ABS, PA, POM, PEEK… : de juiste kunststof kiezen voor een technisch onderdeel

Een technische kunststof kiest u zoals een component: u gaat uit van wat het onderdeel moet doen. Eén en dezelfde afkorting dekt tientallen typen, met of zonder vulstoffen, voor spuitgieten of voor extrusie, en twee onderdelen van ABS kunnen zich totaal verschillend gedragen. Beantwoord de volgende vragen voordat u een materiaal noemt:

• Welke krachten? Permanente of incidentele belasting, schokken, trillingen, wrijving. Onder constante belasting vervormt een kunststof langzaam (dit heet kruip): een onderdeel dat de test doorstaat, kan na maanden gebruik toch vervormen.
• Welke temperatuur? Continue gebruikstemperatuur, eventuele pieken, wisselingen tussen warm en koud. Kunststoffen worden veel eerder zacht dan metalen.
• Welke omgeving? Vocht, heet water, oliën, reinigingsmiddelen, oplosmiddelen, uv-straling bij toepassing buiten.
• Welk uiterlijk? Transparantie, kleur, oppervlakteafwerking, mogelijkheid om te lijmen, te lakken of te markeren.
• Welke wettelijke eisen? Contact met voedsel, medisch gebruik, brandgedrag.
• Welke productiemethode? Aantal, beoogd proces en gevraagde toleranties.

Met deze antwoorden blijven er al snel twee of drie kandidaten over, waaruit de werkplaats samen met u kan kiezen. Beschrijf ze in uw aanvraag in plaats van een materiaal voor te schrijven: een bedrijf voor kunststoftechniek of verspaning kan een geschikter of voordeliger type voorstellen.

Thermoplasten worden in drie niveaus ingedeeld:

• Standaardkunststoffen (PE, PP, PVC, PS): voordelig en licht, voor weinig belaste onderdelen (bakken, kappen, geleiders).
• Technische kunststoffen (ABS, PC, PA, POM, PBT): betere mechanische en thermische eigenschappen, voor functionele onderdelen.
• Hoogwaardige kunststoffen (PEEK, PPS, PEI, PTFE): hoge hittebestendigheid en chemische bestendigheid, maar materiaal en verwerking zijn aanzienlijk duurder.

Een tweede indeling helpt om het gedrag te voorspellen. Amorfe kunststoffen (ABS, PC, PMMA) krimpen weinig bij het spuitgieten, zijn gemakkelijk te lijmen en kunnen transparant zijn, maar zijn minder chemisch bestendig en kunnen onder spanning scheuren. Semikristallijne kunststoffen (PA, POM, PP, PE, PEEK, PTFE) zijn beter bestand tegen slijtage, vermoeiing en chemicaliën, maar krimpen sterker en zijn moeilijker te lijmen.

Ten slotte maken vulstoffen veel verschil: glasvezels verhogen de stijfheid en de temperatuurbestendigheid, ten koste van een materiaal dat gereedschap sneller slijt en vaak brosser is; glijmiddelen (PTFE, grafiet, molybdeendisulfide) verlagen de wrijving.

• ABS: goed compromis tussen slagvastheid, stijfheid en gemakkelijke verwerking. Het is eenvoudig te spuitgieten, te verspanen, te lijmen en te lakken, maar de temperatuurbestendigheid is beperkt en het veroudert slecht in zonlicht zonder bescherming. Behuizingen, kappen, prototypen.
• PC (polycarbonaat): zeer slagvast, transparant en hittebestendiger dan ABS. Het krast gemakkelijk en kan scheuren bij contact met bepaalde oplosmiddelen of oliën.
• PMMA: zeer transparant en goed uv-bestendig, maar bros. Het laat zich goed verspanen met scherp gereedschap en is te polijsten. Beglazing, diffusoren, displays.
• PA 6 en PA 66 (polyamiden): slijtvast, slagvast en bestand tegen vermoeiing. Ze nemen vocht uit de lucht op: het onderdeel zet uit en de eigenschappen veranderen, wat strakke passingen bemoeilijkt. PA 12 neemt aanzienlijk minder vocht op. Tandwielen, rollen, bussen.
• POM (polyacetaal): stijf, stabiel, lage wrijving, zeer weinig gevoelig voor vocht en prettig te verspanen. Vaak de beste keuze voor een verspaand mechanisch precisieonderdeel. Verkrijgbaar als copolymeer (POM-C, het meest gangbaar) en als homopolymeer (POM-H). Het is slecht te lijmen en niet bestand tegen sterke zuren.
• PP en HDPE: licht, voordelig en zeer chemisch bestendig, maar weinig stijf, sterk uitzettend en moeilijk te lijmen. PP leent zich voor geïntegreerde scharnieren.
• PEEK: circa 250 °C bij continu gebruik, uitstekende chemische bestendigheid, steriliseerbaar, met biocompatibele typen. Zeer duur en veeleisend om te spuitgieten: te reserveren voor toepassingen die andere materialen niet aankunnen (medisch, luchtvaart, chemie).
• PTFE: zeer lage wrijving en chemisch inert, maar zacht en kruipgevoelig. Het is niet conventioneel te spuitgieten: het wordt verspaand uit staven, buizen of gesinterde platen. Afdichtingen, voeringen, glijonderdelen.

Kwalitatieve richtwaarden, te bevestigen aan de hand van het technische gegevensblad van het gekozen type. De kolom ‘Spuitgieten’ geeft aan of het materiaal gangbaar wordt gespuitgiet; de relatieve kosten hebben betrekking op het materiaal (€ voordelig, €€€€ zeer hoog).

Verspanen: halffabricaten, geen gereedschap

Verspanen gaat uit van staven, platen of buizen en vergt geen matrijs: dat is de natuurlijke route voor een prototype of een kleine serie. Kunststof warmt op tijdens het snijden, zet uit en geeft soms interne spanningen vrij: de werkplaats voorziet daarom vaak voorbewerken, stabiliseren en nabewerken. Nauwe toleranties zijn lastiger te halen dan in metaal: beperk ze tot de functionele maten (zie de gids over materialen voor verspaande onderdelen).

Spuitgieten: een matrijs, daarna series

Bij kunststof spuitgieten wordt gesmolten materiaal in een matrijs geperst. De matrijs is een investering die zich alleen bij een serie terugverdient; daar staat tegenover dat de prijs per onderdeel daalt. Het materiaal moet beschikbaar zijn als spuitgietkwaliteit (PTFE bijvoorbeeld niet), en de krimp, groter bij semikristallijne kunststoffen, beïnvloedt de nauwkeurigheid en het kromtrekken. De gietoleranties zijn doorgaans minder nauw dan bij verspanen, en het onderdeel moet voldoen aan ontwerpregels (ontformhoeken, gelijkmatige wanddiktes). De gids over de prijs van een spuitgietmatrijs gaat dieper in op de kosten van het gereedschap.

3D-printen: nuttig om te testen, maar niet gelijkwaardig

Additieve productie levert kunststof onderdelen zonder matrijs, met name in polyamide. Maar een geprint onderdeel heeft niet de eigenschappen van een gespuitgiet of verspaand onderdeel uit dezelfde familie: het is in één richting vaak minder sterk. Het bevestigt vorm en montage, niet altijd de mechanische sterkte (zie 3D-printen of CNC-verspaning).

Er bestaat geen universele grens tussen verspanen en spuitgieten: ligt uw aantal ertussenin, laat dan beide processen doorrekenen (zie van prototype naar serie). Moet de uiteindelijke serie gespuitgiet worden, maak het prototype dan van een vergelijkbaar materiaal en laat enkele onderdelen uit de matrijs valideren voordat de productie start.

• Uitzetting. Een kunststof zet meerdere malen sterker uit dan staal: een strakke passing bij 20 °C kan bij 60 °C vastlopen of loskomen. Voorzie speling, vooral in een metalen frame.
• Kruip. Een onderdeel onder permanente belasting vervormt na verloop van tijd. Gebruik bij een geschroefde verbinding liever een metalen inzet of een brede ring om de kracht te verdelen.
• Vocht. Polyamiden zwellen op en verliezen stijfheid; POM is veel stabieler. Voor een onderdeel dat zijn maten moet behouden, is dit vaak het doorslaggevende criterium.
• Chemicaliën. De bestendigheid hangt af van het materiaal, de concentratie, de temperatuur en de spanning. PC en PMMA kunnen scheuren bij contact met bepaalde oplosmiddelen. Vraag de leverancier om de chemische bestendigheid van het type, of voer een test uit.
• Uv en buitengebruik. Zonder stabilisator vergelen of verbrossen veel kunststoffen. Vermeld buitengebruik: er bestaan gestabiliseerde typen.
• Brandgedrag. In de elektrotechniek of het transport kan een brandklasse vereist zijn (bijvoorbeeld UL 94). Dat beperkt de keuze: vermeld het meteen in uw aanvraag.
• Contact met voedsel of medisch gebruik. Slechts bepaalde typen zijn als conform verklaard: vraag de verklaring van de leverancier op en laat die controleren door uw verantwoordelijke voor regelgeving. Zie ook de medische sector.

Een slecht omschreven materiaal leidt tot vragen, offertes die ernaast zitten of een onaangename verrassing bij de levering. Vermeld:

• de exacte aanduiding: ‘POM-C naturel’, ‘PA 6 met 30% glasvezel’, ‘ABS zwart’ in plaats van ‘kunststof’ of ‘nylon’;
• of het materiaal verplicht is of niet: met ‘of gelijkwaardig’ kan de werkplaats het voordeligste beschikbare type voorstellen;
• de kleur en het uiterlijk: naturel, zwart, door en door gekleurd, eventueel polijsten;
• de gebruiksomstandigheden: temperatuur, stoffen waarmee het in contact komt, vocht, buitengebruik;
• de verwachte documenten (materiaalcertificaat, conformiteitsverklaring), alleen te vragen als ze nodig zijn;
• het aantal en, bij een prototype, de serie en het proces dat daarna wordt beoogd.

Klaar om prijzen op te vragen? Plaats uw aanvraag op Meaflow: het is gratis en zonder commissie, en u vergelijkt de offertes van meerdere werkplaatsen.