Подбор на конструкционни материали за леене под налягане - Практически наръчник 2025

Въведение в подбора на материали

Подборът на пластмаси представлява един от най-важните етапи в проектирането на процеса на леене под налягане. Правилният избор на материал определя не само крайната характеристика на изделието, но и технологичните параметри, разходите за производство и трайността на готовото изделие. В съвременната пластмасопреработвателна промишленост са налични десетки различни групи материали, като всяка от тях предлага уникални комбинации от механични, термични и химични свойства.

В този наръчник ще представим цялостна информация относно материали за леене под налягане, тяхната класификация, параметрите за преработка и критериите за избор. Независимо дали произвеждате потребителски опаковки, автомобилни компоненти или прецизни медицински елементи, този материал ще ви предостави необходимите знания за вземане на оптимално материално решение.

Какво представлява подборът на конструкционни материали?

Подборът на конструкционни материали е систематичен процес на анализ на изискванията на приложението и подхождане на подходяща пластмаса, която да отговаря на всички функционални, икономически и технологични критерии. Този процес изисква разбиране както на свойствата на самия материал, така и на спецификата на процеса на леене под налягане и условията на експлоатация на готовото изделие.

Правилният подбор на пластмаси взема предвид редица фактори: механични натоварвания, температурния диапазон на работа, контакт с химични вещества, естетически изисквания, браншови стандарти и икономически аспекти. Съвременните инженерни пластмаси предлагат широк спектър възможности – от евтини масови материали до високоспециализирани полимери със забележителни свойства.

Видове пластмаси за леене под налягане

Пазарът на материали за леене под налягане предлага десетки различни термопластни полимери. В промишлената практика най-често се използват 10-12 основни семейства пластмаси, които могат да се разделят на три категории: стандартни, инженерни и високопроизводителни. Всяка категория се отличава с различен ниво на механични, термични свойства и цена.

Стандартни пластмаси (PP, PE, PS)

Стандартни пластмаси представляват около 70% от глобалното потребление на термопластични пластмаси в процеса на леене под налягане. Те се характеризират с добра преработваемост, ниска цена и широк спектър приложения.

Полипропилен (PP)

• Температура на преработка - 200-280°C, ниска температура на формата 20-80°C
• Механични свойства - добра устойчивост на огъване, устойчивост на умора
• Химична устойчивост - киселини, основи, органични разтворители
• Приложения - прехрамбени опаковки, автомобилни елементи, мебели
• Ориентировъчна цена - 1,2-1,8 EUR/kg

Полиетилен (PE-HD, PE-LD)

• Температура на преработка - 180-280°C, много добра течливост
• Механични свойства - еластичност, устойчивост на удари при ниски температури
• Химична устойчивост - отлична устойчивост на повечето химикали
• Приложения - съдове, тръби, фолиа, резервоари
• Ориентировъчна цена - 1,0-1,6 EUR/kg

Полистерен (PS, HIPS)

• Температура на преработка - 180-260°C, лесна преработка
• Механични свойства - твърдост, прозрачност (PS), устойчивост на удари (HIPS)
• Приложения - еднократни опаковки, кутии за електроника, играчки
• Ориентировъчна цена - 1,3-1,9 EUR/kg

Инженерни пластмаси (ABS, PC, PA, POM)

Инженерни пластмаси предлагат значително по-добри механични и термични свойства в сравнение със стандартните материали. Те се използват в приложения, изискващи висока якост, размерова стабилност и устойчивост на повишени температури.

Акрилонитрил-бутадиен-стирен (ABS)

• Температура на преработка - 220-270°C, температура на формата 50-80°C
• Механични свойства - отлична ударопрочност, твърдост, добра повърхностна обработка
• Температура на употреба - до 85°C при постоянно натоварване
• Приложения - кутии на устройства, табла за управление, кубчета LEGO
• Ориентировъчна цена - 2,0-3,0 EUR/kg

Поликарбонат (PC)

• Температура на преработка - 280-320°C, изисква сушене <0,02% влажност
• Механични свойства - най-висока ударопрочност, оптическа прозрачност
• Температура на употреба - до 135°C при постоянно натоварване
• Приложения - лещи, защитни покрития, медицински елементи
• Ориентировъчна цена - 3,5-5,0 EUR/kg

Полиамид (PA6, PA66)

• Температура на преработка - PA6: 230-280°C, PA66: 260-300°C
• Механични свойства - отлична якост, устойчивост на триене
• Изисквания за сушене - критични <0,1% влажност, хиgroскопичност
• Приложения - зъбни колела, лагери, автомобилни конструктивни елементи
• Ориентировъчна цена - 2,8-4,5 EUR/kg

Полиоксиметилен (POM, ацетал)

• Температура на преработка - 190-230°C, тясно преработъчно окно
• Механични свойства - висока твърдост, ниско триене, размерова стабилност
• Приложения - прецизни елементи, часовникови механизми, заключвания
• Ориентировъчна цена - 2,5-3,8 EUR/kg

Термопластични еластомери (TPE, TPU)

• Температура на преработка - 180-230°C, в зависимост от твърдостта
• Механични свойства - гумоподобна еластичност, многократно преработване
• Приложения - дръжки, уплътнения, елементи soft-touch
• Ориентировъчна цена - 3,0-8,0 EUR/kg

Високопроизводителни пластмаси (PEEK, PPS)

Високопроизводителни пластмаси представляват елитна група полимери със забележителни термични и механични свойства. Те се използват в най-изискващите промишлени приложения, където стандартните материали не отговарят на изискванията.

Полиетер-етер-кетон (PEEK)

• Температура на преработка - 360-400°C, изисква специализирано оборудване
• Температура на употреба - до 250°C при постоянно натоварване
• Механични свойства - най-висока якост в своя клас
• Химична устойчивост - практически универсална
• Приложения - авиация, медицина, петролна промишленост
• Ориентировъчна цена - 80-120 EUR/kg

Полипарафенилен сулфид (PPS)

• Температура на преработка - 310-350°C
• Температура на употреба - до 200°C постоянно натоварване
• Механични свойства - ригидност, размерова стабилност
• Химическа устойчивост - киселини, основи, разтворители
• Приложения - елементи под капака, електрически компоненти
• Ориентировъчна цена - 12-25 EUR/кг

Ключови параметри на преработката

Правилните параметри на преработката са необходими за получаване на изделия с високо качество от леене под налягане. Всеки материал изисква специфичен набор от настройки на машината за леене под налягане.

1. Температура на цилиндъра (°C)

Температурата на пластифициращия цилиндър трябва да се адаптира към реологичните характеристики на пластмасата. Твърде ниска температура причинява непълно топене и повишени вътрешни напрежения. Твърде висока води до термична деградация на материала.

Типични температурни диапазони:

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

2. Температура на шприцформата (°C)

Температурата на шприцформата влияе върху качеството на повърхността, размеровата стабилност и времето на цикъл. Аморфните материали (PC, ABS) изискват по-високи температури на формата 60-120°C за по-добро качество на повърхността. Частично кристалните материали (PP, PA, POM) се нуждаят от контролирано охлаждане за оптимална кристалност.

3. Налягане на впръскване (MPa)

Налягането на впръскване трябва да е достатъчно за запълване на гнездото на формата. По-високо налягане е необходимо за тънки стени и дълги пътища на теча.

Типични стойности на налягането:

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

4. Скорост на впръскване (mm/s)

Скоростта на впръскване влияе върху запълването на формата и молекулярната ориентация. Материали, чувствителни към срязване (PC, POM), изискват умерени скорости. Материали с ниска вискозност (PP, PE) понасят високи скорости. Типично: 20-200 mm/s в зависимост от геометрията и материала.

5. Налягане на дотиск (MPa)

Налягането на дотиск компенсира свиването на материала по време на втвърдяване. Трябва да е 40-80% от налягането на впръскване.

Материали с високо свиване:

• PP: 1,5-2%
• PA: 0,8-1,5%

Материали с ниско свиване:

• PC: 0,5-0,7%
• ABS: 0,4-0,7%

6. Време на охлаждане (s)

Времето на охлаждане представлява 50-70% от общото време на цикъл. Зависи от дебелината на стената, температурата на формата и термичните свойства на материала. Ориентировъчна формула: време на охлаждане = (дебелина на стената)² x материално съотношение.

Материални съотношения:

• PP: 2,5
• PC: 3,5
• PA: 3,0

7. Изисквания за сушене

Хигроскопичните материали (PA, PC, PET, PBT) изискват сушене преди преработка. Неправилното сушене причинява хидролизни дефекти и влошаване на механичните свойства.

Типични параметри за сушене:

• PA: 80°C за 4-6h до <0,1% влажност
• PC: 120°C за 3-4h до <0,02% влажност
• PET: 160°C за 4-6h до <0,005% влажност

Критерии за избор на материал

Изборът на подходяща пластмаса за леене под налягане изисква систематичен анализ на множество технически и икономически фактори.

1. Механични свойства

• Предел на здравина при опън - PP: 25-40 MPa, ABS: 40-55 MPa, PA: 70-85 MPa, PEEK: 90-100 MPa
• Модул на еластичност - ригидност на материала, от 1000 MPa (PP) до 4000 MPa (PEEK)
• Ударна твърдост - устойчивост на удари, критична за PC и ABS
• Устойчивост на умора - важна за динамично натоварени елементи

2. Термични свойства

• HDT (температура на изгиб под натоварване) - максимална работна температура
• Коефициент на линейно термично разширение - размерова стабилност при променливи температури
• Термична проводимост - отвод на топлина от елемента
• Запалимост - класификация UL94, изисквания V-0 за електроника

3. Химическа устойчивост

• Работна среда - контакт с масла, горива, разтворители
• PP и PE - отлична устойчивост на повечето химикали
• PA - чувствителен към силни киселини и окислители
• PC - чувствителен към ароматни разтворители и основи
• PEEK и PPS - практически универсална химическа устойчивост

4. Браншови изисквания и сертификати

• Контакт с храни - FDA, EU 10/2011, сертификати за миграция
• Медицински приложения - USP Class VI, ISO 10993, биосъвместимост
• Автомобилен промишленост - PPAP, IATF 16949, VDA
• Електроника - UL94, RoHS, REACH

5. Икономически аспекти

• Цена на суровината - от 1 EUR/кг (PE) до 120 EUR/кг (PEEK)
• Производителност на преработката - време на цикъл, потребление на енергия
• Разходи за инструментите - абразивните материали изискват форми от от-temperирана стомана
• TCO (Total Cost of Ownership) - общ разход за притежание през жизнения цикъл на продукта

Приложения в промишлеността

Пластмасите за леене под налягане намират приложение практически във всяка клон на промишлеността. Изборът на пластмасата е тясно свързан със спецификата на бранша и изискванията към крайния продукт.

Автомобилен промишленост

Автомобилният сектор е най-големият потребител на инженерните пластмаси.

Използвани материали:

• PP с тален - брадвачи, интериорни елементи
• PA-GF - елементи под капака до 150°C
• ABS/PC - табла за инструменти
• POM - механични елементи
• PBT-GF - електрически конектори

Изисквания:

• Устойчивост на температури -40 до +120°C
• Устойчивост на UV
• Съответствие с IATF 16949

Медицински промишленост

Медицинският сектор изисква материали с най-висока чистота и биосъвместимост.

Използвани пластмаси:

• PC - корпуси на медицински уреди
• PP медицинско качество - спринцовки, опаковки
• PEEK - импланти, хирургически инструменти
• TPE - уплътнения, меки елементи

Изисквания:

• Сертификати FDA
• USP Class VI
• ISO 10993
• Възможност за стерилизация

Електроника и бита техника

Електронният сектор използва предимно:

Използвани материали:

• ABS - корпуси, декоративни елементи
• PC - прозрачни елементи, LED лещи
• PA-GF - конструктивни елементи
• PBT - конектори, гнезда

Изисквания:

• Запалимост V-0 според UL94
• Съответствие с RoHS и REACH
• ESD (антистатични или проводими материали)

Опаковки

Секторът на опаковките представлява над 40% от световното потребление на пластмаси.

Използвани материали:

• PP - хранителни опаковки, капачки
• PE-HD - контейнери, бутилки
• PET - преформи, прозрачни опаковки
• PS - еднократни опаковки

Изисквания:

• Сертификати за контакт с храни
• Бариерност
• Рециклируемост

Авиационен и отбранителен промишленост

Най-строгите приложения използват високопроизводителни пластмаси:

Използвани материали:

• PEEK - конструктивни елементи, уплътнения
• PPS - компоненти на двигатели
• PI - високотемпературни изолации

Изисквания:

• Устойчивост на температури до 250°C
• Нисък коефициент на триене
• Устойчивост на облъчване

Съвместимост с машини Tederic

Машините за леене под налягане Tederic са проектирани за преработка на широк спектър термопластмаси. Съвременните системи за управление и прецизните пластифициращи единици осигуряват оптимални условия за всеки тип материал.

Конфигурация на пластифициращия цилиндър

• Стандартен шнек (L/D 22:1) - PP, PE, PS, ABS - универсално приложение
• Бариерен шнек (L/D 24:1) - инженерски материали PA, PC, POM
• Шнек с миксер - пластмаси, подсилени със стъклени влакна
• Краища на шнека - специални краища за материали, чувствителни към съсряване

Система за терморегулация Tederic

• Зони за нагряване - 5-7 s°C зони с индивидуален контрол ±1°C
• Температурен профил - възможност за задаване на градиент за всеки материал
• Мониторинг в реално време - сензори за температура на разтопената маса на изхода на дюзата
• Процесни аларми - автоматично откриване на отклонения от зададените параметри

Прецизност на впръскването за требствителни материали

• Електрически машини за леене под налягане Tederic NEO - идеални за PC, PA, POM, изискващи прецизност ±0,1%
• Контрол на налягането за дотиск - многостепенни профили за минимизиране на напреженията
• Скорост на впръскване - програмируеми профили до 500 mm/с
• Декомпресия - регулируема за материали с различна вискозност

Съхранение и подготовка на материалите

Правилното съхранение и подготовка на пластмасите е от ключово значение за качеството на крайния продукт и ефективността на процеса на леене под налягане.

Условия за съхранение на гранулите:

• Температура - 15-25°C, избягване на температурни колебания
• Относителна влажност - <50% за хигроскопични материали
• Защита от UV - съхранение в оригинални опаковки или непрозрачни съдове
• Чистота - избягване на замърсявания, прах, контакт с химикали
• Ротация на запасите - принцип FIFO (First In, First Out)

Процедури за сушеене на материалите:

• PA (полиамид) - 80°C за 4-6 часа, целева влажност <0,1%
• PC (поликарбонат) - 120°C за 3-4 часа, целева влажност <0,02%
• PET (политерефталат) - 160°C за 4-6 часа, целева влажност <0,005%
• PBT - 120°C за 4 часа, целева влажност <0,04%
• ABS - 80°C за 2-4 часа (по избор, препоръчително)

Видове сушилници:

• Конвекционни сушилници - основни, за нехигроскопични материали
• Сушилници с осушител (desiccant dryers) - задължителни за PA, PC, PET
• Вакуумни сушилници - най-ефективни, по-късо време за сушеене
• Централни системи - за големи заводи, автоматично разпределение

Контрол на качеството на суровината:

• Измерване на влажността - хигрометри, анализатори на влажност (метод тегло-сушилня)
• Контрол на MFI - индекс на теча при топене (Melt Flow Index)
• Визуален анализ - цвят, замърсявания, бучки
• Документация - сертификати за материали, номера на партиди, срокове на годност

Обобщение

Изборът на пластмасите е фундаментален етап в проектирането на процеса на леене под налягане, от който зависи успехът на цялото производствено начинание. Правилният избор на материал влияе на свойствата на крайния продукт, ефективността на процеса, разходите за производство и удовлетвореността на крайния клиент.

Ключови заключения от ръководството:

• Класификация на материалите - стандартни пластмаси (PP, PE, PS), инженерски (ABS, PC, PA, POM) и високопроизводителни (PEEK, PPS) се различават по свойства и цена дори 100 пъти
• Параметри на преработка - температура на цилиндъра от 180°C (PE) до 400°C (PEEK) изисква прецизна контролa за всеки материал
• Изисквания за сушеене - хигроскопични материали (PA, PC, PET) изискват абсолютно сушеене до влажност <0,1% преди преработка
• Критерии за избор - механични, термични, химични свойства, сертификати за индустрията и икономически аспекти трябва да се анализират комплексно
• Съвместимост на машините - модерни машини за леене под налягане Tederic предлагат пълна конфигурируемост за всички видове термопластмаси
• Съхранение на материалите - условията за складово съхранение и процедурите за подготовка директно влияят на крайното качество
• Специализирани индустрии - автомобилостроене, медицина и авиация изискват сертифицирани материали и строга контрол на качеството

Правилният избор на материал е инвестиция в качеството, ефективността и конкурентоспособността. Систематичният анализ на изискванията на приложението и дълбокото разбиране на свойствата на наличните пластмаси позволява да се избегнат скъпи грешки и да се максимизира стойността на крайния продукт.

Ако имате нужда от подкрепа при избора на материали или търсите машина за леене под налягане, адаптирана към специфични изисквания за преработка, свържете се с експертите от TEDESolutions. Като оторизиран партньор на Tederic, предлагаме комплексно техническо консултиране, подбор на оптимална конфигурация на машината и обучение по преработка на различни видове пластмаси.

Вижте също нашите статии за машини за леене под налягане, оптимизация на производствения цикъл и идентифициране на дефекти при леене под налягане.