اختيار المواد الهيكلية للقالبة بالحقن - دليل عملي 2025

مقدمة في اختيار المواد

اختيار البلاستيك يُعد واحدًا من أهم مراحل تصميم عملية الحقن. إن الاختيار الصحيح للمادة لا يحدد الخصائص النهائية للمنتج فحسب، بل يحدد أيضًا المعايير التكنولوجية وتكاليف الإنتاج ومتانة المنتج النهائي. في الصناعة الحديثة لمعالجة البلاستيك، تتوفر عشرات المجموعات المختلفة من المواد، وكل واحدة منها تقدم مزيجًا فريدًا من الخصائص الميكانيكية والحرارية والكيميائية.

في هذا الدليل، سنقدم معلومات شاملة حول مواد الحقن، وتصنيفاتها ومعايير معالجتها ومعايير الاختيار. سواء كنت تنتج تغليفًا استهلاكيًا أو مكونات للسيارات أو عناصر طبية دقيقة، سيوفر هذا المقال المعرفة اللازمة لاتخاذ القرار الأمثل فيما يتعلق بالمواد.

ما هو اختيار المواد الهندسية؟

اختيار المواد الهندسية هو عملية منهجية لتحليل متطلبات التطبيق وتحديد البلاستيك المناسب الذي يفي بجميع المعايير الوظيفية والاقتصادية والتكنولوجية. تتطلب هذه العملية فهم خصائص المادة نفسها، بالإضافة إلى خصوصيات عملية الحقن وظروف التشغيل للمنتج النهائي.

إن اختيار البلاستيك الصحيح يأخذ في الاعتبار عاملًا عاملًا: الأحمال الميكانيكية ومدى درجات حرارة التشغيل والتعرض للمواد الكيميائية والمتطلبات الجمالية والمعايير الصناعية والجوانب الاقتصادية. تقدم المواد الهندسية المعاصرة نطاقًا واسعًا من الاحتمالات - من المواد الرخيصة واسعة الانتشار إلى البوليمرات عالية التخصص ذات الخصائص الاستثنائية.

أنواع المواد المستخدمة في الحقن

يقدم سوق مواد الحقن عشرات من البوليمرات الحرارية المختلفة. في الممارسة الصناعية، يتم استخدام 10-12 عائلة رئيسية من المواد بشكل شائع، والتي يمكن تقسيمها إلى ثلاث فئات: القياسية والهندسية وعالية الأداء. تتميز كل فئة بمستوى مختلف من الخصائص الميكانيكية والحرارية والسعر.

المواد القياسية (PP، PE، PS)

المواد القياسية تشكل حوالي 70% من الاستهلاك العالمي للبوليمرات الحرارية في عملية الحقن. تتميز بسهولة المعالجة والسعر المنخفض ونطاق واسع من التطبيقات.

البروبيلين (PP)

• درجة حرارة المعالجة - 200-280°C، درجة حرارة قالب منخفضة 20-80°C
• الخصائص الميكانيكية - مقاومة جيدة للثني، مقاومة للإجهاد
• المقاومة الكيميائية - الأحماض، القواعد، المذيبات العضوية
• التطبيقات - تغليف غذائي، عناصر سيارات، أثاث
• السعر التقديري - 1,2-1,8 EUR/كجم

الإثيلين (PE-HD, PE-LD)

• درجة حرارة المعالجة - 180-280°C، سيولة ممتازة
• الخصائص الميكانيكية - المرونة، مقاومة الصدمات في درجات الحرارة المنخفضة
• المقاومة الكيميائية - مقاومة ممتازة لمعظم المواد الكيميائية
• التطبيقات - حاويات، أنابيب، أغشية، خزانات
• السعر التقديري - 1,0-1,6 EUR/كجم

الستايرين (PS, HIPS)

• درجة حرارة المعالجة - 180-260°C، معالجة سهلة
• الخصائص الميكانيكية - الصلابة، الشفافية (PS )، مقاومة الصدمات (HIPS)
• التطبيقات - تغليف أحادي الاستخدام، أغلفة الإلكترونيات، ألعاب
• السعر التقديري - 1,3-1,9 EUR/كجم

المواد الهندسية (ABS, PC, PA, POM)

المواد الهندسية تقدم خصائص ميكانيكية وحرارية أفضل بكثير من المواد القياسية. تُستخدم في التطبيقات التي تتطلب متانة عالية، واستقرار أبعاد، ومقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة.

أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS)

• درجة حرارة المعالجة - 220-270°C، درجة حرارة القالب 50-80°C
• الخصائص الميكانيكية - متانة ممتازة، صلادة، جودة سطح جيدة
• درجة حرارة التشغيل - حتى 85°C حمل مستمر
• التطبيقات - أغلفة الأجهزة، لوحات التوزيع، مكعبات LEGO
• السعر التقديري - 2,0-3,0 EUR/كجم

الكربونات المتعددة (PC)

• درجة حرارة المعالجة - 280-320°C، يتطلب جفاف <0,02% الرطوبة
• الخصائص الميكانيكية - أعلى متانة، شفافية بصرية
• درجة حرارة التشغيل - حتى 135°C حمل مستمر
• التطبيقات - عدسات، واقيات، عناصر طبية
• السعر التقديري - 3,5-5,0 EUR/كجم

البولياميد (PA6, PA66)

• درجة حرارة المعالجة - PA6: 230-280°C، PA66: 260-300°C
• الخصائص الميكانيكية - متانة ممتازة، مقاومة للاحتكاك
• متطلبات الجفاف - حرج <0,1% الرطوبة، ممتص للرطوبة
• التطبيقات - تروس، محامل، عناصر هيكلية في السيارات
• السعر التقديري - 2,8-4,5 EUR/كجم

البولي أوكسي ميثيلين (POM، الأسيتال)

• درجة حرارة المعالجة - 190-230°C، نافذة معالجة ضيقة
• الخصائص الميكانيكية - صلادة عالية، احتكاك منخفض، استقرار أبعاد
• التطبيقات - عناصر دقيقة، آلات الساعة، الأقفال
• السعر التقديري - 2,5-3,8 EUR/كجم

المطاطات الحرارية البلاستيكية (TPE, TPU)

• درجة حرارة المعالجة - 180-230°C، حسب الصلابة
• الخصائص الميكانيكية - مرونة مطاطية، معالجة متعددة
• التطبيقات - مقابض، حواجز، عناصر سوفت-تاتش
• السعر التقديري - 3,0-8,0 EUR/كجم

المواد عالية الأداء (PEEK, PPS)

المواد عالية الأداء هي مجموعة متميزة من البوليمرات بخصائص حرارية وميكانيكية استثنائية. تُستخدم في أكثر التطبيقات الصناعية صعوبة، حيث لا تلبي المواد القياسية المتطلبات.

بولي إثير إيثر كيتون (PEEK)

• معيار المعالجة - 360-400°C، يتطلب معدات متخصصة
• درجة حرارة التشغيل - حتى 250°C carga continua
• الخصائص الميكانيكية - أعلى مقاومة في فئتها
• المقاومة الكيميائية - شبه عالمية
• التطبيقات - الطيران، الطب، الصناعة النفطية
• السعر التقديري - 80-120 EUR/كجم

بولي سلفيد فيلينيلين (PPS)

• معيار المعالجة - 310-350°C
• درجة حرارة التشغيل - حتى 200°C carga continua
• الخصائص الميكانيكية - صلابة، استقرار أبعاد
• المقاومة الكيميائية - أحماض، قواعد، مذيبات
• التطبيقات - عناصر تحت الغطاء، مكونات كهربائية
• السعر التقديري - 12-25 EUR/كجم

المعايير الرئيسية للمعالجة

من الضروري معايير المعالجة الصحيحة للحصول على قطع بلاستيك عالية الجودة. يتطلب كل مادة مجموعة محددة من إعدادات آلة الحقن.

1. درجة حرارة الأسطوانة (°C)

يجب تكييف درجة حرارة أسطوانة التبليستك مع خصائص التدفق للبلاستيك. درجة الحرارة المنخفضة جداً تسبب ذوباناً غير كامل وزيادة في الإجهادات الداخلية. درجة الحرارة المرتفعة جداً تؤدي إلى التحلل الحراري للمادة.

نطاقات الحرارة النموذجية:

• PP: 200-280°C
• ABS: 220-270°C
• PC: 280-320°C
• PA: 230-300°C
• PEEK: 360-400°C

2. درجة حرارة القالب (°C)

تؤثر درجة حرارة قالب الحقن على جودة السطح، الاستقرار الأبعاد ووقت الدورة. تتطلب المواد غير المتبلورة (PC، ABS) درجات حرارة أعلى للقالب 60-120°C لجودة سطح أفضل. تحتاج المواد شبه المتبلورة (PP، PA، POM) إلى تبريد مضبوط لأفضل تبلور.

3. ضغط الحقن (MPa)

يجب أن يكون ضغط الحقن كافياً لملء جوف القالب. يتطلب ضغط أعلى للجدران الرقيقة والمسارات الطويلة للتدفق.

قيم الضغط النموذجية:

• PE: 70-120 MPa
• PP: 80-130 MPa
• ABS: 100-150 MPa
• PC: 120-180 MPa
• PA: 100-160 MPa

4. سرعة الحقن (مم/ث)

تؤثر سرعة الحقن على ملء القالب والتوجيه الجزيئي. تتطلب المواد الحساسة للقص (PC, POM) سرعات معتدلة. تتحمل المواد منخفضة اللزوجة (PP, PE) سرعات عالية. بشكل معتاد: 20-200 mm/ث حسب الهندسة وال material.

5. ضغط الإغلاق (ميجاباسكال)

يضغط الإغلاق لتعويض انكماش المادة أثناء التجمد. يجب أن يكون 40-80% ضغط الحقن.

مواد عالية الانكماش:

• PP: 1,5-2%
• PA: 0,8-1,5%

مواد منخفضة الانكماش:

• PC: 0,5-0,7%
• ABS: 0,4-0,7%

6. وقت التبريد (ث)

يُشكل وقت التبريد 50-70% من إجمالي وقت الدورة. يعتمد على سُمك الجدار، ودرجة حرارة القالب، وخصائص المادة الحرارية. مثال تقريبي: وقت التبريد = (سُمك الجدار)² × معامل المادة.

معاملات المواد:

• PP: 2,5
• PC: 3,5
• PA: 3,0

7. متطلبات التجفيف

المواد ماصة للرطوبة (PA, PC, PET, PBT ) تتطلب التجفيف قبل المعالجة. يؤدي التجفيف غير السليم إلى عيوب التحلل المائي و deterioration الخصائص الميكانيكية.

المعايير النموذجية للتجفيف:

• PA: 80°C لـ 4-6h إلى < 0,1% رطوبة
• PC: 120°C لـ 3-4h إلى < 0,02% رطوبة
• PET: 160°C لـ 4-6h إلى < 0,005% رطوبة

معايير اختيار المواد

يتطلب اختيار المادة المناسبة للحقن تحليلًا منهجيًا للعديد من العوامل التقنية والاقتصادية.

1. الخصائص الميكانيكية

• مقاومة الشد - PP: 25-40 ميجاباسكال، ABS: 40-55 ميجاباسكال، PA: 70-85 ميجاباسكال، PEEK: 90-100 ميجاباسكال
• م modulus المرونة - صلابة المادة، من 1000 ميجاباسكال (PP) إلى 4000 ميجاباسكال (PEEK)
• مقاومة الصدمة - مقاومة اللكمات، حاسمة لـ PC و ABS
• مقاومة التعب - هامة للعناصر المحملة ديناميكيًا

2. الخصائص الحرارية

• HDT (درجة الانحناء تحت الحمل) - أقصى درجة حرارة تشغيل
• معامل التمدد الحراري - استقرار الأبعاد في درجات الحرارة المتغيرة
• التوصيل الحراري - تصريح الحرارة من العنصر
• القابلية للاشتعال - تصنيف UL94 ، متطلبات V-0 للإلكترونيات

3. المقاومة الكيميائية

• بيئة العمل - التلامس مع الزيوت، الوقود، المذيبات
• PP و PE - مقاومة ممتازة لمعظم المواد الكيميائية
• PA - حساس للأحماض القوية والمؤكسدات
• PC - حساس للمذيبات العطرية والقواعد
• PEEK و PPS - مقاومة كيميائية شبه عالمية

4. متطلبات الصناعة والشهادات

• التلامس مع الغذاء - FDA، EU 10/2011، شهادات الت迁移
• التطبيقات الطبية - USP Class VI، ISO 10993، التوافق البيولوجي
• السيارات - PPAP، IATF 16949، VDA
• الإلكترونيات - UL94، RoHS، REACH

5. الجوانب الاقتصادية

• سعر الخام - من 1 EUR/كغ (PE) إلى 120 EUR/كغ (PEEK)
• كفاءة المعالجة - وقت الدورة، استهلاك الطاقة
• تكاليف الأدوات - المواد الم Abrasive تتطلب قوالب من الفولاذ المharted
• TCO (التكلفة الإجمالية للتملك) - التكلفة الإجمالية للتملك في دورة حياة المنتج

التطبيقات في الصناعة

مواد الحقن تجد تطبيقاتها في практически كل فرع من فروع الصناعة. يرتبط اختيار البلاستيك بشكل وثيق بطبيعة الصناعة ومتطلبات المنتج النهائي.

الصناعة汽车ية

السيارات هي أكبر مستهلك لل المواد الهندسية.

المواد المستخدمة:

• PP مع التالك - الصدامات، عناصر المقصورة
• PA-GF - عناصر تحت الغطاء حتى 150°C
• ABS/PC - لوحات العدادات
• POM - عناصر الميكانيزمات
• PBT-GF - الموصلات الكهربائية

المتطلبات:

• المقاومة للحرارة -40 إلى +120°C
• المقاومة للأشعة فوق البنفسجية
• الامتثال للمعايير IATF 16949

القطاع الطبي

يتطلب القطاع الطبي مواد بأعلى مستويات النظافة والتوافق الحيوي.

المواد المستخدمة:

• PC - أغلفة الأجهزة الطبية
• PP medical grade - محقنات، تغليف
• PEEK - زراعة، أدوات جراحية
• TPE - حشوات، عناصر لينة

المتطلبات:

• شهادات FDA
• USP Class VI
• ISO 10993
• إمكانية التعقيم

الإلكترونيات والأجهزة المنزلية

تستخدم الصناعة الإلكترونية بشكل أساسي:

المواد المستخدمة:

• ABS - أغلفة، عناصر زخرفية
• PC - عناصر شفافة، عدسات LED
• PA-GF - عناصر هيكلية
• PBT - موصلات، مآخذ

المتطلبات:

• قابلية الاشتعال V-0 وفقًا لـ UL94
• التوافق مع RoHS و REACH
• ESD (مواد مانعة للстатيك أو موصلة)

التغليف

يشكل قطاع التغليف أكثر من 40% من استهلاك البلاستيك عالميًا.

المواد المستخدمة:

• PP - تغليف غذائي، أغطية
• PE-HD - حاويات، زجاجات
• PET - تشكيلات، تغليف شفاف
• PS - تغليف أحادي الاستخدام

المتطلبات:

• شهادات contacto con alimentos
• الخصائص الحاجزة
• إمكانية إعادة التدوير

القطاع الجوي والدفاعي

تستخدم أكثر التطبيقات صعوبة مواد بلاستيكية عالية الأداء:

المواد المستخدمة:

• PEEK - عناصر هيكلية، إحكامات
• PPS - مكونات محركات
• PI - عزلات عالية الحرارة

المتطلبات:

• المقاومة لدرجات حرارة تصل إلى 250°C
• معامل احتكاك منخفض
• المقاومة للإشعاع

التوافق مع آلات Tederic

آلات الحقن Tederic مصممة لمعالجة مجموعة واسعة من البلاستيك الحراري. تضمن أنظمة التحكم الحديثة والأنظمة الدقيقة للبلاستifikasi الظروف المثالية لكل نوع من المواد.

إعداد أسطوانة البلاستيك

• لولب قياسي (L/D 22:1) - PP, PE, PS, ABS - استخدام عام
• لولب حاجز (L/D 24:1) - المواد الهندسية PA, PC, POM
• لولب مختلط - البلاستيك الم reinforced بالزجاج
• أطراف اللولب - أطراف خاصة للمواد الحساسة للقص

نظام التحكم في الحرارة Tederic

• مناطق التسخين - 5-7 sمنطقة مع تحكم فردي ±1°C
• منحنى درجة الحرارة - إمكانية تعيين تدرج لكل مادة
• المراقبة في الوقت الحقيقي - أجهزة استشعار درجة حرارة المelt عند خروج الفوهة
• إنذارات العملية - الكشف التلقائي عن الانحرافات عن المعايير المحددة

دقة الحقن للمواد المطلوبة

• آلات الحقن الكهربائية Tederic NEO - مثالية لـ PC, PA, POM التي تتطلب دقة ±0,1%
• التحكم في ضغط الإغلاق - متعدد المراحل لتقليل الإجهادات
• سرعة الحقن - منحنيات قابلة للبرمجة لـ 500 mm/s
• الإرجاع - قابل للتعديل للمواد ذات اللزوجة المختلفة

تخزين وتحضير المواد

التخزين الصحيح وتحضير البلاستيك أمر حاسم لجودة المنتج النهائي وفعالية عملية الحقن.

شروط تخزين الرقائق:

• درجة الحرارة - 15-25°C، تجنب تقلبات الحرارة
• الرطوبة النسبية - <50% للمواد الماصة للرطوبة
• الحماية من الأشعة فوق البنفسجية - التخزين في التغليف الأصلي أو في حاويات معتمة
• النظافة - تجنب التلوث، الغبار، الت contacto مع المواد الكيميائية
• تدوير المخزون - مبدأ FIFO (First In, First Out)

إجراءات تجفيف المواد:

• PA (بولي أميد) - 80°C لمدة 4-6 ساعات، الرطوبة المستهدفة <0,1%
• PC (بولي كربونات) - 120°C لمدة 3-4 ساعات، الرطوبة المستهدفة <0,02%
• PET (بولي تيريفثالات) - 160°C لمدة 4-6 ساعات، الرطوبة المستهدفة <0,005%
• PBT - 120°C لمدة 4 ساعات، الرطوبة المستهدفة <0,04%
• ABS - 80°C لمدة 2-4 ساعات (اختياري، موصى به)

أنواع المجففات:

• مجففات التبادل الحراري - أساسية، للمواد غير الماصة للرطوبة
• مجففات بالجاف (desiccant dryers) - مطلوبة لـ PA, PC, PET
• مجففات فراغ - الأكثر كفاءة، وقت تجفيف أقصر
• أنظمة مركزية - للمصانع الكبيرة، توزيع تلقائي

التحكم في جودة المواد الخام:

• قياس الرطوبة - مقياس الرطوبة، محلل الرطوبة (طريقة الأوزان والتجفيف)
• التحكم في مؤشر انسيابية المادة المذابة (MFI) - مؤشر انسيابية المادة المذابة (Melt Flow Index)
• التحليل البصري - اللون، الشوائب، الكتل
• التوثيق - شهادات المواد، أرقام الدفعات، تواريخ الصلاحية

ملخص

اختيار البلاستيك يشكل المرحلة الأساسية في تصميم عملية الحقن، ويعتمد عليه نجاح المشروع الإنتاجي بأكمله. يؤثر الاختيار الصحيح للمادة على الخصائص النهائية للمنتج، وكفاءة العملية، وتكاليف الإنتاج، ورضا العميل النهائي

الاستنتاجات الرئيسية من الدليل:

• تصنيف المواد - البلاستيك القياسي (PP، PE، PS)، والمواد الهندسية (ABS، PC، PA، POM)، والمواد عالية الأداء (PEEK، PPS) تختلف في خصائصها وسعرها حتى 100 مرة
• معايير المعالجة - درجة حرارة الأسطوانة من 180°C (PE) إلى 400°C (PEEK) تتطلب مراقبة دقيقة لكل مادة
• متطلبات التجفيف - المواد الامتصاصية للرطوبة (PA، PC، PET) تتطلب تجفيفاً إلزامياً إلى رطوبة <0,1% قبل المعالجة
• معايير الاختيار - الخصائص الميكانيكية، الحرارية، الكيميائية، الشهادات الصناعية والجوانب الاقتصادية يجب تحليلها بشكل شامل
• توافق الآلة - آلات الحقن الحديثة Tederic تقدم إمكانية تكوين كاملة لجميع أنواع البلاستيك الحراري
• تخزين المواد - شروط التخزين وإجراءات التحضير تؤثر مباشرة على الجودة النهائية
• القطاعات المتخصصة - السيارات، الطب والطيران تتطلب مواد موثقة ومراقبة جودة صارمة

الاختيار الصحيح للمادة هو استثمار في الجودة والكفاءة والقدرة التنافسية. التحليل المنهجي للمتطلبات التطبيقية والفهم الدقيق لخصائص البلاستيك المتاح يسمح بتجنب الأخطاء المكلفة وتعظيم قيمة المنتج النهائي

إذا كنت بحاجة إلى دعم في اختيار المواد أو تبحث عن آلة حقن مصممة خصيصاً لمعايير المعالجة الخاصة، اتصل بخبراء TEDESolutions . بصفتنا شريكاً معتمداً Tederic، نقدم استشارات فنية شاملة، واختيار التكوين الأمثل للآلة، ودورات تدريبية حول معالجة أنواع مختلفة من البلاستيك

اطرح أيضاً مقالاتنا عن آلات الحقن، وتحسين دورة الإنتاج وتحديد عيوب الحقن.