Inženiertehnisko plastmasu izvēle iesmidzināšanai - Praktisks ceļvedis 2025

Ievads materiālu izvēlē

Plastmasas materiālu izvēle ir viens no kritiskākajiem posmiem iesmidzināšanas procesa projektēšanā. Pareiza materiāla izvēle nosaka ne tikai gala detaļas īpašības, bet arī apstrādes parametrus, ražošanas izmaksas un gatavā produkta ilgmūžību. Mūsdienu plastmasas apstrāde piedāvā desmitiem dažādu materiālu grupu, no kurām katra nodrošina unikālu mehānisko, termisko un ķīmisko īpašību kombināciju.

Šis ceļvedis sniedz visaptverošu informāciju par iesmidzināšanas materiāliem, to klasifikāciju, apstrādes parametriem un izvēles kritērijiem. Neatkarīgi no tā, vai ražojat patēriņa iepakojumu, automobiļu komponentus vai precīzas medicīnas detaļas, šis raksts sniedz būtiskas zināšanas optimāliem materiālu lēmumiem.

Kas ir konstruktīvo materiālu izvēle?

Konstruktīvo materiālu izvēle ir sistemātisks process, kurā tiek analizētas pielietojuma prasības un piemeklēta atbilstoša plastmasa, kas atbilst visiem funkcionālajiem, ekonomiskajiem un apstrādes kritērijiem. Tas ietver gan materiāla īpašību izpratni, gan iesmidzināšanas procesa specifiku, gan gatavās detaļas ekspluatācijas apstākļus.

Pareiza plastmasas materiāla izvēle ņem vērā virkni faktoru: mehāniskās slodzes, darba temperatūras diapazonu, ķīmisko iedarbību, estētiskās prasības, nozares standartus un ekonomiskos aspektus. Mūsdienu inženiertehniskās plastmasas piedāvā plašu iespēju spektru — no lētiem izejmateriāliem līdz augsti specializētiem polimēriem ar izcilām īpašībām.

Iesmidzināšanas plastmasu veidi

Iesmidzināšanas materiālu tirgus piedāvā desmitiem termoplastu. Rūpnieciskajā praksē visbiežāk izmanto 10-12 galvenās plastmasu saimes, kuras iedala trīs kategorijās: standarta, inženiertehniskās un augstas veiktspējas. Katrai kategorijai ir atšķirīgs mehānisko un termisko īpašību līmenis, kā arī cena.

Standarta plastmasas (PP, PE, PS)

Standarta plastmasas veido aptuveni 70% no globālā termoplastu patēriņa iesmidzināšanā. Tās piedāvā labu apstrādājamību, zemas izmaksas un plašu pielietojumu klāstu.

Polipropilēns (PP)

• Apstrādes temperatūra - 200-280°C, zema veidnes temperatūra 20-80°C
• Mehāniskās īpašības - laba lieces izturība, noturība pret nogurumu
• Ķīmiskā noturība - skābes, sārmi, organiskie šķīdinātāji
• Pielietojums - pārtikas iepakojums, auto detaļas, mēbeles
• Aptuvenā cena - 1,2-1,8 EUR/kg

Polietilēns (PE-HD, PE-LD)

• Apstrādes temperatūra - 180-280°C, izcila plūstamība
• Mehāniskās īpašības - elastība, triecienizturība zemās temperatūrās
• Ķīmiskā noturība - izcila noturība pret lielāko daļu ķimikāliju
• Pielietojums - konteineri, caurules, plēves, tvertnes
• Aptuvenā cena - 1,0-1,6 EUR/kg

Polistirols (PS, HIPS)

• Apstrādes temperatūra - 180-260°C, viegla apstrāde
• Mehāniskās īpašības - stingrība, caurspīdīgums (PS), triecienizturība (HIPS)
• Pielietojums - vienreizlietojams iepakojums, elektronikas korpusi, rotaļlietas
• Aptuvenā cena - 1,3-1,9 EUR/kg

Inženiertehniskās plastmasas (ABS, PC, PA, POM)

Inženiertehniskās plastmasas piedāvā ievērojami labākas mehāniskās un termiskās īpašības nekā standarta materiāli. Tās tiek izmantotas pielietojumos, kur nepieciešama augsta izturība, izmēru stabilitāte un noturība pret paaugstinātu temperatūru.

Akrilnitrila-butadiēna-stirols (ABS)

• Apstrādes temperatūra - 220-270°C, veidnes temperatūra 50-80°C
• Mehāniskās īpašības - izcila triecienizturība, stingrība, laba virsmas apdare
• Lietošanas temperatūra - līdz 85°C ilgstošai slodzei
• Pielietojums - ierīču korpusi, instrumentu paneļi, LEGO kluči
• Aptuvenā cena - 2,0-3,0 EUR/kg

Polikarbonāts (PC)

• Apstrādes temperatūra - 280-320°C, nepieciešama žāvēšana <0,02% mitrumam
• Mehāniskās īpašības - augstākā triecienizturība, optiskā caurspīdība
• Lietošanas temperatūra - līdz 135°C ilgstošai slodzei
• Pielietojums - lēcas, aizsargvāki, medicīnas komponenti
• Aptuvenā cena - 3,5-5,0 EUR/kg

Poliamīds (PA6, PA66)

• Apstrādes temperatūra - PA6: 230-280°C, PA66: 260-300°C
• Mehāniskās īpašības - izcila izturība, nodilumizturība
• Žāvēšanas prasības - kritiski svarīgi <0,1% mitrumam, higroskopisks
• Pielietojums - zobrati, gultņi, auto konstrukcijas detaļas
• Aptuvenā cena - 2,8-4,5 EUR/kg

Polioksimetilēns (POM, acetal)

• Apstrādes temperatūra - 190-230°C, šaurs apstrādes logs
• Mehāniskās īpašības - augsta stingrība, zems berzes koeficients, izmēru stabilitāte
• Pielietojums - precīzas detaļas, pulksteņu mehānismi, rāvējslēdzēji
• Aptuvenā cena - 2,5-3,8 EUR/kg

Termoplastiskie elastomēri (TPE, TPU)

• Apstrādes temperatūra - 180-230°C, atkarībā no cietības
• Mehāniskās īpašības - gumijai līdzīga elastība, pārstrādājami
• Pielietojums - rokturi, blīvējumi, soft-touch komponenti
• Aptuvenā cena - 3,0-8,0 EUR/kg

Augstas veiktspējas plastmasas (PEEK, PPS)

Augstas veiktspējas plastmasas ir elitāra polimēru grupa ar izcilām termiskajām un mehāniskajām īpašībām. Tās tiek izmantotas visprasīgākajos rūpnieciskajos pielietojumos, kuros standarta materiāli nav pietiekami.

Poliēterēterketons (PEEK)

• Apstrādes temperatūra - 360-400°C, nepieciešams specializēts aprīkojums
• Lietošanas temperatūra - līdz 250°C ilgstošai slodzei
• Mehāniskās īpašības - augstākā izturība savā klasē
• Ķīmiskā noturība - praktiski universāla
• Pielietojums - aviācija, medicīna, naftas un gāzes nozare
• Aptuvenā cena - 80-120 EUR/kg

Polifenilēna sulfīds (PPS)

• Apstrādes temperatūra - 310-350°C
• Lietošanas temperatūra - līdz 200°C ilgstošai slodzei
• Mehāniskās īpašības - stingrība, izmēru stabilitāte
• Ķīmiskā noturība - skābes, sārmi, šķīdinātāji
• Pielietojums - detaļas zem pārsega, elektriskie komponenti
• Indikatīvā cena - 12-25 EUR/kg

Galvenie apstrādes parametri

Atbilstoši apstrādes parametri ir būtiski kvalitatīvu detaļu izgatavošanai. Katram materiālam nepieciešams specifisks iesmidzināšanas mašīnas iestatījumu komplekts.

1. Cilindra temperatūra (°C)

Plastifikācijas cilindra temperatūrai jābūt pielāgotai materiāla reoloģiskajām īpašībām. Pārāk zema temperatūra rada nepilnīgu kausēšanu un iekšējo spriegumu pieaugumu. Pārāk augsta temperatūra izraisa materiāla termisku degradāciju.

Tipiskie temperatūru diapazoni:

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

2. Veidnes temperatūra (°C)

Iesmidzināšanas veidnes temperatūra ietekmē virsmas kvalitāti, izmēru stabilitāti un cikla laiku. Amorfie materiāli (PC, ABS) pieprasa augstākas veidnes temperatūras 60-120°C labākai virsmas apdarei. Puskristāliskie materiāli (PP, PA, POM) prasa kontrolētu dzesēšanu optimālai kristāliskumam.

3. Iesmidzināšanas spiediens (MPa)

Iesmidzināšanas spiedienam jābūt pietiekamam, lai aizpildītu veidnes dobumu. Augstāks spiediens nepieciešams plānām sienām un garām plūsmas trajektorijām.

Tipiskās spiediena vērtības:

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

4. Iesmidzināšanas ātrums (mm/s)

Iesmidzināšanas ātrums ietekmē veidnes aizpildīšanu un molekulāro orientāciju. Šķērsspiedienam jutīgiem materiāliem (PC, POM) nepieciešami mēreni ātrumi. Zemas viskozitātes materiāli (PP, PE) panes augstākus ātrumus. Tipiski: 20-200 mm/s atkarībā no ģeometrijas un materiāla.

5. Pēctspiediens (MPa)

Pēctspiediens kompensē materiāla sarukumu sacietēšanas laikā. Tam jābūt 40-80% no iesmidzināšanas spiediena.

Lieli sarukuma materiāli:

• PP: 1,5-2%
• PA: 0,8-1,5%

Mazi sarukuma materiāli:

• PC: 0,5-0,7%
• ABS: 0,4-0,7%

6. Dzesēšanas laiks (s)

Dzesēšanas laiks veido 50-70% no kopējā cikla laika. Tas ir atkarīgs no sienu biezuma, veidnes temperatūras un materiāla termiskajām īpašībām. Empīrisks noteikums: dzesēšanas laiks = (sienas biezums)² x materiāla koeficients.

Materiāla koeficienti:

• PP: 2,5
• PC: 3,5
• PA: 3,0

7. Žāvēšanas prasības

Higroskopiski materiāli (PA, PC, PET, PBT) pirms apstrādes jāžāvē. Nepietiekama žāvēšana izraisa hidrolīzes defektus un mehānisko īpašību pasliktināšanos.

Tipiskie žāvēšanas parametri:

• PA: 80°C uz 4-6h līdz <0,1% mitrumam
• PC: 120°C uz 3-4h līdz <0,02% mitrumam
• PET: 160°C uz 4-6h līdz <0,005% mitrumam

Materiālu izvēles kritēriji

Pareiza iesmidzināšanas materiāla izvēle prasa sistemātisku tehnisko un ekonomisko faktoru analīzi.

1. Mehāniskās īpašības

• Stiepes izturība - PP: 25-40 MPa, ABS: 40-55 MPa, PA: 70-85 MPa, PEEK: 90-100 MPa
• Elastības modulis - materiāla stingrība, no 1000 MPa (PP) līdz 4000 MPa (PEEK)
• Triecienizturība - izturība pret triecieniem, kritiski PC un ABS
• Noturība pret nogurumu - svarīgi dinamiski noslogotām detaļām

2. Termiskās īpašības

• HDT (siltuma novirzes temperatūra) - maksimālā darba temperatūra
• Termiskās izplešanās koeficients - izmēru stabilitāte temperatūras svārstību laikā
• Siltumvadītspēja - siltuma izkliedēšana no detaļas
• Uzliesmojamība - UL94 klasifikācija, V-0 prasības elektronikai

3. Ķīmiskā noturība

• Ekspluatācijas vide - iedarbība ar eļļām, degvielām, šķīdinātājiem
• PP un PE - izcila noturība pret lielāko daļu ķimikāliju
• PA - jutīgs pret stiprām skābēm un oksidētājiem
• PC - jutīgs pret aromātiskajiem šķīdinātājiem un sārmiem
• PEEK un PPS - praktiski universāla ķīmiskā noturība

4. Nozares prasības un sertifikācija

• Saskare ar pārtiku - FDA, EU 10/2011, migrācijas sertifikāti
• Medicīnas pielietojumi - USP Class VI, ISO 10993, biosaderība
• Automobiļi - PPAP, IATF 16949, VDA
• Elektronika - UL94, RoHS, REACH

5. Ekonomiskie aspekti

• Izejvielu cena - no 1 EUR/kg (PE) līdz 120 EUR/kg (PEEK)
• Apstrādājamība - cikla laiks, enerģijas patēriņš
• Veidņu izmaksas - abrazīvi materiāli prasa rūdītus tērauda veidņus
• TCO (Total Cost of Ownership) - kopējās izmaksas visā produkta dzīves ciklā

Rūpnieciskie pielietojumi

Iesmidzināšanas materiāli tiek izmantoti praktiski visās nozarēs. Materiāla izvēle ir cieši saistīta ar nozares specifiku un gala produkta prasībām.

Automobiļu nozare

Automobiļu nozare ir lielākais inženiertehnisko plastmasu patērētājs.

Izplatītākie materiāli:

• PP ar talku - buferi, interjera detaļas
• PA-GF - detaļas zem pārsega līdz 150°C
• ABS/PC - instrumentu paneļi
• POM - mehāniskās detaļas
• PBT-GF - elektriskie savienotāji

Prasības:

• Temperatūras noturība -40 līdz +120°C
• UV noturība
• IATF 16949 atbilstība

Medicīnas nozare

Medicīnas nozare prasa augstāko tīrību un biosaderību.

Izplatītākās plastmasas:

• PC - medicīnisko ierīču korpusi
• Medicīniskās klases PP - šļirces, iepakojums
• PEEK - implanti, ķirurģiskie instrumenti
• TPE - blīvējumi, mīkstie komponenti

Prasības:

• FDA sertifikācija
• USP Class VI
• ISO 10993
• Sterilizējamība

Elektronika un sadzīves tehnika

Elektronikas nozare galvenokārt izmanto:

Izplatītākie materiāli:

• ABS - korpusi, dekoratīvās detaļas
• PC - caurspīdīgas detaļas, LED lēcas
• PA-GF - konstrukcijas komponenti
• PBT - savienotāji, kontaktligzdas

Prasības:

• V-0 uzliesmojamība saskaņā ar UL94
• RoHS un REACH atbilstība
• ESD (antistatiski vai vadītspējīgi materiāli)

Iepakojums

Iepakojuma sektors veido vairāk nekā 40% no globālā plastmasas patēriņa.

Izplatītākie materiāli:

• PP - pārtikas iepakojums, aizdares
• HDPE - konteineri, pudeles
• PET - priekškorpusi, caurspīdīgs iepakojums
• PS - vienreizlietojams iepakojums

Prasības:

• Sertifikācija saskarei ar pārtiku
• Barjeras īpašības
• Pārstrādājamība

Aviācijas un aizsardzības nozare

Visprasīgākie pielietojumi izmanto augstas veiktspējas plastmasas:

Izplatītākie materiāli:

• PEEK - konstrukcijas detaļas, blīvējumi
• PPS - dzinēju komponenti
• PI - augstas temperatūras izolācija

Prasības:

• Temperatūras noturība līdz 250°C
• Zems berzes koeficients
• Radiācijas noturība

Saderība ar Tederic mašīnām

Tederic iesmidzināšanas mašīnas ir izstrādātas, lai apstrādātu plašu termoplastu klāstu. Modernas vadības sistēmas un precīzas plastifikācijas vienības nodrošina optimālus apstākļus katram materiālu tipam.

Plastifikācijas cilindra konfigurācija

• Standarta šneks (L/D 22:1) - PP, PE, PS, ABS - universāliem pielietojumiem
• Barjeras šneks (L/D 24:1) - inženiertehniskie materiāli PA, PC, POM
• Maisīšanas šneks - stikla šķiedras pastiprinātiem materiāliem
• Šneka uzgaļi - speciāli uzgaļi materiāliem, kas jutīgi pret šķērsspiedienu

Tederic temperatūras kontroles sistēma

• Sildīšanas zonas - 5-7 zonas ar individuālu kontroli ±1°C
• Temperatūras profils - pielāgojams gradients katram materiālam
• Reāllaika monitorings - kausējuma temperatūras sensori sprauslas izejā
• Procesa trauksmes - automātiska noviržu noteikšana no iestatītajiem parametriem

Iesmidzināšanas precizitāte prasīgiem materiāliem

• All-Electric Tederic NEO iesmidzināšanas mašīnas - ideālas precizitāti prasošiem PC, PA, POM ±0,1%
• Pēctspiediena kontrole - daudzpakāpju profili spriegumu minimizēšanai
• Iesmidzināšanas ātrums - programmējami profili līdz 500 mm/s
• Atspiediens - regulējams materiāliem ar atšķirīgu viskozitāti

Materiālu glabāšana un sagatavošana

Atbilstoša plastmasu glabāšana un sagatavošana ir kritiska gala produkta kvalitātei un iesmidzināšanas procesa efektivitātei.

Granulu glabāšanas nosacījumi:

• Temperatūra - 15-25°C, izvairīties no temperatūras svārstībām
• Relatīvais mitrums - <50% higroskopiskiem materiāliem
• UV aizsardzība - glabāt oriģinālajā iepakojumā vai necaurspīdīgos konteineros
• Tīrība - izvairīties no piesārņojuma, putekļiem, kontakta ar ķimikālijām
• Krājumu aprite - FIFO (First In, First Out) princips

Materiālu žāvēšanas procedūras:

• PA (poliamīds) - 80°C 4-6 stundas, mērķa mitrums <0,1%
• PC (polikarbonāts) - 120°C 3-4 stundas, mērķa mitrums <0,02%
• PET (polietilēntereftalāts) - 160°C 4-6 stundas, mērķa mitrums <0,005%
• PBT - 120°C 4 stundas, mērķa mitrums <0,04%
• ABS - 80°C 2-4 stundas (pēc izvēles, ieteicams)

Žāvētāju tipi:

• Konvekcijas žāvētāji - pamata risinājums ne-higroskopiskiem materiāliem
• Desikanta žāvētāji - nepieciešami PA, PC, PET
• Vakuuma žāvētāji - visefektīvākie, īsāks žāvēšanas laiks
• Centrālās sistēmas - lielām ražotnēm, automātiska sadale

Izejvielu kvalitātes kontrole:

• Mitruma mērīšana - higrometri, mitruma analizatori (gravimetriskā metode)
• MFI kontrole - kausējuma plūsmas indekss
• Vizuālā analīze - krāsa, piesārņojums, gabaliņi
• Dokumentācija - materiālu sertifikāti, partiju numuri, derīguma termiņi

Kopsavilkums

Plastmasas materiālu izvēle ir fundamentāls posms iesmidzināšanas procesa projektēšanā, kas nosaka visas ražošanas veiksmi. Pareiza materiālu izvēle ietekmē gala produkta īpašības, procesa efektivitāti, ražošanas izmaksas un klientu apmierinātību.

Galvenie secinājumi no ceļveža:

• Materiālu klasifikācija - standarta plastmasas (PP, PE, PS), inženiertehniskās (ABS, PC, PA, POM) un augstas veiktspējas (PEEK, PPS) atšķiras īpašībās un cenā līdz pat 100x
• Apstrādes parametri - cilindra temperatūra no 180°C (PE) līdz 400°C (PEEK) prasa precīzu kontroli katram materiālam
• Žāvēšanas prasības - higroskopiskie materiāli (PA, PC, PET) prasa obligātu žāvēšanu līdz mitrumam <0,1% pirms apstrādes
• Izvēles kritēriji - mehāniskās, termiskās, ķīmiskās īpašības, nozares sertifikācija un ekonomiskie aspekti jāanalizē visaptveroši
• Mašīnu saderība - modernās Tederic iesmidzināšanas mašīnas piedāvā pilnu konfigurējamību visiem termoplastiem
• Materiālu glabāšana - glabāšanas nosacījumi un sagatavošanas procedūras tieši ietekmē gala kvalitāti
• Specializētās nozares - autobūve, medicīna un aviācija prasa sertificētus materiālus un stingru kvalitātes kontroli

Pareiza materiālu izvēle ir ieguldījums kvalitātē, efektivitātē un konkurētspējā. Sistēmiska pielietojuma prasību analīze un padziļināta plastmasu īpašību izpratne palīdz izvairīties no dārgām kļūdām un maksimizēt gala produkta vērtību.

Ja jums nepieciešams atbalsts materiālu izvēlē vai meklējat iesmidzināšanas mašīnu, kas pielāgota specifiskām apstrādes prasībām, sazinieties ar TEDESolutions ekspertiem. Kā autorizēts Tederic partneris mēs piedāvājam visaptverošu tehnisko konsultēšanu, optimālas mašīnu konfigurācijas izvēli un apmācību dažādu plastmasu apstrādē.

Skatiet arī mūsu rakstus par iesmidzināšanas mašīnām, ražošanas cikla optimizāciju un iesmidzināšanas defektu identifikāciju.