Auswahl des Kunststoffmaterials

In der sich schnell entwickelnden Industrielandschaft von heute sind Kunststoffmaterialien aufgrund ihrer überlegenen Leistung und ihres breiten Anwendungsspektrums zu einem unverzichtbaren Bestandteil geworden. Sie sind nicht nur im Alltag allgegenwärtig, sondern spielen auch in zahlreichen Bereichen wie der High-Tech-Industrie, der Medizintechnik, der Automobilherstellung, der Luft- und Raumfahrt und darüber hinaus eine entscheidende Rolle. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Materialwissenschaft nimmt die Vielfalt und Leistung von Kunststoffmaterialien ständig zu und stellt Ingenieure und Designer vor immer mehr Auswahlmöglichkeiten und Herausforderungen. Die Auswahl des am besten geeigneten Kunststoffmaterials aus der Vielzahl von Optionen für eine bestimmte Anwendung ist zu einem komplexen, aber kritischen Thema geworden. Dieser Artikel soll einen umfassenden Leitfaden bieten, der den Lesern hilft, die grundlegenden Eigenschaften von Kunststoffmaterialien, Verarbeitungstechniken, Leistungsanforderungen usw. zu verstehen. und wie sie sich auf die Leistung und die Kosten des Endprodukts auswirken. Wir diskutieren die chemischen und physikalischen Eigenschaften verschiedener Kunststoffmaterialien, analysieren ihre Leistung unter verschiedenen Umgebungs- und Anwendungsbedingungen und bieten praktische Auswahlberatung. Indem wir uns mit dem Prozess der Auswahl von Kunststoffmaterialien befassen, hoffen wir, den Lesern dabei zu helfen, fundierte Entscheidungen während der Produktdesign- und Entwicklungsphase zu treffen und so die Zuverlässigkeit, Haltbarkeit und Wirtschaftlichkeit der Produkte sicherzustellen. Im Anschluss an dieses Vorwort begeben wir uns auf eine Reise Tauchen Sie ein in die Welt der Kunststoffmaterialien, erforschen Sie deren Geheimnisse und lernen Sie, wie Sie dieses Wissen auf praktisches Produktdesign anwenden können. Egal, ob Sie ein erfahrener Ingenieur oder ein Neuling auf dem Gebiet der Materialwissenschaften sind, wir hoffen, dass dieser Artikel Ihnen wertvolle Informationen und Inspiration liefert. Lassen Sie uns gemeinsam diese Reise beginnen, um die Geheimnisse der Auswahl von Kunststoffmaterialien aufzudecken.

Auswahl des Kunststoffmaterials

Bisher wurden über zehntausend Arten von Harzen beschrieben, von denen Tausende industriell hergestellt werden. Bei der Auswahl von Kunststoffmaterialien muss aus der großen Auswahl an Harzarten die entsprechende Sorte ausgewählt werden Allerdings sind nicht alle Harztypen weit verbreitet. Die Auswahl der Kunststoffmaterialien, auf die wir uns beziehen, ist nicht willkürlich, sondern wird innerhalb der häufig verwendeten Harztypen gefiltert.

Grundsätze für die Auswahl von Kunststoffmaterialien:

I.Anpassungsfähigkeit von Kunststoffmaterialien

• Vergleichende Leistung verschiedener Materialien;

• Bedingungen, die für die Kunststoffauswahl nicht geeignet sind;

• Für die Kunststoffauswahl geeignete Bedingungen.

II.Leistung von Kunststoffprodukten

Nutzungsbedingungen für Kunststoffprodukte:

a.Mechanische Beanspruchung von Kunststoffprodukten;

b.Elektrische Eigenschaften von Kunststoffprodukten;

c. Anforderungen an die Maßgenauigkeit von Kunststoffprodukten;

d. Anforderungen an die Durchlässigkeit von Kunststoffprodukten;

e.Transparenzanforderungen an Kunststoffprodukte;

f. Anforderungen an das Aussehen von Kunststoffprodukten.

Nutzungsumgebung von Kunststoffprodukten:

a.Umgebungstemperatur;

b.Umgebungsfeuchtigkeit;

c.Medien kontaktieren;

d.Licht, Sauerstoff und Strahlung in der Umwelt.

III.Verarbeitungsleistung von Kunststoffen

• Verarbeitbarkeit von Kunststoffen;

• Verarbeitungskosten von Kunststoffen;

• Abfall, der bei der Kunststoffverarbeitung entsteht.

IV. Kosten von Kunststoffprodukten

• Preis für Kunststoffrohstoffe;

• Lebensdauer von Kunststoffprodukten;

• Wartungskosten von Kunststoffprodukten.

Im eigentlichen Auswahlprozess weisen einige Harze sehr ähnliche Eigenschaften auf, was die Auswahl erschwert. Welches Harz besser geeignet ist, erfordert vielschichtige Überlegungen und wiederholtes Abwägen, bevor eine Entscheidung getroffen werden kann. Daher ist die Auswahl von Kunststoffmaterialien sehr komplex Aufgabe, und es gibt keine offensichtlichen Regeln, die befolgt werden müssen. Zu beachten ist, dass die in verschiedenen Büchern und Veröffentlichungen zitierten Leistungsdaten von Kunststoffmaterialien unter bestimmten Bedingungen gemessen werden, die erheblich von den tatsächlichen Arbeitsbedingungen abweichen können.

Schritte zur Materialauswahl:

Wenn Sie mit den Konstruktionszeichnungen eines zu entwickelnden Produkts konfrontiert werden, sollte die Materialauswahl diesen Schritten folgen:

• Stellen Sie zunächst fest, ob das Produkt aus Kunststoffmaterialien hergestellt werden kann.

• Zweitens: Wenn festgestellt wird, dass Kunststoffmaterialien für die Herstellung verwendet werden können, ist die Auswahl des Kunststoffmaterials der nächste zu berücksichtigende Faktor.

Auswahl von Kunststoffmaterialien basierend auf der Produktpräzision:

Verfügbare Kunststoffsorten in Präzisionsqualität

1 Keine

2 Keine

3 PS, ABS, PMMA, PC, PSF, PPO, PF, AF, EP, UP, F4, UHMW, PE 30 % GF-verstärkte Kunststoffe (30 % GF-verstärkte Kunststoffe haben die höchste Präzision)

4 PA-Typen, chlorierter Polyether, HPVC usw.

5 POM, PP, HDPE usw.

6 SPVC, LDPE, LLDPE usw.

Indikatoren zur Messung der Hitzebeständigkeit von Kunststoffprodukten:

Die am häufigsten verwendeten Indikatoren sind die Wärmeformbeständigkeitstemperatur, die Martin-Hitzebeständigkeitstemperatur und der Vicat-Erweichungspunkt, wobei die Wärmeformbeständigkeitstemperatur am häufigsten verwendet wird.

Hitzebeständigkeit gängiger Kunststoffe (unmodifiziert):

Material-Wärmeformbeständigkeitstemperatur Vicat-Erweichungspunkt Martin-Hitzebeständigkeitstemperatur

HDPE 80℃ 120℃ -

LDPE 50℃ 95℃ -

EVA - 64℃ -

PP 102℃ 110℃ -

PS 85℃ 105℃ -

PMMA 100℃ 120℃ -

PTFE 260℃ 110℃ -

ABS 86℃ 160℃ 75℃

PSF 185℃ 180℃ 150℃

POM 98℃ 141℃ 55℃

PC 134℃ 153℃ 112℃

PA6 58℃ 180℃ 48℃

PA66 60℃ 217℃ 50℃

PA1010 55℃ 159℃ 44℃

PET 70℃ - 80℃

PBT 66℃ 177℃ 49℃

PPS 240℃ - 102℃

PPO 172℃ - 110℃

PI 360℃ 300℃ -

LCP 315℃ - -

Grundsätze für die Auswahl hitzebeständiger Kunststoffe:

• Berücksichtigen Sie den Grad der Hitzebeständigkeit:

a.Erfüllen Sie die Anforderungen an die Hitzebeständigkeit, ohne zu hohe Werte zu wählen, da dies zu höheren Kosten führen kann.

b.Verwenden Sie vorzugsweise modifizierte allgemeine Kunststoffe. Hitzebeständige Kunststoffe gehören meist zu den Spezialkunststoffen, die teuer sind; allgemeine Kunststoffe sind relativ billiger;

c.Verwenden Sie vorzugsweise allgemeine Kunststoffe mit einem großen Spielraum für die Änderung der Wärmebeständigkeit.

• Berücksichtigen Sie Umgebungsfaktoren für die Hitzebeständigkeit:

a. Sofortige und langfristige Hitzebeständigkeit;

b.Trockene und nasse Hitzebeständigkeit;

c.Beständigkeit gegen mittlere Korrosion;

d. Sauerstoff- und sauerstofffreie Hitzebeständigkeit;

e.Wärmebeständigkeit im beladenen und unbeladenen Zustand.

Wärmebeständigkeitsmodifizierung von Kunststoffen:

Gefüllte Wärmebeständigkeitsmodifikation:

Die meisten anorganischen mineralischen Füllstoffe, mit Ausnahme organischer Materialien, können die Hitzebeständigkeitstemperatur von Kunststoffen erheblich verbessern. Zu den üblichen hitzebeständigen Füllstoffen gehören: Calciumcarbonat, Talk, Kieselsäure, Glimmer, kalzinierter Ton, Aluminiumoxid und Asbest. Je kleiner die Partikelgröße von Je größer der Füllstoff, desto besser ist der Modifikationseffekt.

• Nanofüllstoffe:

• PA6 gefüllt mit 5 % Nano-Montmorillonit, die Wärmeformbeständigkeit kann von 70 °C auf 150 °C erhöht werden;

• PA6 gefüllt mit 10 % Nano-Meerschaum, die Wärmeformbeständigkeit kann von 70 °C auf 160 °C erhöht werden;

• PA6 gefüllt mit 5 % synthetischem Glimmer, die Wärmeformbeständigkeit kann von 70 °C auf 145 °C erhöht werden.

• Konventionelle Füllstoffe:

• PBT gefüllt mit 30 % Talk, die Wärmeformbeständigkeit kann von 55 °C auf 150 °C erhöht werden;

• PBT gefüllt mit 30 % Glimmer, die Wärmeformbeständigkeit kann von 55 °C auf 162 °C erhöht werden.

Verstärkte Hitzebeständigkeitsmodifikation:

Die Verbesserung der Hitzebeständigkeit von Kunststoffen durch Verstärkungsmodifikation ist noch effektiver als das Füllen. Zu den üblichen hitzebeständigen Fasern gehören hauptsächlich: Asbestfasern, Glasfasern, Kohlefasern, Whisker und Poly.

• Kristallines Harz, verstärkt mit 30 % Glasfasern zur Modifizierung der Hitzebeständigkeit:

• Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur von PBT wird von 66 °C auf 210 °C erhöht;

• Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur von PET wird von 98 °C auf 238 °C erhöht;

• Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur von PP wird von 102 °C auf 149 °C erhöht;

• Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur von HDPE wird von 49 °C auf 127 °C erhöht;

• Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur von PA6 wird von 70 °C auf 215 °C erhöht;

• Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur von PA66 wird von 71 °C auf 255 °C erhöht;

• Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur von POM wird von 110 °C auf 163 °C erhöht;

• Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur von PEEK wird von 230 °C auf 310 °C erhöht.

• Amorphes Harz, verstärkt mit 30 % Glasfasern zur Modifizierung der Hitzebeständigkeit:

• Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur von PS wird von 93 °C auf 104 °C erhöht;

• Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur des PCs wird von 132 °C auf 143 °C erhöht;

• Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur von AS wird von 90 °C auf 105 °C erhöht;

• Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur von ABS wird von 83 °C auf 110 °C erhöht;

• Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur von PSF wird von 174 °C auf 182 °C erhöht;

• Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur von MPPO wird von 130 °C auf 155 °C erhöht.

Modifizierung der Wärmebeständigkeit von Kunststoffmischungen

Beim Mischen von Kunststoffen zur Verbesserung der Hitzebeständigkeit werden hoch hitzebeständige Harze in wenig hitzebeständige Harze eingearbeitet und dadurch deren Hitzebeständigkeit erhöht. Obwohl die Verbesserung der Hitzebeständigkeit nicht so bedeutend ist wie die, die durch die Zugabe hitzebeständiger Modifikatoren erreicht wird, liegt darin der Vorteil Es beeinflusst die ursprünglichen Eigenschaften des Materials nicht wesentlich und erhöht gleichzeitig die Hitzebeständigkeit.

• ABS/PC: Die Wärmeformbeständigkeit kann von 93°C auf 125°C erhöht werden;

• ABS/PSF (20 %): Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur kann 115 °C erreichen;

• HDPE/PC (20 %): Der Vicat-Erweichungspunkt kann von 124 °C auf 146 °C erhöht werden;

• PP/CaCo3/EP: Die Wärmeformbeständigkeit kann von 102°C auf 150°C erhöht werden.

Kunststoffvernetzende Wärmebeständigkeitsmodifikation

Die Vernetzung von Kunststoffen zur Verbesserung der Hitzebeständigkeit wird üblicherweise in hitzebeständigen Rohren und Kabeln eingesetzt.

• HDPE: Nach der Silanvernetzungsbehandlung kann seine Wärmeformbeständigkeitstemperatur von ursprünglich 70 °C auf 90–110 °C erhöht werden;

• PVC: Nach der Vernetzung kann seine Wärmeformbeständigkeitstemperatur von ursprünglich 65 °C auf 105 °C erhöht werden.

Spezifische Auswahl transparenter Kunststoffe

I.Transparente Materialien für den täglichen Gebrauch:

• Transparente Folie: Für Verpackungen werden PE, PP, PS, PVC und PET usw. verwendet. In der Landwirtschaft werden PE, PVC und PET usw. verwendet.

• Transparente Platten und Platten: Verwenden Sie PP, PVC, PET, PMMA und PC usw.;

• Transparente Rohre: Verwenden Sie PVC, PA usw.;

• Transparente Flaschen: Verwenden Sie PVC, PET, PP, PS und PC usw.

II. Materialien für Beleuchtungsgeräte:

Hauptsächlich als Lampenschirme verwendet, häufig verwendetes PS, modifiziertes PS, AS, PMMA und PC.

III. Materialien für optische Instrumente:

• Harte Linsenkörper: Hauptsächlich CR-39 und JD verwenden;

• Kontaktlinsen: Verwenden Sie häufig HEMA.

IV.Glasartige Materialien:

• Autoglas: Häufig werden PMMA und PC verwendet;

• Architekturglas: Häufig werden PVF und PET verwendet.

V.Solarenergiematerialien:

Häufig verwendetes PMMA, PC, GF-UP, FEP, PVF und SI usw.

VI.Optische Fasermaterialien:

Die Kernschicht besteht aus PMMA oder PC und die Mantelschicht besteht aus einem Fluorolefinpolymer vom Typ fluoriertes Methylmethacrylat.

VII.CD-Materialien:

Häufig verwendetes PC und PMMA.

VIII.Transparente Verkapselungsmaterialien:

Oberflächengehärtetes PMMA, FEP, EVA, EMA, PVB usw.

Spezifische Materialauswahl für unterschiedliche Zwecke von Gehäusen

• TV-Gehäuse:

• Kleine Größe: Modifiziertes PP;

• Mittlere Größe: Modifiziertes PP, HIPS, ABS und PVC/ABS-Legierungen;

• Große Größe: ABS.

• Kühlschranktürauskleidungen und Innenauskleidungen:

• Häufig werden HIPS-Platten, ABS-Platten und HIPS/ABS-Verbundplatten verwendet.

• Derzeit ist ABS das Hauptmaterial, nur Haier-Kühlschränke verwenden modifiziertes HIPS.

• Waschmaschinen:

• Inneneimer und Deckel bestehen hauptsächlich aus PP, in geringem Umfang aus PVC/ABS-Legierungen.

• Klimaanlagen:

• Verwenden Sie verstärktes ABS, AS, PP.

• Elektrische Ventilatoren:

• Verwenden Sie ABS, AS, GPPS.

• Staubsauger:

• Verwenden Sie ABS, HIPS und modifiziertes PP.

• Eisen:

• Nicht hitzebeständig: Modifiziertes PP;

• Hitzebeständig: ABS, PC, PA, PBT usw.

• Mikrowellenherde und Reiskocher:

• Nicht hitzebeständig: Modifiziertes PP und ABS;

• Hitzebeständig: PES, PEEK, PPS, LCP usw.

• Radios, Tonbandgeräte, Videorecorder:

• Verwenden Sie ABS, HIPS usw.

• Telefone:

• Verwenden Sie ABS, HIPS, modifiziertes PP, PVC/ABS usw.