Welche Materialien können beim Kunststoff-Spritzgießen verwendet werden?

Das Kunststoffspritzgießen ist eines der vielseitigsten und kostengünstigsten Fertigungsverfahren, die es heute gibt. Mit dem Kunststoffspritzgießen können Sie komplexe, hochpräzise Kunststoffteile in großem Maßstab herstellen. Einer der wichtigsten Schritte bei diesem Verfahren ist jedoch die Auswahl des richtigen Kunststoffmaterials für Ihre Anwendung.

Es gibt Tausende verschiedener Kunststoffe auf dem Markt, von denen jeder eine Reihe einzigartiger Eigenschaften aufweist. Je nach Faktoren wie Festigkeit, Flexibilität, Hitzebeständigkeit, Chemikalienbeständigkeit und Kosten sind bestimmte Kunststoffe für bestimmte Anwendungen besser geeignet als andere.

Welche Materialien können beim Kunststoffspritzgießen verwendet werden? In diesem umfassenden Leitfaden werden Sie als Fachmann Hersteller von Kunststoff-SpritzgussteilenIn diesem Abschnitt stelle ich die 10 am häufigsten verwendeten Spritzgießkunststoffe vor und gebe einen Überblick über ihre wichtigsten Eigenschaften und idealen Anwendungen.

Was ist Kunststoff-Spritzgießen?

Bevor wir uns mit den Materialien befassen, sollten wir uns zunächst einen kurzen Überblick darüber verschaffen, was genau Kunststoffspritzguss ist und warum die Materialauswahl so wichtig ist.

Das Kunststoffspritzgießen ist ein Herstellungsverfahren, bei dem ein Kunststoffpolymer erhitzt wird, bis es schmilzt, und dann unter hohem Druck in einen Formhohlraum gespritzt wird. Die Form wird geschlossen gehalten, bis der Kunststoff abkühlt und in der gewünschten Form aushärtet.

Es gibt mehrere Gründe, warum das Spritzgießen ein so allgegenwärtiges Herstellungsverfahren ist:

• Kosten-Wirksamkeit - Die Herstellung von Kunststoffteilen im Spritzgussverfahren ist äußerst kosteneffizient, insbesondere bei großen Produktionsserien. Die hohen Anfangskosten für den Entwurf und die CNC-Bearbeitung des Formwerkzeugs werden durch die niedrigen Kosten pro Teil ausgeglichen.
• Vielseitigkeit der Materialien - Es gibt Tausende verschiedener thermoplastischer und duroplastischer Polymere, von denen jedes einzigartige mechanische, thermische, chemische und elektrische Eigenschaften aufweist. Dies ermöglicht eine sehr anwendungsspezifische Materialauswahl.
• Komplexe Geometrien - Mehrteilige Spritzgussformen mit Schiebern, Kernen, Ausdrehmechanismen und mehr ermöglichen die Herstellung komplexer Kunststoffgeometrien, die auf andere Weise unmöglich oder extrem kostspielig zu produzieren wären.
• Wirkungsgrad - Sind die Spritzgussformen erst einmal eingerichtet und die Spritzgussverfahren optimiert, können Kunststoffteile in kürzester Zeit in Serie produziert werden. Einzelne Spritzgießmaschinen können Tausende von Kunststoffteilen pro Tag herstellen.
• Konsistenz - Jeder Schuss erzeugt ein identisches Kunststoffteil, was eine vollständige Konsistenz über die gesamte Produktion gewährleistet. Keine Abweichung von Teil zu Teil.

Der wohl kritischste Schritt bei jedem Spritzgießprojekt ist die Auswahl des richtigen Kunststoffs. Aber bei Tausenden von verfügbaren Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften und Merkmalen ist das leichter gesagt als getan!

Werfen wir einen Blick auf zehn der am häufigsten verwendeten Spritzgießkunststoffe.

Welche Materialien können beim Kunststoff-Spritzgießen verwendet werden?

Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)

ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) ist ein amorpher thermoplastischer Kunststoff, der in den Bereichen Konsumgüter, Elektronik, Automobil und Spielzeug (z. B. LEGO-Steine) weit verbreitet ist.

Zu den wichtigsten Eigenschaften von ABS-Kunststoff gehören:

• Hohe Schlagfestigkeit und Zähigkeit
• Steifigkeit - reicht von weichen bis zu harten Sorten
• Widerstandsfähigkeit gegen korrosive Chemikalien und hohe Temperaturen
• Ausgezeichnete Dimensionsstabilität
• Leicht thermisch zu formen und zu verarbeiten
• Erhältlich in verschiedenen ästhetischen Ausführungen

Trotz seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften und seiner Vielseitigkeit hat ABS einige Nachteile, die es zu berücksichtigen gilt:

• Anfällig für Spannungsrisse
• Anfällig für UV-Strahlung
• Entflammbar
• Schlechte Bewitterungseigenschaften

Alles in allem ist das ABS-Spritzgießen ideal für:

• Unterhaltungselektronik
• Automobilteile
• Gehäuse des Geräts
• Schutzausrüstung
• Spielzeug

Polypropylen (PP)

Polypropylen (PP), auch als "Polypropen" bezeichnet, ist ein thermoplastisches Polymer, das für eine Vielzahl von Spritzgussanwendungen, insbesondere für Lebensmittelverpackungen, verwendet wird.

Zu den Eigenschaften von Polypropylen für die Formgebung gehören:

• Hoher Schmelzpunkt
• Chemikalien- und Feuchtigkeitsbeständigkeit
• Äußerst vielseitig
• Geringe Dichte
• Ausgezeichnete Ermüdungsfestigkeit
• Wiederverwertbar

Obwohl sich Polypropylen nur schwer lackieren oder verkleben lässt, verfügt es über hervorragende mechanische Eigenschaften, ist verformungsbeständig und kann sowohl mit Lebensmitteln in Berührung kommen als auch recycelt werden, weshalb es häufig für das Spritzgießen von Haushaltsprodukten und verschiedenen Behältern verwendet wird.

Zu den üblichen Anwendungen des Polypropylen-Spritzgießens gehören:

• Behälter für Lebensmittel
• Geräte
• Automobilteile
• Scharniere, Verpackung
• Rohrleitungen, Klempnerarbeiten
• Polypropylen-Seil

Nylon (Polyamid)

Nylon umfasst eine Familie synthetischer Polymere, die in der Regel im Spritzgussverfahren zu Produkten verarbeitet werden, die eine hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Temperaturbeständigkeit erfordern.

Einige bemerkenswerte Eigenschaften von nylon Spritzgießharze umfassen:

• Hohe Zugfestigkeit
• Chemisch resistent
• Niedriger Reibungskoeffizient
• Hitzebeständig - gute Eigenschaften bei hohen Temperaturen
• Äußerst vielseitig - gut legierbar
• Gute Abrieb- und Verschleißfestigkeit
• Erhältlich in verschiedenen Qualitäten (Nylon 6, Nylon 66, etc.)

Trotz seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften absorbiert Nylon Feuchtigkeit und Öle, was es für bestimmte Anwendungen weniger geeignet macht. Zu den Arten von Produkten aus spritzgegossenem Nylon gehören:

• Lager/Getriebe
• Befestigungselemente
• Automobilteile
• Industrielle Teile
• Lebensmittelverpackungen
• Geräte

Acetal (POM)

Der auch als Polyoxymethylen (POM) bezeichnete Acetalkunststoff ist für seine hohe Steifigkeit, Festigkeit und thermische Stabilität im Vergleich zu anderen Spritzgießthermoplasten bekannt.

Zu den wichtigsten Eigenschaften von Acetalharz gehören:

• Äußerst stabil und steif
• Niedriger Reibungskoeffizient - glatte Oberfläche
• Ausgezeichnete thermische Stabilität und chemische Beständigkeit
• Hält wiederholten Stößen stand

Nachteilig ist, dass Acetal-Kunststoff im Vergleich zu herkömmlichen Harzen relativ teuer ist. Anwendungen, die sich gut für Acetal-Spritzgießen eignen:

• Präzisionszahnräder
• Umlenkrollen
• Kfz-Innenteile
• Sanitärarmaturen
• Türverriegelungen
• Kugellager
• Komponenten des Geräts

Polycarbonat (PC)

Polycarbonat (PC) ist ein optisch klarer, amorpher Thermoplast, der eine außergewöhnliche Schlagzähigkeit und Dimensionsstabilität über einen weiten Temperaturbereich aufweist.

Vorteile des Polycarbonat-Spritzgießens:

• Hochgradig stoßfest
• Optische Klarheit - glasartige Transparenz
• Hitzebeständigkeit
• Stabilität der Abmessungen
• Flammhemmende Qualitäten verfügbar

Obwohl Polycarbonat zu Spannungsrissen neigt und etwas kerbempfindlich ist, ist es die erste Wahl für das Spritzgießen von transparenten oder minimal gefärbten Teilen für Sicherheitsausrüstung, Elektronik und andere Anwendungen, die eine hohe Schlagzähigkeit erfordern.

Typische Anwendungen sind:

• Brillen
• Sicherheitsgesichtsschilde
• Schutzschilde der Polizei gegen Ausschreitungen
• Kfz-Linsen
• Elektronische Anzeigen/Bildschirme

Polyethylen (PE)

Die Polyethylene sind eine der am weitesten verbreiteten spritzgegossenen Kunststofffamilien der Welt. Von Flaschen und Krügen bis hin zu Spielzeug und Taschen ist Polyethylen allgegenwärtig geworden, und das aus gutem Grund.

Polyethylene lassen sich in mehrere Klassen einteilen, aber es gibt einige übergreifende Merkmale:

• Chemikalien- und Feuchtigkeitsbeständigkeit
• Lebensmittelecht
• Ausgezeichnete Schlagfestigkeit
• Niedriger Reibungskoeffizient
• Wiederverwertbar

Aufgrund der hervorragenden chemischen Beständigkeit, der niedrigen Kosten, der hohen Verfügbarkeit und der Recyclingfähigkeit ist es nicht verwunderlich, dass Polyethylen bei der weltweiten Nachfrage nach Kunststoffen an erster Stelle steht. Einige Beispiele für spritzgegossene Polyethylenprodukte:

• Milchkännchen
• Shampoo/Seifenflaschen
• Isolierung von Drähten und Kabeln
• Spielzeug
• Einwegbecher
• Klappbare Stühle
• Eimer

Wenn Sie sich nicht sicher sind, welcher Polyethylen-Typ für Ihre Anwendung am besten geeignet ist, sollten Sie sich frühzeitig im Entwicklungsprozess mit Ihrem Spritzgießer beraten.

Acryl (PMMA)

Acrylkunststoff-Spritzgussmassen, auch Polymethylmethacrylat (PMMA), Acrylglas oder Plexiglas genannt, bieten eine hervorragende optische Klarheit und Witterungsbeständigkeit.

Acryl-Spritzgießen Profis:

• Optische Klarheit - glasartige Transparenz
• UV- und witterungsbeständig
• Steif - spröde, je nach Sorte
• Leichtgewicht
• LowScatter Verlust

Nachteilig ist, dass Acrylglas eine geringe Abriebfestigkeit und Chemikalienbeständigkeit aufweist. Trotz seiner Unzulänglichkeiten bei bestimmten chemischen oder mechanischen Anwendungen ist das Spritzgießen von Acryl allgegenwärtig:

• Schilder
• Vitrinen
• Aquarien
• Linsen für die Fahrzeugbeleuchtung
• Medizinische Ausrüstung
• Badartikel

Polystyrol (PS)

Polystyrol gehört zu einer Klasse von Kunststoffen, die als Vinylpolymere bekannt sind - das sechsthäufigste Kunststoffharz weltweit. Es verfügt über viele wünschenswerte Eigenschaften:

• Optisch klare Sorten verfügbar
• Ausgezeichnete Dimensionsstabilität
• Elektrische Isolationseigenschaften
• Geringe Feuchtigkeitsaufnahme
• Wirtschaftlich
• Wiederverwertbar

Leider ist Polystyrol von Natur aus spröde und hat eine geringe Stoß- und Durchstoßfestigkeit. Dies schließt es für anspruchsvollere Anwendungen aus. Aber der Polystyrol-Spritzguss bietet eine erschwingliche Lösung für zahlreiche Verbraucherprodukte:

• Einwegutensilien
• Schützende Verpackung
• Eierkartons
• CD-Hüllen
• Lineale
• Petrischalen

Wenn eine hohe Schlagzähigkeit erforderlich ist, entscheiden sich die Hersteller in der Regel für hochschlagzähe Polystyrolmischungen (HIPS), die zur Erhöhung der Dehnbarkeit Polybutadienkautschuk enthalten.

Thermoplastische Elastomere (TPE)

Thermoplastische Elastomere (TPE) stellen eine einzigartige Klasse von Copolymeren dar, die aus Materialien bestehen, die sowohl thermoplastische als auch elastomere Eigenschaften aufweisen.

Merkmale des Spritzgießens von thermoplastischen Elastomeren:

• Elastizität und Rückstellvermögen von Gummi
• Verarbeitbarkeit von Thermoplasten
• Anpassbare Härte - Shore A 10 bis Shore D 60
• Abrieb-/Chemikalien-/Korrosionsbeständigkeit
• Fähigkeit zur wiederholten Dehnung

Da TPEs erheblich teurer sind als andere handelsübliche Kunststoffe, werden sie in der Regel nur dann eingesetzt, wenn ihre besonderen Leistungsmerkmale erforderlich sind.

Einige Beispiele sind:

• HVAC-Dichtungen für Kraftfahrzeuge
• Sport-Schutzbrillen
• Isolierung von elektrischen Leitungen
• Medizinische Schläuche/Geräte
• Schuhe
• Konsumgüter
• Wetterschutzabdeckungen

Flüssigkristallpolymer (LCP)

Flüssigkristallpolymere (LCP) sind zwar nicht annähernd so weit verbreitet wie die anderen hier behandelten Spritzgießharze, bieten jedoch eine unübertroffene Kombination aus Wärmebeständigkeit, Festigkeit und Steifigkeit in Verbindung mit einer ausgezeichneten chemischen Beständigkeit.

Warum LCP-Spritzgießen?

• Extreme Hitzebeständigkeit - funktionsfähig bis 260°C
• Chemisch inert - ausgezeichnete chemische Beständigkeit
• Unglaublich steif und stark
• Schwer entflammbar/Rauch
• Formbeständig
• Natürlich gleitfähig

Die Kehrseite der Medaille? LCP ist weltweit einer der teuersten Spritzgusskunststoffe pro Pfund. Und da es sich um ein außergewöhnlich steifes Material handelt, müssen die Wandstärken sehr allmählich übergehen, um Risse zu vermeiden.

Aber für Komponenten, die unter extremen Bedingungen die ultimative Leistung erfordern, sind LCPs häufig die richtige Wahl:

• Elektronik für die Luft- und Raumfahrt
• Ausrüstung für die Halbleiterherstellung
• Präzisionskomponenten für die Automobilindustrie
• Medizinische Geräte

Welches Material ist für Ihre Anwendung am besten geeignet?

Bei der Vielzahl der verfügbaren Kunststoffspritzgussmaterialien kann es entmutigend sein, sich für ein Harz für Ihre Anwendung zu entscheiden.

Zum Schluss noch ein kurzer 3-Schritte-Prozess, der Ihnen bei der Materialauswahl für das Spritzgießen helfen soll:

1. Definition der mechanischen/thermischen/chemischen Anforderungen - Welche Festigkeit, Temperaturbeständigkeit, Steifigkeit, Dehnbarkeit usw. benötigt Ihr Kunststoffbauteil während seiner Funktion? Welchen chemischen Belastungen wird es ausgesetzt sein?

2. Recherche geeigneter Harze - Sobald Ihre Leistungsanforderungen vollständig definiert sind, können Sie das Spielfeld in Bezug auf die geeigneten Spritzgussmaterialien erheblich eingrenzen.

3. Wählen Sie 2-3 Kunststoffkandidaten aus - Wenn Sie die Liste der in Frage kommenden Harze abgearbeitet haben, können Sie nun die Vor- und Nachteile direkt miteinander vergleichen. Wenden Sie sich an Ihren Spritzgießer, um eine endgültige Stellungnahme/Genehmigung zu erhalten, bevor Sie sich für ein Produkt entscheiden!

Dieser vereinfachte Ansatz gibt natürlich nur einen kleinen Einblick in die besten Praktiken bei der Auswahl von Spritzgießmaterialien. Aber ich hoffe, dass er zumindest einen Anhaltspunkt dafür bietet, wo man anfangen sollte!

Jede Anwendung erfordert eine Reihe einzigartiger Materialeigenschaften. Eine enge Zusammenarbeit mit Ihrem Spritzgießer während des frühen Designprozesses hilft Ihnen, sich für einen Kunststoff zu entscheiden, der perfekt auf Ihr Produkt und Ihre Endanwendung zugeschnitten ist!