De dichtheid van kunststof is een van de meest fundamentele fysische eigenschappen die worden gebruikt om verschillende kunststofmaterialen te vergelijken. Het heeft ook een directe invloed op het gewicht van onderdelen, het materiaalverbruik en de productiekosten. Verschillende harsen, vulstoffen en modificatiemethoden kunnen allemaal variaties in dichtheid veroorzaken.
Dit artikel introduceert het basisconcept van plasticdichtheid, typische dichtheidsbereiken van gangbare materialen, de belangrijkste factoren die de dichtheid beïnvloeden en gangbare testmethoden. Het legt ook uit hoe dichtheid in de praktijk van de productie wordt toegepast.
1. Wat is de dichtheid van plastic?
De dichtheid van plastic verwijst naar de massa van een plastic per volume-eenheid. Deze wordt doorgaans weergegeven met de Griekse letter ρ en berekend met de volgende formule:
ρ = m / V
Waarbij: ρ = dichtheid, m = massa, V = volume
De meest gebruikte eenheden voor de dichtheid van plastic zijn g/cm³ en kg/m³ , waarbij: 1 g/cm³ = 1000 kg/m³
Verschillende kunststoffen hebben verschillende moleculaire samenstellingen en interne structuren. Moleculaire ordening, kristalliniteit, vulstoffen en additieven kunnen ook de uiteindelijke dichtheid van een materiaal beïnvloeden.
2. Dichtheidstabel van veelvoorkomende kunststoffen
De tabel hieronder geeft een overzicht van typische dichtheidsbereiken voor kunststoffen die veelvuldig in de industrie worden gebruikt.
| Materiaal | Afkorting | Dichtheidsbereik (g/cm³) | Dichtheidsbereik (kg/m³) | Notes |
| polypropyleen | PP | 0.90-0.91 | 900-910 | Veelvoorkomend lichtgewicht plastic |
| Polyethyleen met lage dichtheid | LDPE | 0.917-0.940 | 917-940 | Flexibel en relatief licht van dichtheid. |
| Hogedichtheidspolyethyleen | HDPE | 0.94-0.97 | 940-970 | Hogere dichtheid dan LDPE |
| Acrylonitrilbutadieenstyreen | ABS | 1.03-1.08 | 1030-1080 | De dichtheid kan per kwaliteit aanzienlijk variëren. |
| Polystyreen | PS | 1.04-1.05 | 1040-1050 | Verwijst naar standaard ongevulde PS |
| Polymethylmethacrylaat | PMMA | 1.17-1.20 | 1170-1200 | Algemeen bekend als acryl |
| Polycarbonaat | PC | 1.19-1.22 | 1190-1220 | Veelvoorkomend transparant technisch plastic |
| Nylon 6 | PA6 | 1.12-1.14 | 1120-1140 | De dichtheid kan worden beïnvloed door het vochtgehalte. |
| Nylon 66 | PA66 | 1.13-1.15 | 1130-1150 | Onversterkte kwaliteit |
| Polyoxymethyleen | POM | 1.41-1.42 | 1410-1420 | Relatief hoge dichtheid |
| Polyethyleentereftalaat | PET | 1.30-1.40 | 1300-1400 | Sterk beïnvloed door kristalliniteit |
| Polybutyleentereftalaat | PBT | 1.30-1.40 | 1300-1400 | Veelgebruikt technisch plastic |
| Polyvinylchloride | PVC | 1.35-1.50 | 1350-1500 | Verwijst voornamelijk naar hard PVC. |
| Thermoplastisch polyurethaan | TPU | 1.10-1.25 | 1100-1250 | Sterk beïnvloed door samenstelling en hardheid. |
| Thermoplastisch elastomeer | TPE | 0.89-1.20 | 890-1200 | Dit verschilt sterk tussen de verschillende TPE-families. |
| Polyetheretherketonen | PEEK | 1.26-1.32 | 1260-1320 | Hoogwaardig technisch plastic |
| Polyfenyleensulfide | PPS | Ca. 1.35 | Ca. 1350 | De dichtheid neemt aanzienlijk toe met fillers. |
| Polytetrafluorethyleen | PTFE | 2.10-2.20 | 2100-2200 | Een van de dichtere, veelvoorkomende kunststoffen |
| PC/ABS-legering | PC / ABS | 1.10-1.15 | 1100-1150 | Afhankelijk van de mengverhouding en de kwaliteit. |
| 30% glasvezelversterkt nylon 66 | PA66-GF30 | Ca. 1.37 | Ca. 1370 | Aanzienlijk dichter dan standaard PA66 |
Deze waarden zijn geschikt voor materiaalvergelijking en voorlopige berekeningen. Voor het daadwerkelijke ontwerp en de productie dient het technische gegevensblad van de specifieke materiaalsoort te worden gebruikt. Samenstelling, vulstofgehalte en modificatiemethoden kunnen allemaal van invloed zijn op de dichtheid.
3. Waarom hebben verschillende soorten plastic een verschillende dichtheid?
1) Moleculaire structuur van het polymeer
Kunststoffen worden gemaakt van verschillende polymeermoleculen . Hun chemische samenstelling, ketenstructuur en de dichtheid waarmee de moleculen op elkaar gepakt zijn, beïnvloeden allemaal de hoeveelheid massa die in een bepaald volume past.
2) Kristalliniteit
Wanneer polymeermoleculen regelmatiger gerangschikt zijn, kunnen ze over het algemeen dichter opeengepakte kristallijne gebieden vormen. Bij hetzelfde semi-kristallijne plastic kunnen veranderingen in kristalliniteit leiden tot veranderingen in dichtheid.
3) Vulstoffen en versterkingen
Glasvezels, minerale vulstoffen en andere versterkende materialen kunnen de algehele dichtheid van een kunststof veranderen.
Standaard PA66 heeft bijvoorbeeld doorgaans een dichtheid van ongeveer 1.13–1.15 g/cm³ . Met ongeveer 30% toegevoegde glasvezel kan PA66-GF30 een dichtheid van circa 1.37 g/cm³ bereiken.
4) Additieven
Vlamvertragers, weekmakers, pigmenten, slagvastheidsverbeteraars en andere additieven veranderen de materiaalsamenstelling. Verschillende soorten additieven en de concentraties ervan kunnen leiden tot variaties in dichtheid, zelfs tussen kwaliteiten die gebaseerd zijn op dezelfde hars.
PVC is een typisch voorbeeld. Hard PVC, geplastificeerd PVC en gevuld PVC kunnen aanzienlijk verschillende dichtheden hebben.
5) Schuimstructuur
Schuimkunststoffen bevatten een groot aantal gascellen of microholtes. Doordat er minder polymeer aanwezig is binnen een bepaald volume, is de schijnbare dichtheid lager.
Over het algemeen leidt een hogere schuimverhouding tot een lagere schijnbare dichtheid. Voor deze materialen moet de dichtheid worden beoordeeld in samenhang met het specifieke schuimproces en de structuur van het eindproduct.
4. Wat is het verschil tussen plasticdichtheid en soortelijk gewicht?
Dichtheid is de verhouding tussen massa en volume en heeft een vastgestelde eenheid.
Soortelijk gewicht, ook wel relatieve dichtheid genoemd, is de verhouding tussen de dichtheid van een materiaal en de dichtheid van een referentiestof en heeft geen eenheid. Voor vaste kunststoffen wordt water vaak als referentie gebruikt.
Bij kamertemperatuur is de dichtheid van water ongeveer 1 g/cm³, waardoor de numerieke waarde van de dichtheid van een plastic in g/cm³ vaak zeer dicht bij de soortelijke massa ligt. Een plastic met een dichtheid van ongeveer 1.20 g/cm³ heeft bijvoorbeeld doorgaans een soortelijke massa die dicht bij 1.20 ligt.
5. Hoe wordt de dichtheid van plastic gemeten?
1) Onderdompelingsmethode
De onderdompelingsmethode wordt vaak gebruikt om de dichtheid van vaste kunststoffen te meten en is gebaseerd op het principe van Archimedes.
Het monster wordt eerst in de lucht gewogen en vervolgens volledig ondergedompeld in een vloeistof met een bekende dichtheid en opnieuw gewogen. De twee metingen worden gebruikt om het volume en de dichtheid van het monster te berekenen.
Deze methode is geschikt voor massieve kunststofplaten, staven, spuitgietonderdelen, geëxtrudeerde onderdelen en soortgelijke monsters zonder noemenswaardige interne holtes.
2) Gemeenschappelijke testnormen
Veelvoorkomende normen zijn onder meer:
ASTM D792-20: Bepaalt de dichtheid en het soortelijk gewicht van vaste kunststoffen met behulp van een verdringingsmethode. Water of een andere geschikte vloeistof kan worden gebruikt.
ISO 1183-1:2025: Van toepassing op niet-cellulaire kunststoffen en omvat de onderdompelingsmethode, de vloeistofpycnometermethode en de titratiemethode.
De geschikte methode moet worden gekozen op basis van de vorm van het monster, of het materiaal vocht absorbeert en of de testvloeistof met het plastic kan reageren.
6. Welke invloed heeft de dichtheid van plastic op de productie?
In de industrie wordt dichtheid voornamelijk gebruikt voor gewichts-, materiaalverbruiks- en kostenberekeningen . Of een onderdeel nu geproduceerd wordt door spuitgieten , CNC-bewerking , extrusie of thermovormen, dichtheid kan gebruikt worden om het materiaalvolume om te zetten in massa zodra het volume bekend is.
1) Het gewicht en materiaalverbruik van onderdelen inschatten
Als het volume van een CAD-model bekend is, kan het gewicht van een kunststof onderdeel snel worden geschat:
Gewicht van het onderdeel = Volume van het onderdeel × Dichtheid van het materiaal
Bijvoorbeeld, voor hetzelfde onderdeel van 100 cm³ geeft PP met een dichtheid van 0.90 g/cm³ een theoretisch gewicht van ongeveer 90 g.
Het gebruik van ABS met een dichtheid van 1.05 g/cm³ verhoogt het theoretische gewicht tot ongeveer 105 g. Naarmate het productievolume toeneemt, heeft dit verschil direct invloed op het totale materiaalverbruik.
2) Het schatten van de productiekosten
Kunststofgrondstoffen worden over het algemeen per gewicht ingekocht, terwijl CAD-modellen het volume van het onderdeel aangeven. Dichtheid verbindt de twee:
Materiaalkosten ≈ Onderdeelvolume × Materiaaldichtheid × Materiaalprijs
Bij de daadwerkelijke productie moet ook rekening worden gehouden met redelijke procesverliezen. Spuitgieten kan bijvoorbeeld gebruikmaken van aanvoerkanalen en gietkanalen, terwijl bij CNC-bewerking rekening moet worden gehouden met de afmetingen van het werkstuk en de hoeveelheid materiaal die tijdens de bewerking wordt verwijderd.
3) Het omrekenen van materiaalgewicht en -volume in verschillende productieprocessen
Deze omrekening is nuttig voor een breed scala aan productieprocessen.
Bij spuitgieten kunnen het matrijsvolume en de materiaaldichtheid worden gebruikt om het gewicht van het onderdeel, het totale gewicht aan plastic per matrijscyclus en de benodigde injectiehoeveelheid te schatten.
Bij extrusie wordt de dichtheid gebruikt om het theoretische gewicht per meter buizen, profielen of staven te berekenen.
Bij CNC-bewerking kan het volume van de kunststofplaat of -staaf worden gebruikt om het gewicht van het werkstuk te schatten, terwijl het volume van het eindproduct kan helpen bij het inschatten van de hoeveelheid materiaal die verwijderd moet worden.
Bij thermogevormde platen kunnen het plaatoppervlak, de dikte en de materiaaldichtheid worden gebruikt om het plaatgewicht en de benodigde materiaalhoeveelheid te schatten.
4) Vergelijking van lichtgewicht ontwerpen en materialen
Bij gewichtsgevoelige producten zoals auto-onderdelen, consumentenelektronica en robotica is materiaaldichtheid een belangrijke factor bij het ontwerpen van lichtgewicht constructies. Voor hetzelfde volume van een onderdeel kan een kunststof met een lagere dichtheid het gewicht direct verminderen.
Alleen de dichtheid is echter niet voldoende om het lichtste praktische ontwerp te bepalen. Sterkte, stijfheid en de toelaatbare wanddikte moeten ook in overweging worden genomen. Sommige versterkte kunststoffen hebben een hogere dichtheid, maar kunnen toch het uiteindelijke gewicht van het onderdeel verlagen door dunnere wanden of minder verstevigingselementen toe te staan.
5) Dichtheidsveranderingen in gevulde en versterkte kunststoffen
Bij de productie is het belangrijk om onderscheid te maken tussen basisharsen en versterkte varianten.
Neem PA66 als voorbeeld. Standaard PA66 heeft een dichtheid van ongeveer 1.13–1.15 g/cm³, terwijl PA66-GF30 een dichtheid van circa 1.37 g/cm³ kan bereiken. Als hetzelfde CAD-volume nog steeds wordt berekend met de dichtheid van onversterkt PA66, zullen zowel het geschatte gewicht van het onderdeel als de werkelijke materiaalbehoefte onderschat worden.
Voor het opstellen van offertes, de inkoop van materialen en de productieplanning levert het gebruik van de dichtheid van de specifieke materiaalsoort een betrouwbaarder resultaat op.
Toepassingsvoorbeeld van plasticdichtheid
Bij een project voor een constructieonderdeel wilde de klant het productgewicht verder verlagen. Na evaluatie van de mechanische sterkte, stijfheid, bedrijfstemperatuur en dimensionale stabiliteit van het onderdeel, adviseerden we om het oorspronkelijke materiaal te vervangen van PBT-GF30 door PP-GF30.
Het originele PBT-GF30 had een dichtheid van ongeveer 1.52 g/cm³. Met een netto CAD-volume van 120 cm³ was het theoretische gewicht van het onderdeel: 120 × 1.52 = 182.4 g
Na overschakeling op PP-GF30 met een dichtheid van ongeveer 1.13 g/cm³ daalde het theoretische gewicht bij hetzelfde volume tot: 120 × 1.13 = 135.6 g
Hierdoor werd het gewicht van elk onderdeel met ongeveer 46.8 g, oftewel circa 25.7%, verminderd. Het project leverde uiteindelijk 10,000 onderdelen op, waardoor het totale nettogewicht van het product met ongeveer 468 kg afnam. Ook het materiaalverbruik, de verpakking, de opslag en het transport werden verminderd, evenals de bijbehorende kosten.
FAQ
Vraag 1: Verandert de dichtheid van plastic met de temperatuur?
Ja. Kunststoffen zetten over het algemeen uit bij hogere temperaturen, waardoor het volume toeneemt en de dichtheid afneemt.
Vraag 2: Heeft de kleur van plastic invloed op de dichtheid ervan?
Ja, dat kan. Pigmenten, kleurmasterbatches en andere additieven veranderen de materiaalsamenstelling, hoewel de dichtheidsverandering die door gewone kleuring wordt veroorzaakt meestal gering is.
Vraag 3: Verhoogt een hoger glasvezelgehalte de dichtheid van het plastic?
Over het algemeen wel. Glasvezel is dichter dan de meeste basisharsen, dus een hoger glasvezelgehalte verhoogt meestal de algehele dichtheid van het composietmateriaal.
Vraag 4: Hebben plastic korrels en gegoten onderdelen dezelfde dichtheid?
De werkelijke materiaaldichtheid is over het algemeen vergelijkbaar, maar de bulkdichtheid van plastic korrels is lager omdat er luchtruimtes tussen de korrels aanwezig zijn.
Vraag 5: Waarom heeft hetzelfde type plastic verschillende dichtheidswaarden, afhankelijk van de leverancier?
De belangrijkste redenen zijn verschillen in materiaalkwaliteit, vulstofgehalte, vlamvertragende systemen, weekmakers en andere additieven. Voor concrete toepassingen dient het gegevensblad van de betreffende materiaalkwaliteit te worden geraadpleegd.
