Die Wahl des Spritzgussmaterials lässt sich ohne erhebliche finanzielle Einbußen nur schwer rückgängig machen. Die meisten Hersteller denken zunächst an die Verwendung von Spritzgusskunststoffen, die sich leichter verarbeiten lassen, um Produktionskosten zu sparen. Vorausschauende Hersteller berücksichtigen jedoch auch Materialien, die zuverlässig funktionieren und die Gesamtbetriebskosten der Teile senken.
Bei diesem schwierigen Balanceakt zwischen zukünftigen Bedürfnissen und aktuellen Zielen werden Sie feststellen, dass kein Polymer dem anderen gleicht. Selbst Materialien mit gleicher chemischer Zusammensetzung sind nicht immer austauschbar. Ihr Budget, die Anwendungsumgebung und die Teilegeometrie spielen eine entscheidende Rolle für die endgültige Entscheidung. Dieser Leitfaden stellt die besten verfügbaren Spritzgusskunststoffe vor und bietet Auswahlkriterien, die Sie Ihren Zielen näherbringen.
Was sind Spritzgusskunststoffe?
Spritzgusskunststoffe sind Polymerharze mit speziellen Eigenschaften, die in der Massenproduktion von Gütern und Industrieteilen verwendet werden.
Die Kunststoffe können bei hohen Temperaturen geschmolzen und unter hohem Druck in eine Metallform gepresst werden. Sie können schnell abgekühlt und zu komplexen Teilen verfestigt werden.
Vor dem eigentlichen Herstellungsprozess werden Spritzgusskunststoffe als kleine Pellets oder Granulate verpackt, transportiert und gelagert. Während der Verarbeitung werden sie geschmolzen und zu Teilen unterschiedlicher Formen geformt.
Thermoplaste sind Kunststoffe, die nach dem Erstarren wieder erhitzt und umgeformt werden können. Sie sind vollständig recycelbar.
Duroplaste sind Kunststoffe, die beim Spritzgießen dauerhafte Verbindungen eingehen. Die Abfälle können nicht wieder eingeschmolzen und recycelt werden.
Häufig verwendete Kunststoffe im Spritzguss
Die Auswahl der richtigen Spritzgusskunststoffe für Ihr Projekt ist genauso wichtig wie die Designoptimierung, denn das falsche Material kann alles ruinieren. Am besten beginnen Sie damit, die spezifischen mechanischen und chemischen Eigenschaften der verschiedenen Kunststoffe zu verstehen.
- Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)
Dieses Material eignet sich für Teile, die stoßfest und robust sein müssen, ohne dabei an Ästhetik einzubüßen.
ABS lässt sich aufgrund seiner geringen Schrumpfungsrate leicht verarbeiten. Es behält seine Maßtoleranzen bei, was ideal für Anwendungen im Automobilbereich und bei Konsumgütern wie Armaturenbrettern und LEGO-Steinen ist.
Achten Sie bei der Verwendung von ABS-Teilen auf Verfärbungen. Das Material ist nicht beständig gegen längere UV-Lichteinwirkung. Es vergilbt und wird spröde.
Ingenieure umgehen diese Einschränkung häufig durch den Einsatz von Zusatzstoffen wie Antioxidantien und UV-Absorbern.
- Polypropylen (PP)
Für Bauteile, die Umgebungen mit regelmäßigem Chemikalienaustritt oder Wasserlecks standhalten müssen, ist Polypropylen das Material der Wahl. Es handelt sich um einen kostengünstigen, kristallinen thermoplastischen Kunststoff, der aus Propylenmonomeren hergestellt wird.
Es ist beständig gegen Laugen und Lösungsmittel und nimmt keine Feuchtigkeit auf. Es lässt sich unzählige Male biegen, ohne zu brechen.
Zu den wichtigsten Anwendungsgebieten von PP gehören Plastikflaschenverschlüsse, mikrowellengeeignete Behälter, medizinische Spritzen und Stoßstangen für Autos.
Die Molekülstruktur von PP ist symmetrisch, was dem Material eine niedrige Schmelzviskosität verleiht. Geschmolzenes PP fließt mit geringem Widerstand, was die Standzeit der Form verlängert. Allerdings weist PP eine hohe Formschrumpfungsrate auf und ist anfälliger für Verzug.
- Polycarbonat (PC)
Wenn Ihre Bauteile extreme Schlagfestigkeit und hohe optische Transparenz erfordern, empfehlen Verarbeiter Polycarbonat (PC). Mit diesem technischen Kunststoff lassen sich Bauteile herstellen, die selbst unter starken Vibrationen nahezu unzerbrechlich sind.
Polycarbonat (PC) besitzt lange Molekülketten und starre Benzolringe, die ihm eine hohe Dimensionsstabilität und Widerstandsfähigkeit gegen Verformung verleihen. Diese Molekülstruktur macht PC jedoch auch viskoser und erschwert das Spritzgießen, außer unter extrem hohem Druck und mithilfe neuartiger Konstruktionsverfahren.
Aufgrund seiner hohen optischen Transparenz steigt die Nachfrage nach Polycarbonat (PC) bei der Herstellung von Glasfenstern, Schutzbrillen und Scheinwerfergläsern.
- Polyamid / Nylon (PA6 / PA66)
Nylon ist ein technischer Kunststoff mit besonderen Eigenschaften, darunter:
- Hohe mechanische Festigkeit
- Überlegene thermische Stabilität
- Außergewöhnliche Verschleißfestigkeit
Die Molekularstruktur von Nylon besteht aus Kohlenwasserstoff- und Polyamidketten. Diese bilden beim Schmelzen des Materials starre Bindungen, wodurch es steif und schlagfest wird.
Durch diese interne Konfiguration erhält Nylon einen niedrigen Reibungskoeffizienten und höchste Zuverlässigkeit bei Anwendungen mit hohem mechanischem Verschleiß.
Nylon wird unter anderem für Zahnräder, Lager, Motorkrümmer und Kabelbinder verwendet. Die größte Einschränkung besteht darin, dass Nylon hygroskopisch ist.
- Polyethylen hoher Dichte (HDPE)
Wenn Sie einen preiswerten Standardkunststoff mit hoher mechanischer Festigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit benötigen, ist HDPE die richtige Wahl.
Das halbkristalline Harz besitzt eine lineare Molekulararchitektur mit Kohlenstoffatomketten, die sich beim Abkühlen nach dem Schmelzen dicht aneinander packen.
Durch diese hohe Packungsdichte weist HDPE seine hohe Dichte auf, darunter eine hohe Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen und eine hervorragende Chemikalienbeständigkeit. Zu den gängigen Anwendungsgebieten zählen Schneidebretter, Rohre und Recyclingbehälter.
Aufgrund seiner inneren Struktur ist HDPE jedoch sehr anfällig für Verzug und Formschrumpfung. Verarbeiter müssen daher sicherstellen, dass die Konstruktionen eine gleichmäßige Wandstärke und abgerundete Ecken aufweisen.
- Polyethylen niedriger Dichte (LDPE)
Für Anwendungen, die teilkristalline Thermoplaste erfordern, ist LDPE sehr empfehlenswert. Es zeichnet sich durch geringe Struktursteifigkeit und hohe Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen aus.
Es ist zuverlässig, wenn Ihre Bauteile flexibel und chemisch inaktiv sein müssen. Zu den wichtigsten Anwendungsbereichen gehören:
- Frischhaltefolien
- Luftpolsterfolie
- Kosmetikflaschen
- Wasserschläuche
Beachten Sie, dass LDPE im Vergleich zu HDPE sehr schwache intermolekulare Ketten aufweist, was ihm eine geringe Zugfestigkeit und geringe Hitzebeständigkeit verleiht. Es ist nicht für dauerhaft hohe Belastungen geeignet.
- Polystyrol (PS / HIPS)
Wählen Sie Standard-Polystyrol, wenn Sie einen handelsüblichen thermoplastischen Kunststoff mit hoher optischer Transparenz benötigen. Entscheiden Sie sich für schlagfestes Polystyrol, die gummimodifizierte Variante, wenn Sie Wert auf Festigkeit und Zähigkeit legen.
Die Molekularstruktur von Polystyrol besteht aus Kohlenwasserstoffketten mit Benzolringen zwischen jedem Kohlenstoffatom. Diese Struktur verhindert die Kristallisation beim Schmelzen des Harzes und bewirkt, dass es als amorpher Feststoff abkühlt. Dies ist vorteilhaft für die optische Klarheit und die Dimensionsstabilität der Bauteile.
Aufgrund seiner inneren Struktur ist Polystyrol jedoch sehr spröde. Es bricht und zersplittert leicht. Hochschlagfestes Polystyrol (HIPS) behebt dieses Problem, indem dem Material vor dem Schmelzen Gummigranulat beigemischt wird. Die Additive wirken als Stoßdämpfer und Verstärkungsmittel, machen PS aber auch undurchsichtiger.
Zu den wichtigsten Anwendungsgebieten von PS gehören Einwegbesteck, diagnostische Petrischalen und Kühlschrankinnenauskleidungen. Sowohl GPPs als auch HIPs sind leicht entzündlich.
- Polyoxymethylen / Acetal (POM / Delrin)
Nur wenige Werkstoffe bieten eine so außergewöhnliche mechanische Festigkeit und einen so niedrigen Reibungskoeffizienten wie Polyoxymethylen (POM). Es zeichnet sich außerdem durch gute Dimensionsstabilität aus.
Die Molekülketten des Acetals sind dicht gepackt (bestehend aus Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Wasserstoffatomen), wodurch das Harz hochkristallin ist. Diese Anordnung verleiht dem Material viele seiner wünschenswerten Eigenschaften, darunter Kriechfestigkeit und Dauerfestigkeit.
Der Hauptvorteil von POM besteht in seiner Fähigkeit, dauerhaften mechanischen Belastungen und Biegungen standzuhalten, ohne zu brechen.
Häufige Anwendungen sind:
- Reißverschlusszähne
- Getriebe
- Elektrische Schalter
- Teile des Kraftstoffsystems
- Polyethylenterephthalat (PET)
Dieser thermoplastische Polyester wird aufgrund seiner Festigkeit, Transparenz und seines geringen Gewichts geschätzt. PET-Teile sind äußerst beständig gegen Feuchtigkeit und das Eindringen von Gasen.
Die molekulare Anordnung in PET-Teilen wird durch die Abkühlgeschwindigkeit bestimmt. Bei schneller Abkühlung erstarren die Benzol- und Esterketten, was zu amorphen, hochtransparenten Feststoffen führt.
Bei langsamer Abkühlung bilden die Ketten eine kristalline und undurchsichtige Matrix.
Zu den gängigen Anwendungsfällen für PET im Spritzgussverfahren gehören die Herstellung von Getränkeflaschen, Textilfasern und Strukturbauteilen für die Automobilindustrie.
10. Polyetherimid (PEI / Ultem)
Projektmanager im Bereich Spritzguss für die Luft- und Raumfahrt sowie die Automobilindustrie wählen Polyetherimid häufig aufgrund seiner hohen mechanischen Festigkeit und Flammwidrigkeit.
PEI bleibt auch bei Temperaturen über 180 Grad Celsius betriebssicher. Es ist schwer entflammbar und formstabil, selbst unter starker mechanischer Belastung.
Polyetherimid ist jedoch ein teurer Werkstoff. Aufgrund seiner hohen Viskosität lässt er sich zudem nicht einfach im Spritzgussverfahren verarbeiten.
Zu den gängigen Anwendungsfällen für PEI gehören:
- Medizinische Autoklavierschalen
- Teile der Bordküche eines Flugzeugs
- Sensoren im Motorraum
11. Flüssigsilikonkautschuk
Flüssigsilikonkautschuk ist ein duroplastisches Elastomer, das für seine hohe thermische Stabilität und außergewöhnliche Biokompatibilität geschätzt wird.
LSR besteht aus zwei flüssigen Komponenten, die gemischt und ausgehärtet werden, um feste, flexible Teile herzustellen, die bei Hitzeeinwirkung weder schmelzen noch sich zersetzen.
Der größte Vorteil von LSR ist seine Biokompatibilität. Es ist ungiftig und hypoallergen und eignet sich daher für medizinische Anwendungen und Lebensmittelanwendungen.
Typische Anwendungsgebiete von flüssigem Silikonkautschuk sind:
- Prothetik
- Katheter
- Blutfilter-Verschließvorrichtungen
- Schnuller
- Flaschennippel
12. Polyetheretherketon (PEEK)
Es handelt sich um einen Hochleistungskunststoff für den Spritzguss, der in extremen Umgebungen eingesetzt wird, in denen Metalle unpraktisch sind.
PEEK ist der ultimative technische Kunststoff, der unvergleichliche chemische Beständigkeit, Hitzebeständigkeit und strukturelle Steifigkeit bietet.
Zu den wichtigsten Anwendungsgebieten gehören:
- Strukturhalterungen für die Luft- und Raumfahrtindustrie
- Medizinische Implantate
- Ausrüstung für die Erdölexploration
PEK ist sehr kostspielig und erfordert extrem hohe Formgebungstemperaturen, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.
13. Thermoplastische Elastomere (TPE / TPU)
Thermoplastische Elastomere vereinen die Elastizität von Gummi und die Recyclingfähigkeit von Kunststoffen in einem einzigen Material.
Ihre molekulare Architektur umfasst alternierende Copolymerketten aus weichen Blöcken (amorphe Polyolketten) und harten Blöcken (kristalline Polyamidsegmente).
Aus diesem Grund können TPE und TPU eine starke elastische Verformung aushalten und in ihre ursprüngliche Form zurückkehren.
TPE und TPU können auf andere Kunststoff- oder Metallteile umspritzt werden, wodurch die Kosten und die Komplexität der Montage reduziert werden. Dieses Verfahren wird als Umspritzen bezeichnet.
Zu den gängigen Anwendungsgebieten von thermoplastischen Elastomeren gehören
- Handyhüllen
- Dichtungen
- Tragbare Fitnessarmbänder
14. Acryl / Polymethylmethacrylat (PMMA)
Acryl ist der führende Kunststoff für das Spritzgießen und eignet sich zur Herstellung bruchsicherer und transparenter Teile, die anstelle von Glas verwendet werden. Zu seinen herausragenden Eigenschaften zählen hohe optische Klarheit (92 % Lichtdurchlässigkeit), Kratzfestigkeit und Witterungsbeständigkeit.
PMMA kann von Natur aus nicht kristallisieren und erstarrt daher als amorphe, ungeordnete Feststoffmatrix. Dies erklärt seine Transparenz und Steifigkeit. Seine inneren Bindungen sind äußerst beständig gegenüber elektromagnetischer Strahlung und UV-Strahlung.
Acryl wird häufig bei der Herstellung von Folgendem verwendet:
- Optische Linsen
- Bildschirme anzeigen
- Gehäuse für Kfz-Rückleuchten
So wählen Sie den richtigen Kunststoff für das Spritzgießen
Es gibt keinen allgemein besten Kunststoff für Spritzguss, da ein Material, das in einer Branche hervorragend geeignet ist, in einer anderen katastrophal unzuverlässig sein kann. Um die beste Entscheidung zu treffen, sollten Sie die Anforderungen Ihrer Anwendung, einschließlich der benötigten mechanischen Funktionen und der realen Einsatzbedingungen, sorgfältig berücksichtigen. Wählen Sie anschließend natürlich ein Material, das am besten zu Ihrem Budget passt.
- Mechanische Festigkeit
Die mechanische Festigkeit eines Materials definiert seine Fähigkeit, unter äußerer Belastung intakt zu bleiben. Die drei wichtigsten Faktoren für die mechanische Festigkeit, die bei Spritzgusskunststoffen zu berücksichtigen sind, sind:
- Zugfestigkeit – Widerstand gegen Dehnung
- Biegefestigkeit – Widerstand gegen Biegung
- Schlagfestigkeit – Fähigkeit, plötzliche Stöße abzufedern, ohne zu brechen
- Umweltbelastung
Nachdem die Teile das Werk des Spritzgießers verlassen haben, können ihre Lebensdauer und Leistungsfähigkeit maßgeblich von Witterung, Chemikalien und Temperatur in der jeweiligen Anwendungsumgebung abhängen. Beim Kauf hochwertiger Spritzgusskunststoffe ist es daher ratsam, zu berücksichtigen, welchen Lösungsmitteln, Ölen, Strahlung, UV-Strahlung oder Feuchtigkeit die Teile ausgesetzt sein werden.
- Wärmemanagement
Berücksichtigen Sie sowohl die Verarbeitungs- als auch die Betriebstemperaturgrenzen Ihres bevorzugten Spritzgusskunststoffs. Kunststoffe mit extrem hohen Schmelztemperaturen können schwierig zu verarbeiten sein. Achten Sie bei der Betriebstemperatur darauf, wie schnell sich das Material bei steigender Temperatur verzieht. Wählen Sie einen Kunststoff mit der höchsten maximalen Dauereinsatztemperatur, um eine lange Lebensdauer der Teile und eine optimale Betriebseffizienz zu gewährleisten.
- Kosmetische und optische Anforderungen
Für Bauteile, die maximale optische Klarheit erfordern, eignen sich transparente Polymere. Amorphe Harze weisen die höchste Lichtdurchlässigkeit auf. Für hochglänzende Oberflächen und Lackierungen sollten Sie Materialien wählen, die beste Oberflächenqualität und Verarbeitungsstabilität bieten.
- Budget
Hochleistungskunststoffe sind teurer als Standard-Spritzgusskunststoffe. Auch das Produktionsvolumen sollte berücksichtigt werden. Während der Prototypenphase mag sich der Einsatz eines teuren Hochleistungskunststoffs noch gut lohnen, doch bei der Massenproduktion schmälern die hohen Kosten Ihre Gewinnmargen.
Die besten Spritzgusskunststoffe nach Eigenschaften
Dies sind die insgesamt leistungsstärksten Kunststoffe für das Spritzgießen:
Polyetheretherketon (PEEK) – stärkster Kunststoff für Spritzguss
Dieses Material hält Zugspannungen von über 100 MPa stand. Es verformt sich unter konstanter mechanischer Belastung nicht und kriecht nicht. Durch die Verstärkung mit Kohlenstofffasern erreicht es in seinen verschiedenen Anwendungsbereichen die gleiche Leistungsfähigkeit wie Metall.
Polypropylen (PP) – der günstigste Kunststoff für Spritzguss
Polypropylen kostet in seiner Standardform als Neuware zwischen 1.01 und 1.57 US-Dollar pro Kilogramm. Es besitzt eine extrem niedrige Dichte von 0.90 g/cm³ und lässt sich aufgrund seiner hydrophoben Eigenschaften und seines niedrigen Schmelzpunkts sehr leicht verarbeiten.
Polyoxymethylen (Acetal / POM) – der haltbarste Spritzgusskunststoff
Wir haben bereits festgestellt, dass die internen Moleküle von POM dicht gepackt sind, was es extrem robust und formstabil macht. Seine hohe Zugfestigkeit schützt es vor Verformungen unter dauerhafter Belastung. Es ist selbstschmierend, was eine längere Lebensdauer auch in Anwendungen mit unvermeidbarer Reibung bedeutet.
Polycarbonat (PC) – der beste Spritzgusskunststoff für transparente Teile
Die amorphe Molekularstruktur von Polycarbonat ermöglicht eine maximale Lichtdurchlässigkeit (95 %) bei minimaler Streuung. Dank seines Brechungsindex von 1.584 lässt es sich ohne Verformungsrisiko zu klaren, transparenten Teilen verarbeiten.
Thermoplastisches Polyurethan (TPU) – der beste Kunststoff für flexible Spritzgussteile
Wie bereits erwähnt, besitzt TPU eine Blockcopolymer-Molekularstruktur mit weichen und harten Abschnitten. Dies bedeutet unter anderem, dass es sich deutlich stärker dehnen lässt als andere Kunststoffe und dennoch ohne zu reißen oder an Festigkeit zu verlieren in seine ursprüngliche Form zurückkehrt.
Vergleichstabelle für Spritzgusskunststoffe
| Material | Kosten | Zugfestigkeit | Flexibilität | Max. Betriebstemp | Einzigartiges Merkmal |
| PP | Sehr niedrig | Niedrig | Hoch | 100 ° C | Integrierte Filmscharniere; ausgezeichnete Dauerfestigkeit. |
| HDPE | Niedrig | Niedrig | Medium | 80°C | Feuchtigkeitsbarriere; lebensmittel- und chemikalienbeständig. |
| ABS | Medium | Medium | Niedrig | 85°C | Ausgezeichnete Schlagfestigkeit und kosmetische Oberfläche. |
| Kunststoffbälle | Medium-High | Hoch | Medium | 120°C | Selbstschmierend und verschleißfest; hohe Reibungslebensdauer. |
| PC | Medium-High | Hoch | Niedrig | 135°C | Kugelsichere Stoßfestigkeit bei gleichzeitig klarer Optik. |
| POM | Medium-High | Hoch | Niedrig | 105°C | Hohe Dimensionsstabilität; kein Strukturkriechen. |
| PMMA | Medium | Medium | Starr/Spröde | 90°C | Außergewöhnliche UV-Beständigkeit und optische Transmission. |
| PEEK | Ultra hoch | Extrem | Niedrig | 250°C | Metallersatzpolymer für extreme Einsatzbedingungen. |
| LSR | Hoch | Niedrig-Mittel | Extrem | 200°C | Duroplastischer Kautschuk; extreme thermische und chemische Stabilität. |
| TPE | Hoch | Niedrig | Ultra hoch | 70°C | Elastomerflexibilität; ideal für weiches Umspritzen. |
Fazit
Die Wahl des optimalen Spritzgusskunststoffs zahlt sich aus, wenn sie auf das Bauteildesign, die gewünschten Verarbeitungsfenster und die Fertigungstoleranzen abgestimmt ist. Jedes Polymer besitzt eine einzigartige chemische und physikalische Zusammensetzung, was einen Austausch der Formen praktisch unmöglich macht. Ein kostengünstiger Standardkunststoff lässt sich nicht in eine Form einsetzen, die für einen hochwertigen technischen Kunststoff konzipiert ist. Wählen Sie daher Ihren Kunststoff immer vor dem Formenbau. Dieser Leitfaden hilft Ihnen, die beste Materialauswahl zu treffen.
