Spuitgietmaterialen
Spuitgieten is een standaard productiemethode voor grote volumes, waarmee nauwkeurige en precieze onderdelen kunnen worden gemaakt. Het proces is zeer veelzijdig, biedt talloze materiaalmogelijkheden en is zeer nauwkeurig en efficiënt. Bij het proces wordt gesmolten polymeer onder hoge druk in een matrijs geïnjecteerd, waarna het afkoelt en de vorm van de matrijs aanneemt.
Materialen spelen een essentiële rol bij de productie van onderdelen. Het type materiaal dat u gebruikt, beïnvloedt de kosten, de kwaliteit van het onderdeel, de prestaties en de productie-efficiëntie. Het materiaal kan bovendien de milieubelasting en de naleving van regelgeving bepalen. Deze vergelijking van spuitgietmaterialen laat zien hoe verschillende harsen presteren op belangrijke criteria zoals sterkte en kosten.
De rol van harsen bij spuitgieten
Harsen vormen de basis van het polymeer. Ze worden gesmolten en onder hoge druk in een mal geïnjecteerd. De eigenschappen van harsen kunnen worden aangepast aan verschillende eisen. Zo kunnen bijvoorbeeld additieven zoals vulstoffen, versterkingsmiddelen en stabilisatoren worden toegevoegd voor een betere duurzaamheid. Kleurstoffen worden gebruikt om het gegoten onderdeel verschillende kleuren te geven. Het vloeigedrag tijdens verschillende processen, zoals afkoelen, vullen en de uiteindelijke prestaties van het onderdeel, wordt bepaald door de hars. grondstoffen voor spuitgietkorrels vormen de basis van het hele proces.
Belangrijkste fysieke en chemische eigenschappen
De geschiktheid van een materiaal wordt beoordeeld op basis van verschillende eigenschappen en het gedrag van het materiaal onder spanning. Deze eigenschappen omvatten zowel mechanische als chemische eigenschappen die, afhankelijk van de toepassing, moeten worden geëvalueerd. Enkele essentiële eigenschappen worden hieronder opgesomd:
- Treksterkte: Dit is een maatstaf voor de maximale spanning die een materiaal kan weerstaan wanneer het wordt getrokken of uitgerekt voordat het breekt.
- Rek bij breuk%: Dit is een percentage dat aangeeft hoeveel de lengte van het materiaal verandert, en dus ook de ductiliteit ervan.
- Buigmodulus: De buigmodulus is een kwantificering van de weerstand tegen buiging en doorbuiging onder buigbelasting, en geeft de ductiliteit aan.
- Impact sterkte: Dit geeft aan hoeveel energie de materialen kunnen absorberen tijdens een plotselinge impact zonder te breken. Het wordt meestal uitgevoerd met behulp van Charpy-testen.
- Warmte doorbuiging temperatuur: De temperatuur waarbij het materiaal begint te vervormen. Het geeft de kortstondige hittebestendigheid van de materialen onder spanning weer.
- Smeltstroomindex: Het geeft aan hoe goed het materiaal vloeit onder normale omstandigheden. Hogere waarden betekenen dat het materiaal gemakkelijker vloeit, waardoor het zich effectiever in scheuren kan nestelen.
- Chemische weerstand: Het beschrijft de weerstand van het materiaal tegen verschillende chemische stoffen, zoals oplosmiddelen, oliën en zuren.
- Dichtheid (g/cm³): Het is de massa per volume-eenheid van het materiaal, die van invloed is op het gewicht, het drijfvermogen en de kosten van het onderdeel.
- Brandbaarheidsclassificatie (UL94): Dit geeft aan hoe vatbaar het is voor ontsteking, verbranding en zelfdoving.
Thermoplasten versus thermohardende kunststoffen
Spuitgieten gebeurt voornamelijk met thermoplasten. Dit komt doordat ze bestand zijn tegen hoge temperaturen zonder te degraderen of een chemische verandering te ondergaan. Thermoplasten zijn recyclebaar. Ze kunnen meerdere keren worden hergebruikt, wat de milieubelasting minimaliseert en de kosten verlaagt door minder materiaalverspilling. Deze kunststoffen, zoals PP en ABS, worden vanwege hun sterkte en kosteneffectiviteit veelvuldig gebruikt in diverse industrieën.
Thermohardende kunststoffen zijn anders en permanent. Nadat ze in de mal zijn geïnjecteerd, harden ze uit door een chemische reactie en zijn ze permanent, waardoor ze niet recyclebaar en niet herbruikbaar zijn. Thermoplasten daarentegen zijn hittebestendig en vormvast. Dit betekent dat ze een grotere impact hebben op het milieu. Thermoplasten hebben de voorkeur voor toepassingen met hoge prestaties.
Classificatie van kunststof spuitgietmaterialen
Amorfe kunststoffen: eigenschappen en toepassingen
Amorf plastic heeft geen structuur of geordende moleculaire kristallen. Dit geeft het materiaal een goede transparantie en slagvastheid. Bovendien hebben amorfe kunststoffen een uitstekende oppervlakteafwerking. Ze worden veel gebruikt in optische lenzen, elektronische behuizingen en transparante omhulsels.
Kristallijne en semi-kristallijne kunststoffen
Kristallijne en semi-kristallijne kunststoffen zijn sterk, stijf en hebben een superieure chemische bestendigheid. Ze hebben een geordende structuur, wat de kunststoffen hun uitstekende mechanische eigenschappen geeft. Kunststofpolymeren zoals PP, PE en POM zijn allemaal kristallijn en worden gebruikt voor toepassingen met hoge belasting, waaronder in de automobielindustrie en de industriële sector. Hoewel kristallijne kunststoffen beter geschikt zijn voor specifieke toepassingen, zijn ze gevoeliger voor krimpen en vervorming. Dit betekent dat ze een meer geoptimaliseerde en zorgvuldige productie vereisen.
Hoogwaardige en technische harsen
Kunststoffen zoals PEEK, PEI en PPS zijn ultrahoogwaardige kunststoffen. Ze hebben superieure mechanische en chemische eigenschappen, een thermische stabiliteit bij temperaturen boven de 200 °C en een hoge treksterkte van meer dan 90 MPa. De combinatie van deze eigenschappen garandeert duurzaamheid en een lange levensduur.
Hoogwaardige kunststoffen dienen als metaalvervanger in structurele toepassingen in diverse industrieën, zoals de lucht- en ruimtevaart en de automobielindustrie, maar ook in afdichtingen en glijlagers voor de olie- en gasindustrie. Hoewel ze duurder zijn, maken hun cruciale eigenschappen ze ideaal voor hoge temperaturen en agressieve chemicaliën.
Top 10 meest gebruikte materialen voor spuitgieten
Polypropyleen (PP)
Recyclingsymbool voor polypropyleen
Polypropyleen is de op één na meest gebruikte kunststof ter wereld. Het biedt een goede chemische bestendigheid en behoudt zijn vorm na torsie of buiging. Het hoge smeltpunt voorkomt thermische degradatie. Bovendien is het vocht- en waterbestendig. Spuitgegoten polypropyleen is ook recyclebaar.
Polyethyleen (PE)
Duurzame polyethyleen leidingen
Polyethyleen is wereldwijd het meest voorkomende plastic polymeer. Het bestaat in verschillende varianten, afhankelijk van de dichtheid: polyethyleen met hoge dichtheid (HDPE) en polyethyleen met lage dichtheid (LDPE). Beide verschillen in hardheid, flexibiliteit, smeltpunt en optische eigenschappen. HDPE-materialen Ze worden gewaardeerd omdat ze een betere duurzaamheid en slagvastheid hebben voor bijvoorbeeld containers en plastic onderdelen aan de buitenkant.
Acrylonitril butadieen styreen (ABS)
ABS-autospiegelbehuizing
ABS kunststof ABS heeft een lager smeltpunt dan andere kunststoffen, waardoor het gemakkelijker te vormen is. ABS is ondoorzichtig, waardoor het gemakkelijk te kleuren is met kleurstoffen. Bovendien is ABS glanzend, aantrekkelijk en sterk. Naast deze eigenschappen kan het op verschillende manieren worden afgewerkt, waardoor het veelzijdig is voor diverse toepassingen.
ABS staat bekend om zijn sterkte en slagvastheid, maar het is niet erg bestand tegen zonlicht (UV), water en weersinvloeden. In vergelijking met acryl is spuitgegoten ABS geen goede keuze voor buitentoepassingen.
Polycarbonaat (pc)
Polycarbonaat PC
Polycarbonaat (PC) is een lichtgewicht, stijf en transparant plastic met uitstekende optische eigenschappen. Het is enigszins UV-bestendig, maar langdurige blootstelling kan ervoor zorgen dat het een gele tint krijgt en broos wordt, afbrokkelt en schilfert zoals andere kunststoffen vaak doen. PC is aanzienlijk sterker dan glas en zeer duurzaam, waardoor het een uitstekend alternatief is voor glasplaten.
Acryl (PMMA)
Lasersnijden van transparant acryl
Acryl is een transparante en lichtgewicht kunststof, vergelijkbaar met polycarbonaat (PC). Spuitgegoten acryl heeft een optische helderheid. Acryl is bestand tegen UV-straling en weersinvloeden. Het kan UV-licht weerstaan en dankzij de goede vloei-eigenschappen met grote precisie worden gevormd. Het is echter gevoelig voor oplosmiddelen. Hoewel het een hoge treksterkte heeft, kan het barsten onder zware belasting.
Nylonpolyamide (PA)
CNC-bewerking van nylon tandwielen
Nylon is een synthetisch polyamide dat een hoge taaiheid en uitstekende hitte- en slijtvastheid biedt. Nylon is niet van nature vlamvertragend en kan in zonlicht degraderen, hoewel er UV-stabilisatoren beschikbaar zijn. Nylon heeft een slechte chemische bestendigheid en is gevoelig voor vocht. Het heeft een hoge sterkte en uitstekende vormvastheid, waardoor het geschikt is voor toepassingen met hoge belasting, zoals tandwielen en lagers.
Polyoxymethyleen (POM)
Gefreesde POM kunststof bussen
Probeer Boda nu!
Gespecialiseerde en hybride vormmaterialen
Thermoplastische elastomeren (TPE) en polyurethaan (TPU)
TPE is een mengsel van rubber en kunststof. Het is zacht en flexibel zoals rubber, maar wordt verwerkt als kunststof. Het wordt vaak thermoplastisch rubber genoemd, heeft een matige rekbaarheid en kan onder spanning buigen en terugkeren naar zijn oorspronkelijke vorm. Het is recyclebaar.
TPU is een type TPE. Het is een rubberachtig materiaal dat een uitstekend alternatief is voor hard rubber. TPU heeft een betere temperatuur- en chemische bestendigheid dan TPE. Het is echter lastiger te spuitgieten en duurder omdat het droogproces langer duurt.
Glasvezelversterkte harsen
Glas- of vezelversterkte harsen bevatten 10-50% korte glasvezels toegevoegd aan thermoplastische basismaterialen zoals nylon, PA, polypropyleen, PP en PPS. De toevoeging van vezels of glas verbetert de mechanische eigenschappen van het materiaal voor structurele toepassingen.
Glasvezels kunnen de treksterkte van het materiaal verdubbelen tot ongeveer 240 MPa en de buigmodulus verviervoudigen, waardoor ze 2 tot 4 keer zo stijf worden. Koolstofvezels bieden een superieure sterkte-gewichtsverhouding en geleidbaarheid. Ze zijn echter moeilijker te verwerken vanwege de hogere druk die nodig is en kunnen krimpen.
Duurzame en biobased materialen (PLA)
PLA is een biobased materiaal dat wordt gewonnen uit maïszetmeel of suikerriet. Het is milieuvriendelijk en heeft de spuitgietindustrie de laatste tijd een boost gegeven. PLA biedt een uitstekende stijfheid en optische helderheid. Het is niet giftig, waardoor het zeer geschikt is voor wegwerpbestek en -borden. Andere bioplastics zijn PHA en Bio-PP. Deze bioplastics hebben echter een aanzienlijke beperking, namelijk een lage hittebestendigheid, en hogere kosten en langere cyclustijden vanwege de trage kristallisatie.
Selectiecriteria voor materialen bij het ontwerpen van onderdelen
Diverse onderdelen van kunststof.
Materiaalselectie is een cruciale stap bij spuitgieten. Je moet namelijk rekening houden met verschillende factoren, zoals kosten, produceerbaarheid en de toepassing van je spuitgegoten onderdelen. Een handleiding voor materiaalselectie bij spuitgieten zoals deze is ideaal om de mechanische, thermische en chemische eisen te beoordelen.
Mechanische sterkte en slagvastheid zijn de belangrijkste factoren bij de materiaalkeuze. Kunststoffen met een hogere treksterkte zijn ideaal voor dragende toepassingen en toepassingen met hoge spanningen, zoals glasvezelversterkt kunststof of polyacrylaat (PA). Polycarbonaat (PC) en kunststoffen met een hoge slagvastheid (ABS) zijn zeer geschikt voor consumentenproducten.
De thermische stabiliteit en warmtevervorming van een materiaal zijn essentieel om het gedrag ervan bij hoge temperaturen te begrijpen. De warmtevervormingstemperatuur definieert de operationele grenzen van het materiaal. Voor algemene toepassingen ligt dit bereik rond de 90–110 °C. PP is een uitstekende keuze, terwijl voor toepassingen bij hoge temperaturen PEEK en glasvezel ideaal zijn.
Wat chemische bestendigheid betreft, zijn PP en PE superieur. Ze zijn beter bestand tegen zuren, aminen en oplosmiddelen. Voor buitentoepassingen zijn PMMA en gestabiliseerd PP en PE UV-bestendig. Onderdelen voor medische toepassingen en de voedingsindustrie worden gemaakt van PP, PC of TPU vanwege de steriliseerbare eigenschappen en de naleving van regelgeving (FDA/USP/RoHS). Prototypering en testen blijven essentieel om te bevestigen dat het gekozen materiaal voldoet aan alle prestatie-, milieu- en kostendoelstellingen.
Invloed van materialen op het spuitgietproces
Krimp en kromtrekken van schimmel
Inzicht in krimp en vervorming van mallen
Krimp treedt op wanneer het gesmolten polymeer afkoelt en stolt, en neemt af door dimensionale contracties. Om hiermee rekening te houden, moet er bij het ontwerpen van de mallen een krimptoeslag worden berekend. Amorf plastic heeft een lagere krimpsnelheid dan kristallijne polymeren.
Dit komt door het ontbreken van een moleculaire structuur en ordening in amorfe polymeren, waardoor hun richtingsverschil kleiner wordt en een nauwkeurige tolerantiecontrole mogelijk is. Factoren die kromtrekking kunnen beïnvloeden zijn onder andere ongelijkmatige koeling, wisselende wanddiktes, vulstoffen en onvolledige kristallisatie.
Stroomsnelheden en smeltviscositeit
De smeltstroomindex (MFI) wordt gemeten in ing/g/g/10min en geeft aan hoe materialen vloeien onder standaardomstandigheden. Een hogere MFI betekent een lagere viscositeit en een soepelere vloei. PP en PE hebben een hoge MFI, variërend van 20 tot 50+, waardoor ze uitstekend geschikt zijn voor dunwandige toepassingen en complexe geometrieën in ML-matrijzen. Een hogere vloeisnelheid betekent ook een kortere vultijd en een lagere injectiedruk.
Een lage smeltstroomindex (MFI) betekent een hogere viscositeit. HDPE en PP zijn hier goede voorbeelden van; ze hebben een lage MFI en een hogere viscositeit, wat ze geschikt maakt voor dikke en stevigere onderdelen met betere mechanische eigenschappen.
Bij de productie moet je een materiaal met een gebalanceerde MFI-waarde kiezen. Een hogere MFI-waarde betekent betere bewerkbaarheid, maar afhankelijk van de toepassing ook zwakkere onderdelen.
Tolerantie, consistentie en oppervlakteafwerking
De tolerantie die je bereikt bij het maken van je onderdeel hangt af van het materiaal. Amorf plastic kan nauwere toleranties bereiken dankzij de moleculaire structuur en het uniforme krimpgedrag, waardoor je de resultaten kunt voorspellen en de krimp kunt beheersen.
De typische toleranties van amorf plastic liggen rond de ±0.001–0.005 mm. Bovendien maakt het verschillende oppervlakteafwerkingen mogelijk, zoals hoogglans en glad, voor esthetische doeleinden. Kristallijne en versterkte polymeren brengen verschillende uitdagingen met zich mee, zoals krimp als gevolg van de vezelrichting, wat kan leiden tot ruimere toleranties en een verslechtering van de oppervlakteafwerking.
Probeer Boda nu!
Industriële toepassingen per materiaalsoort
Auto- en ruimtevaartcomponenten
De auto-industrie is een grote afnemer van spuitgegoten kunststoffen. Bumpers van PP en ABS, dashboards, en koplampglazen van PA en PC met een coating voor betere optische helderheid, domineren de industrie vanwege hun kosteneffectiviteit, slagvastheid en chemische bestendigheid. Hoogwaardige polymeren zoals PEEK worden gebruikt voor bussen en lagers in componenten voor de lucht- en ruimtevaart.
Kunststoffen en producten voor de gezondheidszorg van medische kwaliteit
De medische en gezondheidszorgsector volgt wettelijke normen en strikte voorschriften; daarom moeten polymeren die in deze sector worden gebruikt, voldoen aan de FDA/ISO 10993-norm. PC wordt gebruikt voor transparante verpakkingen, PP voor spuiten en TP voor flexibiliteit. Het voordeel van deze polymeren is dat ze biocompatibel zijn en gesteriliseerd kunnen worden.
Consumentenelektronica en verpakkingsoplossingen
ABS-kunststof wordt veel gebruikt in consumentenelektronica vanwege de duurzaamheid en slagvastheid. Bovendien biedt het verschillende mogelijkheden voor oppervlakteafwerking. PP en PE zijn, afhankelijk van de toepassing, zowel stijf als flexibel. Ze kunnen worden gebruikt voor dunne wanden en lagere kosten, waardoor ze budgetvriendelijk zijn voor behuizingen.
Hoe u het juiste materiaal voor uw project kiest
Veelgebruikte materialen voor spuitgieten
Beoordeling van prestatie-eisen versus budget
Om het meest geschikte materiaal voor uw onderdeel te kiezen, moet u een balans vinden tussen prestatie en budget. Het is het beste om de eisen van uw onderdeel in kaart te brengen. Categoriseer uw eisen in essentiële functionele eisen en niet-essentiële eisen, zoals esthetische aspecten. Gangbare kunststoffen zoals PP en PE kosten ongeveer $1-2 per kg en zijn geschikt voor 70% van de toepassingen, zoals verpakkingen voor speelgoed en behuizingen. Hoogwaardige harsen zoals PEEK of PEI kunnen meer dan $50 per kg kosten, maar zijn essentieel voor extreme omstandigheden zoals in de lucht- en ruimtevaart en bij implantaten. Onze blogs over kunststof spuitgietmaterialen bieden een gedetailleerde vergelijking hiervan.
Het belang van materiaaltesten en prototyping.
Materiaaltesten en prototyping zijn cruciale processen die essentieel zijn vóór massaproductie. Testen stelt u in staat te garanderen dat uw onderdelen functioneren onder realistische omstandigheden en dat de materialen zich gedragen zoals verwacht. De kosten voor een klein prototype kunnen variëren van $500 tot $2000, afhankelijk van de materialen en de complexiteit. Het uitvoeren van een test met een prototype helpt u cruciale gegevens te verzamelen en te analyseren om mogelijke zwakke punten te vinden.
Standaardtests zoals treksterkte (ASTM D638), slagvastheid (ASTM D256) en HDT geven duidelijke resultaten van geslaagd of afgekeurd. Deze initiële tests en prototyping kunnen u behoeden voor kostbare fouten later, vóór de grootschalige productie.
Spuitgietdiensten
Boda levert geavanceerde spuitgietdiensten voor hoogwaardige materialen, waaronder metaal en kunststof. Wij zijn gespecialiseerd in snelle productie in grote volumes met complexe geometrie en een nauwkeurigheid tot 0.005 inch (ca. 0,27 mm).
Profiteer van onze uitgebreide voorraad spuitgietmaterialen, kies uw materiaal en laat de geautomatiseerde kwaliteitscontrole de productiekosten en afval verminderen.
Verzoek om een gratis offerte bereiken van jouw doelen