注塑结构材料选型 - 2025实用指南

材料选择的介绍

塑料材料选择是注塑成型工艺设计中最关键的阶段之一。正确选择材料不仅决定了产品的最终性能，还影响工艺参数、生产成本以及成品的耐用性。在现代塑料加工工业中，有数十种不同的材料组别，每种都提供独特的机械、热学和化学性能组合。

本文指南将全面介绍注塑材料的分类、加工参数及选择标准。无论您生产消费包装、汽车部件还是精密医疗零件，本文都能提供做出最佳材料决策的必要知识。

什么是结构材料选择？

结构材料选择是一个系统化的过程，通过分析应用需求来匹配合适的塑料材料，确保满足所有功能、经济和技术要求。该过程需要理解材料的固有性能、注塑工艺特点以及成品的使用条件。

正确的塑料材料选择需考虑多种因素：机械负载、工作温度范围、化学物质接触、美观要求、行业标准以及经济性。当今工程塑料提供了广泛的选择——从廉价的大宗材料到具有卓越性能的高端特种聚合物。

注塑塑料种类

注塑材料市场提供数十种不同的热塑性聚合物。在工业实践中，最常用的是10-12种主要塑料家族，可分为三类：标准型、工程型和高性能型。每类在机械性能、热性能和价格上均有显著差异。

标准塑料（PP、PE、PS）

标准塑料占注塑成型热塑性塑料70%全球用量的约一半。其特点是良好的加工性、低成本和广泛的应用领域。

聚丙烯（PP）

• 加工温度 - 200-280°C，模具低温 20-80°C
• 机械性能 - 良好的抗弯强度、耐疲劳性
• 化学耐受性 - 耐酸碱、有机溶剂
• 应用领域 - 食品包装、汽车零件、家具
• 参考价格 - 1,2-1,8 EUR/kg

聚乙烯（PE-HD、PE-LD）

• 加工温度 - 180-280°C，流动性极佳
• 机械性能 - 弹性好、低温抗冲击性
• 化学耐受性 - 对大多数化学品具有优异耐受性
• 应用领域 - 容器、管道、薄膜、储罐
• 参考价格 - 1,0-1,6 EUR/kg

聚苯乙烯（PS、HIPS）

• 加工温度 - 180-260°C，易加工
• 机械性能 - 刚性好、透明（PS）、抗冲击（HIPS）
• 应用领域 - 一次性包装、电子外壳、玩具
• 参考价格 - 1,3-1,9 EUR/kg

工程塑料（ABS、PC、PA、POM）

工程塑料在机械和热性能上远优于标准塑料。适用于需要高强度、尺寸稳定性和耐高温的应用。

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）

• 加工温度 - 220-270°C，模具温度 50-80°C
• 机械性能 - 优异冲击韧性、刚性、表面质量好
• 使用温度 - 最高85°C连续负载
• 应用领域 - 设备外壳、仪表板、乐高玩具
• 参考价格 - 2,0-3,0 EUR/kg

聚碳酸酯（PC）

• 加工温度 - 280-320°C，需干燥 <0,02%湿度
• 机械性能 - 最高冲击韧性、光学透明
• 使用温度 - 最高135°C连续负载
• 应用领域 - 镜片、防护罩、医疗部件
• 参考价格 - 3,5-5,0 EUR/kg

聚酰胺（PA6、PA66）

• 加工温度 - PA6：230-280°C，PA66：260-300°C
• 机械性能 - 优异强度、耐磨性
• 干燥要求 - 关键的<0,1%湿度，吸湿性强
• 应用领域 - 齿轮、轴承、汽车结构件
• 参考价格 - 2,8-4,5 EUR/kg

聚甲醛（POM、缩醛）

• 加工温度 - 190-230°C，加工窗口窄
• 机械性能 - 高刚性、低摩擦、尺寸稳定
• 应用领域 - 精密零件、钟表机构、锁具
• 参考价格 - 2,5-3,8 EUR/kg

热塑性弹性体（TPE、TPU）

• 加工温度 - 180-230°C，视硬度而定
• 机械性能 - 橡胶般弹性、可多次加工
• 应用领域 - 手柄、密封件、软触感部件
• 参考价格 - 3,0-8,0 EUR/kg

高性能塑料（PEEK、PPS）

高性能塑料是具有卓越热学和机械性能的精英聚合物组别。用于工业中最苛刻的应用场景，标准材料无法满足要求。

聚醚醚酮（PEEK）

• 加工温度 - 360-400°C，需专用设备
• 使用温度 - 最高250°C连续负载
• 机械性能 - 同类中最高强度
• 化学耐受性 - 几乎通用的耐受性
• 应用领域 - 航空、医疗、石油工业
• 参考价格 - 80-120 EUR/kg

聚苯硫醚 (PPS)

• 加工温度 - 310-350°C
• 使用温度 - 最高达 200°C 连续负载
• 机械性能 - 刚性、尺寸稳定性
• 耐化学性能 - 酸、碱、溶剂
• 应用领域 - 引擎盖下部件、电气组件
• 参考价格 - 12-25 EUR/kg

关键加工参数

正确的 加工参数 对于获得高质量注塑件至关重要。每种材料都需要注塑机特定的参数设置组合。

1. 料筒温度 (°C)

塑化料筒温度必须适应塑料的流变特性。温度过低会导致不完全熔融和内部应力增加。温度过高会导致材料热降解。

典型温度范围：

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

2. 模具温度 (°C)

注塑模具温度影响表面质量、尺寸稳定性和周期时间。非晶材料（PC、ABS）需要较高的模具温度 60-120°C 以获得更好的表面质量。半晶材料（PP、PA、POM）需要控制冷却以实现最佳结晶度。

3. 注射压力 (MPa)

注射压力必须足以填充模具型腔。薄壁和长流道需要更高的压力。

典型压力值：

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

4. 注射速度 (mm/s)

注射速度影响模具填充和分子取向。剪切敏感材料（PC、POM）需要中等速度。低粘度材料（PP、PE）可承受高速度。典型值：20-200 mm/s，取决于几何形状和材料。

5. 保压压力 (MPa)

保压压力补偿材料凝固时的收缩。应为注射压力的 40-80%。

高收缩材料：

• PP: 1.5-2%
• PA: 0.8-1.5%

低收缩材料：

• PC: 0.5-0.7%
• ABS: 0.4-0.7%

6. 冷却时间 (s)

冷却时间占总周期时间的 50-70%。取决于壁厚、模具温度和材料的热性能。经验公式：冷却时间 = (壁厚)² × 材料系数。

材料系数：

• PP: 2.5
• PC: 3.5
• PA: 3.0

7. 干燥要求

吸湿性材料（PA、PC、PET、PBT）加工前需干燥。不当干燥会导致水解缺陷和机械性能下降。

典型干燥参数：

• PA: 80°C 干燥 4-6h 至 <0.1% 湿度
• PC: 120°C 干燥 3-4h 至 <0.02% 湿度
• PET: 160°C 干燥 4-6h 至 <0.005% 湿度

材料选择标准

选择合适的 注塑塑料 需要系统分析多种技术和经济因素。

1. 机械性能

• 拉伸强度 - PP：25-40 MPa，ABS：40-55 MPa，PA：70-85 MPa，PEEK：90-100 MPa
• 弹性模量 - 材料刚性，从 1000 MPa (PP) 到 4000 MPa (PEEK)
• 冲击强度 - 抗冲击性能，对 PC 和 ABS 至关重要
• 疲劳强度 - 动态负载部件的关键指标

2. 热性能

• HDT (负载下挠曲温度) - 最高工作温度
• 热膨胀系数 - 变温条件下尺寸稳定性
• 导热系数 - 部件散热性能
• 阻燃性 - UL94 分类，电子产品需 V-0 级

3. 耐化学性能

• 工作环境 - 接触油类、燃料、溶剂
• PP 和 PE - 对大多数化学品具有优异耐性
• PA - 对强酸和氧化剂敏感
• PC - 对芳香溶剂和碱敏感
• PEEK 和 PPS - 几乎通用的耐化学性能

4. 行业要求和认证

• 食品接触 - FDA、EU 10/2011、迁移认证
• 医疗应用 - USP Class VI、ISO 10993、生物相容性
• 汽车行业 - PPAP、IATF 16949、VDA
• 电子行业 - UL94、RoHS、REACH

5. 经济因素

• 原材料价格 - 从 1 EUR/kg (PE) 到 120 EUR/kg (PEEK)
• 加工性能 - 周期时间、能耗
• 模具成本 - 磨损性材料需硬化钢模具
• TCO (总拥有成本) - 产品生命周期总成本

工业应用

注塑材料 几乎应用于每个工业领域。材料选择与行业特性和最终产品要求密切相关。

汽车工业

汽车行业是工程塑料的最大消费领域。

常用材料：

• 滑石填充 PP - 保险杠、内饰件
• PA-GF - 引擎盖下部件至 150°C
• ABS/PC - 仪表板
• POM - 机构部件
• PBT-GF - 电气连接器

要求：

• 耐温 -40 至 +120°C
• 耐 UV
• 符合 IATF 16949 标准

医疗行业

医疗领域要求最高纯度和生物相容性材料。

常用塑料：

• PC - 医疗设备外壳
• 医用级 PP - 注射器、包装
• PEEK - 植入物、手术器械
• TPE - 密封件、软质部件

要求：

• FDA 认证
• USP Class VI
• ISO 10993
• 可灭菌

电子与家电行业

电子行业主要使用：

常用材料：

• ABS - 外壳、装饰件
• PC - 透明件、LED 透镜
• PA-GF - 结构件
• PBT - 连接器、插座

要求：

• UL94 V-0 阻燃
• 符合 RoHS 和 REACH
• ESD（抗静电或导电材料）

包装行业

包装领域占全球塑料消费量超过 40%。

常用材料：

• PP - 食品包装、盖子
• PE-HD - 容器、瓶子
• PET - 预成型件、透明包装
• PS - 一次性包装

要求：

• 食品接触认证
• 阻隔性
• 可回收性

航空航天与国防工业

最高要求应用使用高性能塑料：

常用材料：

• PEEK - 结构件、密封
• PPS - 发动机部件
• PI - 高温绝缘

要求：

• 耐温至 250°C
• 低摩擦系数
• 耐辐射

与 Tederic 注塑机的兼容性

Tederic 注塑机 设计用于加工广泛的热塑性塑料。现代控制系统和精密塑化单元为每种材料提供最佳加工条件。

塑料化机筒配置

• 标准螺杆 (L/D 22:1) - PP、PE、PS、ABS - 通用应用
• 屏障螺杆 (L/D 24:1) - 工程塑料 PA、PC、POM
• 带混炼头的螺杆 - 玻璃纤维增强塑料
• 螺杆头 - 适用于剪切敏感材料的特殊螺杆头

Tederic 温控系统

• 加热区 - 57 s个独立控制区 ±1°C
• 温度曲线 - 可为每种材料设置梯度
• 实时监控 - 喷嘴出口熔体温度传感器
• 工艺报警 - 自动检测偏离设定参数

要求严格材料的注塑精度

• 全电动注塑机 Tederic NEO - 适用于要求精密的 PC、PA、POM ±0,1%
• 保压压力控制 - 多级曲线以最小化应力
• 注塑速度 - 可编程曲线达 500 mm/s
• 减压 - 可调节以适应不同粘度材料

材料储存与准备

正确储存和准备 塑料 对最终产品质量和注塑过程效率至关重要。

颗粒料储存条件：

• 温度 - 15-25°C，避免温度波动
• 相对湿度 - <50%（吸湿材料）
• 防紫外线 - 使用原包装或不透明容器储存
• 洁净度 - 避免污染、灰尘和化学品接触
• 库存轮换 - FIFO（先进先出）原则

材料干燥程序：

• PA（聚酰胺） - 80°C 4-6小时，目标湿度 <0,1%
• PC（聚碳酸酯） - 120°C 3-4小时，目标湿度 <0,02%
• PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯） - 160°C 4-6小时，目标湿度 <0,005%
• PBT - 120°C 4小时，目标湿度 <0,04%
• ABS - 80°C 2-4小时（可选，推荐）

干燥机类型：

• 对流干燥机 - 基础型，非吸湿材料
• 除湿干燥机 (desiccant dryers) - PA、PC、PET 必需
• 真空干燥机 - 最高效，干燥时间最短
• 中央系统 - 大型工厂用，自动分配

原材料质量控制：

• 湿度测量 - 湿度计、湿度分析仪（称重干燥法）
• MFI 测试 - 熔体流动速率指数 (Melt Flow Index)
• 目视检查 - 颜色、污染、结块
• 文档记录 - 材料证书、批号、有效期

总结

塑料选型 是注塑工艺设计的基础环节，直接决定生产项目的成败。正确材料选择影响最终产品性能、工艺效率、生产成本及客户满意度。

指南关键要点：

• 材料分类 - 标准塑料（PP、PE、PS）、工程塑料（ABS、PC、PA、POM）和高性能塑料（PEEK、PPS）性能和价格差异可达100倍
• 加工参数 - 机筒温度从 180°C（PE）到 400°C（PEEK），需针对每种材料精密控制
• 干燥要求 - 吸湿材料（PA、PC、PET）加工前必须干燥至湿度 <0,1%
• 选型标准 - 机械、热学、化学性能、行业认证和经济因素需全面分析
• 机器兼容性 - 现代注塑机 Tederic 可针对所有热塑性塑料实现全配置
• 材料储存 - 仓储条件和准备程序直接影响最终质量
• 专业行业 - 汽车、医疗和航空领域需认证材料和严格质量控制

正确选材是品质、效率和竞争力的投资。通过系统分析应用需求并深入理解可用塑料性能，可避免昂贵错误并最大化最终产品价值。

如果您需要材料选型支持或寻求适应特定加工需求的注塑机，请联系 TEDESolutions 专家。作为 Tederic 授权合作伙伴，我们提供全面技术咨询、最优机器配置选型以及各类塑料加工培训。

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