Kunststoffspritzguss: Prototyping zur Auswahl des geeigneten technischen Kunststoffs (PA66, PBT, PC, POM …)

Die Auswahl eines geeigneten Kunststoffmaterials, das Ihren Anforderungen entspricht, ist ein wesentlicher Schritt bei der Entwicklung eines spritzgegossenen Bauteils.

Mechanische Festigkeit, Temperaturbeständigkeit, Maßhaltigkeit, chemische Beständigkeit, Optik, elektrische Eigenschaften, Kosten … jedes Material hat seine eigenen Vorteile und Grenzen.

In diesem Leitfaden erfahren Sie mehr über die wichtigsten spritzgießbaren technischen Kunststoffe, die Auswahlkriterien und deren wichtigste Anwendungen.

Außerdem erfahren Sie, wie Sie mit Protolis Prototypen aus diesen Materialien fertigen können.

Ihr gewünschtes Material fehlt in der Liste?

Kein Problem: Auf Anfrage kann Protolis Prototypen aus jedem spritzgießbaren Kunststoffmaterial herstellen!

Die wichtigsten technischen Kunststoffe für den Spritzguss

PA66 – Polyamid 66

Dieser technische, teilkristalline Kunststoff, besser bekannt als Nylon 66, gehört zur Familie der Polyamide. Im Vergleich zu PA6 ist er steifer und temperaturbeständiger, bietet eine gute mechanische Festigkeit, Zähigkeit sowie eine hohe Verschleißfestigkeit.

Ferner ist er leicht modifizierbar, etwa durch Glasfaserverstärkung oder flammhemmende Additive.

Einschränkungen:

Der Hauptnachteil von PA66 liegt in seiner relativ hohen Wasseraufnahme, wodurch sich seine Abmessungen sowie seine mechanischen und elektrischen Eigenschaften verändern.

Gängige Modifikationen:

• Glasfaserverstärktes PA66
• Flammhemmendes PA66
• Flammhemmendes PA66, glasfaserverstärkt
• Wärmestabilisiertes PA66
• Abriebfestes PA66

PA46 – Polyamid 46

Dieses leistungsfähige teilkristalline Polyamid weist eine sehr hohe Schmelztemperatur von etwa 295 °C auf.

Es wird dann eingesetzt, wenn die Leistungsgrenzen von PA66 erreicht werden, insbesondere für Strukturbauteile, die dauerhaft Temperaturen über 150 °C standhalten müssen, oder für sehr dünnwandige Teile, die mit PA66 nur schwer zu füllen sind. Weiterhin bietet es außergewöhnliche mechanische Festigkeit und hervorragende Ermüdungsbeständigkeit.

Einschränkungen:

• Höhere Kosten als bei Standard-Polyamiden
• Hygroskopische Eigenschaften wie bei anderen Polyamiden auch

Gängige Modifikationen:

• Glasfaserverstärktes PA46
• Flammhemmendes PA46
• Flammhemmendes PA46, glasfaserverstärkt
• Wärmestabilisiertes PA46

PBT – Polybutylenterephthalat

Dieser technische Polyester ist ein schnell kristallisierender, teilkristalliner Kunststoff.

Seine geringe Wasseraufnahme macht ihn zu einem Werkstoff mit hervorragender Maßhaltigkeit. Er bietet außerdem sehr gute elektrische Isoliereigenschaften. PBT wird häufig in der Verbindungstechnik (Isolierkörper für Steckverbinder) sowie in der Automobilindustrie (Komponenten im Motorraum) eingesetzt.

Einschränkungen:

Mäßige Schlagzähigkeit in unverstärkter Form

Gängige Modifikationen:

• Glasfaserverstärktes PBT
• Flammhemmendes PBT
• Flammhemmendes PBT, glasfaserverstärkt
• PBT mit geringer Verformung
• PBT mit hohem CTI-Wert (Comparative Tracking Index)

PET – Polyethylenterephthalat

PET ist ein thermoplastischer Polyester, der je nach Spritzgussbedingungen entweder amorph und transparent (bei Verwendung eines kalten Werkzeugs) oder teilkristallin und steif (bei Verwendung eines warmen Werkzeugs) sein kann.

Er bietet ein gutes Eigenschaftsprofil mit ausgewogenen mechanischen und thermischen Eigenschaften, ausgezeichneter chemischer Beständigkeit, guten Gasbarriere-Eigenschaften und geringer Wasseraufnahme. Diese Eigenschaften machen ihn zu einem vielfach eingesetzten Werkstoff für Lebensmittelverpackungen. PET wird auch als technischer Kunststoff verwendet, insbesondere in Form von Folien zur elektrischen Isolierung oder in glasfaserverstärkten Varianten.

Einschränkungen:

Geringere Schlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen im Vergleich zu anderen Thermoplasten

Gängige Modifikationen:

• Glasfaserverstärktes PET
• Flammhemmendes PET
• Hitzebeständiges PET
• PET-Isolierfolie

PC – Polycarbonat

Dieser amorphe und transparente Thermoplast ist bekannt für seine außergewöhnliche Schlagzähigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit, Zähigkeit und vor allem seine hervorragenden optischen Eigenschaften. Er wird daher häufig für optische Bauteile sowie für Anwendungen eingesetzt, die gleichzeitig Robustheit und Transparenz erfordern (z. B. Verglasungen und Scheinwerfer).

Einschränkungen:

PC bietet nur mäßige Kratzfestigkeit und chemische Beständigkeit. Bei längerer Einwirkung von Spannungen, Lösungsmitteln oder Reinigungsmitteln können daher Risse entstehen.

Gängige Modifikationen:

• Flammhemmendes PC
• Glasfaserverstärktes PC
• Witterungsbeständiges PC
• UV-beständiges PC
• PC/ABS-Mischung

ABS – Acrylnitril-Butadien-Styrol

ABS ist ein amorphes Styrol-Terpolymer. Es kombiniert die Steifigkeit von Polystyrol mit der Zähigkeit von Butadienkautschuk und bietet zugleich eine hervorragende Oberflächenqualität.

ABS ist der Standardwerkstoff für technische Bauteile, die eine ansprechende Optik und gute Schlagzähigkeit erfordern (z. B. Verkleidungen, Gehäuse, elektrische Geräte).

Einschränkungen:

• In seiner Standardform ist ABS kein technischer Kunststoff für hohe Temperaturen. Es muss modifiziert werden, um eine höhere Wärmebeständigkeit oder flammhemmende Eigenschaften zu erreichen.

• Seine UV-Beständigkeit ist ebenfalls begrenzt, wenn es nicht geschützt wird, und es ist empfindlich gegenüber organischen Lösungsmitteln und Kohlenwasserstoffen.

Gängige Modifikationen:

• Flammhemmendes ABS
• ABS mit hoher Schlagzähigkeit
• Hitzebeständiges ABS
• Antistatisches ABS
• PC/ABS-Mischung

PC/ABS-Mischungen

Diese thermoplastische Legierung kombiniert die Eigenschaften von PC und ABS. Sie vereint die hohe Schlagzähigkeit und Temperaturbeständigkeit von PC mit der guten Verarbeitbarkeit und den moderaten Kosten von ABS.

Sie wird für Bauteile empfohlen, die gleichzeitig robust und ästhetisch ansprechend sein müssen, ohne die Transparenz reinen PCs zu erfordern, insbesondere bei Gehäusen.

Einschränkungen:

• Wie ABS besitzt auch PC/ABS eine begrenzte chemische Beständigkeit
• Etwas höhere Kosten als Standard-ABS

Gängige Modifikationen:

• Flammhemmendes PC/ABS
• PC/ABS mit hoher Wärmebeständigkeit
• PC/ABS mit geringer Verformung
• PC/ABS mit hoher Fließfähigkeit

POM – Polyoxymethylen (Acetal)

Dieser teilkristalline Polymerwerkstoff weist einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten, eine hohe mechanische Ermüdungsfestigkeit, eine ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit sowie eine bemerkenswerte Maßhaltigkeit auf.

Er ist der Referenzwerkstoff für präzise bewegliche mechanische Bauteile (Zahnräder, Lager, Scharniere), die eine lange Lebensdauer erfordern.

Einschränkungen:

• POM ist weder ein hochgradig flammhemmendes Material noch ein Hochtemperatur-Isolierstoff.

• Es sollte nicht für Bauteile ausgewählt werden, die hohen Temperaturen, elektrischen Lichtbögen oder Anwendungen mit hohen Anforderungen an die elektrische Isolation ausgesetzt sind.

Gängige Modifikationen:

• Verschleißfestes POM
• POM glasfaserverstärkt
• PTFE-haltiges POM
• Silikonölhaltiges POM
• Antistatisches oder leitfähiges POM

PPS – Polyphenylensulfid

Hochleistungsfähiger, teilkristalliner, aromatischer thermoplastischer Polymerwerkstoff.

Er zeichnet sich durch eine stabile Molekülstruktur aus, die auf einer abwechselnden Anordnung von Phenylenringen und Schwefelatomen basiert und ihm eine außergewöhnliche Beständigkeit gegenüber Hitze und chemischen Medien verleiht.

PPS hält Dauergebrauchstemperaturen von etwa 200 °C stand, ist von Natur aus selbstverlöschend (erreicht ohne Additive die UL94 V-0-Klassifizierung) und weist zudem sehr gute elektrische Eigenschaften auf. Diese Eigenschaften machen PPS zu einem idealen Material für Komponenten, die bei hohen Temperaturen eingesetzt werden und eine hohe Maßgenauigkeit erfordern.

Grenzen:

• Hohe Kosten, daher hauptsächlich für anspruchsvolle Anwendungen geeignet
• PPS ist in unverstärkter Form spröde

Gängige Modifikationen:

• Glasfaserverstärktes PPS
• PPS mit Glasfaser- und Mineralfüllstoffen
• Verschleißfestes PPS
• PPS mit hoher Fließfähigkeit

LCP – Flüssigkristallpolymer

Diese Polymerfamilie weist eine besondere Molekülstruktur auf, die ihr eine einzigartige Kristallinität verleiht.

LCP zeichnet sich durch außergewöhnliche Steifigkeit bei hohen Temperaturen, sehr geringe Wärmeausdehnung und hervorragende chemische Beständigkeit aus. Sie werden für sehr dünnwandige oder komplexe Bauteile entwickelt, die extremen Bedingungen standhalten müssen (z. B. Elektronik, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik).

Einschränkungen:

• Sehr hohe Materialkosten und eingeschränkte Verfügbarkeit
• Erfordert sehr hohe Verarbeitungstemperaturen beim Spritzguss
• Begrenzte Schlagzähigkeit
• Nicht für große Bauteile geeignet

Gängige Modifikationen:

• Glasfaserverstärktes LCP
• Mineralgefülltes LCP
• LCP mit hoher Fließfähigkeit
• LCP mit geringer Verformung

PEEK – Polyetheretherketon

Dieser teilkristalline Hochleistungsthermoplast zählt zu den fortschrittlichsten technischen Kunststoffen.

Er wird aufgrund seiner außergewöhnlichen thermischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften sogar in extremen Umgebungen eingesetzt, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik und im Energiesektor.

Einschränkungen:

• Der Nachteil von PEEK liegt in seinen hohen Kosten.

• Wenn Standardkunststoffe die geforderten Anforderungen erfüllen, ist PEEK aufgrund seines hohen Preises in der Regel nicht die erste Wahl.

Gängige Modifikationen:

• Glasfaserverstärktes PEEK
• PEEK kohlenstofffaserverstärkt
• Verschleißfestes PEEK
• Leitfähiges PEEK

PP – Polypropylen

Dieser vielseitige, leichte und kostengünstige thermoplastische Polymerwerkstoff aus der Familie der Polyolefine gehört zu den am häufigsten verwendeten Kunststoffen. PP weist außerdem eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit und eine hervorragende Ermüdungsfestigkeit auf. Dank seines geringen Gewichts und seiner Eignung für die Großserienfertigung durch Spritzguss wird es sowohl für technische Bauteile als auch für Verpackungsanwendungen eingesetzt.

Einschränkungen:

• Seine Steifigkeit, Temperaturbeständigkeit und Maßhaltigkeit sind begrenzt.
• Es handelt sich nicht um einen Hochleistungskunststoff, sondern um einen Standardkunststoff für allgemeine Anwendungen.

Gängige Modifikationen:

Durch Verstärkung mit Glasfasern, Mineralfüllstoffen oder flammhemmenden Additiven kann PP für bestimmte technische Anwendungen eingesetzt werden.

• Glasfaserverstärktes PP
• Mineralgefülltes PP
• Flammhemmendes PP
• Antistatisches PP

Welches Material sollten Sie für Ihr Projekt wählen?

Die Auswahl eines Kunststoffmaterials hängt nicht allein von seinem Namen oder der Werkstofffamilie, der es zugeordnet ist, ab.

Die richtige Wahl wird vor allem durch die Anforderungen des Lastenhefts und damit durch die spätere Anwendung des Bauteils bestimmt.

Ästhetisches Gehäuse, mechanisches Bauteil, reibungsbeanspruchte Komponente, isolierendes Bauteil, hitzeexponiertes Teil oder Element mit hoher Maßhaltigkeit: All diese Anwendungen erfordern unterschiedliche Materialien!

Vergleichstabelle der Kunststoffe nach Anwendungen

Die folgende Tabelle zeigt verschiedene geeignete Werkstoffauswahlen für spezifische Anwendungen. Wenn Sie visuelle Beispiele sehen möchten, laden wir Sie gerne in den Protolis-Showroom ein.

Vergleichstabelle nach den technischen Eigenschaften der Kunststoffe

Wie lässt sich der ausgewählte Kunststoff prototypisieren?

Protolis bietet schnelle und effiziente Lösungen für die Prototypenherstellung und die Produktion komplexer Kunststoff- und Metallteile durch unsere Dienstleistungen im Bereich 3D-Druck, Vakuumguss, Prototypen-Spritzguss und CNC-Bearbeitung.

3D-Druck

Der 3D-Druck eignet sich besonders gut, um eine Form, den Bauraum oder ein Montageprinzip zu validieren, da es sich um ein schnelles und kostengünstiges Verfahren handelt.

Allerdings bildet der Kunststoff-3D-Druck die Eigenschaften eines spritzgegossenen Bauteils nicht immer exakt ab, insbesondere bei glasfaserverstärkten Materialien, Schnappverbindungen oder Bauteilen, die wiederholten mechanischen Belastungen ausgesetzt sind.

Liste unserer mit FDM-, SLS- oder SLA-3D-Druck kompatiblen Kunststoffmaterialien

Kunststoff-CNC-Bearbeitung

Die CNC-Bearbeitung ermöglicht unter anderem die Herstellung von Prototypen aus ABS, PC, POM, PA oder PEEK.

• Liste unserer mit CNC-Bearbeitung kompatiblen Kunststoffmaterialien

Diese Lösung eignet sich besonders zur Validierung einer Geometrie oder einer mechanischen Funktion. Das Verhalten des gefertigten Bauteils kann jedoch aufgrund der Materialorientierung, der inneren Spannungen oder der konstruktionsbedingten Unterschiede des Fertigungsverfahrens von dem eines spritzgegossenen Teils abweichen.

Beispiel: Prototypenherstellung durch Kunststoff-CNC-Bearbeitung eines maßgeschneiderten medizinischen Gehäuses für ein fortschrittliches mikrobiologisches Testgerät ce

Vakuumguss

Der Vakuumguss ermöglicht die Herstellung von Kleinserien aus Polyurethanharzen, die bestimmte Eigenschaften von Thermoplasten nachbilden.

Er eignet sich besonders für optische Prototypen, Vorserien oder Gehäuse. Allerdings ermöglicht dieses Verfahren keine exakte Prüfung eines endgültigen Serienmaterials wie PA66 GF, flammhemmenden PBT oder spritzgegossenen POM.Liste unserer mit Vakuumguss kompatiblen Kunststoffmaterialien

Prototypen-Spritzguss

Der Prototypen-Spritzguss ist die geeignetste Lösung, wenn das Ziel darin besteht, ein Bauteil aus demselben Material (oder einem Material, das dem des Endprodukts sehr ähnlich ist) zu testen wie in der späteren Serie.

Diese Lösung eignet sich daher besonders, wenn der Prototyp die zukünftige Serienkomponente möglichst realitätsnah abbilden soll.

Damit können folgende Punkte validiert werden:

• Geometrie
• Montage
• Clip- bzw. Schnappverbindungen
• Mechanische Eigenschaften
• Erscheinungsbild
• Tatsächliches Verhalten des spritzgegossenen Materials

Bei Protolis wird der Prototypen-Spritzguss eingesetzt, um Kleinserienteile aus technischen Materialien wie ABS, PC/ABS, PA66, PBT, POM, PP, PPS oder anderen spezifischen Materialtypen herzustellen.

• Liste unserer mit dem Prototypen-Spritzguss kompatiblen Kunststoffmaterialien

Auf unserer Website finden Sie ebenfalls Beispiele für Kundenprojekte. Hier sind einige davon:

• Prototypenentwicklung von Fluidverbindungskomponenten für die Automobilindustrie
• Prototypenentwicklung eines Trainingsgeräts für den Sportschießbereich

FAQs 

Was ist der Unterschied zwischen einem Standardkunststoff und einem technischen Kunststoff?

Ein technischer Kunststoff bietet im Allgemeinen bessere mechanische, thermische, dimensionale oder elektrische Eigenschaften als ein Standardkunststoff. Er wird eingesetzt, wenn das Bauteil höheren funktionalen Anforderungen gerecht werden muss.

Welches Material sollte für ein spritzgegossenes Kunststoffgehäuse gewählt werden?

ABS und PC/ABS werden häufig für Kunststoffgehäuse verwendet, da sie einen guten Kompromiss zwischen Optik, Schlagzähigkeit, Kosten und der einfachen Verarbeitung im Spritzguss bieten. PC kann gewählt werden, wenn Transparenz oder hohe Schlagzähigkeit im Vordergrund stehen.

Welches Material sollte für ein mechanisches Bauteil gewählt werden?

PA66, POM, glasfaserverstärktes PBT oder PEEK können für mechanische Bauteile eingesetzt werden. Die Auswahl hängt von den Belastungen, der Reibung, der Temperatur, der Feuchtigkeit und den angestrebten Kosten ab.

Welches Material sollte für ein reibungsbeanspruchtes Bauteil gewählt werden?

POM ist aufgrund seiner guten Verschleißfestigkeit und seiner selbstschmierenden Eigenschaften häufig eine sehr gute Wahl für reibungsbeanspruchte Bauteile. Je nach den Anforderungen können auch PA66 oder PEEK in Betracht gezogen werden.

Welches Material sollte für eine elektrische Anwendung gewählt werden?

PBT, PET, PPS und LCP werden häufig für elektrische oder elektronische Anwendungen eingesetzt, da sie eine gute Maßhaltigkeit und hervorragende Isolationseigenschaften bieten.

Kann PEEK spritzgegossen werden?

Ja, PEEK kann im Spritzguss verarbeitet werden, jedoch sind dafür spezielle Verarbeitungsbedingungen, hohe Temperaturen sowie geeignete Werkzeuge erforderlich. Aufgrund seiner hohen Kosten wird es in der Regel für besonders anspruchsvolle Anwendungen eingesetzt.

Nimmt PA66 Feuchtigkeit auf?

Ja, PA66 nimmt Feuchtigkeit auf. Dies kann seine Abmessungen sowie seine mechanischen und elektrischen Eigenschaften beeinflussen. Für hochpräzise Bauteile oder Anwendungen, die empfindlich auf Feuchtigkeit reagieren, können andere Materialien wie PBT, POM oder PPS in Betracht gezogen werden.

Was ist der Unterschied zwischen PA66 und PBT?

PA66 bietet eine gute mechanische Festigkeit und eine hohe Verschleißbeständigkeit, nimmt jedoch mehr Feuchtigkeit auf. PBT bietet eine bessere Maßhaltigkeit und gute elektrische Eigenschaften, wodurch es für technische oder elektrische Komponenten besonders geeignet ist.

Kann ein Prototyp aus dem endgültigen Serienmaterial hergestellt werden?

Ja, mit dem Prototypen-Spritzguss ist es möglich, Bauteile aus dem endgültigen Serienwerkstoff oder aus einem Material herzustellen, das dem späteren Serienwerkstoff sehr ähnlich ist. Dies ist besonders hilfreich, um Clips, Baugruppen, mechanische Eigenschaften sowie thermische und elektrische Anforderungen zu validieren.

Welche Technologie sollte für die Prototypenherstellung eines Kunststoffteils gewählt werden?

Der 3D-Druck eignet sich zur schnellen Validierung einer Form. Die CNC-Bearbeitung ist hilfreich, um bestimmte reale Materialien zu testen. Der Vakuumguss eignet sich für optische Prototypen oder Kleinserien. Der Prototypen-Spritzguss ist die repräsentativste Lösung, wenn das endgültige Material und das tatsächliche Verhalten des Bauteils entscheidend sind.