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Bei der Auswahl eines Kunststoffs für den Spritzguss sollten Sie sieben Parameter in den Blick nehmen: Geometrie und Toleranzen des Bauteils, mechanische Belastung, thermische Anforderungen, elektrische Anforderungen, Umgebungsbedingungen, Design und Wirtschaftlichkeit.
Die Materialauswahl fällt leichter, wenn Sie zunächst betrachten, wofür das Bauteil eingesetzt wird, statt vom Material auszugehen. Sobald Sie die Parameter durchgegangen sind, haben Sie einen klareren Überblick darüber, welcher Kunststoff am besten zu Ihrem Bauteil passt.
Nachfolgend finden Sie die sieben Parameter. Nutzen Sie sie gerne als Checkliste:
Welche Parameter für die Materialauswahl am wichtigsten sind, hängt ganz vom Bauteil ab. Wird es im Außenbereich eingesetzt, können UV-Strahlung und Feuchtigkeit die ersten Punkte sein, die Sie prüfen. Wenn Sie unsicher sind, schauen wir uns Ihr Bauteil gerne an und beraten Sie zur Materialauswahl für den Spritzguss.
Beginnen Sie mit der Geometrie des Bauteils. Die Wanddicke entscheidet über das Risiko von Verzug und Einfallstellen sowie über die Toleranzen, die Sie einhalten können. Mehr dazu erfahren Sie unter Wanddicke und Kühlung.
Die Schwindung des Materials bestimmt, wie stark sich das Bauteil beim Abkühlen zusammenzieht, und sie wird im Werkzeug ausgeglichen. Wie hoch sie ausfällt, hängt vom Material ab: ABS schwindet typischerweise 0,4 bis 0,8 %, POM 1,3 bis 2,5 % und PP 1 bis 2 %. Auch Additive beeinflussen die Schwindung.
Wanddicke und Materialauswahl hängen daher eng zusammen. Ein Bauteil mit ungleichmäßiger Wanddicke ist in einem Material mit hoher Schwindung selten maßhaltig, unabhängig davon, wie gut das Werkzeug ist.
Bei einer kurzzeitigen, hohen Belastung, etwa wenn ein Schnapphaken einrastet, kommt es auf Zugfestigkeit und Schlagzähigkeit an. Bei einer Dauerbelastung, etwa einer Halterung, die ein konstantes Gewicht trägt, ist es das Kriechen, bei dem das Bauteil langsam nachgibt und sich nur teilweise erholt. Bei einer Wechselbelastung, etwa einem Scharnier oder einem Zahnrad, ist es die Ermüdung, bei der das Bauteil nach vielen Lastwechseln versagt.
Für hohe mechanische Belastungen und starken Verschleiß sind PA6 und POM gut geeignet. PA6 bietet die höchste Zugfestigkeit ohne Füllstoffe oder Glasfaser, typischerweise 50 bis 85 MPa im spritzfrischen Zustand, und ist gut verschleißbeständig. POM liegt mit rund 50 bis 70 MPa etwas darunter, hat aber gute Gleiteigenschaften, verformt sich unter Dauerlast nur wenig und ist maßhaltig. Damit ist POM die naheliegende Wahl für bewegte Teile wie Zahnräder, Gleitlager und Buchsen, bei denen die Vorspannung erhalten bleiben muss.
Mit 30 % Glasfaser erreicht PA6 110 bis 180 MPa und kann damit in manchen Fällen Leichtmetall ersetzen. Dadurch wird das Bauteil allerdings spröder. Wir spritzgießen technische Kunststoffe mit und ohne Füllstoffe und Glasfaser.
Ein Bauteil in der Nähe eines Motors oder eines Netzteils ist warm, solange das Gerät läuft. Ein Bauteil im Außenbereich wechselt zwischen Frost im Winter und Sonnenwärme im Sommer. Und im Innenraum eines Fahrzeugs können an einem heißen Tag deutlich über 80 °C auftreten.
Bei Dauerwärme vertragen PA6 und PC/ABS typischerweise bis etwa 110 °C, während ABS bei 70 bis 90 °C liegt. Muss das Bauteil Temperaturwechsel verkraften, sind PC/ABS und PE gute Optionen. PP wird dagegen in der Regel um den Gefrierpunkt spröde.
Braucht Ihr Bauteil ein Flammschutzmittel, spielt das ebenfalls eine Rolle bei der Materialauswahl. Es beeinflusst die mechanischen Eigenschaften, Farbe und Oberfläche sowie den Preis. Die UL-94-Klassifizierung wird für nahezu alle Kunststoffe angegeben.
Sitzt Ihr Bauteil in oder in der Nähe von Elektronik, sollten Sie auf Kriechstromfestigkeit und statische Aufladung achten.
Kriechstrom ist ein unerwünschter Strom, der außerhalb des vorgesehenen Schaltkreises fließt, häufig entlang der Oberfläche von Isolierstoffen, ausgelöst durch Feuchtigkeit, Schmutz oder Beschädigungen.
Da Kunststoff gut isoliert, kann sich das Bauteil statisch aufladen. Das zieht Schmutz an und kann die Elektronik beschädigen. Die Lösung ist ein antistatisches Additiv oder ein leitfähiger Füllstoff wie Kohlenstoff.
PP und PE sind elektrisch besonders geeignet, weil sie kaum Feuchtigkeit aufnehmen und ihre Eigenschaften dadurch stabil bleiben.
Reinigungsmittel und Chemikalien, Feuchtigkeit und Sonneneinstrahlung können die Werkstoffe beeinflussen.
PP und PE vertragen ein breites Spektrum an Chemikalien und Reinigungsmitteln, weshalb PP im Gesundheitswesen und in der Lebensmittelindustrie verbreitet ist. PA6 ist empfindlicher gegenüber Säuren, und ABS wird von Lösungsmitteln und Fetten angegriffen.
PA6 nimmt Feuchtigkeit aus der Luft auf. Dadurch kann das Bauteil um bis zu etwa ein halbes Prozent wachsen und wird zäher, während Festigkeit und Steifigkeit sinken. Es gibt dann stärker nach, und die Passung verändert sich. POM ist deutlich weniger betroffen, PP kaum.
UV-Strahlung aus dem Sonnenlicht baut die Oberfläche ab, sodass das Bauteil kreidet, vergilbt und mit der Zeit spröder wird. Für den Außenbereich empfiehlt sich PP mit UV-Stabilisator. Auch eine schwarze Einfärbung schützt gut, weil das Pigment sie an der Oberfläche absorbiert.
Auch die Gestaltung des Bauteils beeinflusst die Materialauswahl, von der Farbe über die Oberflächengüte und die Form bis hin zu Etiketten und Bedruckung. Manche Kunststoffe lassen sich leichter einfärben, manche glänzen stärker, und manche eignen sich besser für große Flächen oder für Bedruckung.
Farbe: ABS ist hell und nimmt Pigmente gut an, während POM milchig weiß und PA6 gelblich sind. Die Eigenfarbe schlägt dadurch durch und erschwert es, einen bestimmten Farbton zu treffen.
Oberflächengüte: Amorphe Kunststoffe wie ABS und PC/ABS erzielen den höchsten Glanz, während PP, POM und PA6 eine mattere Oberfläche ergeben.
Form: Bei Bauteilen mit größeren Flächen können Einfallstellen auftreten. Hier hält ein schwindungsarmer Werkstoff wie ABS die Oberfläche am saubersten.
Etiketten und Bedruckung: Druckfarbe haftet gut auf ABS, PC und PA6.
Die Wirtschaftlichkeit der Materialauswahl hängt von Kilopreis, Dichte und Zykluszeit ab. Material wird nach Gewicht bezahlt, und ein Bauteil aus PP wiegt aufgrund der geringeren Dichte rund ein Drittel weniger als dasselbe Bauteil aus POM. Die Zykluszeit spielt eine Rolle, weil die Kühlzeit den größten Anteil daran hat. Ein kürzerer Zyklus erhöht den Ausstoß pro Maschinenstunde.
Haben Sie einen Werkstoff gewählt, weil er Ihr Standard ist, lohnt sich ein zweiter Blick. Statt eines teuren technischen Kunststoffs genügt manchmal ein günstigeres Basispolymer mit dem richtigen Additiv, zum Beispiel PP mit Glasfaser oder Talkum.
Die sieben Parameter sind eine gute Grundlage für die Wahl eines passenden Werkstoffs. Idé-Pro berät Sie gerne dazu, damit Sie das bestmögliche Bauteil für Ihre Anforderungen erhalten.
POM. Der Werkstoff hat gute Gleiteigenschaften, verformt sich unter Dauerlast nur wenig und bleibt maßhaltig. Damit eignet er sich für Zahnräder, Gleitlager und Buchsen.
PA6 und PC/ABS vertragen die höchsten Temperaturen, typischerweise bis 110 °C, im Dauereinsatz. ABS liegt bei 70 bis 90 °C. Beachten Sie, dass die Werte für Dauerwärme gelten. Eine kurze Temperaturspitze kann deutlich höher ausfallen, ohne dass das Bauteil Schaden nimmt.
Ja, in bestimmten Fällen. Soll ein Bauteil leichter werden, lässt sich Aluminium oft durch glasfaserverstärktes PA6 ersetzen, zum Beispiel bei Halterungen, Konsolen oder Pumpengehäusen. In der Automobilindustrie kann der Werkstoffwechsel auch die nachhaltigste Wahl sein, weil ein leichteres Fahrzeug über seine gesamte Lebensdauer weniger Kraftstoff verbraucht.
PP mit UV-Stabilisator ist eine gute Wahl, idealerweise schwarz eingefärbt, weil das Pigment die UV-Strahlung an der Oberfläche absorbiert. PP selbst nimmt zudem kaum Feuchtigkeit auf.
Typischerweise zwischen 0,4 und 2,5 %, je nach Werkstoff. ABS schwindet 0,4 bis 0,8 %, POM 1,3 bis 2,5 % und PP 1 bis 2 %. Die Schwindung wird im Werkzeug ausgeglichen, sodass ihre Schwankung die Toleranzen begrenzt.