Leitfaden zur Kunststoffen

Kunststoffe eignen sich aufgrund ihrer Vielseitigkeit und ihrer Erschwinglichkeit für viele Fertigungsverfahren. Nicht alle Kunststoffe haben jedoch dieselben Eigenschaften – daher kann die Auswahl des falschen Kunststoffs zu einer schlechten Leistung des Produkts, erhöhten Produktionskosten und negativen Auswirkungen auf die Umwelt führen.

In diesem Leitfaden befassen wir uns mit allgemeinen Kunststoffarten in verschiedenen Fertigungsverfahren. Wir sehen uns deren Eigenschaften, Besonderheiten und andere wichtige Informationen an. Mit diesem Wissen können Sie fundierte Entscheidungen treffen, was die Effizienz in Bezug auf Kosten und Zeit verbessert – gleichzeitig verbessern Sie so insgesamt Ihre Erfolgsbilanz.

Wir konzentrieren uns hier hauptsächlich auf das Spritzgießen, werden jedoch auch kurz auf Kunststoffe eingehen, die beim 3D-Druck und bei der CNC-Bearbeitung eingesetzt werden.

Beim Spritzgießen kommen nur Kunststoffe zum Einsatz. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist jedoch, dass ein breites Spektrum an Kunststoffen eingesetzt werden können, darunter Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere. So können Hersteller das beste Material für die Anwendung basierend auf Faktoren wie Schlagzähigkeit, Verschleißfestigkeit und Kosteneffizienz auswählen.

Die folgenden Kunststoffe werden für gewöhnlich beim Spritzgießen verwendet. Wir haben sie allgemein nach Kategorie gruppiert. Einige Kunststoffe können jedoch mehreren Kategorien zugeordnet werden. Um diese Richtlinie übersichtlich und kurz zu halten, haben wir es vermieden, einen Kunststoff für ein spezifisches Fertigungsverfahren mehrfach aufzuführen. Gleichzeitig haben wir versucht, so viele Eigenschaft wie möglich in der Materialbeschreibung anzugeben.

Unter Schlagzähigkeit versteht man die Fähigkeit eines Materials, Beschädigung und Verformung zu widerstehen, wenn es plötzlichen starken Schlägen oder Stößen ausgesetzt wird. Ein Material mit hoher Schlagzähigkeit kann Stoß- und Schlagenergie absorbieren und verteilen. So wird die Gefahr von Rissen, Beulen und Bruch verringert. Dies ist in vielen Anwendungen wichtig, z. B. bei der Fertigung von Schutzausrüstung, beim Gebäudebau und bei der Herstellung von Verbrauchsgütern. Die folgenden Kunststoffe weisen ein hohes Maß an Schlagzähigkeit auf.

ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) wird häufig bei der Herstellung von Verbrauchsgütern und Industrieprodukten eingesetzt. ABS-Kunststoffe sind für ihre Schlagzähigkeit bekannt und damit eine beliebte Wahl für Anwendungen, bei denen ein Material Schlägen und Stößen ausgesetzt wird. ABS bietet außerdem eine gute Formbeständigkeit und ist leicht bearbeitbar, wodurch es für Anwendungen mit engen Toleranzen geeignet ist. Dieser Kunststoff ist auch gegenüber Chemikalien, Wärme und Feuchtigkeit beständig und weist eine glänzende und glatte Oberfläche auf.

PS (Polystyrol) bietet eine gute Formbeständigkeit und Schlagzähigkeit. Es kommt häufig in Spielzeugen, Verpackung und Elektronikgehäusen zur Anwendung. PS ist ein vielseitiges Material, das leicht in komplexe Formen gegossen werden kann. Seine Formbeständigkeit rührt von seinem niedrigen Wärmeausdehnungsfaktor, was bedeutet, dass es unwahrscheinlicher ist, dass sich das Material bei Temperaturveränderungen verzieht oder verformt. PS ist außerdem leicht, kosteneffizient und weist eine glatte, glänzende Oberfläche auf.

PVC (Polyvinylchlorid) ist im Baugewerbe, im Gesundheitswesen und in der Verpackungsbranche weitverbreitet. PVC ist aufgrund seiner ausgezeichneten Schlagzähigkeit eine beliebte Wahl für Anwendungen, die Dauerhaftigkeit und Beanspruchbarkeit erfordern. Der Kunststoff ist außerdem leicht, wetterbeständig und flammhemmend. Daher kommt er oft in Außenbereichen und bei Baumaterialien zur Anwendung. PVC ist leicht zu formen, zu pressen und zu verarbeiten. Daher ist es ein kosteneffizientes Material für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter Fensterrahmen, Rohre und medizinische Sonden.

PE (Polyethylen) ist ein thermoplastischer Kunststoff, der aufgrund seiner ausgezeichneten Chemikalienbeständigkeit, seiner niedrigen Feuchtigkeitsabsorption und seiner guten Schlagzähigkeit in einem breiten Spektrum an Anwendungen eingesetzt wird. PE ist in mehreren verschiedenen Graden verfügbar, einschließlich HDPE (PE mit hoher Dichte) und LDPE (PE mit niedriger Dichte). HDPE ist für seine ausgezeichnete Steifigkeit und Schlagzähigkeit bekannt, wodurch es zu einem beliebten Material für Anwendungen geworden ist, für die beständige Materialien erforderlich sind. LDPE dagegen ist flexibler und verfügt über eine bessere Schlagzähigkeit. Daher eignet es sich für Anwendungen wie Plastiktüten und Verpackungsmaterial.

Polycarbonat (PC) ist ein beständiger und schlagzäher thermopastischer Kunststoff, der oft dort eingesetzt wird, wo eine hohe Beanspruchbarkeit und optische Klarheit erforderlich sind. PC bietet eine ausgezeichnete Schlagzähigkeit, wodurch es sich besonders gut für Anwendungen wie Schutzbrillen, Autoteile und elektronische Bauteile eignet. Es ist außerdem leicht und bietet eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Wärme und Chemikalien. Daher wird dieser Kunststoff häufig in der Luftfahrt, Automobilindustrie und Medizinbranche verwendet. Darüber hinaus lässt sich PC leicht verarbeiten, in komplexe Formen gießen und weist eine glänzende, transparente Oberfläche auf.

Unter Verschleißfestigkeit bei Kunststoffen versteht man die Fähigkeit eines Kunststoffmaterials, Beschädigung bzw. Verschleiß aufgrund von Reibung oder Abnutzung standzuhalten. Kunststoffe mit höherer Verschleißfestigkeit eignen sich besonders für Anwendungen, bei denen sie ständigem Verschleiß ausgesetzt sind wie in Zahnrädern, Lagern und anderen mechanischen Bauteilen.

POM (Polyoxymethylen) wird oft dort verwendet, wo Steifigkeit, eine lange Lebensdauer und Verschleißfestigkeit erforderlich sind wie bei Zahnrädern, Lagern und anderen mechanischen Bauteilen. Aufgrund seines niedrigen Reibungsfaktors eignet POM sich auch für Anwendungen, wo eine hohe Abriebbeständigkeit erforderlich ist, wie bei Förderbänder und Gleitelemente. Neben der ausgezeichneten Verschleißfestigkeit ist POM auch beständig gegenüber Chemikalien und Feuchtigkeit und eignet sich daher gut für Industrieanwendungen.

PEEK (Polyetheretherketon) verfügt über vorzügliche mechanische Eigenschaften, einschließlich hoher Beanspruchbarkeit, Steifigkeit und Verschleißfestigkeit. Es wird häufig in Anwendungen wie Lagern, Buchsen und Zahnrädern verwendet. Aufgrund seiner hohe Temperaturbeständigkeit eignet sich PEEK auch für die Verwendung in Umgebungen, die hohen Temperaturen ausgesetzt werden, wie in Anwendung für die Luftfahrt und die Automobilbranche. PEEK weist außerdem eine ausgezeichnete Chemikalienbeständigkeit sowie eine Strahlungs- und Abriebbeständigkeit auf.

UHMW (Ultrahochmolekulares Polyethylen) ist für eine herausragende Verschleißfestigkeit und einen niedrigen Reibungsfaktor bekannt. UHMW wird oft dort verwendet, wo eine lange Lebensdauer und Verschleißfestigkeit erforderlich sind, wie bei Förderanlagen, Schachtauskleidungen und Zahnrädern. UHMW ist außerdem leicht, schlagzäh und selbstschmierend, wodurch es sich für Anwendungen eignet, bei denen niedrige Reibung und geringer Lärm wichtig sind. UHMW ist auch chemikalien- und feuchtigkeitsbeständig.

Unter Formbeständigkeit versteht man die Fähigkeit eines Materials, seine Form und Größe beizubehalten, wenn es Temperaturänderungen, Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen ausgesetzt wird. Es ist unwahrscheinlicher, dass sich Kunststoffe mit hoher Formbeständigkeit verziehen, verformen oder schrumpfen. Daher sind sie ideal für Anwendungen, bei denen Präzision und Genauigkeit von Bedeutung sind wie bei der Fertigung von Elektronikteilen, medizinischen Geräten und Automobilteilen.

PBT (Polybutylenterephthalat) wird oftmals in elektronischen und Automobilanwendungen eingesetzt, bei denen enge Toleranzen und Stabilität ausschlaggebend sind. PBT hat einen niedrigen Wärmeausdehnungsfaktor, was bedeutet, dass es unwahrscheinlicher ist, dass sich das Material bei Temperaturveränderungen verzieht oder verformt. Es verfügt auch über gute elektrische Eigenschaften und wird oft in elektrischen Anschlüssen und Gehäusen verwendet. Dieser Kunststoff kann rauen Umgebungen und wiederholten Beanspruchungen standhalten und ist daher in Branchen wie Luftfahrt, Medizin und Telekommunikation beliebt.

PTFE (Polytetrafluorethylen) – normalerweise unter dem Markennamen Teflon bekannt – verfügt über eine ausgezeichnete Formbeständigkeit und hat einen niedrigen Wärmeausdehnungsfaktor. Das bedeutet, dass PTFE bei Temperaturunterschied minimale Formänderungen erfährt. Dadurch ist dieser Kunststoff überaus beständig gegenüber Verziehen, Schrumpfen oder Ausdehnung unter unterschiedlichen Temperaturbedingungen. Die Formbeständigkeit von PTFE ist in Anwendungen von Vorteil, bei denen Präzision und enge Toleranzen erforderlich sind, wie in mechanischen Bauteilen, Dichtscheiben und Dichtringen. Es weist auch eine gute Chemikalienbeständigkeit auf und hat Antihafteigenschaften – daher wird es oft in der Verpackungs- und Lebensmittelverarbeitungsbranche eingesetzt.

PPS (Polyphenylensulfid) bietet eine hervorragende Formbeständigkeit. Es wird häufig in Anwendungen mit hohen Temperaturen und rauen Umgebungen verwendet wie bei Automobil- und Luftfahrtteilen. PPS hat einen niedrigen Wärmeausdehnungsfaktor, was bedeutet, dass es unwahrscheinlicher ist, dass sich das Material bei Temperaturveränderungen verzieht oder verformt. Es weist außerdem eine ausgezeichnete Chemikalienbeständigkeit auf, ist äußerst beständig gegenüber Kriechdehnung – der langsamen Verformung eine Kunststoffmaterials im Laufe der Zeit unter ständiger Belastung bzw. Beanspruchung – und wird oft in Situationen eingesetzt, in denen andere Kunststoffe versagen würden.

Unter Chemikalienbeständigkeit versteht man die Fähigkeit eines Materials, den schädlichen Auswirkungen von Chemikalien standzuhalten, zum Beispiel Korrosion oder Verfall, wenn es diesen ausgesetzt wird. Materialien mit hoher Chemikalienbeständigkeit können ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften beibehalten, wenn diese mit diesen Substanzen in Kontakt kommen, ohne zu verfallen oder darauf zu reagieren.

PP (Polypropylen) ist ein kosteneffizienter Kunststoff, der eine gute Chemikalienbeständigkeit bietet und sich daher gut für die Verwendung in Chemieverarbeitungsanwendungen eignet. Es ist außerdem leicht und verfügt über gute mechanische Eigenschaften. Daher wird es oft für Verpackungen und Einwegprodukte gewählt. Die Feuchtigkeitsbeständigkeit dieses Kunststoffs bedeutet derweil, dass er sich für die Herstellung von Anwendungen wie medizinische Geräte und im Freien eingesetzte Ausrüstung eignet.

PE (Polyethylen) wird aufgrund seiner niedrigen Kosten und guten Chemikalienbeständigkeit häufig für Verpackungen und Einwegprodukte verwendet. Es ist außerdem leicht und verfügt über gute mechanische Eigenschaften. Daher wird es oft für im Freien eingesetzte Ausrüstung und Spielzeuge gewählt. PE hat eine hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit und wird oft in Anwendungen wie medizinischen Geräten und Wasserrohren verwendet.

HDPE (Polyethylen mit hoher Dichte) ist ein thermoplastisches Polymer, das sich durch eine gute Chemikalienbeständigkeit auszeichnet und oft bei der Herstellung von Spielzeugen, Lebensmittelherstellungsprodukten und beständiger Verpackung wie Shampooflaschen verwendet wird. Es ist außerdem leicht, kosteneffizient und verfügt über gute mechanische Eigenschaften. Daher wird es oft für im Freien eingesetzte Ausrüstung gewählt.

PA (Polyamid) – für gewöhnlich als Nylon bekannt – bietet eine gute Chemikalienbeständigkeit und gute mechanische Eigenschaften. Die Chemikalienbeständigkeit ist jedoch je nach dem Grad des verwendeten Nylons unterschiedlich. Es wird häufig in Anwendungen verwendet, wo Zähigkeit und Haltbarkeit erforderlich sind, wie bei Automobil- und Industrieteilen. Es ist auch abriebbeständig und schlagzäh. Seine Chemikalienbeständigkeit erlaubt es diesem Kunststoff derweil, scharfen Chemikalien und Lösungsmitteln standzuhalten. Dadurch eignet er sich ideal für die Verwendung in chemischen Verarbeitungsanwendungen.

Gummiartige Eigenschaften beziehen sich auf die Elastizität, Flexibilität und Belastbarkeit. Gummiartige Materialien können ohne Zerbrechen gedehnt und verbogen werden und kehren nach dem Verformen wieder in ihre ursprüngliche Form zurück.

TPE (Thermoplastische Elastomere) sind Kunststoffe, zu denen TPU zählt und die eine gummiartige Elastizität und Flexibilität aufweisen. Sie werden oft dort eingesetzt, wo weiche und ergonomische Eigenschaften wichtig sind, z. B. in Fahrzeuginnenräumen und medizinischen Geräten. TPE ist auch beständig gegenüber Witterung und Chemikalien und eignet sich daher für die Verwendung im Freien und bei Chemieverarbeitungsanwendungen. Außerdem lässt es sich leicht in komplexe Formen und Texturen formen. Daher wird es oft in der Konsumgüterbranche eingesetzt.

Silikon ist ein synthetisches Polymer, das häufig in Anwendungen eingesetzt wird, wo Haltbarkeit und Flexibilität wichtig sind. Silikon ist außerdem wärme-, kälte- und chemikalienbeständig und wird häufig in extremen Umgebungen verwendet. Es hat gummiartige Eigenschaften und kann daher leicht in komplexe Formen gebracht werden. Darüber hinaus ist Silikon ungiftig und antiallergisch. Aus diesem Grund kann es sicher in medizinischen und lebensmittelbezogenen Anwendungen eingesetzt werden.

Kosteneffizienz in einem Kunststoffmaterial bezieht sich auf die Fähigkeit des Materials, die gewünschte Leistung und Qualität zu einem angemessen Preis zu erbringen. Hierzu zählen Faktoren wie die Kosten für Rohmaterial, Bearbeitungskosten, Energieverbrauch, Verringerung von Abfall und Haltbarkeit des Produkts. Ein kosteneffizientes Kunststoffmaterial hält die Waage zwischen diesen Faktoren und erfüllt gleichzeitig die gewünschten Anforderungen an die Anwendung.

PP ist kosteneffizient und verfügt über gute mechanische Eigenschaften. Daher wird es oft für Verpackungen und Einwegprodukte gewählt. Außerdem ist es leicht und hat eine gute Chemikalienbeständigkeit. PP hat eine niedrige Dichte und ist eine erschwingliche Wahl für Produkte, bei denen eine große Menge an Material erforderlich ist, wie bei Flaschen und Behältern.

HDPE (Polyethylen mit hoher Dichte) bietet eine ausgezeichnete Chemikalienbeständigkeit und Haltbarkeit und eignet sich für Anwendungen wie Rohre, Behälter und Verpackung. Aufgrund seines hohen Verhältnisses von Beanspruchbarkeit zu Dichte handelt es sich dabei um einen beliebten Kunststoff für das Baugewerbe, z. B. für Kunststoffholz und Bodenbeläge. HDPE ist außerdem leicht und gilt daher als kosteneffiziente Option für Produkte, für die große Mengen an Material erforderlich sind.

Beim 3D-Drucken können viele Materialien verwendet werden, darunter Kunststoff, Metall und Keramik. Die Verwendung von Kunststoffmaterial hat jedoch einige wichtige Vorteile.

• Vielseitigkeit: Kunststoff kann zum Erstellen eines breiten Spektrums an Formen, Größen und Texturen verwendet werden.
• Haltbarkeit: Die beim 3D-Druck eingesetzten Kunststoffmaterialien sind oft haltbar und können verschiedenen Umweltbedingungen standhalten.
• Erschwinglichkeit: Die beim 3D-Druck zum Einsatz kommenden Kunststoffmaterialien sind oft günstiger als Materialien wie Metall oder Keramik.
• Gewicht: Kunststoffmaterialien sind oft leicht. Daher eignen sie sich besonders für die Fertigung von Teilen, die leicht sein müssen, oder für Anwendungen, für die Beweglichkeit erforderlich ist.
• Anpassbarkeit:. Kunststoffmaterialien können leicht angepasst und modifiziert werden, um den spezifischen Anforderungen einer Anwendung zu entsprechen.

Im Folgenden sind fünf der am häufigsten beim 3D-Drucken verwendeten Kunststoffe und deren Eigenschaften aufgeführt.

• PLA (Polylactid): Ein biologisch abbaubarer Kunststoff, der aus erneuerbaren Ressourcen hergestellt wird. Er kann leicht gedruckt werden, verfügt über einen niedrigen Schmelzpunkt und verursacht minimales Verziehen. Er ist jedoch spröde und hat eine niedrige Wärmebeständigkeit.
• ABS: Ein stabiler und haltbarer Kunststoff mit guter Wärmebeständigkeit. Er wird häufig in Automobilteilen und Haushaltsartikeln eingesetzt. Er setzt jedoch beim Drucken starke Dämpfe frei und es ist ein beheiztes Druckbett erforderlich.
• PETG (mit Gycol modifiziertes PET): Ein stabiler und flexibler Kunststoff mit guter Schlagzähigkeit. Er ist lebensmittelsicher und leicht zu drucken. Bei der Verwendung dieses Kunststoffs kommt es jedoch schnell zum Fadenziehen und es ist eine hohe Drucktemperatur erforderlich.
• Nylon: Ein stabiler und flexibler Kunststoff mit einer hohe Abriebbeständigkeit. Er wird häufig in mechanischen Teilen und Zahnrädern eingesetzt. Das Drucken hiermit ist jedoch schwierig und der Kunststoff erfordert hohe Temperaturen und besondere Druckbedingungen.
• TPU: Ein flexibler und elastischer Kunststoff mit guter Schlagzähigkeit. Er wird oft in Handygehäusen und Schuhsohlen eingesetzt. Das Drucken hiermit kann sich jedoch als schwierig erweisen, da er zum Verziehen tendiert und eine langsame Druckgeschwindigkeit erforderlich ist.

Die CNC-Bearbeitung ist genau wie das 3D-Drucken mit einem breiten Spektrum an Materialien kompatibel. Im Folgenden sind einige Vorteile der Verwendung von Kunststoff bei der CNC-Bearbeitung aufgeführt.

• Vielseitigkeit: Kunststoffe können in komplexe Formen und Größen gebracht werden. Daher eignen sie sich für eine Vielzahl von Anwendungen.
• Gewicht: Kunststoffe sind oftmals leichter als Metalle und sind daher für Anwendungen eine gute Wahl, bei denen das Gewicht von Bedeutung ist.
• Kosteneffizienz: Kunststoffe sind oft günstiger als Metalle und gelten daher als kosteneffiziente Option für die Fertigung.
• Chemikalienbeständigkeit: Kunststoffe sind beständig gegenüber vielen Chemikalien. Daher eignen sie sich für die Verwendung in rauen Umgebungen.
• Elektrische Isolierung: Einige Kunststoffe haben ausgezeichnete elektrische Isolierungseigenschaften und eignen sich daher besonders für elektrische und elektronische Anwendungen.

Im Folgenden sind fünf der am häufigsten bei der CNC-Bearbeitung verwendeten Kunststoffe und deren Eigenschaften aufgeführt.

• POM: Hierbei handelt es sich um einen Kunststoff mit guter Formbeständigkeit, niedriger Reibung und ausgezeichneter Verschleißbeständigkeit. Er eignet sich besonders für die Fertigung von Teilen mit engen Toleranzen wie Zahnräder und Lager.
• PC: Transparent, ausgezeichnete Schlagzähigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit und gute elektrische Isolierung. Dieser Kunststoff wird in Anwendungen verwendet, bei denen hohe Transparenz und Stabilität erforderlich sind, wie Linsen und Schutzschilde.
• PMMA (Acrylglas): Ein transparenter thermoplastischer Kunststoff mit guter Schlagzähigkeit, Witterungsbeständigkeit und optischer Klarheit. Er wird häufig in Displays, Schildern und Leuchtanwendungen eingesetzt.
• PE: Ausgezeichnete Chemikalienbeständigkeit, niedrige Reibung und gute elektrische Isolierung. Dieser Kunststoff wird häufig in Anwendungen wie Verpackungen, Tanks und chemischer Bearbeitungsausrüstung verwendet.
• PA (Nylon): Hervorragende Beanspruchbarkeit, Steifheit und Verschleißbeständigkeit. Dieser Kunststoff wird häufig in Anwendungen eingesetzt, für die eine hohe mechanische Leistung erforderlich ist, wie Zahnräder, Lager und Buchsen.

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