Výběr konstrukčních materiálů pro vstřikování - Praktický průvodce 2025

Úvod k výběru materiálů

Výběr plastů představuje jednu z nejdůležitějších fází návrhu procesu vstřikování. Správná volba materiálu určuje nejen konečné vlastnosti výrobku, ale také technologické parametry, náklady na výrobu a životnost hotového produktu. V moderním průmyslu zpracování plastů je k dispozici několik desítek různých skupin materiálů, z nichž každá nabízí unikátní kombinace mechanických, tepelných a chemických vlastností.

V tomto průvodci představíme komplexní informace o materiálech pro vstřikování, jejich klasifikaci, parametrech zpracování a kritériích výběru. Bez ohledu na to, zda vyrábíte spotřební obaly, automobilové komponenty nebo precizní lékařské prvky, tento článek vám poskytne nezbytné znalosti pro optimální rozhodnutí o materiálu.

Co je výběr konstrukčních materiálů?

Výběr konstrukčních materiálů je systematický proces analýzy požadavků aplikace a výběru vhodného plastu, který splní všechna funkční, ekonomická a technologická kritéria. Tento proces vyžaduje porozumění jak vlastnostem samotného materiálu, tak specifikům procesu vstřikování a provozním podmínkám hotového výrobku.

Správný výběr plastů zohledňuje řadu faktorů: mechanické zatížení, rozsah provozních teplot, kontakt s chemickými látkami, estetické požadavky, branžní normy a ekonomické aspekty. Současné inženýrské plasty nabízejí široké spektrum možností – od levných hmotných materiálů po vysoce specializované polymery s výjimečnými vlastnostmi.

Druhy plastů pro vstřikování

Trh materiálů pro vstřikování nabízí desítky různých termoplastických polymerů. V průmyslové praxi se nejčastěji používá 10–12 hlavních rodin plastů, které lze rozdělit do tří kategorií: standardní, inženýrské a vysoce výkonné. Každá kategorie se vyznačuje odlišnou úrovní mechanických, tepelných vlastností a cenou.

Standardní plasty (PP, PE, PS)

Standardní plasty tvoří přibližně 70% globální spotřeby termoplastů ve vstřikování. Vyznačují se dobrou zpracovatelností, nízkou cenou a širokým spektrem použití.

Polypropylen (PP)

• Teplota zpracování - 200-280°C, nízká teplota formy 20-80°C
• Mechanické vlastnosti - dobrá ohybová pevnost, odolnost proti únavě
• Chemická odolnost - kyseliny, zásady, organická rozpouštědla
• Použití - potravinářské obaly, automobilové prvky, nábytek
• Orientační cena - 1,2-1,8 EUR/kg

Polyetylen (PE-HD, PE-LD)

• Teplota zpracování - 180-280°C, velmi dobrá tekutost
• Mechanické vlastnosti - pružnost, odolnost proti nárazu při nízkých teplotách
• Chemická odolnost - vynikající odolnost vůči většině chemikálií
• Použití - nádoby, trubky, fólie, nádrže
• Orientační cena - 1,0-1,6 EUR/kg

Polystyren (PS, HIPS)

• Teplota zpracování - 180-260°C, snadné zpracování
• Mechanické vlastnosti - tuhost, průhlednost (PS), odolnost proti nárazu (HIPS)
• Použití - jednorázové obaly, pouzdra elektroniky, hračky
• Orientační cena - 1,3-1,9 EUR/kg

Inženýrské plasty (ABS, PC, PA, POM)

Inženýrské plasty nabízejí výrazně lepší mechanické a tepelné vlastnosti než standardní materiály. Používají se v aplikacích vyžadujících vysokou pevnost, rozměrovou stabilitu a odolnost vůči zvýšeným teplotám.

Akrylonitril-butadien-styren (ABS)

• Teplota zpracování - 220-270°C, teplota formy 50-80°C
• Mechanické vlastnosti - vynikající úderná houževnatost, tuhost, dobrá povrchová kvalita
• Provozní teplota - do 85°C kontinuální zatížení
• Použití - pouzdra zařízení, přístrojové desky, kostky LEGO
• Orientační cena - 2,0-3,0 EUR/kg

Polykarbonát (PC)

• Teplota zpracování - 280-320°C, vyžaduje sušení <0,02% vlhkosti
• Mechanické vlastnosti - nejvyšší úderná houževnatost, optická průhlednost
• Provozní teplota - do 135°C kontinuální zatížení
• Použití - čočky, ochranné kryty, lékařské prvky
• Orientační cena - 3,5-5,0 EUR/kg

Polyamid (PA6, PA66)

• Teplota zpracování - PA6: 230-280°C, PA66: 260-300°C
• Mechanické vlastnosti - vynikající pevnost, odolnost proti tření
• Požadavky na sušení - kritické <0,1% vlhkosti, hygroskopičnost
• Použití - ozubená kola, ložiska, konstrukční prvky automotive
• Orientační cena - 2,8-4,5 EUR/kg

Polyoxymetylen (POM, acetal)

• Teplota zpracování - 190-230°C, úzké okno zpracování
• Mechanické vlastnosti - vysoká tuhost, nízké tření, rozměrová stabilita
• Použití - precizní prvky, hodinové mechanismy, zámky
• Orientační cena - 2,5-3,8 EUR/kg

Termoplastické elastomery (TPE, TPU)

• Teplota zpracování - 180-230°C, v závislosti na tvrdosti
• Mechanické vlastnosti - gumová pružnost, opakované zpracování
• Použití - rukojeti, těsnění, prvky soft-touch
• Orientační cena - 3,0-8,0 EUR/kg

Vysoce výkonné plasty (PEEK, PPS)

Vysoce výkonné plasty představují elitní skupinu polymerů s výjimečnými tepelnými a mechanickými vlastnostmi. Používají se v nejobtížnějších průmyslových aplikacích, kde standardní materiály nestačí.

Polyetheretherketon (PEEK)

• Teplota zpracování - 360-400°C, vyžaduje specializované zařízení
• Provozní teplota - do 250°C kontinuální zatížení
• Mechanické vlastnosti - nejvyšší pevnost ve své třídě
• Chemická odolnost - prakticky univerzální
• Použití - letectví, medicína, ropný průmysl
• Orientační cena - 80-120 EUR/kg

Polyfenylensulfid (PPS)

• Teplota zpracování - 310-350°C
• Teplota provozu - do 200°C kontinuální zatížení
• Mechanické vlastnosti - tuhost, rozměrová stabilita
• Chemická odolnost - kyseliny, zásady, rozpouštědla
• Aplikace - prvky pod kapotou, elektrické komponenty
• Orientační cena - 12-25 EUR/kg

Klíčové parametry zpracování

Správné parametry zpracování jsou nezbytné pro dosažení vysoce kvalitních výlisků. Každý materiál vyžaduje specifickou sadu nastavení vstřikovacího stroje.

1. Teplota válce (°C)

Teplota plastyfikující válce musí být přizpůsobena reologickým vlastnostem plastu. Příliš nízká teplota způsobuje neúplné roztavení a zvýšené vnitřní napětí. Příliš vysoká vede k termické degradaci materiálu.

Typické teplotní rozsahy:

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

2. Teplota formy (°C)

Teplota vstřikovací formy ovlivňuje kvalitu povrchu, rozměrovou stabilitu a dobu cyklu. Amorfické materiály (PC, ABS) vyžadují vyšší teploty formy 60-120°C pro lepší kvalitu povrchu. Částečně krystalické materiály (PP, PA, POM) potřebují řízené chlazení pro optimální krystalinitu.

3. Tlak vstřikování (MPa)

Tlak vstřikování musí být dostatečný k naplnění dutiny formy. Vyšší tlak je potřebný pro tenké stěny a dlouhé cesty proudění.

Typické hodnoty tlaku:

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

4. Rychlost vstřikování (mm/s)

Rychlost vstřikování ovlivňuje naplnění formy a molekulární orientaci. Materiály citlivé na smykování (PC, POM) vyžadují střední rychlosti. Materiály s nízkou viskozitou (PP, PE) snášejí vysoké rychlosti. Typicky: 20-200 mm/s v závislosti na geometrii a materiálu.

5. Tlak dotlaku (MPa)

Tlak dotlaku kompenzuje smrštění materiálu během tuhnutí. Měl by činit 40-80% tlaku vstřikování.

Materiály s vysokým smrštěním:

• PP: 1,5-2%
• PA: 0,8-1,5%

Materiály s nízkým smrštěním:

• PC: 0,5-0,7%
• ABS: 0,4-0,7%

6. Doba chlazení (s)

Doba chlazení tvoří 50-70% celkové doby cyklu. Závisí na tloušťce stěny, teplotě formy a tepelných vlastnostech materiálu. Orientační vzorec: doba chlazení = (tloušťka stěny)² x materiálový koeficient.

Materiálové koeficienty:

• PP: 2,5
• PC: 3,5
• PA: 3,0

7. Požadavky na sušení

Hygroskopické materiály (PA, PC, PET, PBT) vyžadují sušení před zpracováním. Nevhodné sušení způsobuje hydrolitické defekty a zhoršení mechanických vlastností.

Typické parametry sušení:

• PA: 80°C po dobu 4-6h do <0,1% vlhkosti
• PC: 120°C po dobu 3-4h do <0,02% vlhkosti
• PET: 160°C po dobu 4-6h do <0,005% vlhkosti

Kritéria výběru materiálu

Výběr vhodného plastu pro vstřikování vyžaduje systematickou analýzu mnoha technických a ekonomických faktorů.

1. Mechanické vlastnosti

• Pevnost v tahu - PP: 25-40 MPa, ABS: 40-55 MPa, PA: 70-85 MPa, PEEK: 90-100 MPa
• Modul pružnosti - tuhost materiálu, od 1000 MPa (PP) do 4000 MPa (PEEK)
• Úderná houževnatost - odolnost proti nárazu, klíčová pro PC a ABS
• Odolnost proti únavě - důležitá pro dynamicky zatěžované prvky

2. Tepelné vlastnosti

• HDT (teplota prohýbání při zatížení) - maximální provozní teplota
• Koeficient tepelné roztažnosti - rozměrová stabilita při proměnlivých teplotách
• Tepelná vodivost - odvod tepla z prvku
• Hořlavost - klasifikace UL94, požadavky V-0 pro elektroniku

3. Chemická odolnost

• Prostředí provozu - kontakt s oleji, palivy, rozpouštědly
• PP a PE - vynikající odolnost vůči většině chemikálií
• PA - citlivý na silné kyseliny a oxidační činidla
• PC - citlivý na aromatické rozpouštědla a zásady
• PEEK a PPS - prakticky univerzální chemická odolnost

4. Branžní požadavky a certifikáty

• Kontakt s potravinami - FDA, EU 10/2011, certifikáty migrace
• Medicínské aplikace - USP Class VI, ISO 10993, biokompatibilita
• Automotive - PPAP, IATF 16949, VDA
• Elektronika - UL94, RoHS, REACH

5. Ekonomické aspekty

• Cena suroviny - od 1 EUR/kg (PE) do 120 EUR/kg (PEEK)
• Úspěšnost zpracování - doba cyklu, spotřeba energie
• Náklady na nástroje - abrazivní materiály vyžadují formy z kalené oceli
• TCO (Total Cost of Ownership) - celkové náklady na vlastnictví v životním cyklu produktu

Aplikace v průmyslu

Materiály pro vstřikování nacházejí uplatnění v praktičsky všech odvětvích průmyslu. Výběr plastu je úzce spojen se specifiky odvětví a požadavky konečného produktu.

Automobilový průmysl

Automotive je největším spotřebitelem inženýrských plastů.

Používané materiály:

• PP s talkem - nárazníky, vnitřní prvky
• PA-GF - prvky pod kapotou do 150°C
• ABS/PC - přístrojové desky
• POM - mechanické prvky
• PBT-GF - elektrické konektory

Požadavky:

• Odolnost vůči teplotám -40 do +120°C
• Odolnost vůči UV
• Soulad s normami IATF 16949

Medicínský průmysl

Medicínský sektor vyžaduje materiály nejvyšší čistoty a biokompatibility.

Používané plasty:

• PC - skříně medicínských zařízení
• PP medical grade - stříkačky, obaly
• PEEK - implantáty, chirurgické nástroje
• TPE - těsnění, měkké prvky

Požadavky:

• Certifikáty FDA
• USP Class VI
• ISO 10993
• Možnost sterilizace

Elektronika a AGD

Elektronický průmysl využívá především:

Používané materiály:

• ABS - skříně, dekorativní prvky
• PC - průhledné prvky, LED čočky
• PA-GF - konstrukční prvky
• PBT - konektory, zásuvky

Požadavky:

• Hořlavost V-0 podle UL94
• Soulad s RoHS a REACH
• ESD (antistatické nebo vodivé materiály)

Obaly

Obalový sektor tvoří přes 40% světové spotřeby plastů.

Používané materiály:

• PP - potravinářské obaly, uzávěry
• PE-HD - nádoby, lahve
• PET - preformy, průhledné obaly
• PS - jednorázové obaly

Požadavky:

• Certifikáty kontaktu s potravinami
• Bariérovost
• Recyklovatelnost

Letecký a obranný průmysl

Nejnáročnější aplikace využívají vysoce výkonné plasty:

Používané materiály:

• PEEK - konstrukční prvky, těsnění
• PPS - motorové komponenty
• PI - vysokoteplotní izolace

Požadavky:

• Odolnost vůči teplotám do 250°C
• Nízký koeficient tření
• Odolnost vůči záření

Kompatibilita se stroji Tederic

Vstřikovací stroje Tederic jsou navrženy pro zpracování širokého spektra termoplastů. Moderní řídicí systémy a přesné plastyfikující jednotky zajišťují optimální podmínky pro každý typ materiálu.

Konfigurace plastyfikujícího válce

• Standardní šnek (L/D 22:1) – PP, PE, PS, ABS – univerzální použití
• Bariérový šnek (L/D 24:1) – inženýrské materiály PA, PC, POM
• Šnek s míchadlem – plasty vyztužené skelným vláknem
• Hroty šneků – speciální hroty pro materiály citlivé na smyk

Systém termoregulace Tederic

• Tepelné zóny – 5-7 szón s individuální regulací ±1°C
• Teplotní profil – možnost nastavení gradientu pro každý materiál
• Monitorování v reálném čase – senzory teploty taveniny na výstupu trysky
• Procesní alarmy – automatické detekování odchylek od stanovených parametrů

Přesnost vstřikování pro náročné materiály

• Elektické vstřikovací stroje Tederic NEO – ideální pro PC, PA, POM vyžadující přesnost ±0,1%
• Regulace tlaku dotlaku – vícekrokové profily pro minimalizaci napětí
• Rychlost vstřikování – programovatelné profily do 500 mm/s
• Dekomprese – nastavitelná pro materiály s různou viskozitou

Skladování a příprava materiálů

Správné skladování a příprava plastů mají klíčový význam pro kvalitu konečného produktu a efektivitu vstřikovacího procesu.

Podmínky skladování granulátu:

• Teplota – 15-25°C, vyhnout se výkyvům teplot
• Relativní vlhkost – <50% pro hygroskopické materiály
• Ochrana před UV – skladování v originálním obalení nebo neprůhledných nádobách
• Čistota – vyhnout se kontaminaci, prachu, kontaktu s chemikáliemi
• Rotace zásob – princip FIFO (First In, First Out)

Postupy sušení materiálů:

• PA (polyamid) – 80°C po dobu 4–6 hodin, cílová vlhkost <0,1%
• PC (polykarbonát) – 120°C po dobu 3–4 hodin, cílová vlhkost <0,02%
• PET (polyetylentereftalát) – 160°C po dobu 4–6 hodin, cílová vlhkost <0,005%
• PBT – 120°C po dobu 4 hodin, cílová vlhkost <0,04%
• ABS – 80°C po dobu 2–4 hodin (volitelné, doporučené)

Typy sušiček:

• Konvekční sušičky – základní, pro nehygroskopické materiály
• Sušičky s vysoušečem (desiccant dryers) – vyžadovány pro PA, PC, PET
• Vakuové sušičky – nejekonomičtější, kratší doba sušení
• Centrlní systémy – pro velké závody, automatická distribuce

Kontrola kvality suroviny:

• Měření vlhkosti – hygrometry, analyzátory vlhkosti (váhově-sušičková metoda)
• Kontrola MFI – index tekutosti taveniny (Melt Flow Index)
• Vizální analýza – barva, kontaminace, hrudky
• Dokumentace – materiálové certifikáty, čísla šarží, datum expirace

Shrnutí

Výběr plastů představuje fundamentální etapu návrhu vstřikovacího procesu, od kterého závisí úspěch celého výrobního projektu. Správný výběr materiálu ovlivňuje konečné vlastnosti produktu, efektivitu procesu, výrobní náklady a spokojenost koncového zákazníka.

Klíčové závěry z průvodce:

• Klasifikace materiálů – standardní plasty (PP, PE, PS), inženýrské (ABS, PC, PA, POM) a vysoce výkonné (PEEK, PPS) se liší vlastnostmi a cenou až 100násobně
• Parametry zpracování – teplota válce od 180°C (PE) do 400°C (PEEK) vyžaduje přesnou regulaci pro každý materiál
• Požadavky na sušení – hygroskopické materiály (PA, PC, PET) vyžadují nezbytné sušení na vlhkost <0,1% před zpracováním
• Kritéria výběru – mechanické, tepelné, chemické vlastnosti, oborové certifikáty a ekonomické aspekty musí být analyzovány komplexně
• Kompatibilita strojů – moderní vstřikovací stroje Tederic nabízejí plnou konfigurovatelnost pro všechny typy termoplastů
• Skladování materiálů – podmínky skladování a postupy přípravy přímo ovlivňují konečnou kvalitu
• Specializované obory – automobilový průmysl, medicína a letectví vyžadují certifikované materiály a přísnou kontrolu kvality

Správný výběr materiálu je investicí do kvality, efektivity a konkurenceschopnosti. Systematická analýza požadavků aplikace a důkladné porozumění vlastnostem dostupných plastů umožňuje vyhnout se nákladným chybám a maximalizovat hodnotu konečného produktu.

Pokud potřebujete podporu při výběru materiálů nebo hledáte vstřikovací stroj přizpůsobený specifickým požadavkům zpracování, kontaktujte odborníky TEDESolutions. Jako autorizovaný partner Tederic, nabízíme komplexní technické poradenství, výběr optimální konfigurace stroje a školení v oblasti zpracování různých typů plastů.

Podívejte se také na naše články o vstřikovacích strojích, optimalizaci výrobního cyklu a identifikaci vstřikovacích defektů.