràng và chống trầy xước.

Polycarbonate của Takiron C.I.

Takiron CI là nhà sản xuất có thị phần và năng lực công nghệ cao trong lĩnh vực tấm polycarbonate. Sản phẩm của công ty này là...PCMRLoại sơn cứng (loại sơn làm cứng bề mặt) này được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp như một sản phẩm khắc phục được nhược điểm lớn nhất của polycarbonate là "dễ bị trầy xước".

Điều này giúp giảm đáng kể các vết trầy xước do lau chùi hàng ngày và các vết xước nhỏ do mảnh vụn bay ra trong quá trình gia công.　　Với sự cân bằng cao giữa tính năng "khó vỡ (khả năng chống va đập cao)" cần thiết cho vỏ bảo vệ an toàn và tính năng "khó trầy xước (khả năng chống trầy xước)" chịu được sử dụng trong thời gian dài, sản phẩm này là một trong những lựa chọn đáng tin cậy và có tính ứng dụng cao nhất cho cửa máy công cụ và vỏ bảo vệ máy tự động. Ngoài ra, sản phẩm còn có các loại có khả năng chống chịu thời tiết cao, có thể sử dụng cho các thiết bị ngoài trời.

Tấm đa chức năng của Sumitomo Bakelite

Sumitomo Bakelite cũng vậy,Polyca Ace®Công ty này đang phát triển rộng rãi các tấm polycarbonate cao cấp với thương hiệu "". Dòng sản phẩm của công ty rất đa dạng, ngoài loại "chống thời tiết (hai mặt)" thông thường, còn có nhiều sản phẩm được tăng cường các chức năng cụ thể.

Ngoài ra, trong những năm gần đây, một loại sản phẩm đặc biệt có khả năng "uốn cong" mà trước đây rất khó thực hiện với tấm phủ cứng truyền thống đang thu hút sự chú ý. Thông thường, lớp phủ cứng có tính chất thủy tinh và dễ vỡ, nên khi uốn cong sẽ xuất hiện các vết nứt nhỏ (crack) trên bề mặt. Tuy nhiên, công ty đã phát triển công nghệ "phủ cứng chịu thời tiết" có tính đến khả năng định hình, và cung cấp các sản phẩm có thể uốn cong bằng nhiệt với bán kính cong nhất định.　　Nhờ đó, ngay cả với nắp có hình dạng chữ R có thiết kế cao cấp, cũng có thể tạo ra bề mặt lớp phủ cứng chống trầy xước.

Về vấn đề uốn cong nhựa trong suốt, có một chút khác biệt, nhưng đối với bảo vệ CV vận chuyển một khoảng cách dài, nếu sử dụng bảo vệ "khung nhôm + tấm phẳng" sẽ rất khó khăn, nên một số nhà sản xuất máy móc đã sử dụng vật liệu là nắp uốn cong bằng nhựa trong suốt không xác định.

Ưu điểm và nhược điểm của vỏ bọc nhựa PVC

Như một vật liệu cho vỏ máy, vinyl clorua (PVC), hay còn gọi là nhựa vinyl, thường được so sánh và xem xét cùng với acrylic và polycarbonate. Lợi thế lớn nhất của vật liệu này là "hiệu suất chi phí" vượt trội và "khả năng chống hóa chất" tuyệt vời.

So với acrylic và polycarbonate, nó có giá thành rẻ hơn, do đó nó là lựa chọn hiệu quả cho các dự án có ngân sách hạn hẹp hoặc cần che phủ diện tích rộng lớn như toàn bộ thiết bị cỡ lớn.

또한,Có khả năng chống axit và kiềm rất mạnh, có thể sử dụng an toàn làm nắp đậy cho bể mạ và dây chuyền tẩy rửa hóa học.　　Hơn nữa, nó có tính tự dập lửa, ngay cả khi tiếp xúc với nguồn lửa, nó cũng khó lan rộng, điều này cũng là một lợi thế trong việc đảm bảo an toàn cho thiết bị nhà máy.

Tuy nhiên, nhược điểm của nó là độ cứng bề mặt thấp, dễ bị trầy xước và nhiệt độ chịu nhiệt thấp, khoảng 60℃. Cần lưu ý rằng trong môi trường nhiệt độ cao, nó dễ bị mềm và biến dạng. Ngoài ra, ngay cả loại trong suốt cũng có màu xanh hoặc tím đặc trưng, không thể có tầm nhìn rõ ràng như acrylic."Nếu bị hư hỏng, chỉ cần thay thế định kỳ là được" là nơi thích hợp để sử dụng, hoặc nơi có nguy cơ bắn tung tóe hóa chất cao.

Các biện pháp khắc phục sự cố đối với nhựa trong suốt khó bị trầy xước

Nguyên nhân và biện pháp đối phó với vết nứt hóa học

Khi sử dụng nắp nhựa trong suốt, một trong những vấn đề mà các kỹ sư thiết kế máy móc cần cảnh giác nhất là "vết nứt do hóa chất". Điều này là do...Khi vật liệu nhựa bị tác động bởi ứng suất (ứng suất dư khi đúc, biến dạng do gia công uốn, lực siết bu lông, v.v.), nếu dính phải một số loại hóa chất hoặc dầu mỡ nhất định, lực liên kết chuỗi phân tử nhựa sẽ giảm, dẫn đến xuất hiện các vết nứt nhỏ (craze) từ bên trong và cuối cùng dẫn đến hiện tượng gãy vỡ.입니다.

Đặc biệt, polycarbonate và acrylic là nhựa vô định hình, rất nhạy cảm với dung môi hữu cơ.　　Nếu dính phải thinner, acetone, benzene, v.v., sản phẩm sẽ bị trắng hoặc nứt trong thời gian ngắn.

Một ví dụ về lỗi thường xuyên xảy ra tại hiện trường thiết kế là việc sử dụng chất chống lỏng ốc vít (keo dán kỵ khí) để cố định ốc vít, dẫn đến thành phần của chất này ăn mòn nhựa và gây ra vết nứt hình quạt từ lỗ lắp đặt. Để ngăn chặn điều này, cần phải cấm sử dụng chất chống lỏng ốc vít thông thường xung quanh các bộ phận nhựa hoặc chọn loại keo dán đặc biệt phù hợp với nhựa.

또한,Tùy thuộc vào loại dầu cắt (chất làm mát), có những loại có thể tấn công nhựa, vì vậy việc kiểm tra bảng tương thích nhựa do nhà sản xuất dầu công bố là điều không thể thiếu.

Khả năng chịu hóa chất của từng loại vật liệu nhựa

Như đã đề cập ở trên, loại nhựa và mức độ chịu được hóa chất khác nhau tùy thuộc vào loại nhựa. Để lựa chọn vật liệu phù hợp, chúng tôi đã tổng hợp các đặc tính chung về khả năng chịu hóa chất của từng loại vật liệu vào bảng tổng hợp.

Nguồn tham khảo: Tài liệu kỹ thuật Acrylite của Mitsubishi Chemical (https://acrylite-help.m-chemical.co.jp/）

Như vậy, acrylic và polycarbonate có điểm yếu đối với hóa chất. Trong số các loại sơn cứng, có loại có lớp phủ làm rào cản, tạm thời cải thiện khả năng chống hóa chất.Bề mặt cắt và bề mặt bên trong lỗ khoan có thể bị rò rỉ hóa chất do vật liệu nền bị lộ ra, dẫn đến nứt vỡ.　　Trong môi trường có hóa chất bay hơi, điều quan trọng là phải lựa chọn nhựa PVC hoặc thực hiện các biện pháp bảo vệ để hóa chất không tiếp xúc với nhựa.

Kéo dài tuổi thọ bằng cách bảo trì thích hợp

Ngay cả khi đã lựa chọn loại nhựa cứng cao cấp "khó bị trầy xước", nếu phương pháp bảo trì trong quá trình vận hành không đúng, thì không thể duy trì hiệu suất lâu dài. Nhà thiết kế có trách nhiệm thông báo cho người vận hành tại hiện trường về phương pháp làm sạch đúng thông qua hướng dẫn sử dụng và sổ tay bảo trì sau khi giao hàng.

Điều cần tránh nhất là sử dụng chất tẩy rửa mạnh có chứa cồn hoặc dung môi nồng độ cao để làm sạch vết bẩn. Những chất này là nguyên nhân trực tiếp gây ra hiện tượng nứt hóa học như đã đề cập ở trên.

또한,Nếu chà xát mạnh bằng vải khô, các hạt cát và bột kim loại bám trên bề mặt sẽ bị kéo theo, dẫn đến khả năng bị trầy xước ngay cả với lớp sơn cứng.　　Phương pháp làm sạch được khuyến nghị là sử dụng nước ấm pha loãng với chất tẩy rửa trung tính, sau đó rửa nhẹ nhàng bằng vải mềm hoặc miếng bọt biển.

Ngay cả khi có vết dầu mỡ cứng đầu, bạn có thể duy trì độ trong suốt và an toàn của nắp trong thời gian dài bằng cách ghi rõ trong hướng dẫn sử dụng và nhãn hiệu rằng phải sử dụng chất tẩy rửa chuyên dụng cho nhựa.

Tổng hợp các loại nhựa trong suốt khó bị trầy xước

• Độ bền của vỏ máy được đánh giá dựa trên chỉ số "độ cứng bút chì" theo tiêu chuẩn JIS.
• Polycarbonate chưa qua xử lý có độ cứng khoảng 2B, rất mềm và dễ bị trầy xước ngay cả khi lau bằng vải.
• Cách tốt nhất để ngăn ngừa trầy xước là chọn tấm nhựa có đặc tính "hard coat".
• Sản phẩm có lớp phủ cứng được gia cố với độ cứng bút chì từ 4H đến 6H và có khả năng chống lại bông thép.
• Khi ưu tiên khả năng nhìn thấy, acrylic (PMMA) có độ truyền sáng 93% là sự lựa chọn tối ưu.
• Khi ưu tiên tính chống va đập làm lớp bảo vệ an toàn, polycarbonate (PC) là vật liệu bắt buộc.
• Áp dụng lớp phủ cứng lên acrylic có thể đạt được độ cứng gần giống với thủy tinh (6H~7H).
• Sản phẩm cứng bằng polycarbonate là giải pháp thực tế "không vỡ và không bị trầy xước".
• Mitsubishi Chemical, Takiron CI, Sumitomo Bakelite cung cấp các sản phẩm sơn cứng chính.
• PVC có giá rẻ và khả năng chống hóa chất tốt, nhưng khả năng chịu nhiệt thấp và dễ bị hư hỏng, vì vậy cần sử dụng đúng nơi đúng chỗ.
• Nhựa có độ giãn nở nhiệt lớn hơn kim loại, vì vậy lỗ bu lông được làm thành lỗ tròn hoặc lỗ dài để tạo khoảng trống.
• Chất khóa vít và chất tẩy rửa kiềm là nguyên nhân chính gây ra vết nứt hóa chất (vết nứt do hóa chất).
• Trong môi trường có dầu cắt, cần xác nhận trước tính tương thích với vật liệu nhựa và tiến hành lựa chọn.
• Khi dọn dẹp, hãy tuân thủ quy tắc tránh sử dụng cồn và dung môi, mà sử dụng chất tẩy rửa trung tính và vải mềm.
• Việc lựa chọn vật liệu thích hợp và thiết kế cẩn thận giúp duy trì sự an toàn và tính thẩm mỹ của vỏ máy trong thời gian dài.

Đó là tất cả.