注塑材料
注塑成型是一種標準的大批量生產方法，用於製造精密零件。此工藝用途廣泛，材料選擇豐富，精度高，效率也高。其原理是將熔融聚合物在高壓下注入模腔，冷卻後成型為模具的形狀。
材料在零件製造中起著至關重要的作用。所用材料的類型會影響成本、零件品質、性能和生產效率。此外，材料也會決定環境影響和法規遵循。這份注塑成型材料對比報告重點介紹了不同樹脂在強度和成本等關鍵指標上的表現。
樹脂在註塑成型中的作用
樹脂是聚合物的基礎材料。它們被熔化後，在高壓下注入模具。樹脂的性能可以根據不同的需求進行調整。例如，可以添加填料、增強劑和穩定劑等添加劑來提高耐久性。著色劑用於賦予模製部件不同的顏色。樹脂在冷卻、填充等各種製程中的流動行為以及零件的最終性能都取決於樹脂本身。 注塑成型顆粒的原料 是整個過程的基礎。
主要物理和化學特性
材料的適用性取決於其不同的性能以及在應力作用下的行為。這些性能包括機械性能和化學性能，在使用材料時需要根據具體應用進行評估。以下列出一些關鍵效能：
- 抗拉強度： 這是衡量材料在被拉伸或伸展而不發生斷裂時所能承受的最大應力的指標。
- 斷裂伸長率%： 這是衡量材料長度變化量的百分比，顯示了其延展性。
- 彎曲模量： 彎曲模量是衡量材料在彎曲載荷下抵抗彎曲和變形能力的量化指標，它反映了材料的延展性。
- 衝擊強度： 這表示材料在受到突然衝擊而不發生斷裂時所能吸收的能量。通常使用夏比衝擊試驗進行測試。
- 熱變形溫度： 材料開始變形時的溫度。它反映了材料在應力作用下的短期耐熱性。
- 熔體流動指數： 它表示材料在正常條件下的流動性。數值越高，表示材料流動性越好，越有利於其更有效地填補裂縫。
- 耐化學性： 它描述了材料對不同化學試劑（如溶劑、油和酸）的抵抗力。
- 密度（克/立方公分）： 它是材料單位體積的質量，會影響零件的重量、浮力和成本。
- 阻燃等級（UL94）： 這顯示它極易被點燃、燃燒和自熄。
熱塑性塑料與熱固性塑料
注塑成型主要採用熱塑性塑膠。這是因為熱塑性塑膠能夠承受高溫而不發生降解或化學變化。熱塑性塑膠可回收利用，可以重複使用，這有助於最大限度地減少對環境的影響，並透過減少材料浪費來降低成本。這些塑料，例如聚丙烯（PP）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），因其韌性和成本效益而被廣泛應用於各個行業。
熱固性塑膠與熱塑性塑膠不同，它們具有永久性。一旦注入模具，就會透過化學反應固化並永久定型，因此不可回收。熱塑性塑膠則具有耐熱性和尺寸穩定性。這意味著它們對環境的影響更大。熱塑性塑膠更適用於高性能應用。
塑膠成型材料的分類
非晶態塑膠：性質和用途
非晶態塑膠不具有有序的分子晶體結構，因此具有良好的透明度和抗衝擊性。此外，非晶態塑膠還具有優異的表面光潔度。它們廣泛應用於光學透鏡、電子外殼和透明外殼等領域。
結晶型和半結晶型塑料
結晶型和半結晶型塑膠堅韌、剛性強，且具有優異的耐化學腐蝕性。它們具有有序的結構，賦予塑膠卓越的機械性能。聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）和聚甲醛（POM）等塑膠聚合物均為結晶型，常用於汽車和工業等高應力應用領域。雖然結晶型塑膠更適合特定應用，但它們更容易發生收縮和翹曲。這意味著它們需要更優化、更精細的製造流程。
高性能和工程級樹脂
PEEK、PEI 和 PPS 等塑膠屬於超高性能塑膠。它們具有優異的機械和化學性能，在 200°C 以上的溫度下仍保持良好的熱穩定性，且拉伸強度超過 90 MPa。這些優異性能的結合確保了其耐用性和使用壽命。
高性能塑膠在航空航太、汽車等產業的結構應用中可取代金屬，也可用於石油天然氣密封件和軸承襯套。雖然價格更高，但其關鍵特性使其成為高溫和腐蝕性化學品環境的理想選擇。
十大最常注塑成型材料
聚丙烯（PP）
聚丙烯回收標誌
聚丙烯是世界上第二大常用塑膠。它具有良好的耐化學腐蝕性，並且在扭轉或彎曲後仍能保持形狀。其高熔點可防止熱降解。此外，它還具有防潮或防水性能。射出成型的聚丙烯也是可回收的。
聚乙烯（PE）
耐用聚乙烯管道
聚乙烯是全球最常見的塑膠聚合物。根據密度不同，聚乙烯可分為高密度聚乙烯（HDPE）和低密度聚乙烯（LDPE）。兩者在硬度、柔韌性、熔點以及光學性能方面均存在差異。 HDPE材料 它們之所以受到青睞，是因為它們具有更好的耐用性和抗衝擊性，適用於容器和外部塑膠零件等物品。
丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）
ABS汽車後視鏡外殼
ABS塑料 與其他塑膠相比，ABS的熔點較低，因此更容易成型。 ABS不透明，易於著色。此外，ABS光澤亮麗、美觀且堅固耐用。除了這些特性外，ABS還可以進行多種表面處理，使其用途廣泛。
ABS材料以其強度和抗衝擊性而聞名，但其耐紫外線、防水和耐候性較差。與丙烯酸樹脂相比，射出成型的ABS材料並不適合戶外應用。
聚碳酸酯（PC）
聚碳酸酯PC
聚碳酸酯（PC）是一種輕質、堅硬、透明的塑料，具有優異的光學性能。它具有一定的抗紫外線能力，但長時間暴露在紫外線下會導致其泛黃並變脆，像其他塑膠一樣出現碎裂和剝落現象。 PC的強度遠高於玻璃，且非常耐用，是玻璃的理想替代品。
壓克力 (PMMA)
雷射切割透明壓克力
亞克力也是一種透明輕質塑料，類似於聚碳酸酯（PC）。射出成型的壓克力具有光學透明度。亞克力耐紫外線和耐候性強，流動性好，能夠承受紫外線照射並可進行高精度成型。然而，它易受溶劑侵蝕。雖然亞克力具有較高的抗拉強度，但在重載作用下仍可能發生開裂。
尼龍聚酰胺 (PA)
CNC加工尼龍齒輪
尼龍是一種合成聚醯胺，具有高韌性、優異的耐熱性和耐磨性。尼龍本身不具備阻燃性，且在陽光照射下會發生降解，不過可以使用紫外線穩定劑來改善其性能。 尼龍的耐化學性差，且易受潮。它具有高強度和優異的尺寸穩定性，因此適用於齒輪和軸承等高負載應用。
聚甲醛（POM）
機械加工POM塑膠襯套
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專用和混合模塑材料
熱塑性彈性體（TPE）和聚氨酯（TPU）
熱塑性彈性體（TPE）是橡膠和塑膠的混合物。它像橡膠一樣柔軟有彈性，但加工方式卻與塑膠類似。 TPE通常被稱為熱塑性橡膠，具有中等的拉伸性，能夠在受力時彎曲並恢復原狀。它還可以回收。
TPU是TPE的一種。它是一種類似橡膠的材料，是硬橡膠的理想替代品。與TPE相比，TPU具有更好的耐溫性和耐化學性。由於乾燥過程耗時較長，TPU的射出成型難度較高，成本也較高。
玻璃纖維增強樹脂
玻璃纖維或玻璃纖維增強樹脂是在尼龍、PA、聚丙烯、PP和PPS等熱塑性基材中添加10%至50%的短玻璃纖維。添加纖維或玻璃可以改善材料的機械性能，使其更適用於結構應用。
玻璃纖維可使材料的抗拉強度提高一倍，達到約 240 MPa，彎曲模量提高四倍，使其剛度提高 2-4 倍。碳纖維具有更優異的強度重量比和導電性。由於加工壓力要求更高，碳纖維加工難度更高，容易收縮。
永續和生物基材料（PLA）
聚乳酸（PLA）是一種生物基材料，由玉米澱粉或甘蔗製成。它環保，近年來促進了注塑成型過程的發展。 PLA具有優異的剛性和光學透明度，且無毒，因此非常適合用於一次性餐具和盤子。其他生物塑膠包括聚羥基脂肪酸酯（PHA）和生物基聚丙烯（Bio-PP）。這些生物塑膠的顯著限制在於其熱變形溫度低，且由於結晶速度慢，成本較高，生產週期也較長。
零件設計材料選擇標準
各種塑膠材質零件
材料選擇是注塑成型過程中至關重要的一步。這是因為您需要考慮許多因素，例如成本、可製造性以及注塑件的應用。像這樣的注塑成型材料選擇指南是評估材料機械性能、熱性能和化學性能要求的理想工具。
機械強度和抗衝擊性是材料選擇的主要因素。具有更高拉伸強度的塑料，例如玻璃纖維增強塑料或聚酰胺塑料（PA），非常適合承重和高應力應用。聚碳酸酯（PC）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）具有優異的抗衝擊性，因此非常適合用於消費品。
材料的熱穩定性和熱變形特性對於了解其在高溫下的性能至關重要。熱變形溫度決定了材料的工作極限。對於一般應用，該範圍約為 90–110 °C。聚丙烯 (PP) 是個不錯的選擇，而對於高溫應用，聚醚醚酮 (PEEK) 和玻璃纖維則是理想之選。
在耐化學性方面，PP和PE更勝一籌。它們對酸、胺和溶劑的耐受性較好。對於戶外應用，PMMA以及穩定化的PP和PE具有良好的抗紫外線性能。醫療和食品相關零件通常採用PP、PC或TPU製造，因為這些材料易於消毒並符合相關法規（FDA/USP/RoHS）。原型製作和測試仍然至關重要，以確保所選材料滿足所有性能、環境和成本目標。
材料對射出成型製程的影響
模具收縮和翹曲
了解模具收縮和翹曲
熔融聚合物冷卻凝固時會發生收縮，這是由於尺寸收縮造成的。為了解決這個問題，必須在模具設計中預留收縮餘裕。與結晶聚合物相比，非晶態塑膠的收縮率較低。
這是由於無定形聚合物缺乏分子結構和有序性，從而降低了其方向差異，並允許進行嚴格的公差控制。影響翹曲的因素包括冷卻不均勻、壁厚不均、填料、結晶不完全。
流動速率和熔體黏度
熔體流動速率（MFI）以每克每10分鐘的流量（g/g/10min）衡量材料在標準條件下的流動性。 MFI值越高，代表黏度越低，流動性越好。 PP和PE的MFI值較高，範圍在20-50以上，這意味著它們非常適合薄壁應用以及ML型腔體中的複雜幾何形狀。更高的流動速率也意味著更短的填充時間和更低的注射壓力。
熔體流動速率低意味著黏度高。 HDPE 和 PP 就是很好的例子；它們的熔體流動速率低，黏度高，因此更適合製造厚實堅固的零件，以獲得更好的機械性能。
製造過程中，需選擇熔體流動速率（MFI）均衡的材料。較高的MFI意味著更好的加工性能，但零件強度也會降低，這取決於應用場景。
公差、一致性和表面光潔度
零件製造過程中所能達到的公差取決於材料。非晶態塑膠由於其分子結構和均勻的收縮特性，可以實現更嚴格的公差，這使得您可以預測結果並控制收縮。
非晶態塑膠的典型公差約為±0.001–0.005毫米。此外，它還便於實現不同的表面處理，例如高光澤和光滑表面，以提升美觀度。 結晶聚合物和增強聚合物帶來了不同的挑戰，例如由於纖維方向而導致的收縮，這會導致公差增大，並降低表面光潔度。
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按材料類型劃分的工業應用
汽車和航空航天零件
汽車業是注塑塑膠的主要消費產業。 PP和ABS材質的保險桿、玻璃層以提高光學清晰度的PA和PC材質的頭燈透鏡，因其成本效益高、耐衝擊和耐化學腐蝕等優點，在汽車行業中佔據主導地位。 PEEK等高性能聚合物則用於航空航太零件的襯套和軸承。
醫用級塑膠和醫療保健產品
醫療保健產業遵循嚴格的監管標準和法規；因此，該產業使用的聚合物必須符合FDA/ISO 10993標準。聚碳酸酯（PC）用於透明容器，聚丙烯（PP）用於注射器，熱塑性塑膠（TP）用於提高柔韌性。這些聚合物的優點在於它們具有生物相容性且可以進行滅菌處理。
消費性電子和包裝解決方案
ABS塑膠因其耐用性和抗衝擊性而廣泛應用於消費性電子產品。此外，它還提供多種表面處理選擇。 PP和PE塑膠則兼具剛性和柔性，視應用情境而定。它們可以製成薄壁材料，成本更低，因此是經濟型住宅材料的理想選擇。
如何為您的專案選擇合適的材料
常用註塑材料
評估績效要求與預算
要為您的零件選擇最合適的材料，您需要在性能和預算之間取得平衡。評估零件的需求是實現這一目標的最佳方法。將您的需求分為功能必需和非必需兩類，例如美觀性等。常見的塑料，如PP和PE，價格約為每公斤1-2美元，適用於70%的應用，例如玩具包裝和外殼製造。高性能樹脂，如PEEK或PEI，價格可能超過每公斤50美元，但對於航空航天和植入物等極端環境至關重要。我們關於注塑成型材料的部落格文章提供了詳細的比較。
材料測試和原型製作的重要性
材料測試和原型製作是批量生產前必不可少的關鍵環節。測試能夠確保零件在實際使用環境中功能正常，且材料性能符合預期。小型原型製作的成本在 500 美元到 2000 美元之間，具體取決於材料和複雜程度。使用原型進行測試有助於收集關鍵數據並進行評估，從而發現潛在的故障點。
拉伸強度（ASTM D638）、衝擊強度（ASTM D256）和熱變形溫度（HDT）等標準測試能夠提供清晰的合格/不合格結果。在全面生產之前，進行這些初步測試和原型製作可以避免日後出現代價高昂的錯誤。
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