Ein Kunststoffverschluss ist ein Schraube, Schraube, Mutter, Unterlegscheibe, Niet, Distanzstück, Abstandshalter oder Gewindebauteil, das aus einem thermoplastischen Polymer anstelle von Metall hergestellt wird. Ingenieure entscheiden sich für Kunststoffbefestigungselemente, wenn eine reine Metalllösung nicht die erforderliche Kombination aus elektrischer Isolierung, nichtmagnetischem Verhalten, Korrosionsbeständigkeit, chemischer Verträglichkeit, geringem Gewicht, geringer Reibung und Freiheit von galvanischer Korrosion bieten kann. Dieser Artikel ist eher eine Anleitung zur Materialauswahl als eine Produktliste. Er erläutert die technischen Kunststoffe, die verwendet werden, um Befestigungselemente herstellen, wie sich ihre mechanischen, thermischen, chemischen und elektrischen Eigenschaften unterscheiden, in welchen Bereichen die einzelnen Werkstoffe am besten abschneiden, wo Kunststoffbefestigungselemente versagen und wie man ein Polymer für eine konkrete Anwendung auswählt.
Was sind Kunststoffbefestigungselemente?
Eine Kunststoffschraube sieht ähnlich aus wie eine Stahlschraube, doch ihr Gewindegriff, ihr Ausreißverhalten, ihre Drehmomentgrenzen, ihre Wärmeausdehnung und ihr Kriechverhalten unterscheiden sich grundlegend. Ein Kunststoffbolzen kann bei richtiger Anwendung nennenswerte Lasten aufnehmen, doch sein Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, seine chemische Beständigkeit und seine Isolationseigenschaften beruhen auf dem Polymer und nicht auf Härte oder Streckgrenze im Sinne von Stahl.
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Gängige Arten von Kunststoffbefestigungselementen
Kunststoffschrauben — Maschinenschrauben, selbstschneidende Schrauben und gewindeformende Schrauben aus Nylon, POM, PEEK und anderen Werkstoffsorten.
Kunststoffschrauben — Sechskant- und Innensechskantschrauben für leichtere Konstruktions- und Elektroanwendungen.
Kunststoffmuttern — Sechskantmuttern, Flügelmuttern, Kappenmuttern und Einsteckmuttern für nichtleitende Baugruppen.
Kunststoffunterlegscheiben — Flach-, Schulter- und Dämmunterlegscheiben zur Abstandhaltung und Lastverteilung.
Kunststoffnieten — Einpressnieten, Blindnieten und Blindnieten für Platten und Gehäuse.
Abstandhalter und Stützstifte aus Kunststoff — Trennelemente zwischen Leiterplatten sowie zwischen Leiterplatten und Gehäuse in der Elektronik.
Gewindebauteile aus Kunststoff — Gewindestangen, Gewindeeinsätze und kundenspezifische Gewindeteile.
Maßgefertigte Kunststoff-Befestigungselemente — Geometrien, die bei geringen Stückzahlen nicht wirtschaftlich aus Metall hergestellt werden können.
Warum wird Kunststoff für die Herstellung von Befestigungselementen verwendet?
Leicht
Polymere wiegen etwa ein Fünftel bis ein Siebtel so viel wie Stahl und etwa halb so viel wie Aluminium. Gewichtsreduzierung spielt eine wichtige Rolle bei tragbaren Elektronikgeräten, Drohnen, Elektrofahrzeugen, Innenausstattungen in der Luft- und Raumfahrt sowie bei Konsumgütern, bei denen jedes Gramm den Energieverbrauch, die Handhabung oder die Versandkosten beeinflusst. Ein Beutel mit 1.000 M3-Nylonschrauben wiegt nur einen Bruchteil der entsprechenden Stahlpackung, was zudem die Logistikkosten senkt.
Elektrische Isolierung
Die meisten ungefüllten Thermoplaste sind hervorragende elektrische Isolatoren. Kunststoffbefestigungen isolieren stromführende Bauteile von geerdeten Strukturen, trennen Leiterplattenlagen voneinander, halten Batterieklemmen kurzschlussfrei und verhindern Lichtbogenbildung in Telekommunikationsschränken. Ingenieure setzen Kunststoffschrauben und -abstandshalter in elektrischen Baugruppen, elektronischen Geräten, Batteriesystemen, Telekommunikationsgeräten und empfindlichen elektronischen Bauteilen ein, bei denen ein leitfähiges Metallbefestigungselement einen Leckstrompfad verursachen würde.
Korrosionsbeständigkeit
Polymere rosten nicht. Nylon, POM, PVDF, PTFE, PEEK und PP sind unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit, Salznebel und atmosphärischer Korrosion, die Befestigungselemente aus Kohlenstoffstahl angreifen. In feuchten, küstennahen oder chemisch belasteten Umgebungen machen Kunststoffbefestigungen eine Beschichtung, Lackierung oder einen regelmäßigen Austausch überflüssig. Dies ist ein echter Konstruktionsvorteil bei Außengehäusen, Schiffsbeschlägen und Prozessanlagen. Das Verhalten unterscheidet sich von dem beschichtetem Stahl: Ein metallisches Befestigungselement ist auf eine Opferschicht oder Barriereschicht angewiesen, während ein Befestigungselement aus Polymer über seinen gesamten Querschnitt hinweg von Natur aus korrosionsfrei ist. Für einen tieferen Einblick, warum Metallbefestigungselemente Wie Korrosion entsteht und wie sich Beschichtungen verhalten, siehe den und die .
Nichtmagnetische Eigenschaften
Befestigungselemente aus Kunststoff sind nicht magnetisch und nicht leitfähig, was sie für medizinische Bildgebungsgeräte, Laborgeräte, elektronische Baugruppen und magnetempfindliche Systeme besonders wertvoll macht. In MRT-Räumen, Partikelanalysatoren, empfindlichen Sensoren und Navigationsgeräten dürfen sich keine ferromagnetischen Bauteile in der Nähe des Messbereichs befinden. Nichtmetallische Befestigungselemente schließen magnetische Störungen und Wirbelstromeffekte vollständig aus.
Chemikalienbeständigkeit
Die chemische Beständigkeit hängt vom jeweiligen Polymer, der chemischen Substanz, deren Konzentration, der Temperatur und der Einwirkzeit ab. Man sollte niemals davon ausgehen, dass “Kunststoff” gegen eine bestimmte Chemikalie beständig ist. PVDF und PTFE widerstehen aggressiven Säuren und Lösungsmitteln, die Nylon zerstören würden; PP widersteht vielen Basen und Salzen; Nylon nimmt Wasser auf und zersetzt sich in starken Säuren. Die richtige Aussage ist immer werkstoffspezifisch: “PVDF-Befestigungselemente überstehen den Einsatz in heißer Salzsäure”, nicht “Kunststoff-Befestigungselemente sind chemikalienbeständig”. Chemische Verträglichkeitstabellen und Daten aus Eintauchversuchen, beispielsweise auf Basis der ISO 175, liefern die Nachweise, die Ingenieure benötigen.
Geringe Reibung und Verschleißfestigkeit
POM, PTFE und bestimmte Spezialpolymere weisen niedrige Reibungskoeffizienten und ein gutes Verschleißverhalten ohne Schmierung auf. POM-Schrauben lassen sich reibungslos in geformte Gewinde eindrehen, PTFE-Unterlegscheiben ermöglichen eine Relativbewegung zwischen den zusammenpassenden Teilen, und Polymermuttern können mit kontrolliertem Drehmoment ohne Festfressen angezogen werden. Eine geringe Reibung verringert zudem das Ausreißen von Gewinden während der Montage, wenn das Anzugsdrehmoment korrekt gesteuert wird.
Gestaltungsflexibilität
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Gängige Kunststoffmaterialien für Befestigungselemente
Nylon / Polyamid (PA6 und PA66)
Nylon ist der Standard-Konstruktionskunststoff für Befestigungselemente. Befestigungselemente aus Polyamid – häufig auch als Nylon-Befestigungselemente, Nylon-Schrauben oder Nylon-Bolzen bezeichnet – bieten eine ausgewogene Kombination aus mechanischer Festigkeit, Zähigkeit, elektrischer Isolierung, Verschleißfestigkeit und niedrigen Kosten.
PA6 und PA66 sind nicht austauschbar. PA66 weist eine höhere Schmelztemperatur, eine höhere Steifigkeit und eine bessere Kriechfestigkeit auf als PA6; PA6 ist zäher und lässt sich leichter verarbeiten. Beide nehmen Feuchtigkeit aus der Umgebung auf, wodurch das Polymer plastifiziert wird: Zugfestigkeit und Steifigkeit nehmen leicht ab, während Schlagzähigkeit und Duktilität zunehmen. Die Feuchtigkeitsaufnahme führt auch zu Maßänderungen, weshalb bei Präzisionsteilen aus Nylon der Gleichgewichtswassergehalt berücksichtigt werden muss. Die Standardklassifizierung für Nylon-Spritzgussmaterialien, , legt die für die Herstellung von Befestigungselementen verwendeten Güteklassen fest.
Typisches Nylon Anwendungen von Befestigungselementen: Elektronikgehäuse, Kabelmanagement, Gerätemontage, Befestigungselemente für den Fahrzeuginnenraum und allgemeine Industrieausrüstung. PA66-Befestigungselemente sind die erste Wahl, wenn Ingenieure ein nichtmetallisches Befestigungselement mit bewährter mechanischer Leistungsfähigkeit zu einem angemessenen Preis suchen.
Polypropylen (PP)
Befestigungselemente aus Polypropylen zeichnen sich durch chemische Beständigkeit, geringe Dichte und Feuchtigkeitsbeständigkeit aus. PP-Schrauben und PP-Kunststoffschrauben sind beständig gegen viele Säuren, Laugen und Salzlösungen und nehmen im Gegensatz zu Nylon kein Wasser auf. Polypropylen ist zudem flexibel und ermüdungsbeständig, was sich besonders für Schnappverbindungen und Bauteile mit Scharnierkonstruktion eignet.
Ebenso wichtig sind die Einschränkungen: PP weist eine geringe Steifigkeit, eine geringe Zugfestigkeit sowie eine schlechte Beständigkeit gegen erhöhte Temperaturen und UV-Strahlung auf. PP-Befestigungselemente sind weder für tragende Verbindungen bei Temperaturen über etwa 80 °C noch für den langfristigen Einsatz im Freien ohne UV-Stabilisierung geeignet. Sie eignen sich für kostensensible Anwendungen in der chemischen Industrie, der Wasseraufbereitung, im Verpackungsmaschinenbau und bei Haushaltsprodukten, bei denen ein stärkeres Polymer nicht erforderlich ist.
POM / Acetal
POM-Befestigungselemente – auch Acetal-Befestigungselemente, POM-Schrauben oder Acetal-Schrauben genannt – sind die präzisen Arbeitstiere unter den Kunststoffbefestigungen. Acetal-Homopolymere und -Copolymere zeichnen sich durch hohe Steifigkeit, hervorragende Dimensionsstabilität, sehr geringe Feuchtigkeitsaufnahme, geringe Reibung und gute Verschleißfestigkeit aus. POM-Schrauben lassen sich leicht eindrehen und halten den Gewindegriff gut, da das Material auch in dünnen Querschnitten fest ist.
POM ist das bevorzugte Material für präzisionsmechanische Anwendungen: Einstellschrauben, Bauteile für optische Instrumente, Getriebegehäuse, Pumpenkomponenten sowie alle Befestigungselemente, die ihre Maße auch bei Feuchtigkeitsschwankungen beibehalten müssen. Das Standardklassifizierungssystem für POM-Formmassen, , dient als Richtschnur für die Materialauswahl. POM weist eine mäßige Temperaturbeständigkeit (Dauerbetrieb bis ca. 100 °C) und eine mäßige Chemikalienbeständigkeit auf, ist daher jedoch nicht die richtige Wahl für heiße Säuren oder starke Oxidationsmittel.
PVDF
PVDF-Befestigungselemente (Polyvinylidenfluorid) kommen zum Einsatz, wenn chemische Beständigkeit und Witterungsbeständigkeit wichtiger sind als Festigkeit. PVDF-Schrauben und PVDF-Bolzen sind beständig gegen starke Säuren, Halogene und viele Lösungsmittel, nehmen nahezu keine Feuchtigkeit auf und vertragen UV-Strahlung weitaus besser als die meisten Thermoplaste. Ihre elektrischen Eigenschaften bleiben über den gesamten Temperatur- und Feuchtigkeitsbereich hinweg stabil.
Die Hauptanwendungsbereiche liegen in der chemischen Verarbeitung, der Wasseraufbereitung, der Halbleiter-Peripherietechnik und der Messtechnik im Außenbereich. PVDF ist ein kostspieliger Werkstoff, der daher nur dann zum Einsatz kommt, wenn es aus chemischen Gründen keine kostengünstigere Alternative gibt. Seine mechanische Festigkeit ist mäßig, und die Betriebstemperatur ist in der Regel auf etwa 150 °C im Dauerbetrieb begrenzt.
PTFE
PTFE-Befestigungselemente – häufig auch als PTFE-Schrauben, PTFE-Bolzen oder Teflon-Befestigungselemente gesucht – zeichnen sich durch chemische Inertheit und den niedrigsten Reibungskoeffizienten aller festen Polymere aus. PTFE ist gegenüber praktisch allen Chemikalien beständig, mit Ausnahme von geschmolzenen Alkalimetallen und einigen wenigen Fluorierungsmitteln, ist bei Temperaturen von kryogenen Werten bis etwa 260 °C einsetzbar und haftet niemals an den Kontaktflächen.
Der Nachteil liegt in der mechanischen Festigkeit. Ungefülltes PTFE ist weich, kriecht unter Belastung und reißt bei dünnen Gewinden leicht ab. Ingenieure setzen PTFE-Verbindungselemente dort ein, wo eine kontaminationsfreie Abdichtung, chemische Verträglichkeit oder Antihaftwirkung die Hauptanforderung ist – beispielsweise bei Laborgeräten, Chemiepumpen, Halbleiterwerkzeugen und Anlagen der Lebensmittelverarbeitung. Der Handelsname Teflon ist auf dem Markt weit verbreitet, doch PTFE ist die korrekte Materialbezeichnung.
PEEK
PEEK-Befestigungselemente gehören zu den leistungsstärksten Befestigungselementen aus technischen Kunststoffen. PEEK-Schrauben und PEEK-Bolzen vereinen hohe mechanische Festigkeit, eine sehr hohe Dauerbetriebstemperatur (ca. 250 °C), hervorragende chemische Beständigkeit, ausgezeichnete Kriechfestigkeit und geringe Feuchtigkeitsaufnahme. PEEK ist von Natur aus flammhemmend und behält seine elektrischen Isolationseigenschaften auch bei erhöhten Temperaturen bei.
Aufgrund dieser Eigenschaften ist PEEK die erste Wahl für Halbleiterausrüstung, Innenausstattungen und Systemkomponenten in der Luft- und Raumfahrt, medizinische Geräte, Werkzeuge für die Öl- und Gasindustrie sowie Hochleistungs-Industriemaschinen. Da PEEK deutlich teurer ist als Nylon oder POM, wird es nur dann eingesetzt, wenn die Anwendung dies erfordert. Für Ingenieure, die Materialoptionen mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen vergleichen möchten, bieten sich Polymer-Eigenschaftsdatenbanken wie die für ein Erstscreening erforderlichen numerischen Daten bereitstellen.
PPS
Befestigungselemente aus PPS (Polyphenylensulfid) vereinen Hochtemperaturbeständigkeit, chemische Beständigkeit und inhärente Flammhemmung. PPS-Schrauben und PPS-Kunststoffbefestigungselemente behalten ihre Steifigkeit und elektrische Isolierfähigkeit bei Dauertemperaturen nahe 200 °C bei und sind gegenüber Lösungsmitteln und Säuren widerstandsfähiger als die meisten kristallinen Polymere. Die Dimensionsstabilität ist gut, und PPS ist schwer entflammbar, was es für elektrische und elektronische Gehäuse geeignet macht.
Typische Anwendungsbereiche für PPS-Befestigungselemente: elektrische Steckverbinder, Transformatorbauteile, Motorkomponenten, Teile im Motorraum von Kraftfahrzeugen und Anlagen für chemische Prozesse. PPS ist im Vergleich zu Nylon spröde, daher müssen Stoß- und Schlagbelastungen sorgfältig geprüft werden.
Polycarbonat (PC)
Befestigungselemente aus Polycarbonat werden aufgrund ihrer Schlagfestigkeit, Transparenz und elektrischen Isolierfähigkeit gewählt. PC-Schrauben und Polycarbonat-Schrauben halten Stößen stand, die sprödere Kunststoffe zerbrechen würden, und transparente Ausführungen ermöglichen eine Sichtprüfung der Baugruppen. Polycarbonat wird in der Unterhaltungselektronik, in der Beleuchtungstechnik, bei Instrumentengehäusen und bei der Befestigung von Displays eingesetzt.
Zu den Schwächen von PC zählen eine geringe chemische Beständigkeit gegenüber Lösungsmitteln und Laugen, die Anfälligkeit für Spannungsrisse sowie mäßige Temperaturgrenzen (etwa 120 °C im Dauerbetrieb). PC-Befestigungselemente eignen sich am besten für den Einsatz in Innenräumen und Umgebungen mit geringer chemischer Belastung, in denen Schlagzähigkeit und Transparenz im Vordergrund stehen.
PVC
PVC-Befestigungselemente bieten Chemikalien- und Korrosionsbeständigkeit zu geringen Kosten. PVC-Schrauben und PVC-Kunststoffbolzen sind beständig gegen viele Säuren, Laugen und Salzlösungen und weisen eine gute elektrische Isolierung auf. Das Material ist steif, schwer entflammbar und leicht zu bearbeiten.
Die Temperatur stellt die größte Einschränkung dar: PVC wird bereits deutlich unter 80 °C weich und sollte daher nicht in heißen oder belasteten Verbindungen verwendet werden. PVC-Befestigungselemente eignen sich für die Wasseraufbereitung, Chemietanks, Galvanisierungsanlagen und Schaltschränke, wo Wirtschaftlichkeit und chemische Verträglichkeit eine Rolle spielen und die Temperaturen moderat bleiben.
Glasfaserverstärktes Nylon und verstärkte Kunststoffe
Glasfaserverstärkung verändert die Leistungsklasse von Kunststoffbefestigungselementen. Glasfaserverstärkte Nylon-Befestigungselemente – üblicherweise PA66 GF30 – bieten eine deutlich höhere Steifigkeit, Zugfestigkeit, Kriechfestigkeit und Formstabilität als unverstärktes Nylon. Glasfaserverstärkte Nylon-Befestigungselemente halten das Drehmoment besser, sind widerstandsfähiger gegen das Lösen durch Vibrationen und vertragen höhere Betriebstemperaturen.
Vergleich von Materialien für Kunststoffbefestigungselemente
| Material | Stärke | Temperaturbeständigkeit | Chemikalienbeständigkeit | Elektrische Isolierung | Formstabilität | Typische Anwendungsbereiche |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Nylon | Mittel | Mittel | Gut | Hervorragend | Mittel | Allgemeine Industrie, Elektronik |
| PP | Niedrig–Mittel | Niedrig–Mittel | Hervorragend | Hervorragend | Mittel | Chemisch, elektrisch |
| POM | Mittel | Mittel | Gut | Hervorragend | Hervorragend | Präzisionstechnik/Maschinenbau |
| PVDF | Mittel | Hoch | Hervorragend | Hervorragend | Gut | Chemische Verarbeitung |
| PTFE | Niedrig–Mittel | Hoch | Hervorragend | Hervorragend | Mittel | Chemikalienbeständig, abdichtend, reibungsarm |
| PEEK | Hoch | Sehr hoch | Hervorragend | Hervorragend | Hervorragend | Luft- und Raumfahrt, Medizin, Halbleiterindustrie |
| PPS | Hoch | Sehr hoch | Hervorragend | Hervorragend | Hervorragend | Elektrotechnik, Industrie |
| PC | Mittel | Mittel | Gut | Hervorragend | Gut | Elektronik, transparente Bauteile |
| PVC | Niedrig–Mittel | Niedrig | Gut | Hervorragend | Mittel | Elektrotechnik, Chemie |
| Glasfaserverstärktes Nylon | Hoch | Mittel bis hoch | Gut | Gut | Hoch | Tragfähig, Präzision, Automobilindustrie |
Wichtige Eigenschaften, die bei der Auswahl von Kunststoffbefestigungselementen zu berücksichtigen sind
Mechanische Festigkeit
Zugfestigkeit, Scherfestigkeit, Druckfestigkeit und Drehmomentfestigkeit bestimmen, welche Belastungen ein Kunststoffbefestigungselement aufnehmen kann. Ungefülltes Nylon weist eine Zugfestigkeit im Bereich von 60–90 MPa auf; PEEK erreicht etwa 95–100 MPa; glasfaserverstärktes PA66 erreicht je nach Faseranteil 120–180 MPa. Diese Werte liegen deutlich unter denen von Stahl, sodass bei der Konstruktion größere Durchmesser, mehr Befestigungselemente oder geringere Klemmkräfte verwendet werden müssen. Die Drehmomentfestigkeit hängt von der Gewindeeingriffslänge, der Kopfform und der Scherfestigkeit des Polymers ab, nicht allein vom im Datenblatt angegebenen Zugfestigkeitswert.
Temperaturbeständigkeit
Jedes Polymer weist eine Dauerbetriebstemperatur und eine kurzzeitige Spitzentemperatur auf. Nylon und POM sind bei etwa 100 °C im Dauerbetrieb einsetzbar; PVDF und PTFE bei 150–260 °C; PEEK und PPS bei 200–250 °C. Kurzzeitige Temperaturspitzen über dem Dauerbetriebstemperaturbereich sind zulässig, jedoch beschleunigen Temperaturwechsel Kriechvorgänge und Spannungsrelaxation. Sowohl die normale Betriebstemperatur der Anwendung als auch die zulässige Temperaturspitze müssen vor der Materialauswahl festgelegt werden.
Chemikalienbeständigkeit
Die chemische Verträglichkeit hängt vom jeweiligen Polymer ab. Säuren, Laugen, Lösungsmittel, Öle, Kraftstoffe und Wasser wirken jeweils unterschiedlich auf die einzelnen Polymerfamilien ein. Konzentration und Temperatur beeinflussen die Ergebnisse erheblich: Verdünnte Schwefelsäure kann für PP unbedenklich sein, während konzentrierte Säure das Material zerstört. Eintauchprüfungen gemäß Normen wie ermittelt die Gewichtsveränderung und den Erhalt der Eigenschaften unter definierten Bedingungen. Bei aggressiven chemischen Umgebungen sollte die Auswahl des Polymers auf der Grundlage von Kompatibilitätsdaten erfolgen und nicht aufgrund eines allgemeinen Rufs.
Kriechen und Spannungsrelaxation
Kriechen ist die allmähliche Verformung eines Polymers unter Dauerbelastung, und Spannungsrelaxation ist der allmähliche Verlust der Klemmkraft in einer festgezogenen Verbindung. Beides tritt bei Stahl bei Raumtemperatur nicht auf, ist jedoch bei Kunststoffen vorherrschend. Eine auf ein bestimmtes Drehmoment angezogene Nylonschraube verliert im Laufe von Wochen einen messbaren Teil ihrer Klemmkraft, da das Polymer nachgibt. Glasverstärkung und kristalline Polymere wie PEEK und PPS reduzieren das Kriechen erheblich. Langzeit-Klemmverbindungen erfordern entweder ein kriecharmes Polymer, ein Federelement oder einen Nachdrehplan.
Feuchtigkeitsaufnahme
Nylon nimmt bis zu mehrere Gewichtsprozent Wasser auf, wodurch sich seine Abmessungen und mechanischen Eigenschaften verändern. POM, PEEK, PVDF und PP nehmen fast kein Wasser auf, sodass ihre Abmessungen in feuchten Umgebungen stabil bleiben. Wählen Sie für Präzisionsbaugruppen Polymere mit geringer Wasseraufnahme oder berücksichtigen Sie bei der Konstruktion die feuchtigkeitsbedingten Abmessungen von Nylonbauteilen.
Elektrische Eigenschaften
Kunststoffbefestigungselemente werden aufgrund ihrer elektrischen Isolierung, ihrer Durchschlagfestigkeit und ihres Oberflächenwiderstands ausgewählt. Ungefüllte Thermoplaste weisen eine hohe Durchschlagfestigkeit und einen hohen Oberflächenwiderstand auf, wodurch sie sich für Isolierabstandshalter, Abstandshalter und Barrierebefestigungen eignen. Glasfaserverstärkte Typen verringern die Isolationsreserven geringfügig. Wenn es auf Kriechwegbeständigkeit oder Hochspannungsverhalten ankommt, sollten Sie die elektrischen Daten des jeweiligen Typs überprüfen, anstatt davon auszugehen, dass sich alle Kunststoffe identisch verhalten.
UV- und Witterungsbeständigkeit
Durch die Einwirkung von UV-Strahlung im Freien werden viele Polymere durch UV-initiierte Kettenspaltung und Oxidation zersetzt. Nicht stabilisiertes PP und Nylon werden spröde und verblassen; PVDF, PTFE sowie UV-stabilisiertes POM und PPS weisen im Außenbereich eine deutlich bessere Beständigkeit auf. Solaranlagen, Schiffsausrüstung, Gehäuse für den Außenbereich und alle Anwendungen, die ständigem Sonnenlicht ausgesetzt sind, erfordern einen UV-stabilisierten oder von Natur aus UV-beständigen Werkstoff.
Formstabilität
Befestigungselemente aus Kunststoff im Vergleich zu Metallbefestigungselemente
Vorteile von Kunststoffbefestigungselementen
Die elektrische Isolierung und das nichtmagnetische Verhalten verhindern leitungsbedingte und magnetische Störungen.
Die Korrosionsbeständigkeit verhindert Rost, Beschichtungsfehler und galvanische Korrosion in Baugruppen aus unterschiedlichen Metallen.
Die Chemikalienbeständigkeit der richtigen Polymerfamilie übertrifft die von beschichtetem Stahl in aggressiven Medien.
Gewichtsreduzierung bei 80–85% im Vergleich zu Stahl und bei 50% im Vergleich zu Aluminium.
Geringe Reibung und selbstschmierendes Verhalten bei POM und PTFE.
Flexibilität beim Design: geformte Köpfe, Farben, Gewinde und integrierte Funktionen.
Keine galvanische Kopplung mit Konstruktionen aus Aluminium, Kupfer oder Edelstahl.
Einschränkungen bei Kunststoffbefestigungselementen
Geringere mechanische Festigkeit: Für dieselbe Belastung sind größere Durchmesser oder mehr Befestigungselemente erforderlich.
Kriechen und Spannungsrelaxation verringern die langfristige Klemmkraft.
Die Wärmeausdehnung ist deutlich höher als bei Metall, was sich bei Temperaturschwankungen auf die Stabilität der Verbindung auswirkt.
Begrenzter Temperaturbereich: Die meisten technischen Kunststoffe dürfen ohne spezielle Typen im Dauerbetrieb 100–150 °C nicht überschreiten.
Bei unzureichender Drehmomentsteuerung kommt es häufiger zu Gewindeschäden und Ausfällen durch Überdrehung.
UV-Zersetzung ohne angemessene Stabilisierung.
Manche Polymere nehmen Feuchtigkeit auf und verändern dadurch ihre Abmessungen.
Wann sollte man Kunststoff statt Metall wählen?
Entscheiden Sie sich für Kunststoffbefestigungselemente, wenn mindestens eine Anwendungsanforderung mit Metall nicht ohne kostspielige Nacharbeiten erfüllt werden kann: elektrische Isolierung, nichtmagnetisches Verhalten, chemische Verträglichkeit, korrosionsfreier Betrieb, Gewichtsreduzierung oder galvanische Trennung. Entscheiden Sie sich für Metall, wenn die Verbindung stark belastet oder hohen Temperaturen ausgesetzt ist, wiederholt mit hohem Drehmoment demontiert wird oder wenn die Festigkeit dünnwandiger Gewinde entscheidend ist. Die Entscheidung beruht auf einem an den Anforderungen orientierten Vergleich und nicht auf einer Präferenz. A erläutert die Standard-Metall-Basislinie und die behandelt die korrosionsbeständige Metallalternative; ein Vergleich dieser Ausgangswerte mit den in diesem Artikel aufgeführten Polymerdaten ist der richtige Weg, um eine Entscheidung zu treffen. Wenn das Gewicht der entscheidende Faktor ist, ist die
Anwendungsbereiche für Kunststoffbefestigungselemente
Elektronik und elektrische Ausrüstung
PCB-Abstandshalter, isolierende Abstände, Kunststoffschrauben für Gehäuse und Hardware für Batterieklemmen. Nicht leitende Verbindungselemente verhindern Kurzschlüsse und Lichtbögen.
Automotive und EV Komponenten
Innenverkleidungen, Batteriepack-Isolationshardware, Kabelführungsclips und Sensormontage. Gewichtsreduzierung und elektrische Isolation sind in EV-Batteriesystemen wichtig.
Medizinische Geräte
MRI-sichere nichtmagnetische Befestigungselemente, Laborgeräte-Hardware und Einweg-Baugruppen, bei denen Sterilisation und Kontaminationskontrolle erforderlich sind.
Chemische Verarbeitungsanlagen
PVDF- und PTFE-Befestigungen in Pumpen, Ventilen, Tanks und Rohrleitungen unterstützen aggressive Säuren und Lösungsmittel.
Halbleiter- und Reinraumausrüstung
PEEK- und PVDF-Befestigungen in Wafer-Verarbeitungswerkzeugen, chemischen Liefersystemen und Reinraumarmaturen, bei denen Reinheit, Temperatur und chemische Beständigkeit obligatorisch sind.
Luft- und Raumfahrtanwendungen
Innenausstattung, leichte Halterungen und Systemhardware, bei der Gewicht und nicht leitendes Verhalten Hochleistungspolymere wie PEEK rechtfertigen.
Marine Anwendungen
Salzwasserfeste Verbindungselemente für Deck-Hardware, Instrumentierung und Gehäuse. Polymere beseitigen Rost und galvanische Korrosion in der Meeresumwelt.
Ausrüstung für erneuerbare Energien
Solarpaneelrahmen-Hardware, Wechselrichtergehäuse und Windkraftanlagenhilfsgeräte, bei denen UV-Widerstand und elektrische Isolierung erforderlich sind.
Verbraucherprodukte
Gerätebefestigungen, Möbelhardware, Spielzeug und elektronisches Zubehör, bei denen Farb-, Kosten- und Sicherheitsanforderungen geformte Polymere bevorzugen.
Industriemaschinen
Schutzeinrichtungen, Abdeckungen, Sensoren und Bedienfelder, bei denen eine nichtmagnetische oder nicht leitende Montage in der Nähe von elektrischen Komponenten erforderlich ist.
Für eine Produkt-Level-Ansicht von Kunststoff-Befestigungstypen, die in Automobil- und Industrieanlagen verwendet werden, siehe die
Wie man das richtige Kunststoffverschlussmaterial wählt
Schritt 1 — Bestimmen Sie die Last. Identifizieren Sie die Zug-, Scher-, Druck- und Drehmomentbelastungen, die das Befestigungselement überleben muss, einschließlich des Sicherheitsfaktors. Dies legt die Mindestfestigkeitsklasse fest und schließt oft PP oder ungefülltes PVC aus.
Schritt 2 — Betriebstemperatur festlegen. Notieren Sie sowohl die normale kontinuierliche Temperatur als auch die Spitzenauslenkung. Dies verengt das Feld auf POM/Nylon-Bereich oder erzwingt PEEK/PPS/PVDF.
Schritt 3 — Identifizierung der chemischen Exposition. Listen Sie die Chemikalien, ihre Konzentrationen und die Temperaturen auf, bei denen sie das Verbindungselement kontaktieren. Verwenden Sie Kompatibilitätsdaten, um Materialien zu eliminieren, die sich in den Medien verschlechtern.
Schritt 4 — Prüfung der elektrischen Anforderungen. Bestimmen Sie, ob das Befestigungselement isolierend, nichtmagnetisch oder für eine bestimmte Spannungsfestigkeit ausgelegt sein muss. Die meisten ungefüllten Thermoplasten qualifizieren sich; glasgefüllte Sorten müssen überprüft werden.
Schritt 5 — Feuchtigkeit und UV-Exposition bewerten. Entscheiden Sie, ob das Teil in Innenräumen, im Freien oder unter Wasser betrieben wird. Außen- und untergetauchte Servicepunkte für PVDF, PTFE, PPS oder UV-stabilisierte Qualitäten.
Schritt 6 — Kriech- und Dimensionsstabilität überprüfen. Für langfristige Klemmung oder Präzisionsabstand bevorzugen POM, PEEK, PPS oder glasgefülltes Nylon gegenüber ungefülltem Nylon und PP.
Schritt 7 - Wählen Sie das Polymer aus. Wenn die Anforderungen geordnet sind, vergleichen Sie sie mit den obigen Materialabschnitten. Wählen Sie das kostengünstigste Polymer, das alle kritischen Anforderungen erfüllt.
Schritt 8 — Wählen Sie das Verbindungsdesign. Wählen Sie die Schraube, den Bolzen, die Mutter, die Unterlegscheibe, den Niet oder die benutzerdefinierte Geometrie, die die erforderliche Funktion in diesem Polymer liefert, und bestätigen Sie den Gewindeeingriff, die Drehmomentgrenzen und die Installationsmethode.
Wenn die Anwendung auch den globalen Verbindungsnormen entsprechen muss, ist die
Häufige Probleme bei der Verwendung von Kunststoffverschlüssen
Kunststoffverschluss Creep
Sustained Lehrring verformt das Polymer langsam und die Klemmkraft zerfällt. Mitigation: Wählen Sie Kunststoff, PPS, POM oder glasgefüllte Höhe s und verwenden Sie [0] s oder periodische re-Drehmoment.
Gewindestripping
Kunststoffstreifen leichter als Stahlstreifen, insbesondere mit scharfen Profilen oder kurzen Eingriffen. Mitigation: Erhöhen Sie das Engagement Drehmoment, verwenden Sie Zugfestigkeit-bildende Designs oder wechseln Sie zu einem stärkeren Polymer.
Überdrehung
Die Anwendung von Metall-Stil Lehrring auf eine Drehmoment Zugfestigkeit überfordert den Kopf und Höhe s. Mitigation: Verwenden Sie polymerspezifische Lehrring Werte und kontrollierte Treiber.
Thermische Ausdehnung
Hohe Ausdehnungskoeffizienten lösen oder binden Verbindungen über Temperaturschwankungen. Mitigation: Design-Freiraum für den Temperaturbereich und vermeiden Metall-zu-Drehmoment Presspassungen ohne Zugfestigkeit.
Feuchtigkeitsaufnahme
Nylonteile schwellen an und erweichen in feuchten Umgebungen. Minderung: Geben Sie PA66 mit der richtigen Konditionierung an oder wechseln Sie zu POM, [0] oder PVDF für dimensionskritische Teile.
UV-Zersetzung
Unstabilisierte Polymere werden im Außenbereich spröde und verfärbt. Abschwächung: UV-stabilisierte Drehmoment s oder inhärent resistente [0] s wie PVDF und PPS.
Materialverträglichkeit
Unterschiedliche Polymere oder Polymer-Metall-Kontakt können Spannungsrisse oder chemische Angriffe verursachen. Mitigation: Überprüfen Sie die chemische Verträglichkeit mit der Paarung Zugfestigkeits.
Unzureichende mechanische Festigkeit
Unterschätzung Kunststoff führt zu Scher- oder Zugversagen. Mitigation: increase Drehmoment Höhe, add Zugfestigkeit, or select glass-filled or high-performance Lehrrings.
Falsches Einbaudrehmoment
Zu wenig Höhe hinterlässt ein loses Gelenk; zu viele Streifen Drehmoment s. Für Polymer [0] ist das nutzbare Fenster schmal. Wenn Metall Höhe-Werte als Ausgangspunkt verwendet werden, konsultieren Sie polymerspezifische Daten wie die
Herstellungsverfahren für Kunststoffverschlüsse
Materialauswahl
Der Prozess beginnt mit den Anwendungsanforderungen und endet mit einem spezifischen Polymer, einschließlich Füllstoffgehalt, Schmiermittelpaket, UV-Stabilisierung und Farbmasterbatch.
Polymerherstellung
Rohpolymer wird auf das richtige Feuchtigkeitsniveau getrocknet. Nylon und PC sind hygroskopisch; Formen nass [0] produziert Splay, Hohlräume und schwache Teile.
Spritzgießen
Die meisten [1 ] [0 ] werden in Mehrkammerwerkzeugen gespritzt. Gate-Position, Abkühlrate und Packungsdruck bestimmen Höhe Treue, Maßgenauigkeit und Festigkeit.
CNC-Bearbeitung
Kleines Volumen oder hoch-DrehmomentKunststoff[0] werden aus Stangen oder geformten Rohlingen CNC bearbeitet. Anzüge Höhe s, Gewohnheit Gewinde s, und Lehrring s, die nicht gut in kleinen [6] s formen.
Gewindeformung / Gewindebearbeitung
Gewinde werden direkt in der Form gebildet oder in einer Zugfestigkeit Operation geschnitten. Gewindeprofil, Flankenwinkel und Höhe Steuereinrichtung Drehmoment und Abisolierwiderstand.
Entgraten und Beenden
Geformte und bearbeitete Teile sind Drehmoment, Höhe und Lehrring ed. Farbe, Lasermarkierung und Zugfestigkeits werden angewendet, wenn der Kunde sie benötigt.
Dimensionskontrolle
Kritische Dimensionen - Zugfestigkeit, Kopf Höhe, Gesamt Drehmoment und Vertikalität - werden mit kalibrierten Lehrring s und optischen Messungen überprüft.
Leistungsprüfung
Probenpartien werden auf Zugfestigkeit, Drehmoment Widerstand, Auszugskraft und gegebenenfalls chemische und Temperaturleistung getestet.
Custom Plastic Fastener Herstellung
Kundenspezifische Kunststoffverschlüsse für OEM Werkstoffes
Der OEM-Prozess beginnt mit einer Anforderungsdefinition: Temperatur, chemische Umgebung, elektrische Einschränkungen und Montagemethode. Aus dieser Grundlinie wird die Kunststoff ausgewählt, die Norm Geometrie entworfen oder angepasst, eine Befestigungselement erzeugt und das Design vor Last Verpflichtung validiert. Guxiang unterstützt Befestigungselement die Entwicklung und OEM/ODM Kunststoff, einschließlich glasgefüllter [6] s, spezieller [9] Profile und enger [0] s, die Werkstoff Festigkeitsklasse Befestigungselemente nicht halten können.
[[0]s Über Kunststoff-Befestigungen
Kunststoffbefestigungselemente sind Schrauben, Bolzen, Muttern, Unterlegscheiben, Nieten, Distanzstücke und Abstandshalter, die aus thermoplastischen Polymeren wie Nylon, POM, PEEK und PVDF gespritzt oder gefräst werden und dort zum Einsatz kommen, wo Isolierung, Korrosionsbeständigkeit oder das Gewicht eine Rolle spielen.
Aus welchen Materialien werden Kunststoffbefestigungselemente hergestellt?
Zu den gängigen Werkstoffen zählen Nylon (PA6, PA66), Polypropylen, POM, PVDF, PTFE, PEEK, PPS, Polycarbonat und PVC. Glasfaserverstärkte Typen wie PA66 GF30 bieten eine höhere Festigkeit und Steifigkeit.
Sind Kunststoffbefestigungselemente stabil?
Kunststoff ist stark genug für viele technische Anwendungen, aber schwächer als Stahl. Ungefüllt erreicht etwa 60-90 MPa; Werkstoff und glasgefülltes PA66 sind stärker. Load, Befestigungselemente Engagement und Befestigungselement müssen entsprechend gestaltet werden.
Sind Kunststoffbefestigungselemente für Hochtemperaturanwendungen geeignet?
Einige sind. Befestigungselemente und PPS arbeiten in der Nähe von 200-250 °C, PVDF und PTFE auf 150-260 °C, während Kunststoff, POM und PP auf etwa 80-100 °C begrenzt sind. Überprüfen Sie immer die spezifische Werkstoffe Continuous-Service-Rating.
Sind Kunststoffbefestigungselemente chemisch beständig?
Die chemische Beständigkeit ist polymerabhängig. PVDF und PTFE sind gegen die meisten aggressiven Chemikalien beständig; PP ist gegen viele Säuren und Laugen beständig; Nylon zersetzt sich in starken Säuren. Überprüfen Sie vor der Auswahl die Verträglichkeit hinsichtlich Konzentration, Temperatur und Einwirkzeit.
Sind Nylon-Befestigungselemente wasserdicht?
Nylon löst sich zwar nicht in Wasser auf, nimmt jedoch Feuchtigkeit auf, wodurch das Material weicher wird und sich seine Abmessungen verändern. Für den Einsatz unter Wasser oder bei hoher Luftfeuchtigkeit eignen sich POM, PEEK oder PVDF besser.
Sind Kunststoffbefestigungselemente elektrisch isolierend?
Ja. Die meisten ungefüllten Thermoplaste weisen eine hohe Durchschlagfestigkeit und Oberflächenwiderstandsfähigkeit auf, wodurch Kunststoffschrauben und -abstandshalter als wirksame Isolatoren in elektrischen Baugruppen dienen. Glasgefüllte Typen verringern diese Werte geringfügig und müssen daher überprüft werden.
Sind Kunststoffbefestigungselemente für den Einsatz im Außenbereich geeignet?
Nur mit dem richtigen Material. PVDF, PPS und UV-stabilisiertes POM sind witterungsbeständig; unstabilisiertes Nylon und PP werden unter UV-Einwirkung spröde. Wählen Sie vor dem Einsatz im Außenbereich den für die jeweiligen Witterungsbedingungen geeigneten Werkstoff aus.
Was ist der Unterschied zwischen Befestigungselementen aus Nylon und PEEK?
Nylon ist kostengünstig, zäh und leicht zu formen, absorbiert jedoch Feuchtigkeit, kriecht unter [0] und ist auf etwa 100 ° C begrenzt Kunststoff ist weitaus stärker, kriechresistent, chemisch resistent und arbeitet bei weit höheren Kosten bei 250 ° C.
Welcher Kunststoff eignet sich am besten für Befestigungselemente?
Fazit
Literaturverzeichnis
ASTM D6778 — Standard Classification System for Polyoxymethylene (POM) Molding and Extrusion.
ASTM D792 — Standardprüfmethoden für die Dichte und die spezifische Schwerkraft von Kunststoffen.
MatWeb Material Property Data - Polymereigenschaftsdatenbank für Engineering ThermoWerkstoffes.
Omnexus Polymer Selector — Engineering [0] s Auswahl und Eigenschaft Vergleich.
