Vergelijking spuitgietmateriaal: ABS, PC, Nylon, PP, POM en PEEK vergeleken op sterkte, kosten en vormbaarheid

Materiaalkeuze is de beslissing die al het andere stilletjes bepaalt. Het legt de mechanische grenzen van het onderdeel vast, het legt de kosten per opname vast, en omdat verschillende harsen met zeer verschillende snelheden krimpen, worden de afmetingen van de holte in het staal vastgelegd voordat een enkel onderdeel wordt gegoten. Vervang de hars nadat het gereedschap is gesneden en u vaak voor een nieuwe holte betaalt.

Deze vergelijking heeft betrekking op zes harsen die de grote meerderheid van de commerciële spuitgietonderdelen uitmaken, beoordeeld op basis van de eigenschappen die er toe doen bij de productie in plaats van op basis van het lezen van datasheets. Het behandelt ook iets dat de meeste vergelijkingsartikelen achterwege laten: wat elke materiaalkeuze doet met de matrijs en met de onderdeelprijs.

Hoe u een spuitgietmateriaal kiest in vier vragen

Werk deze op volgorde door en de meeste kandidaten elimineren zichzelf.

1. Wat is de maximale temperatuur die het onderdeel tijdens gebruik zal zien, inclusief transport, opslag en eventuele reinigings- of sterilisatiecycli? Hiermee wordt de vloer gelegd en worden hele categorieën onmiddellijk verwijderd.
2. Waar wordt het onderdeel chemisch aan blootgesteld, inclusief schoonmaakmiddelen, brandstoffen, oliën, vocht en ultraviolet licht?
3. Met welke mechanische eisen wordt het geconfronteerd, en is het stijfheid, slagvastheid, vermoeidheid of slijtage aan een glijoppervlak? Dit zijn verschillende eisen en er is geen enkele hars die voor alle eisen geldt.
4. Heeft het onderdeel transparantie, een specifiek uiterlijk, wettelijke goedkeuring of een vlamclassificatie nodig?

De kosten komen als laatste binnen en niet als eerste. Een goedkopere hars die niet aan een onderhoudsvereiste voldoet, is niet goedkoper. Wat de kosten daadwerkelijk beïnvloeden, is de keuze tussen twee materialen die beide aan de eis voldoen, wat een veel voorkomende situatie is en waar het meeste geld wordt bespaard.

Hoofdvergelijkingstabel

Twee rijen verdienen meer aandacht dan ze normaal gesproken krijgen: krimp en vormbaarheid. Beide bepalen of het door u geselecteerde materiaal daadwerkelijk de toleranties op uw tekening zal behouden zodra het gereedschap draait.

De eigenschappen die daadwerkelijk de keuze bepalen

Krimp, en waarom het een instrumentele beslissing is

Elke thermoplast krimpt terwijl het afkoelt, en de holte wordt overmaats gesneden door de verwachte krimp, zodat het voltooide onderdeel op nominaal terechtkomt. Die compensatie zit in het staal ingebakken. Halfkristallijne materialen zoals polypropyleen, nylon en acetaal krimpen aanzienlijk meer dan amorfe materialen zoals ABS en polycarbonaat, en ze krimpen minder voorspelbaar omdat de kristalliniteit varieert met de afkoelsnelheid.

De praktische gevolgen zijn drie. Materialen met een hoge krimp maken het moeilijker om nauwe toleranties aan te houden, omdat een kleine variatie in koeling een meetbare maatverandering veroorzaakt. Ze zijn gevoeliger voor kromtrekken, omdat ongelijkmatige krimp over een onderdeel het uit vorm trekt. En schakelen tussen materialen met verschillende krimp nadat het gereedschap is gesneden, betekent meestal dat de holte opnieuw moet worden gesneden, omdat een matrijs met een formaat voor ABS geen correcte onderdelen in acetaal zal produceren.

Als het onderdeel nauwe toleranties heeft, pleit dat voor een amorf materiaal met lage krimp of voor het accepteren van lossere toleranties en een duurdere gereedschapsontwikkelingscyclus. Dit beslissen voordat de tool wordt geciteerd, is veel goedkoper dan het bij het eerste artikel ontdekken.

Vormbaarheid en wat het kost bij de pers

Vormbaarheid heeft betrekking op hoe gemakkelijk een hars zich vult, hoeveel droging het nodig heeft, welke smelt- en vormtemperaturen het vereist, en hoe vergevingsgezind het is ten aanzien van procesvariaties. ABS en polypropyleen zijn gemakkelijk: ze vullen gemakkelijk en tolereren een breed procesvenster. Polycarbonaat en nylon zijn hygroscopisch en moeten op de juiste manier worden gedroogd, omdat vocht uitzetting veroorzaakt en de mechanische eigenschappen aantast. PEEK vereist hoge smelttemperaturen en verwarmd gereedschap, wat zowel de cyclustijd als de gereedschapskosten verhoogt.

Een moeilijk materiaal is geen reden om het te vermijden wanneer de toepassing dit vereist. Het is een reden om langere cycli, strakkere procescontrole en meer uitval tijdens het opstarten te verwachten, die allemaal in het kostenmodel thuishoren en niet als een verrassing komen.

De zes harsen in detail

ABS

ABS is de standaard voor consumentenbehuizingen, behuizingen en cosmetische onderdelen, en verdient die positie doordat het gemakkelijk te vormen is, vormvast is en ontvankelijk is voor verven, plateren en texturen. Het vereist een goede oppervlakteafwerking, kan goed worden bewerkt en gehecht, en heeft een lage, voorspelbare krimp.

Waar het faalt, zijn temperatuur en chemie. De continue bedrijfstemperatuur is bescheiden en ABS wordt aangetast door veel oplosmiddelen. Het heeft ook een slechte UV-bestendigheid zonder stabilisatie, waardoor onbeschermde delen buitenshuis verkalken en broos worden. Kies ABS voor interieurbehuizingen, apparaatonderdelen, elektronicabehuizingen en alles waar uiterlijk en kosten belangrijker zijn dan blootstelling aan het milieu.

Polycarbonaat

Polycarbonaat is de impact- en helderheidsoptie. Het is echt sterk over een breed temperatuurbereik en het is optisch transparant, een combinatie die weinig andere materialen bieden. De bedrijfstemperatuur is aanzienlijk hoger dan die van ABS.

De zwakke punten zijn chemische resistentie en kerfgevoeligheid. Veel oplosmiddelen en sommige schoonmaakmiddelen veroorzaken spanningsscheuren, en een scherpe interne hoek concentreert de spanning in een materiaal dat anders goed bestand is tegen schokken. Het is ook hygroscopisch en moet vóór het vormen worden gedroogd. PC- en ABS-mengsels zijn gebruikelijk, juist omdat ze een deel van de taaiheid inruilen voor eenvoudiger verwerking en beter chemisch gedrag. Kies polycarbonaat voor lenzen, beschermers, veiligheidscomponenten en slagvaste behuizingen.

Nylon

Nylon omvat een familie, waarvan PA6 en PA66 de meest voorkomende zijn. Het biedt een hoge sterkte en stijfheid, goede slijtvastheid en goede weerstand tegen brandstoffen en oliën, waardoor het overal in de auto- en industriële toepassingen voorkomt. Met glas gevulde soorten verhogen de stijfheid aanzienlijk en zijn zeer gebruikelijk.

Het bepalende kenmerk is vochtopname. Nylon neemt water uit de lucht op, en terwijl dit gebeurt, groeit het onderdeel in maat en wordt het taaier en minder stijf. Dat betekent dat een deel dat droog is gemeten en een deel dat na conditionering is gemeten, verschillende afmetingen hebben, en dat bij elke tolerantiediscussie de vochttoestand moet worden vermeld. Nylon krimpt ook aanzienlijk en onvoorspelbaar, waardoor nauwe toleranties harder werken. Kies het voor tandwielen, lagers, bevestigingsmiddelen, structurele beugels en onderdelen onder de motorkap.

Polypropyleen

Polypropyleen is de goedkoopste van de zes en de meest chemisch bestendige basisharsen. Het is licht, het is bijna volledig bestand tegen vocht en het is op unieke wijze in staat tot een levend scharnier, wat betekent dat het een dun gedeelte is dat herhaaldelijk kan buigen zonder te falen. Niets anders op deze lijst doet dat ook.

De afwegingen zijn stijfheid en temperatuur: het is relatief zacht, het kruipt onder langdurige belasting en de bedrijfstemperatuur is beperkt. Het krimpt ook sterk, dus nauwe toleranties zijn moeilijk. Kies polypropyleen voor containers, sluitingen, levende scharnieronderdelen, toepassingen met blootstelling aan chemicaliën en componenten met grote volumes waarbij de materiaalkosten domineren.

POM (acetaal)

Acetaal is het precisiemechanische materiaal. Het is stijf, maatvast tijdens gebruik, heeft een lage wrijvingscoëfficiënt en een uitstekende weerstand tegen vermoeidheid, waardoor het de standaardkeuze is voor tandwielen, nokken, bussen, grendels en kleine bewegende componenten.

Twee dingen beperken het. Krimp is de hoogste op deze lijst, dus de afmetingen van de holte en het ontwerp van de koeling zijn belangrijker dan normaal en dikke secties zijn gevoelig voor holtes. En acetaal hecht niet gemakkelijk en verft niet gemakkelijk, dus het is geschikt voor functionele interne onderdelen in plaats van voor cosmetische onderdelen. Kies hem overal waar een onderdeel verschuift, roteert of betrouwbaar moet terugveren gedurende vele cycli.

KIJKJE

PEEK zit in een andere categorie. Het is bestand tegen continue bedrijfstemperaturen die ver boven de andere liggen, is bestand tegen bijna alle chemicaliën, behoudt zijn sterkte bij temperatuur en presteert in veeleisende medische, ruimtevaart- en halfgeleidertoepassingen. Waar het wordt gespecificeerd, komt dat meestal omdat niets anders werkt.

Het is hier ook veruit het duurste materiaal, en het vereist hoge smelttemperaturen en verwarmd gereedschap, wat de cyclustijd en de gereedschapskosten opdrijft. Het specificeren van PEEK waar een goedkopere technische hars aan de eis zou voldoen, is een van de duurdere fouten bij de materiaalkeuze. Kies ervoor wanneer de temperatuur, de blootstelling aan chemicaliën of de wettelijke vereisten werkelijk geen alternatief bieden.

Ingevulde en gewijzigde cijfers

Basisharsen zijn slechts het uitgangspunt. De meeste technische toepassingen gebruiken een gewijzigde soort, en de wijziging verandert zowel de eigenschappen als de verwerking.

• Glasvezelversterking verhoogt de stijfheid en sterkte aanzienlijk en vermindert de krimp, maar het maakt het materiaal brosser, schurender voor het gereedschap en vatbaarder voor vezeloriëntatie-effecten die directionele kromtrekking veroorzaken.
• Minerale vulling verbetert de maatvastheid en verlaagt de kosten, met een kleinere stijfheidswinst dan glas.
• Vlamvertragende kwaliteiten zijn vereist voor veel elektrische en elektronische toepassingen en verminderen doorgaans de slagsterkte en bemoeilijken de verwerking.
• Ultraviolet-gestabiliseerde kwaliteiten zijn noodzakelijk voor elk onderdeel dat aan de buitenlucht wordt blootgesteld, en het later toevoegen van stabilisatie repareert een reeds gespecificeerd onderdeel zonder deze stabilisatie niet.
• Impact-gemodificeerde kwaliteiten ruilen wat stijfheid in voor taaiheid en komen vaak voor als een basishars dichtbij maar enigszins te broos is.
• Medische en voedselcontactkwaliteiten zijn voorzien van de wettelijke documentatie die voor deze toepassingen vereist is, en de goedkeuring geldt voor de specifieke kwaliteit, niet voor de harsfamilie.

Glasvulling verdient bijzondere voorzichtigheid bij het bewerken. Met schuurmiddel gevulde harsen verslijten staal na verloop van tijd, vooral bij poorten, wat van invloed is op de keuze van het gereedschapsstaal en het onderhoudsschema. Dat hoort thuis in het toolinggesprek in de ontwerpfase, niet na de eerste honderdduizend opnames.

Kiezen op toepassingsvereiste

Waar een onderdeel twee verschillende gedragingen in één stuk nodig heeft, zoals een stijf lichaam met een zachte grip, is het antwoord vaak een proces in plaats van een enkel materiaal. Overmolding met zacht aanvoelende materialen combineert een stijf substraat met een elastomeer, en insert-molding kapselt metalen componenten in plastic in waar schroefdraad of geleidende paden vereist zijn.

Wat de materiaalbeslissing doet met de matrijs en de onderdeelprijs

• De afmetingen van de holtes worden gesneden voor een specifieke krimpsnelheid, dus het veranderen van harsfamilies na het bewerken betekent normaal gesproken het snijden van staal.
• De cyclustijd varieert per materiaal. Materialen die hoge matrijstemperaturen of lange koeling nodig hebben, verhogen de kosten per onderdeel bij elke opname gedurende de levensduur van het gereedschap.
• De afmetingen van de poort en runner zijn afhankelijk van de smeltviscositeit, dus een materiaalverandering kan aanpassing van de poort vereisen, zelfs als de holte niet wordt beïnvloed.
• Met schuurmiddel gevulde harsen versnellen de slijtage van het gereedschap en beïnvloeden de specificatie van het gereedschapsstaal en het onderhoudsinterval.
• Materialen met een hoge krimp vereisen meer aandacht voor de lay-out van het koelkanaal, wat eerder een ontwerpkost dan een prijs per onderdeel is.
• Droogvereisten voegen apparatuur en verwerkingstijd bij de pers toe voor hygroscopische materialen zoals polycarbonaat en nylon.

Dit is de reden waarom de materiaalkeuze moet worden afgehandeld voordat de gereedschappen worden geciteerd in plaats van erna. Een laattijdige harsbeslissing is een gereedschapswisseling, en gereedschapswisselingen in gehard staal zijn de duurste correcties in het hele proces.

Veel voorkomende materiaalkeuzefouten

• Alleen selecteren op treksterkte, wanneer stijfheid, slaggedrag of vermoeiingsweerstand precies is wat de toepassing vraagt.
• Het negeren van vochtopname op nylon en vervolgens toleranties schrijven die niet onder normale vochtigheidsomstandigheden kunnen worden aangehouden.
• Het specificeren van een hoogwaardige hars waarbij een technische kwaliteit aan alle vereisten zou voldoen, waardoor de materiaal- en gereedschapskosten stijgen zonder functionele winst.
• Blootstelling aan ultraviolette straling op onderdelen die buiten of bij een raam staan, en vervolgens verbrossing in het veld ontdekken.
• Ervan uitgaande dat een gegevensbladwaarde op uw onderdeel van toepassing is, wanneer gepubliceerde cijfers afkomstig zijn van standaard testexemplaren in plaats van uw geometrie, poortpositie en koelingsomstandigheden.
• Het vervangen van hars nadat het gereedschap is gesneden zonder te controleren of het krimpverschil de afmetingen van de holte ongeldig maakt.

Dit laatste is het duurst en het meest vermijdbaar. Door de hars te bevestigen voordat het gereedschap wordt gesneden, of op zijn minst af te spreken welke alternatieven qua afmetingen compatibel zijn, wordt het risico volledig weggenomen.

Het nemen van de materiële beslissing in productie

Materiaal en geometrie worden samen bepaald in plaats van op volgorde. Wanddikte, ribverhoudingen en poortlocatie hebben allemaal invloed op het krimp- en vloeigedrag van de hars, en een ontwerp dat in het ene materiaal werkt, werkt mogelijk niet in een ander materiaal. Onze gids voor ontwerprichtlijnen voor ribben en hoekplaten behandelt de geometrische kant van die relatie, en veel van de problemen in ons artikel over materiaalgerelateerde vormdefecten zijn eerder terug te voeren op een discrepantie tussen hars- en onderdeelontwerp dan op de pers.

Voor zeer kleine componenten verandert het materiaalgedrag opnieuw omdat stroomlengtes, koelsnelheden en poortverhoudingen niet netjes worden verkleind. Onze vergelijking van microvormtoepassingen omvat waar deze verschillen ertoe doen.

Elite Mold Tech giet ABS, polycarbonaat, nylon, polypropyleen, POM, PEEK en TPU via haar kunststofspuitgietdiensten, en beoordeelt de materiaalkeuze op basis van de onderdeelgeometrie en tolerantie-eisen tijdens de offerte, in plaats van nadat het gereedschap is vastgelegd. Stuur een onderdeelmodel en de servicevereisten naar Elite Mold Tech voor een aanbeveling waarin rekening wordt gehouden met de gevolgen voor krimp, tolerantie en gereedschap.

Veelgestelde vragen