Die Hersteller verwenden eine Vielzahl von Kunststoffen zum Formen von Teilen, die in Produkte eingebaut werden, und ersetzen zunehmend andere Materialien wie Bronze, rostfreien Stahl, Aluminium und Keramik.
Zu den beliebtesten Gründen für die Verwendung von oder den Umstieg auf Kunststoff gehören eine längere Gesamtlebensdauer des Teils, ein geringerer Verschleiß bei anderen Komponenten eines Produkts, eine höhere Geschwindigkeit der Produktionslinie, Korrosionsbeständigkeit und Gewichtsreduzierung. Darüber hinaus berichten Unternehmen von durchschnittlichen Kosteneinsparungen von 25 bis 50 Prozent, wenn Teile auf Kunststoff umgestellt werden, die oft bessere Leistungsmerkmale aufweisen.
Die Abstimmung mit Ihrem Spritzgießpartner bei der Auswahl des besten Harzes zu einem frühen Zeitpunkt im Design for Manufacturability-Prozess ist entscheidend für den Erfolg der Produktion eines Teils. Ein guter Ausgangspunkt ist ein allgemeines Verständnis der beiden Haupttypen von Harzen - amorph und teilkristallin.
Polymere bestehen aus Strukturen, die durch ihre Kristallinität definiert sind, d. h. wie die Moleküle des Polymers zusammengepackt sind. Kristalline Strukturen sind in den meisten Fällen sehr geordnet, was dem Material Festigkeit und Steifigkeit verleiht. Amorphe Polymere sind das Gegenteil davon.
Manchmal ist die Unterscheidung zwischen den beiden nicht eindeutig. Bei den meisten Polymeren gibt es eine Mischung aus kristallinen und amorphen Strukturen. Wie das Polymer verarbeitet wird, bestimmt den genauen Anteil der beiden Strukturen.
Zu den amorphen Harzen gehören die meisten klaren Kunststoffe wie Polycarbonat, Acryl, PETG, ABS und Polysulfon. Es handelt sich dabei um eine Familie von Hochtemperaturharzen, die häufig in denselben Spritzgießkavitäten durch andere ersetzt werden können, da die lineare Schrumpfung im selben Bereich liegt.
Vorteile:
- -Erweicht über einen breiten Temperaturbereich
- Natürlich lichtdurchlässig
- Klebt gut mit Klebstoffen und Lösungsmitteln
- Geringe Schrumpfung beim Abkühlen
Nachteile:
- Anfällig für Spannungsrisse
- Schlechte Ermüdungsfestigkeit
- Nur für strukturelle Anwendungen geeignet (nicht für Lager und Verschleiß)
- Geringe Dimensionsstabilität
- Tendenz zum Kriechen
Teilkristalline Harze haben eine hoch geordnete Molekularstruktur und erweichen nicht bei steigender Temperatur, sondern haben einen definierten und engen Schmelzpunkt. Der Schmelzpunkt liegt im Allgemeinen höher als der obere Bereich der amorphen Thermoplaste. Zu den gebräuchlichsten teilkristallinen Kunststoffen gehören Nylon und Acetal.
Vorteile:
- Gute Beständigkeit gegen Spannungsrisse
- Gute Ermüdungsfestigkeit
- Gut geeignet für Lager und Verschleiß sowie für strukturelle Anwendungen
- Neigt dazu, undurchsichtig zu sein und Licht zu reflektieren
Nachteile:
- Scharfer Schmelzpunkt
- Schwierige Verklebung mit Klebstoffen und Lösungsmitteln
- Höhere Schrumpfung beim Abkühlen
Wenn Flexibilität bei niedrigen bis zu Umgebungstemperaturen erforderlich ist, sind amorphe Polymere die beste Wahl für Ihre Anwendung. Wenn Härte und Steifigkeit erforderlich sind, werden Polymere mit höherer Kristallinität empfohlen.
Neben den üblicherweise verwendeten amorphen und teilkristallinen Harzen gibt es auch hocherhitzbare / exotische Harze, die einzigartige Eigenschaften und Merkmale aufweisen, die das jeweilige Material ideal für verschiedene Teilemerkmale und Anwendungen machen.
Wenn Sie die beabsichtigte Endanwendung für Ihr Spritzgussteil in Betracht ziehen, ist die Kenntnis dieser Schlüsseleigenschaften für die Auswahl des besten Harzes unerlässlich:
Das Gesamterscheinungsbild und die Geometrie eines Teils haben einen erheblichen Einfluss auf die Formbarkeit und die Art des zu verwendenden Kunststoffs. Das Teiledesign, einschließlich Größe, Form und Wandstärke, kann ein Teil anfällig für Defekte machen, während Merkmale wie Schnitte, Hinterschneidungen, Vorsprünge, Rippen und mehr den Formgebungsprozess erschweren können.
Ein wesentlicher Schritt beim Spritzgießen ist es, die potenziellen Risiken für Teilefehler vor dem Produktionsprozess zu ermitteln. Es ist unerlässlich, dass Spritzgießer die neueste Technologie einsetzen, um Simulationen zur Validierung des Designs und der Harzauswahl durchzuführen, bevor das Projekt für die Produktion fertiggestellt wird. Die SolidWorks®Premium-Kunststoffflusssimulationbietet bereits in den frühen Stadien einen vorausschauenden Einblick, wodurch sich die Zeit bis zur Markteinführung häufig verkürzt.
Die Materialauswahl spielt eine entscheidende Rolle für die Festigkeit und Flexibilität Ihres Formteils. Die frühzeitige Berücksichtigung spezifischer Anforderungen im Konstruktionsprozess kann Ihnen helfen, später kostspielige Änderungen zu vermeiden. Die Ausgewogenheit von Eigenschaften wie Steifigkeit, Haltbarkeit, Zähigkeit und anderen ist der Schlüssel zum Erreichen einer optimalen Teilefunktionalität. Außerdem ist es wichtig, die wichtigsten Unterschiede bei einigen der am häufigsten verwendeten Kunststoffe zu kennen.
ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) ist ein gängiges Spritzgussmaterial, das relativ leicht zu einem erschwinglichen Preis beschafft und geformt werden kann. Es ist ein starkes, robustes Material, das eine gute Schlagzähigkeit aufweist, leicht zu bearbeiten ist und eine Vielzahl von ästhetischen Anforderungen erfüllt. Das Harz ist nicht ideal für Teile, die dauerhaft starker Hitze ausgesetzt sind, da es sich bei Temperaturen über/um 200 Grad Celsius verzieht oder schmilzt.
Polycarbonate sind eine hochwertige Klasse von Thermoplasten, die sich leicht formen lassen und oft eine erhöhte Bruchsicherheit aufweisen. Von Natur aus transparent, ist Polycarbonat ideal für hochfeste glasähnliche Anwendungen (Schutzbrillen, medizinische Laboranwendungen und mehr). Polycarbonat eignet sich nicht für Anwendungen, bei denen ein höheres Maß an Flexibilität erforderlich ist, oder für farbige ästhetische Entscheidungen.
Bei glasgefülltem Nylon handelt es sich um einen verstärkten Thermoplast, bei dem dem Basis-Nylonharz Glasfasern für zusätzliche Festigkeit und Hitzebeständigkeit zugesetzt werden. Dieses Harz ist auch elektrisch weniger leitfähig als viele andere, aber trotz seines hohen Schmelzpunkts ist es anfälliger für Verbrennungen als andere Materialien.
Polypropylen ist ein flexibler thermoplastischer Kunststoff, der sich für Industrie- und Verbraucheranwendungen eignet. Es ist dafür bekannt, dass es ein sehr biegsames Harz ist, das auf viele Arten bearbeitet werden kann, ohne seine ursprüngliche Form zu verlieren. Polypropylen ist außerdem beständig gegen Lösungsmittel, Chemikalien und UV-Strahlen.
Acetal ist dafür bekannt, dass es eine hohe Reibungsbeständigkeit aufweist und ein sehr steifes Material ist. Es lässt sich während des Formprozesses leicht einfärben und färben, bietet jedoch keine hervorragende Hitzebeständigkeit.
Die Kenntnis der Bedingungen und Umgebungsfaktoren, denen ein Teil ausgesetzt sein wird, ist ein wichtiger Aspekt bei der Konstruktion und der Auswahl der Kunststoffe. Physikalische, chemische und thermische Umgebungen sind wahrscheinlich die wichtigsten, die es zu beachten gilt. Bei vielen Harzen besteht die Gefahr, dass sie sich zersetzen, wenn sie Strahlung und ultravioletter Energie ausgesetzt sind, die zu einer Zersetzung des Materials führen können. Extreme Temperaturen, Luftfeuchtigkeit, Strahlung und andere Umgebungsfaktoren, wie z. B. die Notwendigkeit der Feuerbeständigkeit, sind alles Faktoren, die berücksichtigt werden sollten. Die Kenntnis der Umgebungsbedingungen für ein Teil erleichtert die Auswahl des besten Kunststoffs, wenn man die einzigartigen Eigenschaften und Vorteile jedes Materials berücksichtigt.
Behördliche Anforderungen an Produkte können beim Kunststoffspritzguss und bei der Auswahl der Kunststoffe eine besondere Herausforderung darstellen. Oft müssen Teile bestimmte Anforderungen erfüllen, bevor sie für den Markt freigegeben werden. Dazu kann die Einhaltung von ASTM, ANSI, OSHA, FDA, EPA und anderen gehören.
Verwendung von Zusatzstoffen
Wenn die Leistung eines Materials mit den verfügbaren Harzen nicht erreicht werden kann, können kundenspezifische Materialmischungen erstellt werden, um die Eigenschaften mehrerer Harze zu verbessern. Verstärkungsmaterialien mit Additiven können die Festigkeit von Teilen erhöhen und ihnen Steifigkeit verleihen, wodurch Verzug und Schrumpfung verringert werden können. Zusatzstoffe wie Glas- oder Kohlenstofffasern können die Leistung der Teile erhöhen und den Fluss, den Ausstoß und die Dispersion verbessern.
Einer der wichtigsten Schritte bei der Vorbereitung auf die Auswahl von Spritzgießharzen ist die Erstellung einer umfassenden Liste mit den Anforderungen an das Produkt. Die Liste sollte auf jeden Fall den angestrebten Preis und die Verfügbarkeit der Harze enthalten, da die Verfügbarkeit von Harzen ein Risiko darstellen kann und Ersatzharze in Betracht gezogen werden sollten. Die verfügbaren Harztypen, das Aussehen des Teils, die Festigkeit des Teils, Umweltfaktoren, behördliche Anforderungen und die Frage, ob ein Zusatzstoff benötigt wird - all dies sind wichtige Überlegungen, die vor Beginn eines Spritzgießprojekts sorgfältig abgewogen werden sollten. Darüber hinaus ist es immer ratsam, die Spezifikationen für generische Versionen von Polymeren zu prüfen, da die Eigenschaften dieser Materialien möglicherweise gut für Ihre Anwendung geeignet sind.
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