Jakie materiały można stosować w formowaniu wtryskowym tworzyw sztucznych?

Formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych jest jednym z najbardziej wszechstronnych i opłacalnych procesów produkcyjnych dostępnych obecnie na rynku. Dzięki formowaniu wtryskowemu tworzyw sztucznych można produkować złożone, bardzo dokładne części z tworzyw sztucznych na dużą skalę. Jednak jednym z kluczowych etapów tego procesu jest wybór odpowiedniego tworzywa sztucznego do danego zastosowania.

Na rynku dostępne są tysiące różnych tworzyw sztucznych, z których każde ma swój własny, unikalny zestaw właściwości. W zależności od czynników takich jak wytrzymałość, elastyczność, odporność na ciepło, odporność chemiczna i koszt, niektóre tworzywa sztuczne lepiej nadają się do określonych zastosowań niż inne.

Jakie materiały mogą być stosowane w formowaniu wtryskowym tworzyw sztucznych? W tym kompleksowym przewodniku, jako profesjonalista Producent form wtryskowych z tworzyw sztucznychPrzedstawię 10 najczęściej używanych tworzyw sztucznych do formowania wtryskowego, przedstawiając ich kluczowe cechy i idealne zastosowania.

Czym jest formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych?

Zanim przejdziemy do materiałów, zacznijmy od krótkiego przeglądu tego, czym dokładnie jest formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych i dlaczego wybór materiału jest tak ważny.

Formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych jest procesem produkcyjnym, w którym polimer z tworzywa sztucznego jest podgrzewany do stanu stopionego, a następnie wtryskiwany pod wysokim ciśnieniem do gniazda formy. Forma jest zamykana, aż tworzywo sztuczne ostygnie i stwardnieje, nadając mu pożądany kształt.

Istnieje kilka powodów, dla których formowanie wtryskowe jest tak wszechobecną metodą produkcji:

• Efektywność kosztowa - Produkcja części z tworzyw sztucznych metodą formowania wtryskowego jest niezwykle opłacalna, zwłaszcza w przypadku dużych serii produkcyjnych. Wysokie koszty początkowe projektowania i obróbki CNC oprzyrządowania formy są równoważone przez niski koszt jednostkowy.
• Wszechstronność materiałów - Do wyboru są tysiące różnych polimerów termoplastycznych i termoutwardzalnych, z których każdy ma unikalne właściwości mechaniczne, termiczne, chemiczne i elektryczne. Pozwala to na wybór materiałów bardzo specyficznych dla danego zastosowania.
• Złożone geometrie - Wieloczęściowe formy wtryskowe z prowadnicami, rdzeniami, mechanizmami odkręcającymi i nie tylko umożliwiają produkcję złożonych geometrii z tworzyw sztucznych, których produkcja w inny sposób byłaby niemożliwa lub niezwykle kosztowna.
• Wydajność - Po oprzyrządowaniu form wtryskowych i zoptymalizowaniu procesów formowania, części z tworzyw sztucznych mogą być produkowane masowo niezwykle szybko. Pojedyncze wtryskarki mogą produkować tysiące plastikowych części dziennie.
• Spójność - Każdy strzał wytwarza identyczną plastikową część, zapewniając pełną spójność w całych seriach produkcyjnych. Brak różnic między poszczególnymi częściami.

Biorąc to wszystko pod uwagę, prawdopodobnie najbardziej krytycznym krokiem w każdym projekcie formowania wtryskowego jest wybór odpowiedniej żywicy z tworzywa sztucznego. Ale przy tysiącach dostępnych materiałów, z których wszystkie mają różne właściwości i cechy, łatwiej to powiedzieć niż zrobić!

Przyjrzyjmy się dziesięciu najczęściej stosowanym tworzywom sztucznym do formowania wtryskowego.

Jakie materiały można stosować w formowaniu wtryskowym tworzyw sztucznych?

Akrylonitryl-butadien-styren (ABS)

ABS, czyli akrylonitryl-butadien-styren, to amorficzne tworzywo termoplastyczne szeroko stosowane w towarach konsumpcyjnych, elektronice, motoryzacji i zabawkach (takich jak klocki LEGO!).

Niektóre kluczowe cechy plastiku ABS to

• Wysoka udarność i wytrzymałość
• Sztywność - od miękkiej do twardej
• Odporność na żrące chemikalia i wysokie temperatury
• Doskonała stabilność wymiarowa
• Łatwość termoformowania i produkcji
• Dostępne w różnych estetycznych wykończeniach

Pomimo doskonałych właściwości mechanicznych i wszechstronności, ABS ma pewne wady, które należy wziąć pod uwagę:

• Podatność na pękanie naprężeniowe
• Podatność na promieniowanie UV
• Łatwopalny
• Słaba charakterystyka starzenia

Biorąc wszystko pod uwagę, formowanie wtryskowe ABS jest idealnym rozwiązaniem:

• Elektronika użytkowa
• Części samochodowe
• Obudowa urządzenia
• Sprzęt ochronny
• Zabawki

Polipropylen (PP)

Polipropylen (PP), określany również jako "polipropen", jest termoplastycznym polimerem używanym w szerokim zakresie zastosowań formowania wtryskowego, zwłaszcza do pakowania żywności.

Właściwości polipropylenu do formowania obejmują

• Wysoka temperatura topnienia
• Odporność chemiczna i na wilgoć
• Niezwykle wszechstronny
• Niska gęstość
• Doskonała odporność na zmęczenie
• Nadaje się do recyklingu

Pomimo tego, że jest nieco trudny do malowania lub klejenia, polipropylen ma doskonałe właściwości mechaniczne, jest odporny na wypaczanie i nadaje się zarówno do kontaktu z żywnością, jak i do recyklingu, co czyni go powszechnym wyborem do formowania wtryskowego produktów gospodarstwa domowego i różnych pojemników.

Typowe zastosowania formowania wtryskowego polipropylenu obejmują:

• Pojemniki na żywność
• Urządzenia
• Części samochodowe
• Zawiasy, opakowania
• Rurociągi, instalacje wodno-kanalizacyjne
• Lina polipropylenowa

Nylon (poliamid)

Nylon obejmuje rodzinę syntetycznych polimerów, które są powszechnie formowane wtryskowo w produktach wymagających wysokiej wytrzymałości, odporności na zużycie i odporności na temperaturę.

Niektóre godne uwagi właściwości nylon żywice do formowania wtryskowego obejmują

• Wysoka wytrzymałość na rozciąganie
• Odporność chemiczna
• Niski współczynnik tarcia
• Odporność na ciepło - dobre właściwości w wysokich temperaturach
• Wysoka wszechstronność - dobre stopy
• Dobra odporność na ścieranie i zużycie
• Dostępne w różnych gatunkach (nylon 6, nylon 66 itp.)

Pomimo swoich doskonałych właściwości mechanicznych, nylony pochłaniają wilgoć i oleje, co czyni je mniej odpowiednimi do niektórych zastosowań. Rodzaje produktów wykonanych z nylonu formowanego wtryskowo obejmują:

• Łożyska/przekładnie
• Elementy złączne
• Części samochodowe
• Części przemysłowe
• Opakowania na żywność
• Urządzenia

Acetal (POM)

Tworzywo acetalowe, określane również jako polioksymetylen (POM), znane jest z wysokiej sztywności, wytrzymałości i stabilności termicznej w porównaniu z innymi tworzywami termoplastycznymi do formowania wtryskowego.

Kluczowe właściwości żywicy acetalowej obejmują:

• Wyjątkowo mocny i sztywny
• Niski współczynnik tarcia - śliska powierzchnia
• Doskonała stabilność termiczna i odporność chemiczna
• Wytrzymuje wielokrotne uderzenia

Z drugiej strony, tworzywo acetalowe jest stosunkowo drogie w porównaniu z żywicami towarowymi. Zastosowania dobrze nadające się do formowania wtryskowego acetalu:

• Precyzyjne koła zębate
• Koła pasowe
• Samochodowe części wewnętrzne
• Urządzenia hydrauliczne
• Zatrzaski drzwi
• Łożyska kulkowe
• Komponenty urządzenia

Poliwęglan (PC)

Żywica do formowania wtryskowego poliwęglanu (PC) jest optycznie przezroczystym amorficznym tworzywem termoplastycznym, które wykazuje wyjątkową udarność i stabilność wymiarową w szerokim zakresie temperatur.

zalety formowania wtryskowego poliwęglanu:

• Wysoka odporność na uderzenia
• Klarowność optyczna - przezroczystość zbliżona do szkła
• Odporność na ciepło
• Stabilność wymiarowa
• Dostępne są odmiany trudnopalne

Pomimo podatności na pękanie naprężeniowe i wrażliwości na karby, poliwęglan jest preferowaną opcją do formowania wtryskowego przezroczystych lub minimalnie zabarwionych części w sprzęcie bezpieczeństwa, elektronice i innych zastosowaniach wymagających wysokiej odporności na uderzenia.

Typowe zastosowania obejmują:

• Okulary
• Przyłbice ochronne
• Policyjne tarcze do tłumienia zamieszek
• Soczewki samochodowe
• Elektroniczne wyświetlacze/ekrany

Polietylen (PE)

Polietyleny stanowią jedną z najczęściej formowanych wtryskowo rodzin tworzyw sztucznych na naszej planecie. Od butelek i dzbanków po zabawki i torby, polietylen stał się wszechobecny i nie bez powodu.

Polietyleny można podzielić na kilka klasyfikacji, ale niektóre nadrzędne cechy obejmują:

• Odporność chemiczna i na wilgoć
• Bezpieczny w kontakcie z żywnością
• Doskonała wytrzymałość na uderzenia
• Niski współczynnik tarcia
• Nadaje się do recyklingu

Dzięki wyjątkowej odporności chemicznej, niskim kosztom, wysokiej dostępności i możliwości recyklingu, nie jest zaskoczeniem, że polietylen zajmuje czołowe miejsce pod względem globalnego zapotrzebowania na żywice z tworzyw sztucznych. Kilka przykładów produktów z polietylenu formowanych wtryskowo:

• Dzbanki na mleko
• Butelki na szampon/mydło
• Izolacja przewodów i kabli
• Zabawki
• Kubki jednorazowe
• Składane krzesła
• Wiadra

Jeśli nie masz pewności, który konkretny gatunek polietylenu najlepiej pasuje do Twojego zastosowania, warto skonsultować się z firmą zajmującą się formowaniem wtryskowym na wczesnym etapie procesu projektowania.

Akryl (PMMA)

Akrylowe tworzywa sztuczne do formowania wtryskowego, określane również jako polimetakrylan metylu (PMMA), szkło akrylowe lub pleksi, zapewniają doskonałą przejrzystość optyczną i odporność na warunki atmosferyczne.

zalety formowania wtryskowego akrylu:

• Klarowność optyczna - przezroczystość zbliżona do szkła
• Odporność na promieniowanie UV i warunki atmosferyczne
• Sztywny - kruchy w zależności od gatunku
• Lekki
• Niska utrata rozproszenia

Z drugiej strony, akryl wykazuje słabą odporność na ścieranie i chemikalia. Pomimo swoich wad w niektórych zastosowaniach chemicznych lub mechanicznych, akrylowe formowanie wtryskowe jest wszechobecne:

• Znaki
• Gabloty
• Akwaria
• Soczewki oświetlenia pojazdu
• Sprzęt medyczny
• Artykuły łazienkowe

Polistyren (PS)

Polistyren należy do klasy tworzyw sztucznych znanych jako polimery winylowe - szóstej najczęściej występującej żywicy plastikowej na świecie. Posiada wiele pożądanych właściwości:

• Dostępne są gatunki przezroczyste optycznie
• Doskonała stabilność wymiarowa
• Właściwości izolacji elektrycznej
• Niska absorpcja wilgoci
• Ekonomiczny
• Nadaje się do recyklingu

Niestety polistyren jest z natury kruchy i ma niską odporność na uderzenia i przebicia. To wyklucza go z bardziej wymagających zastosowań. Jednak formowanie wtryskowe polistyrenu oferuje niedrogie rozwiązanie dla wielu produktów konsumenckich:

• Naczynia jednorazowe
• Opakowanie ochronne
• Kartony na jajka
• Etui na płyty CD
• Władcy
• Płytki Petriego

Jeśli wymagana jest wysoka udarność, producenci zazwyczaj wybierają mieszanki polistyrenu wysokoudarowego (HIPS), które zawierają kauczuk polibutadienowy w celu zwiększenia plastyczności.

Elastomery termoplastyczne (TPE)

Elastomery termoplastyczne (TPE) stanowią unikalną klasę kopolimerów, które składają się z materiałów wykazujących zarówno właściwości termoplastyczne, jak i elastomerowe.

charakterystyka formowania wtryskowego elastomerów termoplastycznych:

• Elastyczność i sprężystość gumy
• Przetwarzalność tworzyw termoplastycznych
• Możliwość dostosowania twardości - od Shore A 10 do Shore D 60
• Odporność na ścieranie/chemikalia/korozję
• Zdolność do powtarzalnego rozciągania

Ponieważ TPE kosztują znacznie więcej niż inne żywice towarowe, są one zwykle używane tylko wtedy, gdy wymagane są ich specyficzne właściwości użytkowe.

Niektóre przykłady obejmują:

• Uszczelki samochodowe HVAC
• Sportowe okulary ochronne
• Izolacja przewodów elektrycznych
• Rurki/sprzęt medyczny
• Obuwie
• Towary konsumpcyjne
• Uszczelnienie pogodowe

Polimer ciekłokrystaliczny (LCP)

Polimery ciekłokrystaliczne (LCP), choć nie są tak wszechobecne jak inne główne żywice do formowania wtryskowego, oferują niezrównane połączenie odporności na ciepło, wytrzymałości i sztywności w połączeniu z doskonałą odpornością chemiczną.

Dlaczego warto rozważyć formowanie wtryskowe LCP?

• Ekstremalna odporność na ciepło - działanie do 260°C
• Chemicznie obojętny - doskonała odporność chemiczna
• Niezwykła sztywność i wytrzymałość
• Niska palność/dym
• Stabilność wymiarowa
• Naturalny smar

Wady? LCP są jednym z najdroższych tworzyw sztucznych do formowania wtryskowego w przeliczeniu na funt na świecie. Ponadto, jako wyjątkowo sztywny materiał, projekty wymagają bardzo stopniowych zmian grubości ścianek, aby zapobiec pękaniu.

Jednak w przypadku komponentów wymagających najwyższej wydajności w ekstremalnych warunkach, LCP często pasują do tego zadania:

• Elektronika lotnicza i kosmiczna
• Sprzęt do produkcji półprzewodników
• Precyzyjne komponenty motoryzacyjne
• Urządzenia medyczne

Jaki materiał jest najlepszy do danego zastosowania?

Przy tak wielu dostępnych materiałach do formowania wtryskowego tworzyw sztucznych, wybór jednej żywicy do danego zastosowania może być zniechęcający.

Podsumowując, oto krótki 3-etapowy proces, który pomoże w wyborze materiału do formowania wtryskowego:

1. Określenie wymagań mechanicznych/termicznych/chemicznych - Jakiej wytrzymałości, odporności na temperaturę, sztywności, plastyczności itp. wymaga dany element z tworzywa sztucznego podczas działania? Jakie narażenia chemiczne będzie on znosił?

2. Badanie odpowiednich żywic - Gdy wymagania dotyczące wydajności zostaną w pełni zdefiniowane, można znacznie zawęzić pole gry pod względem odpowiednich materiałów do formowania wtryskowego.

3. Wybierz 2-3 kandydujące tworzywa sztuczne - Po zredukowaniu listy kandydujących żywic można teraz bezpośrednio porównać ich zalety i wady. Skontaktuj się ze swoją firmą zajmującą się formowaniem wtryskowym, aby uzyskać ostateczny wkład/zatwierdzenie przed podjęciem decyzji!

Oczywiście to uproszczone podejście to tylko wycinek najlepszych praktyk w zakresie doboru materiałów do formowania wtryskowego. Mam jednak nadzieję, że dostarczy przynajmniej wskazówek, od czego zacząć!

Każde zastosowanie wymaga bardzo unikalnego zestawu właściwości materiału. Ścisła współpraca z firmą zajmującą się formowaniem wtryskowym na wczesnym etapie procesu projektowania pomaga zapewnić wybór żywicy z tworzywa sztucznego, która jest idealnie dostosowana do produktu i środowiska końcowego!