Auswahl von Konstruktionskunststoffen für den Spritzguss - Praktischer Leitfaden 2025

Einführung in die Materialauswahl

Auswahl von Kunststoffen bildet eine der wichtigsten Phasen bei der Planung des Spritzgussprozesses. Die richtige Materialwahl bestimmt nicht nur die Endeigenschaften des Bauteils, sondern auch die Prozessparameter, die Produktionskosten und die Haltbarkeit des fertigen Produkts. Im modernen Kunststoffverarbeitungsindustrie stehen Dutzende verschiedener Materialgruppen zur Verfügung, die jeweils einzigartige Kombinationen mechanischer, thermischer und chemischer Eigenschaften bieten.

In diesem Leitfaden geben wir umfassende Informationen zu Spritzgussmaterialien, ihrer Klassifizierung, Verarbeitungsparametern und Auswahlkriterien. Egal ob Sie Verbraucherpackungen, Automobilkomponenten oder präzise Medizinteile produzieren – dieser Artikeliefert das notwendige Wissen für die optimale Materialentscheidung.

Was ist die Auswahl von Konstruktionsmaterialien?

Auswahl von Konstruktionsmaterialien ist ein systematischer Prozess der Analyse der Anforderungen der Anwendung und der Zuordnung des passenden Kunststoffs, der alle funktionalen, wirtschaftlichen und technologischen Kriterien erfüllt. Dieser Prozess erfordert das Verständnis sowohl der Materialeigenschaften als auch der Besonderheiten des Spritzgussprozesses und der Betriebsbedingungen des fertigen Bauteils.

Die richtige Auswahl von Kunststoffen berücksichtigt eine Reihe von Faktoren: mechanische Belastungen, Temperaturbereich im Betrieb, Kontakt mit Chemikalien, ästhetische Anforderungen, branchenspezifische Normen sowie wirtschaftliche Aspekte. Moderne Ingenieurkunststoffe bieten ein breites Spektrum – von günstigen Massenmaterialien bis hin zu hoch spezialisierten Polymeren mit außergewöhnlichen Eigenschaften.

Arten von Spritzgusskunststoffen

Der Markt für Spritzgussmaterialien bietet Dutzende verschiedener thermoplastischer Polymere. In der industriellen Praxis werden hauptsächlich 10–12 Hauptfamilien von Kunststoffen eingesetzt, die sich in drei Kategorien einteilen lassen: Standard-, Ingenieur- und Hochleistungskunststoffe. Jede Kategorie zeichnet sich durch ein unterschiedliches Niveau mechanischer, thermischer Eigenschaften und Preise aus.

Standardkunststoffe (PP, PE, PS)

Standardkunststoffe machen etwa 70% des globalen Verbrauchs thermoplastischer Kunststoffe im Spritzguss aus. Sie zeichnen sich durch gute Verarbeitbarkeit, niedrigen Preis und breite Einsatzmöglichkeiten aus.

Polypropylen (PP)

• Verarbeitungstemperatur - 200-280°C, niedrige Werkzeugtemperatur 20-80°C
• Mechanische Eigenschaften - gute Biegefestigkeit, Ermüdungsbeständigkeit
• Chemische Beständigkeit - Säuren, Laugen, organische Lösemittel
• Einsatzbereiche - Lebensmittelverpackungen, Automobilteile, Möbel
• Richtpreis - 1,2-1,8 EUR/kg

Polyethylen (PE-HD, PE-LD)

• Verarbeitungstemperatur - 180-280°C, sehr gute Fließfähigkeit
• Mechanische Eigenschaften - Elastizität, Stoßfestigkeit bei niedrigen Temperaturen
• Chemische Beständigkeit - hervorragend gegenüber den meisten Chemikalien
• Einsatzbereiche - Behälter, Rohre, Folien, Tanks
• Richtpreis - 1,0-1,6 EUR/kg

Polystyrol (PS, HIPS)

• Verarbeitungstemperatur - 180-260°C, einfache Verarbeitung
• Mechanische Eigenschaften - Steifigkeit, Transparenz (PS), Stoßfestigkeit (HIPS)
• Einsatzbereiche - Einweggeschirr, Elektronikgehäuse, Spielzeug
• Richtpreis - 1,3-1,9 EUR/kg

Ingenieurkunststoffe (ABS, PC, PA, POM)

Ingenieurkunststoffe bieten deutlich bessere mechanische und thermische Eigenschaften als Standardmaterialien. Sie werden in Anwendungen mit hohen Anforderungen an Festigkeit, Maßstabilität und Temperaturbeständigkeit eingesetzt.

Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)

• Verarbeitungstemperatur - 220-270°C, Werkzeugtemperatur 50-80°C
• Mechanische Eigenschaften - hervorragende Schlagzähigkeit, Steifigkeit, gute Oberflächenqualität
• Betriebstemperatur - bis 85°C Dauerbelastung
• Einsatzbereiche - Gerätegehäuse, Armaturenbretter, LEGO-Steine
• Richtpreis - 2,0-3,0 EUR/kg

Polycarbonat (PC)

• Verarbeitungstemperatur - 280-320°C, Trocknung erforderlich <0,02% Feuchtigkeit
• Mechanische Eigenschaften - höchste Schlagzähigkeit, optische Transparenz
• Betriebstemperatur - bis 135°C Dauerbelastung
• Einsatzbereiche - Linsen, Schutzaufsätze, Medizinteile
• Richtpreis - 3,5-5,0 EUR/kg

Polyamid (PA6, PA66)

• Verarbeitungstemperatur - PA6: 230-280°C, PA66: 260-300°C
• Mechanische Eigenschaften - hervorragende Festigkeit, Verschleißfestigkeit
• Trocknungsanforderungen - kritisch <0,1% Feuchtigkeit, hygroskopisch
• Einsatzbereiche - Zahnräder, Lager, Automotive-Strukturteile
• Richtpreis - 2,8-4,5 EUR/kg

Polyoxymethylen (POM, Acetal)

• Verarbeitungstemperatur - 190-230°C, schmales Verarbeitungsfenster
• Mechanische Eigenschaften - hohe Steifigkeit, geringe Reibung, Maßstabilität
• Einsatzbereiche - Präzisionsteile, Uhrwerke, Verschlüsse
• Richtpreis - 2,5-3,8 EUR/kg

Thermoplastische Elastomere (TPE, TPU)

• Verarbeitungstemperatur - 180-230°C, abhängig von der Härte
• Mechanische Eigenschaften - gummiartige Elastizität, mehrfach verarbeitbar
• Einsatzbereiche - Griffe, Dichtungen, Soft-Touch-Elemente
• Richtpreis - 3,0-8,0 EUR/kg

Hochleistungskunststoffe (PEEK, PPS)

Hochleistungskunststoffe stellen eine elitäre Gruppe von Polymeren mit außergewöhnlichen thermischen und mechanischen Eigenschaften dar. Sie werden in den anspruchsvollsten industriellen Anwendungen eingesetzt, wo Standardmaterialien die Anforderungen nicht erfüllen.

Polyetheretherketon (PEEK)

• Verarbeitungstemperatur - 360-400°C, erfordert spezielle Ausrüstung
• Betriebstemperatur - bis 250°C Dauerbelastung
• Mechanische Eigenschaften - höchste Festigkeit in ihrer Klasse
• Chemische Beständigkeit - nahezu universell
• Einsatzbereiche - Luftfahrt, Medizin, Ölindustrie
• Richtpreis - 80-120 EUR/kg

Polyphenylensulfid (PPS)

• Verarbeitungstemperatur - 310-350°C
• Einsatztemperatur - bis 200°C Dauerbelastung
• Mechanische Eigenschaften - Steifigkeit, Maßstabilität
• Chemische Beständigkeit - Säuren, Laugen, Lösemittel
• Anwendungen - Motorkappenbauteile, elektrische Komponenten
• Richtpreis - 12-25 EUR/kg

Wichtige Verarbeitungsparameter

Korrekte Verarbeitungsparameter sind essenziell für hochwertige Spritzteile. Jedes Material erfordert einen spezifischen Maschineneinstellungssatz.

1. Zylinder-Temperatur (°C)

Die Temperatur des Plastifizierungs-Zylinders muss an die rheologischen Eigenschaften des Kunststoffs angepasst werden. Zu niedrige Temperaturen führen zu unvollständiger Schmelze und erhöhten Eigenspannungen. Zu hohe Temperaturen verursachen thermische Degradation des Materials.

Typische Temperaturbereiche:

• PP: 200-280°C
• ABS: 220-270°C
• PC: 280-320°C
• PA: 230-300°C
• PEEK: 360-400°C

2. Werkzeug-Temperatur (°C)

Die Temperatur des Spritzgießwerkzeugs beeinflusst Oberflächenqualität, Maßstabilität und Zykluszeit. Amorphe Materialien (PC, ABS) erfordern höhere Werkzeugtemperaturen von 60-120°C für bessere Oberflächenqualität. Partiell kristalline Materialien (PP, PA, POM) benötigen kontrollierte Kühlung für optimale Kristallinität.

3. Einspritzdruck (MPa)

Der Einspritzdruck muss ausreichen, um die Werkzeugkavität vollständig zu füllen. Höhere Drücke sind für dünne Wandstärken und lange Fließwege erforderlich.

Typische Druckwerte:

• PE: 70-120 MPa
• PP: 80-130 MPa
• ABS: 100-150 MPa
• PC: 120-180 MPa
• PA: 100-160 MPa

4. Einspritzgeschwindigkeit (mm/s)

Die Einspritzgeschwindigkeit beeinflusst das Werkzeugfüllung und die Molekularorientierung. Schersensible Materialien (PC, POM) erfordern moderate Geschwindigkeiten. Materialien mit niedriger Viskosität (PP, PE) vertragen hohe Geschwindigkeiten. Typisch: 20-200 mm/s abhängig von Geometrie und Material.

5. Nachdruck (MPa)

Der Nachdruck kompensiert den Materialschrumpfsatz während der Erstarrung. Er sollte 40-80% des Einspritzdrucks betragen.

Materialien mit hohem Schrumpfsatz:

• PP: 1,5-2%
• PA: 0,8-1,5%

Materialien mit niedrigem Schrumpfsatz:

• PC: 0,5-0,7%
• ABS: 0,4-0,7%

6. Kühlzeit (s)

Die Kühlzeit macht 50-70% der Gesamtzykluszeit aus. Sie hängt von Wandstärke, Werkzeugtemperatur und thermischen Materialeigenschaften ab. Orientierungsformel: Kühlzeit = (Wandstärke)² × Materialfaktor.

Materialfaktoren:

• PP: 2,5
• PC: 3,5
• PA: 3,0

7. Trocknungsanforderungen

Hygroskopische Materialien (PA, PC, PET, PBT) erfordern Trocknung vor der Verarbeitung. Unsachgemäße Trocknung führt zu Hydrolysedefekten und Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften.

Typische Trocknungsparameter:

• PA: 80°C für 4-6h auf <0,1% Restfeuchte
• PC: 120°C für 3-4h auf <0,02% Restfeuchte
• PET: 160°C für 4-6h auf <0,005% Restfeuchte

Auswahlkriterien für Materialien

Die Auswahl des geeigneten Spritzgusskunststoffs erfordert eine systematische Analyse zahlreicher technischer und wirtschaftlicher Faktoren.

1. Mechanische Eigenschaften

• Zugfestigkeit - PP: 25-40 MPa, ABS: 40-55 MPa, PA: 70-85 MPa, PEEK: 90-100 MPa
• Elastizitätsmodul - Materialsteifigkeit, von 1000 MPa (PP) bis 4000 MPa (PEEK)
• Schlagzähigkeit - Stoßfestigkeit, entscheidend für PC und ABS
• Ermüdungsbeständigkeit - wichtig für dynamisch belastete Bauteile

2. Thermische Eigenschaften

• HDT (Wärmeformbeständigkeit) - maximale Betriebstemperatur
• Wärmeausdehnungskoeffizient - Maßstabilität bei Temperaturschwankungen
• Wärmeleitfähigkeit - Wärmeableitung aus dem Bauteil
• Brennbarkeit - UL94-Klassifikation, V-0-Anforderungen für Elektronik

3. Chemische Beständigkeit

• Einsatzumgebung - Kontakt mit Ölen, Kraftstoffen, Lösemitteln
• PP und PE - ausgezeichnete Beständigkeit gegen die meisten Chemikalien
• PA - empfindlich gegenüber starken Säuren und Oxidationsmitteln
• PC - empfindlich gegenüber aromatischen Lösemitteln und Laugen
• PEEK und PPS - nahezu universelle chemische Beständigkeit

4. Branchenspezifische Anforderungen und Zertifizierungen

• Lebensmittelkontakt - FDA, EU 10/2011, Migrationszertifikate
• Medizinische Anwendungen - USP Class VI, ISO 10993, Biokompatibilität
• Automotive - PPAP, IATF 16949, VDA
• Elektronik - UL94, RoHS, REACH

5. Wirtschaftliche Aspekte

• Rohstoffpreis - von 1 EUR/kg (PE) bis 120 EUR/kg (PEEK)
• Verarbeitungsausbeute - Zykluszeit, Energieverbrauch
• Werkzeugkosten - abrasive Materialien erfordern gehärtete Stähle für Werkzeuge
• TCO (Total Cost of Ownership) - Gesamtkostenbesitz über den Produktlebenszyklus

Industrielle Anwendungen

Spritzgussmaterialien finden Anwendung in praktisch jeder Industriezweige. Die Materialauswahl ist eng mit den Branchenspezifika und den Anforderungen des Endprodukts verknüpft.

Automobilindustrie

Die Automobilindustrie ist der größte Verbraucher von Technokunststoffen.

Verwendete Materialien:

• PP mit Talkum - Stoßstangen, Innenraumelemente
• PA-GF - Motorkappenbauteile bis 150°C
• ABS/PC - Armaturenbretter
• POM - Mechanismuselemente
• PBT-GF - Elektrozubehör

Anforderungen:

• Temperaturbeständigkeit -40 bis +120°C
• UV-Beständigkeit
• Erfüllung der IATF 16949-Normen

Medizinische Industrie

Der Medizinsektor erfordert Materialien höchster Reinheit und Biokompatibilität.

Verwendete Kunststoffe:

• PC - Gehäuse medizinischer Geräte
• PP medical grade - Spritzen, Verpackungen
• PEEK - Implantate, chirurgische Instrumente
• TPE - Dichtungen, weiche Elemente

Anforderungen:

• FDA-Zertifikate
• USP Class VI
• ISO 10993
• Sterilisierbarkeit

Elektronik und Weiße Ware

Die Elektronikbranche setzt hauptsächlich ein:

Verwendete Materialien:

• ABS - Gehäuse, Dekorationselemente
• PC - transparente Elemente, LED-Linsen
• PA-GF - Tragkonstruktionen
• PBT - Stecker, Buchsen

Anforderungen:

• Brennbarkeit V-0 nach UL94
• RoHS- und REACH-Konformität
• ESD (antistatische oder leitfähige Materialien)

Verpackungen

Der Verpackungssektor macht über 40% des weltweiten Kunststoffverbrauchs aus.

Verwendete Materialien:

• PP - Lebensmittelverpackungen, Verschlüsse
• PE-HD - Behälter, Flaschen
• PET - Preforms, transparente Verpackungen
• PS - Einwegverpackungen

Anforderungen:

• Lebensmittelkontaktzertifikate
• Barriereigenschaften
• Recycelbarkeit

Luftfahrt- und Verteidigungsindustrie

Die anspruchsvollsten Anwendungen nutzen Hochleistungskunststoffe:

Verwendete Materialien:

• PEEK - Tragkonstruktionen, Dichtungen
• PPS - Motorbauteile
• PI - Hochtemperaturisolierungen

Anforderungen:

• Temperaturbeständigkeit bis 250°C
• Niedriger Reibungskoeffizient
• Strahlenbeständigkeit

Kompatibilität mit Tederic-Maschinen

Tederic-Spritzgießmaschinen sind für die Verarbeitung eines breiten Spektrums thermoplastischer Kunststoffe ausgelegt. Moderne Steuerungssysteme und präzise Plastifiziereinheiten gewährleisten optimale Bedingungen für jeden Materialtyp.

Konfiguration des Plastifizierungsylinders

• Standardschnecke (L/D 22:1) – PP, PE, PS, ABS – universelle Anwendung
• Barrierschnecke (L/D 24:1) – Ingenieurwerkstoffe PA, PC, POM
• Schnecke mit Mischer – glasfaserverstärkte Kunststoffe
• Schneckenspitzen – spezielle Spitzen für schersensible Materialien

Tederic-Temperaturregelungssystem

• Heizzonen – 5-7 szonen mit individueller Regelung ±1°C
• Temperaturprofil – Einstellung eines Gradienten für jedes Material möglich
• Echtzeit-Monitoring – Schmelzetemperatursensoren am DüsenAusgang
• Prozessalarme – automatische Erkennung von Abweichungen von Sollwerten

Präziser Einspritzvorgang für anspruchsvolle Materialien

• Elektrische Spritzgießmaschinen Tederic NEO – ideal für präzisionsfordernde PC, PA, POM ±0,1%
• Nachdruckregelung – mehrstufige Profile zur Minimierung von Spannungen
• Einspritzgeschwindigkeit – programmierbare Profile bis 500 mm/s
• Dekompression – einstellbar für Materialien mit unterschiedlicher Viskosität

Lagerung und Vorbereitung der Materialien

Korrekte Lagerung und Vorbereitung von Kunststoffen ist entscheidend für die Qualität des Endprodukts und die Effizienz des Spritzgussprozesses.

Lagerbedingungen für Granulat:

• Temperatur – 15-25°C, Schwankungen vermeiden
• Relative Feuchtigkeit – <50% für hygroskopische Materialien
• UV-Schutz – Lagerung in Originalverpackungen oder undurchsichtigen Behältern
• Sauberkeit – Verunreinigungen, Staub und Kontakt mit Chemikalien vermeiden
• Lagerrotation – FIFO-Prinzip (First In, First Out)

Trocknungsverfahren für Materialien:

• PA (Polyamid) – 80°C für 4-6 Stunden, Zieldruckfeuchtigkeit <0,1%
• PC (Polycarbonat) – 120°C für 3-4 Stunden, Zieldruckfeuchtigkeit <0,02%
• PET (Polyethylenterephthalat) – 160°C für 4-6 Stunden, Zieldruckfeuchtigkeit <0,005%
• PBT – 120°C für 4 Stunden, Zieldruckfeuchtigkeit <0,04%
• ABS – 80°C für 2-4 Stunden (optional, empfohlen)

Trocknerarten:

• Konvektions-Trockner – grundlegend, für nicht hygroskopische Materialien
• Trockner mit Adsorber (Trockenmittel-Trockner) – erforderlich für PA, PC, PET
• Vakuumtrockner – effizientesten, kürzere Trocknungszeit
• Zentrale Systeme – für große Betriebe, automatische Verteilung

Rohstoffqualitätskontrolle:

• Feuchtigkeitsmessung – Hygrometer, Feuchtigkeitsanalysatoren (gravimetrisch-trocknerische Methode)
• MFI-Kontrolle – Schmelzfließindex
• Visuelle Analyse – Farbe, Verunreinigungen, Klümpchen
• Dokumentation – Materialzertifikate, Chargennummern, Verfallsdaten

Zusammenfassung

Die Auswahl von Kunststoffen bildet die grundlegende Phase der Spritzgussprozessgestaltung, von der der Erfolg des gesamten Produktionsvorhabens abhängt. Die richtige Materialwahl beeinflusst die Endprodukteigenschaften, die Prozesseffizienz, die Produktionskosten und die Zufriedenheit des Endkunden.

Wichtige Erkenntnisse aus dem Leitfaden:

• Klassifikation der Materialien – Standardkunststoffe (PP, PE, PS), Ingenieurwerkstoffe (ABS, PC, PA, POM) und Hochleistungskunststoffe (PEEK, PPS) unterscheiden sich in Eigenschaften und Preis bis zum 100-Fachen
• Verarbeitungsparameter – Zylindertemperatur von 180°C (PE) bis 400°C (PEEK) erfordert präzise Regelung für jedes Material
• Trocknungsanforderungen – hygroskopische Materialien (PA, PC, PET) erfordern absolutes Trocknen auf eine Restfeuchtigkeit von <0,1% vor der Verarbeitung
• Auswahlkriterien – mechanische, thermische und chemische Eigenschaften, branchenspezifische Zertifikate sowie wirtschaftliche Aspekte müssen umfassend analysiert werden
• Maschinenkompatibilität – moderne Spritzgießmaschinen Tederic bieten volle Konfigurierbarkeit für alle Thermoplasttypen
• Materiallagerung – Lagerbedingungen und Vorbereitungsverfahren wirken sich direkt auf die Endqualität aus
• Spezialbranchen – Automotive, Medizin und Luftfahrt erfordern zertifizierte Materialien und strenge Qualitätskontrolle

Die richtige Materialauswahl ist eine Investition in Qualität, Effizienz und Wettbewerbsfähigkeit. Systematische Analyse der Anforderungen und genaues Verständnis der verfügbaren Kunststoffe vermeiden teure Fehler und maximieren den Wert des Endprodukts.

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