Medžiagų Pasirinkimas Injekciniam Liejimui - Praktinis Vadovas 2025

Įvadas į medžiagų parinkimą

Plastikų parinkimas yra vienas svarbiausių etapų projektuojant liejimo procesą. Teisingas medžiagos pasirinkimas lemia ne tik galutinio gaminio savybes, bet ir technologinius parametrus, gamybos kaštus bei pagaminto produkto ilgaamžiškumą. Šiuolaikinėje plastikų perdirbimo pramonėje prieinama dešimtys skirtingų medžiagų grupių, kurių kiekviena pasiūlo unikalių mechaninių, terminių ir cheminių savybių kombinacijų.

Šiame vadove pateikiama išsami informacija apie liejimo medžiagas , jų klasifikaciją, perdirbimo parametrus ir parinkimo kriterijus. Nesvarbu, ar gaminate vartotojišką pakuotę, automobilių komponentus ar tikslius medicinos elementus, šis straipsnis suteiks būtinų žinių optimaliam medžiagų sprendimui priimti.

Kas yra konstrukcinių medžiagų parinkimas?

Konstrukcinių medžiagų parinkimas yra sistemingas aplikacijos reikalavimų analizės ir tinkamo plastiko pritaikymo procesas, kuris patenkintų visus funkcinius, ekonominius ir technologinius kriterijus. Šis procesas reikalauja suprasti tiek pačios medžiagos savybes, tiek liejimo proceso specifiką ir pagaminto gaminio eksploatacijos sąlygas.

Teisingas plastikų parinkimas atsižvelgia į daugelį veiksnių: mechanines apkrovas, darbo temperatūrų intervalą, kontaktą su cheminėmis medžiagomis, estetinius reikalavimus, pramonės standartus ir ekonominius aspektus. Šiuolaikiniai inžineriniai plastikai siūlo platų galimybių spektrą - nuo pigių masinių medžiagų iki aukštos specializacijos polimerų su išskirtinėmis savybėmis.

Liejimo medžiagų rūšys

Rinka liejimo medžiagų siūlo dešimtis skirtingų termoplastinių polimerų. Pramoninėje praktikoje dažniausiai naudojamos 10-12 pagrindinių plastikų šeimų, kurias galima suskirstyti į tris kategorijas: standartinius, inžinerinius ir aukštos kokybės. Kiekviena kategorija pasižymi skirtingu mechaninių, terminių savybių lygiu ir kaina.

Standartiniai plastikai (PP, PE, PS)

Standartiniai plastikai sudaro apie 70% visų termoplastinių plastikų, naudojamų liejimo procese, vartojimo. Jie pasižymi geru apdirbamumu, žema kaina ir plačiu pritaikymo spektru.

Polipropilenas (PP)

• Perdirbimo temperatūra - 200-280°C, žema formos temperatūra 20-80°C
• Mechaninės savybės - geras lenkimo stipris, atsparumas nuovargiui
• Cheminis atsparumas - rūgštys, šarmai, organiniai tirpikliai
• Pritaikymas - maisto pakuotės, automobilių detalės, baldai
• Orientacinė kaina - 1,2-1,8 EUR/kg

Poliethilenas (PE-HD, PE-LD)

• Perdirbimo temperatūra - 180-280°C, labai geras tekėjimas
• Mechaninės savybės - lankstumas, atsparumas smūgiams žemose temperatūrose
• Cheminis atsparumas - puikus atsparumas daugumai chemikalų
• Pritaikymas - indai, vamzdžiai, plėvelės, talpyklos
• Orientacinė kaina - 1,0-1,6 EUR/kg

Polistirenas (PS, HIPS)

• Perdirbimo temperatūra - 180-260°C, lengvas apdirbimas
• Mechaninės savybės - standumas, skaidrumas ( PS ), atsparumas smūgiams (HIPS)
• Pritaikymas - vienkartinės pakuotės, elektronikos korpusai, žaislai
• Orientacinė kaina - 1,3-1,9 EUR/kg

Inžineriniai plastikai (ABS, PC, PA, POM)

Inžineriniai plastikai siūlo žymiai geresnes mechanines ir termines savybes nei standartinės medžiagos. Jie naudojami programose, reikalaujančiose aukšto stiprumo, matmenų stabilumo ir atsparumo padidintoms temperatūroms.

Akrylonitryl-butadien-styren (ABS)

• Perdirbimo temperatūra - 220-270°C, formos temperatūra 50-80°C
• Mechaninės savybės - puikus smūginis atsparumas, standumas, geras paviršiaus kokybė
• Naudojimo temperatūra - iki 85°C pastovus krūvis
• Pritaikymas - prietaisų korpusai, skydeliai, LEGO žaislai
• Orientacinė kaina - 2,0-3,0 EUR/kg

Poliwęglan (PC)

• Perdirbimo temperatūra - 280-320°C, reikalauja džiovinimo <0,02%drėgmės
• Mechaninės savybės - aukščiausias smūginis atsparumas, optinis skaidrumas
• Naudojimo temperatūra - iki 135°C pastovus krūvis
• Pritaikymas - lęšiai, apsauginiai gaubtai, medicininiai elementai
• Orientacinė kaina - 3,5-5,0 EUR/kg

Poliamid (PA6, PA66)

• Perdirbimo temperatūra - PA6: 230-280°C, PA66: 260-300°C
• Mechaninės savybės - puikus stiprumas, atsparumas dilimui
• Džiovinimo reikalavimai - kritinis <0,1%drėgmės, higroskopiškumas
• Pritaikymas - dantračiai, guoliai, konstrukciniai automobilių elementai
• Orientacinė kaina - 2,8-4,5 EUR/kg

Polioksymetylen (POM, acetal)

• Perdirbimo temperatūra - 190-230°C, siauras perdirbimo langas
• Mechaninės savybės - aukštas standumas, žemas trinties koeficientas, matmenų stabilumas
• Pritaikymas - preciziniai elementai, laikrodžių mechanizmai, spynos
• Orientacinė kaina - 2,5-3,8 EUR/kg

Elastomery termoplastyczne (TPE, TPU)

• Perdirbimo temperatūra - 180-230°C, priklausomai nuo kietumo
• Mechaninės savybės - gumos lankstumas, pakartotinis perdirbimas
• Pritaikymas - rankenėlės, tarpikliai, soft-touch elementai
• Orientacinė kaina - 3,0-8,0 EUR/kg

Aukštos kokybės plastikai (PEEK, PPS)

Aukštos kokybės plastikai yra elitinė polimerų grupė, pasižyminti išskirtinėmis terminėmis ir mechaninėmis savybėmis. Jie naudojami reikliausiose pramoninėse programose, kur standartinės medžiagos neatitinka reikalavimų.

Polieteroetheroketon (PEEK)

• Perdirbimo temperatūra - 360-400°C, reikalauja specializuotos įrangos
• Temperatura naudojimo - iki 250°C pastovus krūvis
• Mechaninės savybės - aukščiausias atsparumas savo klasėje
• Cheminis atsparumas - praktiškai universalus
• Pritaikymas - aviacija, medicina, naftos pramonė
• Orientacinė kaina - 80-120 EUR/kg

Polisiarczek fenylenu (PPS)

• Perdirbimo temperatūra - 310-350°C
• Temperatura naudojimo - iki 200°C pastovus krūvis
• Mechaninės savybės - standumas, matmenų stabilumas
• Cheminis atsparumas - rūgštys, šarmai, tirpikliai
• Pritaikymas - elementai po dangčiu, elektriniai komponentai
• Orientacinė kaina - 12-25 EUR/kg

Klucziniai perdirbimo parametrai

Teisingi perdirbimo parametrai yra būtini norint gauti aukštos kokybės liejinius. Kiekviena medžiaga reikalauja specifinio įrenginių nustatymų rinkinio.

1. Cilindro temperatūra (°C)

Plastifikavimo cilindro temperatūra turi būti pritaikyta prie plastiko reologinės charakteristikos. Per žema temperatūra sukelia nepilną išlydymą ir padidintus vidinius įtempimus. Per aukšta temperatūra sukelia medžiagos terminį skilimą.

Tipinės temperatūrų sritys:

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

2. Formos temperatūra (°C)

Liejimo formos temperatūra įtakoja paviršiaus kokybę, matmenų stabilumą ir ciklo laiką. Amorfinės medžiagos (PC, ABS) reikalauja aukštesnių formos temperatūrų 60-120°C geresnei paviršiaus kokybei. Dalinai kristalinės medžiagos (PP, PA, POM ) reikalauja kontroliuojamo aušinimo optimaliam kristališkumui.

3. Injekcijos slėgis (MPa)

Injekcijos slėgis turi būti pakankamas formos lizdo užpildymui. Aukštesnis slėgis reikalingas plonoms sienelėms ir ilgiems tekėjimo keliams.

Tipinės slėgio reikšmės:

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

4. Prędkość wtrysku (mm/s)

Prędkość wtrysku wpływa na wypełnienie formy i orientację molekularną. Materiały wrażliwe na ścinanie (PC, POM) wymagają umiarkowanych prędkości. Materiały o niskiej lepkości (PP, PE) tolerują wysokie prędkości. Typowo: 20-200 mm/s zależnie od geometrii i materiału.

5. Ciśnienie docisku (MPa)

Ciśnienie docisku kompensuje skurcz materiału podczas krzepnięcia. Powinno wynosić 40-80% ciśnienia wtrysku.

Materiały o wysokim skurczu:

• PP: 1,5-2%
• PA: 0,8-1,5%

Materiały o niskim skurczu:

• PC: 0,5-0,7%
• ABS: 0,4-0,7%

6. Czas chłodzenia (s)

Czas chłodzenia stanowi 50-70% całkowitego czasu cyklu. Zależy od grubości ścianki, temperatury formy i właściwości termicznych materiału. Wzór orientacyjny: czas chłodzenia = (grubość ścianki)² x współczynnik materiałowy.

Współczynniki materiałowe:

• PP: 2,5
• PC: 3,5
• PA: 3,0

7. Wymagania suszenia

Materiały higroskopijne (PA, PC, PET, PBT ) wymagają suszenia przed przetwórstwem. Niewłaściwe suszenie powoduje defekty hydrolizowe i pogorszenie właściwości mechanicznych.

Typowe parametry suszenia:

• PA: 80°C przez 4-6h do < 0,1% wilgotności
• PC: 120°C przez 3-4h do < 0,02% wilgotności
• PET: 160°C przez 4-6h do < 0,005% wilgotności

Kryteria wyboru materiału

Wybór odpowiedniego tworzywa na wtrysk wymaga systematycznej analizy wielu czynników technicznych i ekonomicznych.

1. Właściwości mechaniczne

• Wytrzymałość na rozciąganie - PP: 25-40 MPa, ABS: 40-55 MPa, PA: 70-85 MPa, PEEK: 90-100 MPa
• Moduł sprężystości - sztywność materiału, od 1000 MPa (PP) do 4000 MPa (PEEK)
• Udarność - odporność na uderzenia, krytyczna dla PC i ABS
• Odporność na zmęczenie - ważna dla elementów dynamicznie obciążonych

2. Termoinės savybės

• HDT (temperatura ugięcia pod obciążeniem) - maksimali darbinė temperatūra
• Terminio plėtimosi koeficientas - matmenų stabilumas kintančiose temperatūrose
• Šilumos laidumas - šilumos pašalinimas iš elemento
• Degumas - klasifikacija UL94 , V-0 reikalavimai elektronikai

3. Cheminis atsparumas

• Darbinė aplinka - kontaktas su aliejais, degalais, tirpikliais
• PP ir PE - puikus atsparumas daugumai cheminių medžiagų
• PA - jautrus stiprioms rūgštims ir oksidatoriams
• PC - jautrus aromatiniams tirpikliams ir šarmams
• PEEK ir PPS - praktiškai universalus cheminis atsparumas

4. Pramonės reikalavimai ir sertifikatai

• Kontaktas su maistu - FDA, EU 10/2011 , migracijos sertifikatai
• Medicininis pritaikymas - USP Class VI, ISO 10993 , biokompatibilumas
• Automobilinė pramonė - PPAP, IATF 16949, VDA
• Elektronika - UL94, RoHS, REACH

5. Ekonomikos aspektai

• Žaliavos kaina - nuo 1 EUR/kg (PE) iki 120 EUR/kg (PEEK)
• Perdirbimo našumas - ciklo laikas, energijos suvartojimas
• Formų kaina - abrazyvinės medžiagos reikalauja formų iš kietinto plieno
• TCO (Total Cost of Ownership) - visas produkto gyvavimo ciklo kainos rodiklis

Pritaikymas pramonėje

Liejimo medžiagos naudojamos praktiškai kiekvienoje pramonės šakoje. Plastikų parinkimas yra griežtai susijęs su pramonės specifika ir galutinio produkto reikalavimais.

Automobilinė pramonė

Automobilinė pramonė yra didžiausia inžinerinių plastikų vartotoja.

Naudojamos medžiagos:

• PP su talku - bamperiai, vidaus detalės
• PA-GF - detalės po variklio dangčiu iki 150°C
• ABS/PC - prietaisų skydeliai
• POM - mechanizmų detalės
• PBT-GF - elektros jungtys

Reikalavimai:

• Atsparumas temperatūroms -40 iki +120°C
• Atsparumas UV
• Normų IATF 16949 atitikimas

Pramonės medicina

Sveikatos priežiūros sektorius reikalauja medžiagų, pasižyminčių aukščiausia grynumo ir biologinio suderinamumo savybėmis.

Naudojami plastikai:

• PC - medicinos prietaisų korpusai
• PP medical grade - švirkštai, pakuotės
• PEEK - implantai, chirurginiai instrumentai
• TPE - sandarikliai, minkštieji elementai

Reikalavimai:

• Sertifikatai FDA
• USP Class VI
• ISO 10993
• Sterilizacijos galimybė

Elektronika ir buitinė technika

Elektronikos pramonė naudoja daugiausia:

Naudojamos medžiagos:

• ABS - korpusai, dekoratyviniai elementai
• PC - skaidrūs elementai, LED lęšiai
• PA-GF - konstrukciniai elementai
• PBT - jungtys, lizdai

Reikalavimai:

• Degumas V-0 pagal UL94
• Atitiktis RoHS ir REACH
• ESD (antistatinės arba laidžios medžiagos)

Pakuotės

Pakuotės sektorius sudaro daugiau nei 40% pasaulinio plastikų vartojimo.

Naudojamos medžiagos:

• PP - maisto pakuotės, dangteliai
• PE-HD - indai, buteliai
• PET - preformos, skaidrios pakuotės
• PS - vienkartinės pakuotės

Reikalavimai:

• Sertifikatai, patvirtinantys kontaktą su maistu
• Barjeriškumas
• Perdirbimo galimybė

Aviacijos ir gynybos pramonė

Reikliausios sritys naudoja aukštos kokybės plastikus:

Naudojamos medžiagos:

• PEEK - konstrukciniai elementai, sandarikliai
• PPS - variklio komponentai
• PI - aukštos temperatūros izoliacijos

Reikalavimai:

• Atsparumas temperatūrai iki 250°C
• Mažas trinties koeficientas
• Atsparumas spinduliavimui

Suderinamumas su Tederic mašinomis

Tederic injekcinės mašinos yra suprojektuotos perdirbti platų termoplastų spektrą. Šiuolaikinės valdymo sistemos ir tikslūs plastifikavimo įtaisai užtikrina optimalias sąlygas kiekvienai medžiagų rūšiai.

Cilindro plastyfikavimo konfigūracija

• Standartinis sraigės (L/D 22:1) - PP, PE, PS, ABS - universalus pritaikymas
• Barjerinė sraigė (L/D 24:1) - inžinerinės medžiagos PA, PC, POM
• Sraigė su maišytuvu - stiklo pluoštu armuotos medžiagos
• Sraigės antgaliai - specialūs antgaliai medžiagoms, jautrioms smūginiam apkrovimui

Termoreguliacijos sistema Tederic

• Šildymo zonos - 5-7 s zonos su individualia kontrole ±1°C
• Temperatūros profilis - galimybė nustatyti gradientą kiekvienai medžiagai
• Stebėjimas realiu laiku - lydalo temperatūros jutikliai ant antgalio išėjimo
• Proceso perspėjimai - automatinis nukrypimų nuo nustatytų parametrų aptikimas

Tikslus įpurškimas reiklioms medžiagoms

• Elektrinės liejimo mašinos Tederic NEO - idealios PC, PA, POM, reikalaujantiems tikslumo ±0,1%
• Slėgio valdymas - daugiažingsniai profiliai įtempimams minimizuoti
• Įpurškimo greitis - programuojami profiliai iki 500 mm/s
• Dekompresija - reguliuojama skirtingo klampumo medžiagoms

Medžiagų saugojimas ir paruošimas

Teisingas saugojimas ir paruošimas plastikų yra labai svarbus galutinio produkto kokybei ir liejimo proceso efektyvumui.

Granulių saugojimo sąlygos:

• Temperatūra - 15-25°C, vengti temperatūros svyravimų
• Santykinė drėgmė - <50% higroskopinėms medžiagoms
• Apsauga nuo UV - saugoti originalioje pakuotėje arba nepermatomuose induose
• Švara - vengti užteršimo, dulkių, kontakto su cheminėmis medžiagomis
• Atsargų apyvarta - FIFO (First In, First Out) principas

Medžiagų džiovinimo procedūros:

• PA (poliamidas) - 80°C 4-6 valandas, tikslinė drėgmė <0,1%
• PC (polikarbonatas) - 120°C 3-4 valandas, tikslinė drėgmė <0,02%
• PET (politereftalatas) - 160°C 4-6 valandas, tikslinė drėgmė <0,005%
• PBT - 120°C 4 valandas, tikslinė drėgmė <0,04%
• ABS - 80°C 2-4 valandas (neprivaloma, rekomenduojama)

Džiovyklių tipai:

• Konvekcinės džiovyklos - pagrindinės, neigroskopinėms medžiagoms
• Džiovyklos su džiovikliu (desiccant dryers) - reikalingos PA, PC, PET
• Vakuuminės džiovyklos - efektyviausios, trumpesnis džiovinimo laikas
• Centrinės sistemos - didelėms įmonėms, automatinis paskirstymas

Žaliavos kokybės kontrolė:

• Drėgmės matavimas - higrometrai, drėgmės analizatoriai (svorio-džiovinimo metodas)
• MFI kontrolė - lydalo srauto indeksas (Melt Flow Index)
• Vizualinė analizė - spalva, nešvarumai, gumulėliai
• Dokumentacija - medžiagų sertifikatai, partijų numeriai, galiojimo datos

Santrauka

Plastikų parinkimas yra pagrindinis etapas projektuojant įpurškimo procesą, nuo kurio priklauso visos produktyvios įmonėsėkmė. Teisingas medžiagos pasirinkimas turi įtakos galutinio produkto savybėms, proceso efektyvumui, gamybos kaštams ir galutinio kliento pasitenkinimui.

Pagrindinės vadovo išvados:

• Medžiagų klasifikacija - standartiniai plastikai (PP, PE, PS), inžineriniai (ABS, PC, PA, POM) ir aukštos klasės (PEEK, PPS) skiriasi savybėmis ir kaina net 100 kartų
• Perdirbimo parametrai - cilindro temperatūra nuo 180°C (PE) iki 400°C (PEEK) reikalauja tikslaus valdymo kiekvienai medžiagai
• Džiovinimo reikalavimai - higroskopinės medžiagos (PA, PC, PET) reikalauja privalomo džiovinimo iki drėgmės <0,1% prieš perdirbimą
• Pasirinkimo kriterijai - mechaninės, terminės, cheminės savybės, pramoniniai sertifikatai ir ekonominiai aspektai turi būti analizuojami kompleksiškai
• Mašinų suderinamumas - modernios Tederic įpurškimo mašinos siūlo pilną konfigūruojamumą visiems termoplastinių plastikų tipams
• Medžiagų saugojimas - sandėliavimo sąlygos ir paruošimo procedūros tiesiogiai įtakoja galutinę kokybę
• Specializuotos pramonės šakos - automobilių, medicinos ir aviacijos pramonė reikalauja sertifikuotų medžiagų ir griežtos kokybės kontrolės

Teisingas medžiagos pasirinkimas yra investicija į kokybę, efektyvumą ir konkurencingumą. Sisteminė aplikacijos reikalavimų analizė ir tikslus supratimas apie prieinamų plastikų savybes leidžia išvengti brangių klaidų ir maksimaliai padidinti galutinio produkto vertę.

Jei jums reikia pagalbos parenkant medžiagas ar ieškote įpurškimo mašinos, pritaikytos specifiniams perdirbimo reikalavimams, susisiekite su TEDESolutions ekspertais . Kaip oficialus Tederic partneris, siūlome išsamią techninę konsultaciją, optimalios mašinos konfigūracijos parinkimą ir mokymus apie įvairių tipų plastikų perdirbimą.

Taip pat žiūrėkite mūsų straipsnius apie įpurškimo mašinas, gamybos ciklo optimizavimą ir įpurškimo defektų identifikavimą.