قالب گیری تزریقی - راهنمای مواد (قسمت دوم)

نحوه انتخاب مواد مناسب

کارگاه های قالب گیری تزریقی می توانند قطعات سفارشی را در صدها ماده بسازند. به منظور انتخاب مواد قالب گیری تزریقی مناسب برای پروژه خود، مفید است ابتدا به چند معیار کلیدی زیر توجه کنید:

·       مکان: آیا قطعه شما در فضای باز، داخل خانه یا در محیطی تاریک، روشن، مرطوب یا خشک استفاده خواهد شد؟ آیا در معرض مواد شیمیایی یا حلال ها قرار خواهد گرفت؟

·       دما: آیا محصول در دماهای انجماد، گرم یا جوش استفاده می شود؟

·       چرخه عمر: انتظار دارید چه مدت از این قطعه استفاده شود؟ آیا باید 5 سال، 25 سال یا بیشتر دوام بیاورد؟

·       گارانتی: آیا برای محصول خود گارانتی ارائه می دهید و اگر چنین است، هزینه پوشش گارانتی آن در آینده چقدر است؟

·       هزینه: آیا باید هزینه‌ها را با پلاستیک‌های کالای ارزان‌تر به حداقل برسانید یا بودجه شما اجازه می‌دهد تا پلاستیک‌های مهندسی شده گران‌تری داشته باشید؟ پلاستیک های کالایی به طور گسترده در دسترس هستند و معمولاً چگالی بالایی دارند و گرمای کمتری را تحمل می کنند. منابع مهندسی شده سخت تر هستند و بسیار مقاوم در برابر حرارت و سفت هستند.

·       لوازم آرایشی و بهداشتی: چقدر به ظاهر محصول خود نیاز دارید؟ قالب‌گیری تزریقی امکان ایجاد طیف گسترده‌ای از رنگ‌ها، پوشش‌ها و بافت‌ها را فراهم می‌آورد. البته هزینه برای پوشش تخصصی‌تر افزایش می‌یابد.

ملاحظات فوق در مورد مکان، دما، چرخه عمر و ضمانت مربوط به عملکرد مواد است. مواد قالب‌گیری تزریقی برای برآوردن ویژگی‌های عملکردی خاص از جمله استحکام مکانیکی، مقاومت در برابر سایش، اصطکاک کم، مقاومت شیمیایی، مقاومت در برابر دما، شفافیت، پایداری UV، سختی، انعطاف‌پذیری و وزن توسعه داده شده‌اند. یکی دیگر از ملاحظات رایج، نرخ انقباض است، یا اینکه چقدر یک ماده در طول فرآیند قالب گیری منقبض می شود. در نظر گرفتن این موضوع در طراحی، یک ابزار مهم است.

اگر برای اولین بار است که با قالب‌گیری تزریقی شروع می‌کنید، ممکن است بخواهید به شش ماده اولیه قالب‌گیری تزریقی مراجعه کنید. اینها پلی پروپیلن (PP)، آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)، پلی کربنات (PC)، نایلون (PA)، پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) و PC-ABS (ترکیبی از ABS و PC) هستند. اینها رزین هایی هستند که به دلیل ترکیبی از خواص مکانیکی مطلوب و هزینه کم، اغلب مورد استفاده قرار می گیرند. پلاستیک‌های قالب‌گیری تزریقی با کارایی بالا مانند PEEK و PEI گران‌تر هستند اما بهترین مقاومت در برابر حرارت و سختی را دارند. اگر به دنبال ترکیب خاصی از ویژگی های مواد هستید، ادامه مطلب را بخوانید.

پلاستیک سفت و سخت

 آمورف در مقابل نیمه کریستالی

هنگام انتخاب بین پلاستیک، درک چگونگی ایجاد ویژگی های مختلف مواد مفید است. تفاوت عمده بین دو نوع اصلی پلاستیک های قالب گیری تزریقی، ترموپلاستیک های آمورف و پلاستیک های نیمه کریستالی، ساختار مولکولی آنها است. ترموپلاستیک های آمورف دارای ساختارهای مرتب شده تصادفی هستند که به تدریج نرم می شوند و سپس ذوب می شوند و پلاستیک های نیمه کریستالی دارای ساختارهای بسیار منظم با گذار باریک از جامد به مذاب هستند.

پلاستیک های آمورف برای قطعاتی که باید شفاف یا رنگی باشند بهتر است. آنها از نظر ابعادی بسیار پایدار هستند و مقاومت خوبی در برابر ضربه ایجاد می کنند. با این حال، آنها اغلب مقاومت کمی در برابر خستگی یا ترک خوردگی استرس دارند. نمونه هایی از پلاستیک های آمورف عبارتند از PC، PMMA، PETG، ABS، PEI، PVC، PSU و PS.

ترموپلاستیک های نیمه کریستالی مقاومت بیشتری در برابر سایش دارند و برای باربری، سایش و کاربردهای ساختاری عالی هستند. آنها همچنین مقاومت شیمیایی و الکتریکی خوبی دارند و اغلب به دلیل ضریب اصطکاک کم می توانند "خود روان شونده" باشند. اگر به دنبال اتصال قطعات از طریق فرآیندهای شیمیایی یا قالب‌گیری بیش از حد هستید، این نیز می‌تواند یک نقطه ضعف باشد. مواد نیمه کریستالی معمولاً از نظر ظاهری مات یا کدر هستند. مواد نیمه کریستالی رایج عبارتند از PE، PP، PA، PBT، POM، PET و PEEK.

مقایسه نمونه رزین های آمورف و نیمه کریستالی

گرانول های پلاستیکی پلی استایرن، پی وی سی و پلی کربنات

راهنمای آشنایی با تمام مواد:

·       ABS (اکریلونیتریل بوتادین استایرن): پلاستیک مهندسی همه منظوره با استحکام بالا که برای بسیاری از محصولات تجاری استفاده می شود.

·       ASA (اکریلونیتریل استایرن اکریلات): ماده ای بسیار شبیه به ABS با مقاومت بالاتر در برابر محو شدن و مناسب تر برای استفاده در فضای باز.

·       CA (استات سلولز): به طور معمول در عینک و فیلم استفاده می شود، CA یک ماده شفاف انعطاف پذیر است که می تواند در تماس با مواد غذایی استفاده شود.

·       HDPE (پلی اتیلن با چگالی بالا): نسبت مقاومت به وزن و مقاومت شیمیایی عالی. اغلب برای مخازن سوخت، عایق های رابط و ظروف غذا استفاده می شود. HDPE همچنین در تجهیزات فضای باز مانند زمین های بازی استفاده می شود.

·       LCP (پلیمر کریستال مایع): LCP حتی در دماهای بالا و همچنین ثابت دی الکتریک پایین مکانیکی دارد. این ماده ویژگی های استثنایی برای میکرومولدینگ و اجزای جدار نازک ارائه می دهد. LCP برای اتصالات الکتریکی و همچنین دستگاه های پزشکی محبوب است.

·       LDPE (پلی اتیلن با چگالی کم): یک ماده انعطاف پذیر و سخت با چگالی کمتر در مقابل .HDPE به اسیدها، بازها یا الکل ها واکنش نشان نمی دهد. برای سینی ها، درب های محکم و ظروف همه منظوره مفید است.

·       PA 6 (پلی آمید 6، نایلون 6): استحکام مکانیکی، سختی، پایداری خوب در برابر گرما و مقاومت شیمیایی را دارد.

·       PA 6/6 (پلی آمید 6/6، نایلون 6/6): استحکام مکانیکی، سختی، پایداری خوب در برابر گرما و مقاومت شیمیایی را دارد.

·       PARA (پلی آریل آمید): اغلب با مواد پرکننده مانند الیاف شیشه یا معدنی ترکیب می شود، PARA قطعات بسیار سفت و سخت با خزش کم و سرعت جذب آب کندتر در مقایسه با نایلون (PA) ایجاد می کند. PARA برای اجزای ساختاری در وسایل الکترونیکی دستی و همچنین تجهیزات پزشکی عالی است.

·       PBT (پلی بوتیلن ترفتالات، Valox): یک عایق الکترونیکی رایج با پایه پلی استر. در خودروسازی به عنوان جایگزینی با سایش طولانی تر برای نایلون استفاده می شود.

·       PBT-PET (پلی بوتیلن ترفتالات-پلی اتیلن ترفتالات): ترکیبی از PBT و PET.

·       PC (پلی کربنات): یک پلاستیک شفاف یا رنگی، سبک و شیشه مانند که به شدت در صنایع مختلف استفاده می شود. PC در برابر ضربه مقاوم است، جزئیات زیادی از ویژگی ها را در خود دارد و می تواند برای تجهیزات ایمنی، لنزها، دستگاه های الکترونیکی و موارد دیگر استفاده شود.

·       PC-ABS (پلی کربنات-اکریلو نیتریل بوتادین استایرن): بهترین هر دو PC و ABS. ترموپلاستیک مهندسی با مقاومت بالاتر با انعطاف پذیری کمی بیشتر از پلی کربنات استاندارد.

·       PC-PBT (پلی کربنات-پلی بوتیلن ترفتالات، Xenoy): ماده ای سخت و سفت و مقاوم در برابر روان کننده ها، حلال ها و مواد پاک کننده. در محفظه های الکترونیکی بسیار رایج است.

·       PC-PET (پلی کربنات-پلی اتیلن ترفتالات): ترکیبی از PC و PET نتایج سخت و شیمیایی مقاومی را ارائه می دهد و می تواند به عنوان جایگزین PC-ABS استفاده شود. حلال ها و پاک کننده های خشن را تحمل می کند و برای تجهیزات ورزشی و کاربردهای بهداشتی عالی است.

·       PCT (پلی سیکلوهگزیلن متیلن ترفتالات): یک پلی استر ترموپلاستیک که معمولاً به دلیل جذب رطوبت کمتر و پایداری محیطی بهتر از PET بهتر عمل می کند. PCT اغلب برای اتصالات و سوئیچ ها استفاده می شود.

·       پلی اتیلن PE (پلی اتیلن): یکی از رایج ترین پلاستیک های مورد استفاده در جهان، پلی اتیلن دارای شکل پذیری بالا، مقاومت در برابر سایش و مقاومت شیمیایی است. PE اغلب با وزن مولکولی آن توصیف می شود، مانند UHMW PE (وزن مولکولی فوق العاده بالا)، LDPE (چگالی کم)، یا HDPE (چگالی بالا). پلی اتیلن در بسته بندی، لوله، فیلم، بطری و غیره استفاده می شود.

·       PEEK (پلی اتر کتون): با ارائه استحکام کششی عالی که از بیشتر پلاستیک ها پیشی می گیرد، PEEK اغلب به عنوان جایگزینی سبک برای قطعات فلزی در کاربردهای با دمای بالا و استرس بالا استفاده می شود. PEEK در برابر مواد شیمیایی، سایش و رطوبت مقاوم است.

·       PEI (پلی تریمید) :  به دلیل مقاومت بسیار بالا در برابر حرارت و شعله شناخته شده است، برای بسیاری از کاربردهای پزشکی استفاده می شود و مقرون به صرفه تر از PEEK است.

·       PE-PP (پلی اتیلن-پلی پروپیلن): مخلوط رزینی از پلی پروپیلن پلی الفین و پلی اتیلن.

·       PE-PS (پلی اتیلن-پلی استایرن): ترکیب رزینی از پلی اتیلن و پلی استایرن.

·       PES (پلی اتر سولفون): پلاستیکی سفت و سخت و شفاف که از نظر شیمیایی بی اثر، زیست سازگار و قابل استریل شدن است. PES برای دستگاه های تماس با غذا مانند اجزای دستگاه قهوه ساز و همچنین هوافضا و خودرو که در معرض مواد شیمیایی زیاد است مناسب است.

·       PET (پلی اتیلن ترفتالات، راینیت): همچنین به اختصار PETE، رزین پلی اتیلن شفاف، قوی و سبک است که به شدت در بسته بندی مواد غذایی، بطری های نوشابه، شیشه ها و غیره استفاده می شود. این مواد برای غذا بی خطر است. PET با کد رزین 1 قابل بازیافت است.

·       PLA (اسید پلی لاکتیک): یک پلاستیک زیست تخریب پذیر و تجدید پذیر. PLA دمای انتقال شیشه ای نسبتاً پایینی دارد و در کاربردهای کوتاه مدت رایج است.

·       PMMA (پلی متیل متاکریلات، اکریلیک): یک پلاستیک شیشه مانند شفاف. خواص سایش و پارگی خوب. عالی برای استفاده در فضای باز

·       POM (استال پلی اکسی متیلن، دلرین): مقاومت خوب در برابر رطوبت، مقاومت در برابر سایش بالا و اصطکاک کم.

·       PP (پلی پروپیلن): پلی پروپیلن دارای خواص الکتریکی عالی و جذب رطوبت کم یا بدون جذب است. بارهای سبک را برای مدت طولانی در دماهای مختلف حمل می کند. می توان آن را به قطعاتی تبدیل کرد که نیاز به مقاومت شیمیایی یا خوردگی دارند.

·       PPA (پلی فتالامید): زیر مجموعه ای از نایلون ها (پلی آمید) که معمولاً نقطه ذوب بالاتر و جذب رطوبت کمتری را نشان می دهند. PPA به دلیل توانایی آن در مقاومت در برابر مواد شیمیایی خشن معمولاً در کاربردهای خودروسازی و صنعتی استفاده می شود. PPA برای منیفولدهای سوخت و سیال و محفظه چراغ جلو مناسب است.

·       PPS (پلی فنیلن سولفید، رایتون): یک ترموپلاستیک با کارایی بالا با مقاومت بسیار زیاد در برابر حلال ها.

·       PS (پلی استایرن): ماده ای شفاف، سخت و شکننده است که به طور گسترده برای بسته بندی مواد غذایی، ظروف تاشو و حتی کارد و چنگال یکبار مصرف استفاده می شود.

·       PS-PPE (پلی استایرن-پلی فنیل اترها، نوریل): PPE-PS مقاومت بالایی در برابر حرارت و شعله از خود نشان می دهد، PPE-PS از سختی و استحکام کششی بالایی حتی در دماهای بالا برخوردار است.

·       PSU (پلی سولفون، Udel): یک پلاستیک سفت، سخت و شفاف که جایگزینی با کارایی بالاتر برای پلی کربنات است.

·       PVC (پلی وینیل کلراید (Shore D)): یک پلاستیک سفت و سخت با کاربرد عمومی که در لوله کشی، بسته بندی غیرغذایی و پیرایش رایج است.

·       PVDF (پلی وینیلیدین فلوراید، Kynar): یک ماده شیمیایی خنثی و با دمای بالا. به دلیل اصطکاک کم، PVDF در قطعات لوله کشی، یاتاقان ها، جابجایی مواد شیمیایی، عایق سیم های الکتریکی و لوله ها استفاده می شود.

·       SAN (استایرن اکریلونیتریل): پلی استایرن مقاوم در برابر حرارت و شفاف است. SAN به دلیل ارتباط آن با پلی استایرن کم هزینه بوده و شفافیت و درخشندگی بیشتری دارد. SAN در کالاهای خانگی، دستگیره درها و وسایل آشپزخانه رایج است.

·       TPO (پلی اولفین ترموپلاستیک): یک پلاستیک انعطاف پذیر با مقاومت شیمیایی خوب اما مقاومت دمایی پایین تر در مقایسه با PP.

·       TPU (پلی اورتان ترموپلاستیک (Shore D)): رزین سخت و بسیار مقاوم در برابر سایش که فاصله بین لاستیک و پلاستیک را پر می کند. TPU ها را می توان به صورت صلب یا الاستومری فرموله کرد. TPU قبل از شکستن انعطاف بالایی از خود نشان می دهد و برای چرخ ها و پانل های درب ایده آل است.

ساخت قطعات الاستومری را می توان از طریق قالب گیری تزریقی، قالب گیری انتقالی یا قالب گیری فشاری انجام داد. هنگام دریافت قیمت از طریق 3DHub، تیم ما می تواند به شما کمک کند بسته به هندسه قطعه، حجم تخمینی سالانه و نوع مواد مورد نیاز بهترین روش را انتخاب کنید.

·       EPDM (لاستیک مونومر اتیلن پروپیلن دی ان (Viton)): یکی از الاستومرهای لاستیکی با کارایی بالا با مقاومت حرارتی بالا، مقاومت شیمیایی و خواص آب بندی در برابر رطوبت. EPDM معمولا در مهر و موم خودرو، واشر، حلقه O و عایق های الکتریکی یافت می شود.

·       PEBA (پلی اتر بلوک آمید): نرم، انعطاف پذیر، پلاستیک یا الاستومری است که برای وسایل پزشکی مانند کاتتر استفاده می شود. فوم های PEBA برای لایی، کفی کفش و تجهیزات ورزشی استفاده می شود. PEBA در برابر رطوبت و قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش مقاوم است.

·       PVC (پلی وینیل کلراید (Shore A)): یک الاستومر لاستیک مانند با کاربرد عمومی که در محصولات فضای باز، فیلم های محافظ و تشک ها رایج است. Shore PVC لاستیکی مانند به نرم کننده نیاز دارد تا انعطاف پذیری خود را از حالت سفت و سخت معمولی بهبود بخشد. پی وی سی به دلیل خاصیت خود خاموش شوندگی، ضد شعله است.

·       TPE (الاستومر ترموپلاستیک): دسته وسیعی از الاستومرها که مانند یک ترموست با انعطاف و خاصیت ارتجاعی بالا رفتار می کنند اما از طریق قالب گیری مانند یک ترموپلاستیک پردازش می شوند. TPE یک اصطلاح چتر برای بسیاری از کلاس های الاستومر منحصر به فرد است.

·       TPU (پلی اورتان ترموپلاستیک (Shore A)): الاستومری سخت و بسیار مقاوم در برابر سایش که فاصله بین لاستیک و پلاستیک را پر می کند. TPU ها را می توان به صورت صلب یا الاستومری فرموله کرد. TPU قبل از استراحت انعطاف پذیری بالایی از خود نشان می دهد و برای لاستیک های انعطاف پذیر، چرخ های اسکیت برد و واشرهای ضد آب ایده آل است.

·       TPV (الاستومر ترموپلاستیک، لاستیک ولکانیزه (سانتوپرن)): الاستومری عالی با تطبیق پذیری بالا به دلیل مقاومت در برابر دما، فشرده سازی و خاصیت ارتجاعی.

·       LSR (لاستیک سیلیکون مایع): سیلیکون ها با ارائه مواد غذایی و زیست سازگاری، مقاومت در برابر حرارت شدید و انعطاف پذیری عالی، یک ماده لاستیکی همه کاره هستند. LSR برای تجهیزات پزشکی و محصولات خودرو، هوافضا و مصرف کننده استفاده می شود. قالب گیری لاستیک سیلیکون مایع یک فرآیند تخصصی متفاوت از قالب گیری تزریقی سنتی است.

رنگ ها، پرکننده ها و مواد افزودنی

 مواد قالب‌گیری تزریقی را می‌توان از نظر فیزیکی، شیمیایی و زیبایی از ترکیب رزین خالص خود با افزودنی‌های مذاب اصلاح کرد. پرکننده ها معمولاً مواد ارزان قیمت با کاربردهای مختلف هستند. گاهی اوقات آنها برای تغییر خواص مکانیکی یا ظاهری اضافه می شود. لیست زیر چندین پرکننده، افزودنی و عواملی را توضیح می دهد که برای سفارشی کردن یک ماده برای کاربرد آن استفاده می شود.

·       مستربچ رنگی یا کنسانتره رایج ترین افزودنی به رزین قالب است. این مواد شبیه به خود گرانول های رزین قالب، برای دادن رنگ زنده به قطعات قالب‌گیری شده و یا افزایش مقاومت در برابر هوازدگی اضافه می‌شوند. یک مثال استفاده از رنگدانه کربن سیاه برای کمک به مسدود کردن نور UV است. گرانول های رنگی در کنار رزین قالب گیری در مارپیچ اضافه می شوند، جایی که کاملا ذوب می شوند و با رزین حامل ترکیب می شوند.

·       تقویت‌کننده‌های شیشه و پرکننده‌های معدنی می‌توانند سختی مواد را افزایش داده، تاب برداشتن را در هنگام خنک‌کردن کاهش دهند، و حتی قطعه را برای انحراف حرارت بیشتر تثبیت کنند. نمونه هایی از تقویت کننده های شیشه و پرکننده های معدنی شامل الیاف، میکروسفرها یا سیلیس ذوب شده است. در بیشتر موارد، یک نسخه تقویت شده از یک پلیمر توسط OEM ترکیب می شود. یک مثال عالی Nylon Zytel است که خانواده ای از نایلون 6 تقویت شده با الیاف شیشه است که معمولاً حاوی 33٪ فیبر شیشه بر حسب وزن مواد است. قطعات تقویت شده با شیشه ممکن است نوارهای خاکستری روشنی را که به آن اسپلی می گویند روی قطعات نشان دهند.

·       تثبیت‌کننده‌ها و بازدارنده‌های UV را می‌توان به قالب‌گیری پلاستیک اضافه کرد تا به کاهش یا جلوگیری از زردی، شکنندگی یا تخریب مکانیکی ناشی از قرار گرفتن در معرض نور ماوراء بنفش کمک کند. نور ماوراء بنفش نه تنها از نور خورشید، بلکه از تمام چراغ های سقفی استاندارد و فلورسنت ساطع می شود. این بدان معناست که تثبیت کننده ها ممکن است در مواد رنگ روشن یا بی رنگ (شفاف) ضروری باشند.

·       بازدارنده های شعله اشتعال پذیری پلاستیک را کاهش می دهند تا استانداردهای خاص UL 94 از UL HB تا V-0 را برآورده کنند. افزودنی های متداول ضد حریق شامل تری هیدرات آلومینا و سولفات کلسیم است.

·       مستربچ های اتلاف ساکن (ESD) می توانند حاوی ذرات یا الیافی باشند که مقاومت سطحی پلیمر را افزایش یا کاهش می دهند. ذرات ESD می توانند مقاومت سطحی را در محدوده 106 تا 1012 اهم بر مربع کاهش دهند تا به مواد خاصیت ضد الکتریسیته ساکن بدهند.

·       عوامل دمنده یا مواد شیمیایی کف کننده می توانند ساختاری فوم مانند در رزین پلاستیک مایع ایجاد کنند. این عوامل معمولاً برای کاهش تراکم قطعه به میزان 10-20٪ یا کاهش فرورفتگی در سطوح مقطع ضخیم اضافه می شوند. عوامل کف کننده همچنین می توانند با کاهش زمان چرخه قالب گیری به افزایش توان کمک کنند. عوامل دمنده همچنین برای قطعات بزرگی که با روش قالب‌گیری فوم ساختاری قالب‌گیری می‌شوند، مانند سینی‌ها، بدنه چرخ دستی و ظروف عایق‌شده ضروری هستند.

·       سایر پرکننده های رایج مانند تالک، خاک رس (کائولن)، میکا، کربنات کلسیم، کربن، ولاستونیت و غیره نیز می توانند برای افزایش سختی، کاهش هزینه ها یا افزودن ثبات ابعادی استفاده شوند. گاهی اوقات، ممکن است هنگام عیب‌یابی یک طرح، پرکننده‌های اضافی برای کاهش ویژگی‌هایی مانند سینک، حفره‌ها یا تاب برداشتن معرفی شوند.

نایلون تقویت شده با شیشه اغلب دارای بافت خاکستری روشن یا نقره ای است. این قطعه دارای یک آندرکات نیز می باشد