Как выбрать самый лучший материал для своих пластиковых изделий?

Литьё пластика под давлением – это чрезвычайно разнообразный и эффективный процесс, который позволяет производителям создавать огромное количество различных изделий и компонентов из расплавленного пластика. Результатом продвижения сферы литья под давлением и разработки материалов стало то, что полимеры и различные пластики были вовлечены в широчайшую сеть производства изделий и других различных сфер. Прочность при относительно легком весе, эстетичный внешний вид, долговечность сделали пластик самым предпочитаемым материалом для производства как товаров народного потребления, так и медицинских изделий.

Сейчас на рынке доступно множество различных пластиков, каждый из которых имеет свои уникальные характеристики и свое практическое применение. Для того чтобы обеспечить оптимальное производство, необходимо правильно подобрать материал. В сфере производства из пластика может быть использован материал, находящийся в жидком или полутвердом состоянии, который при нагреве расплавляется и принимает необходимую форму. В сфере литья под давлением используются термопластичные и термореактивные пластмассы.

Рекомендации по выбору материала

Новые полимеры и компаунды появляются на рынке регулярно. Такой широкий выбор материалов превращает процесс выбора пластика в челендж. Выбор правильного пластика требует тщательного понимания конечного продукта. Перечень данных вопросов поможет определить, какой именно материал вам необходим.

1. Какое назначение у изделия/детали?

При выборе материала вам необходимо четко руководствоваться физическими требованиями к изделию, такими как стрессогенный фактор, устойчивость к окружающей среде, химическое воздействие и ожидаемый срок службы изделия.

Насколько прочной должна быть деталь?

• Деталь должна быть твердой или гибкой?
• Должна ли деталь быть устойчивой к повышенной нагрузке – весу/давлению?
• Будет ли деталь подвержена химическому воздействию?
• Будет ли деталь подвержена воздействию экстремальных температур и суровых климатических условий?
• Какой ожидаемый срок службы у детали?

2. Какие эстетические требования у изделия/детали?

Выбор правильного продукта включает в себя поиск материала, который позволит получить нужный цвет, прозрачность, текстуру и необходимую поверхность. При выборе полимера подумайте, будет ли он соответствовать ожидаемому внешнему виду и требованиям к функционалу вашего изделия.

• Есть ли требования к прозрачности и цвету?
• Нужна ли определенная текстура или отделка/орнамент?
• Есть ли цвет, который необходимо получить?
• Будет ли поверхность рифленой?

3. Применяются ли какие-либо нормативные требования к изделию?

Важнейшим аспектом выбора полимера являются нормативные требования к изделию и его предполагаемому применению. Например, будет ли ваше изделие поставляться по всему миру, использоваться в пищевой промышленности, применяться в медицинском оборудовании или будет являться компонентом в высокопроизводительных инженерных сферах Важно, чтобы выбранный вами материал соответствовал необходимым отраслевым стандартам и нормативным требованиям.

• Каким нормативным требованиям должна соответствовать ваша деталь, включая FDA, RoHS, NSF или REACH?
• Должен ли продукт быть безопасным для использования детьми?
• Должна ли деталь быть безопасной для пищевых продуктов?

Термопластичные vs. термореактивные пластмассы

Пластмассы делятся на две основные категории: термореактивные пластмассы и термопластичные.

Чтобы помочь вам запомнить разницу, подумайте о термореактивных материалах так, как подразумевает этот термин; они «усаживаются» во время переработки.

Когда эти пластмассы нагреваются, происходит химическая реакция, которая придает детали необходимую форму. Химическая реакция необратима, поэтому детали, изготовленные из термореактивных материалов, нельзя переплавить или изменить. Эти материалы могут быть проблемными во вторичной переработке в том случае, если не используется полимер на биологической основе.

Термопластичные полимеры нагревают, затем охлаждают в форме для образования детали. Молекулярный состав термопластичного полимера не меняется при нагревании и охлаждении, поэтому его можно легко переплавить.

По этой причине термопластичные полимеры легче повторно использовать и перерабатывать. Они составляют большинство производимых полимерных материалов на современном рынке и используются в процессе литья под давлением.

Более детальный подбор материала

Термопластичные материалы классифицируются по группам и типам. Они делятся на три широкие категории или семейства: обычные пластики, инженерные пластики и специальные или высокоэффективные пластики. Пластик с высокими эксплуатационными характеристиками также имеет более высокую стоимость, поэтому стандартные материалы часто используются для многих повседневных применений. Простые в обработке и недорогие, обычные пластмассы используются в типичных предметах массового производства, таких как упаковка. Инженерные пластмассы дороже, но обладают большей прочностью и устойчивостью к химическим веществам и воздействию окружающей среды.

В каждой группе пластмасс есть материалы, которые имеют различную морфологию. Морфология описывает расположение молекул в пластике, которые могут относиться к одной из двух категорий: аморфные и полукристаллические.

Аморфные пластмассы обладают следующими характеристиками:

• Меньшая усадка при охлаждении.
• Повышенная прозрачность.
• Хорошо подходят для изделий с жесткими допусками.
• Может быть хрупким.
• Низкая химическая устойчивость.

Полукристаллические пластмассы обладают следующими характеристиками:

• Имеют тенденцию быть непрозрачными.
• Отличная стойкость к истиранию и химическому воздействию.
• Менее хрупкие.
• Более высокие коэффициенты усадки.

Примеры доступных типов пластика

Поиск подходящего пластика требует глубокого понимания физических свойств и полезных качеств доступных материалов. Чтобы помочь вам найти подходящую группу пластмасс для ваших нужд, мы составили следующую таблицу по выбору материалов для литья под давлением.

Аморфные полимеры

Примером аморфных полимеров являются полистирол PS. Как и большинство аморфных пластмасс, он прозрачен и хрупок, но его можно использовать в высокоточных изделиях. Это один из самых широко используемых пластиков. Полистирол используют для производства пластиковых столовых приборов, пенопластовых чашках и тарелках.

Выше по шкале аморфности находятся инженерные пластики, такие как поликарбонат PC. Он термостойкий и огнестойкий, обладает электроизоляционными свойствами, поэтому его часто используют в производстве электронных компонентов.

Примером специального или высокоэффективного аморфного пластика является Полиэтиленимин PEI. Как и большинство аморфных пластмасс, он обладает прочностью и термостойкостью. Однако, в отличие от большинства других аморфных материалов, он также химически устойчив, поэтому часто используется в аэрокосмической промышленности.

Полукристаллические полимеры

Недорогим полукристаллическим пластиком является полипропилен PP. Как и большинство полукристаллических полимеров, он гибкий и химически стойкий. Низкая стоимость делает этот пластик популярным для изготовления большинства продуктов, таких как бутылки, упаковка и трубы.

Популярным инженерным полукристаллическим пластиком является полиамид PA (или нейлон). Полиамид обладает химической стойкостью и стойкостью к истиранию, а также низкой усадкой и низкой деформацией. Доступны версии на биологической основе, что делает этот материал экологически чистой альтернативой. Прочность материала делает его легкой альтернативой металлу в автомобильной промышленности.

PEEK или полиэфирэфиркетон является одним из наиболее широко используемых полукристаллических высокоэффективных пластмасс. Этот материал обладает прочностью, а также термостойкостью и химической стойкостью и часто используется в производстве изделий с высокими требованиями, таким как, подшипники, насосы и медицинские имплантаты.

Аморфные полимеры

• ABS: ABS сочетает в себе прочность и жесткость акрилонитрила и стирольных полимеров с прочностью полибутадиенового каучука. ABS легко формуется и обеспечивает цветостойкость, глянцевый эффект с высококачественной поверхностью. Этот полимер не имеет точной температуры плавления.
• HIPS: Ударопрочный полистирол (HIPS) обеспечивает хорошую ударопрочность, отличную обрабатываемость, стабильность размеров, выдающиеся эстетические качества и широкие возможности работы с поверхностью. HIPS можно легко напечатать (3D принтеры), склеить, и задекорировать. Материал экономичен.
• Polyetherimide (PEI): Полиэтиленимин является хорошим примером специального или высокоэффективного аморфного пластика. PEI обладает прочностью и термостойкостью, как и большинство аморфных пластмасс. Однако, в отличие от большинства других аморфных материалов, он также химически устойчив, что делает его очень полезным для аэрокосмической промышленности.
• Polycarbonate (PC): Поликарбонат находится выше по аморфной шкале. Относится к инженерным видам пластика. Поликарбонат устойчив к высоким температурам, обладает электроизоляционными свойствами, часто используется в производстве электронных компонентов.
• Polystyrene (PS): Примером аморфного товарного пластика является полистирол. Как и большинство аморфных пластмасс, полистирол прозрачен и хрупок, но его можно использовать для производства высокоточных изделий. Это одна из наиболее широко применяемых пластмасс, которую можно встретить в повседневной жизни среди пластиковых столовых приборов, пенопластовых чашек и тарелок.

Полукристаллические полимеры

• Polyetheretherketone (PEEK): Полиэфиркетон является одним из наиболее широко используемых полукристаллических высокоэффективных пластиков. Этот пластик обладает прочностью, термостойкостью и устойчивостью к химическим воздействиям, часто используется для изделий, эксплуатируемых в сложных условиях. Примерами изделий могут служить, подшипники, насосы и медицинские имплантаты.
• Polyamide (PA)/Nylon: Полиамид или нейлон, представляет собой популярный полукристаллический инженерный пластик. Полиамид отличается химической стойкостью и стойкостью к истиранию, а также низкой усадкой и слабой деформацией. Доступны версии на биологической основе для изделий, требующих экологически чистого решения. Прочность материала делает его легковесной альтернативой металлу в автомобильной промышленности.
• Polypropylene (PP): Полипропилен – это недорогой полукристаллический пластик для товаров повседневного применения. Также, как и большинство полукристаллических пластиков, полипропилен обладает гибкостью и устойчивостью к химическому воздействию. Низкая стоимость делает одним и самых часто используемых пластиков. Его применяют для изготовления бутылок, труб и упаковки.
• Celcon®:Celon® является общепринятым торговым наименованием ацеталя, также известного как полиоксиметилен (ПОМ), полиацеталь или полиформальдегид. Этот пластик обладает выдающейся прочностью, отличной износостойкостью, ползучестойкостью и стойкостью к химическим растворителям, легко окрашивается, хорошо деформируется при нагревании и плохо впитывает влагу. Celcon® также обеспечивает высокую прочность и гарантирует превосходную стабильность размеров.
• LDPE: Самый гибкий тип полиэтилена. Полиэтилен низкой плотности (LDPE), обладает превосходной влагостойкостью, является ударопрочным, обладает хорошей химической стойкостью и светопроницаемостью. Как недорогой вариант, LDPE устойчив к атмосферным воздействиям и легко обрабатывается большинством методов.

Поиск подходящего пластика

Выбор подходящего пластика может быть чрезвычайно трудной задачей. Но на самом деле процесс выбора можно разделить на несколько шагов. Начать выбор пластика с группы материалов –это хорошая идея. Как только это будет сделано, определите подходящий уровень. Онлайн базы могут предоставить вам всю необходимую информацию по материалам и их маркам. Например, вы можете воспользоваться следующими онлайн базами: UL Prospector (или IDES), MAT Web и The British Plastics Federation.

Различные добавки для улучшения свойств пластмасс

Все пластики имеют свои отличительные черты, которые делают их известными.

Как мы уже писали, пластмассы делятся на три основные группы (повседневного\товарного потребления, инженерные и специального назначения), которые могут включать в себя, как аморфные, так и полукристаллические виды. Чем лучше пластик по своим свойствам, тем дороже его стоимость.

Для того чтобы сэкономить, многие производители используют различные добавки и наполнители. Таким образом они придают дополнительные свойства и качества доступным по стоимости материалам.

Добавки могут быть использованы, для того чтобы улучшить качество или перенести определенные качества на готовое изделие. Ниже перечислены некоторые виды самых применяемых добавок:

• Антимикробные – Добавки, используемые в пищевых продуктах или потребительских товарах с высокой степенью контакта.
• Антистатические – Добавки, снижающие проводимость статического электричества, часто используются в чувствительной электронике.
• Пластификаторы и волокна – Пластификаторы, делающие пластик более податливым, и волокна, улучшающие прочность и жесткость.
• Огнезащитные добавки – Данные добавки делают изделие устойчивым к возгоранию.
• Оптические отбеливатели – Используются, чтобы добиться чистого белого цвета.
• Красители – Добавки, помогающие сменить цвет или добиться специальных эффектов, например, таких, как свечение в тесноте или эффект перламутра.

Заключение

Выбор правильного материала для проекта является одним из наиболее важных факторов в создании идеальных пластиковых изделий. Достижения в науке о полимерах способствовали разработке большого выбора пластмасс, из которых можно выбрать действительно подходящий материал. Поэтому важно работать со специалистами-литейщиками, у которых есть опыт и знания в выборе подходящих пластмасс для различных видов изделий.