Jakie tworzywo wybrać na obudowę do elektroniki?

Obudowa urządzenia elektronicznego pełni więcej niż tylko funkcję estetyczną – jej głównym zadaniem jest ochrona delikatnych komponentów przed czynnikami zewnętrznymi. W zależności od miejsca użytkowania urządzenia, tworzywo obudowy powinno być odpowiednio dobrane do warunków środowiskowych, wymagań szczelności oraz technologii montażu. Poniżej przedstawiamy kluczowe aspekty, które warto uwzględnić.

1. Czynniki środowiskowe – UV, woda, temperatura

Obudowy zewnętrzne (np. sterowniki, czujniki, kamery IP) muszą wytrzymać promieniowanie UV, opady atmosferyczne oraz zmiany temperatury. Najlepszymi tworzywami do takich zastosowań są:

• ASA (akrylonitryl-styren-akrylan) – doskonała odporność na UV i warunki atmosferyczne, często stosowany w obudowach zewnętrznych;
• PC (poliwęglan) – wysoka wytrzymałość mechaniczna i odporność na uderzenia, ale wymaga stabilizacji UV do zastosowań zewnętrznych;
• PBT/PC blend – mieszanka o dobrej odporności na warunki środowiskowe i wysoką trwałością;
• PA z dodatkami stabilizującymi – do zastosowań narażonych na wodę i chemikalia (np. automatyka przemysłowa);
• ABS + PMMA – alternatywa do użytku zewnętrznego z poprawioną odpornością UV (często stosowana w motoryzacji).

Reasumując - jeżeli Twoja obudowa będzie stosowana raczej wewnątrz budynków, dla znaczącej części rozwiązań rekomendujemy ABS, ABS/PC czy PA. Przy zastosowaniach zewnętrznych sprawa jest dużo bardziej skomplikowana i zazwyczaj wymagane są dodatkowe ustalenia. Bardzo często wybór pada na ASA (w uproszczeniu jest to ABS odporny na warunki atmosferyczne).

2. Odporność chemiczna – jak tworzywa reagują na środki czyszczące?

Podczas projektowania obudów elektroniki (szczególnie przemysłowej), warto zwrócić uwagę na odporność chemiczną tworzywa. Wiele serwisów stosuje aceton, izopropanol (IPA), benzynę ekstrakcyjną lub inne agresywne odtłuszczacze. Nie wszystkie tworzywa to wytrzymują:

• ABS – podatny na pękanie naprężeniowe i degradację w kontakcie z acetonem. Nawet krótkotrwałe odtłuszczanie może osłabić strukturę – nie zaleca się stosowania acetonu przy obudowach z ABS;
• PC (poliwęglan) – umiarkowana odporność na IPA, ale aceton i benzyna mogą powodować pęknięcia. Należy zachować ostrożność przy czyszczeniu i klejeniu;
• ASA – lepsza odporność chemiczna niż ABS, ale również nie toleruje agresywnych rozpuszczalników (aceton, MEK);
• PA (poliamid) – podatny na chłonięcie wilgoci i deformację, ale dobrze znosi niektóre alkohole. Wrażliwy na kwasy i zasady;
• PBT/PC – stosunkowo dobra odporność na większość standardowych środków czyszczących – często stosowany w złączach i automatyce;
• PEEK, PPS – materiały techniczne o wysokiej odporności chemicznej, również na aceton i kwasy – ale rzadko stosowane na obudowy ze względu na cenę.

Wniosek: jeśli planujesz odtłuszczanie przed klejeniem lub spawaniem ultradźwiękowym – unikaj tworzyw typu ABS i PC, o ile nie masz pewności co do środka czyszczącego. Dla bezpieczeństwa stosuj izopropanol (IPA), który jest mniej agresywny i powszechnie tolerowany przez większość tworzyw.

Jeżeli Twoja obudowa będzie stosowana w produkcie medycznym koniecznie sprawdź nasz artykuł o doborze tworzywa na obudowy medyczne.

3. Klasa szczelności – co oznaczają symbole IP?

Klasa szczelności IP (Ingress Protection) określa stopień ochrony obudowy przed wnikaniem ciał stałych i wody. Przykłady:

• IP65 – pełna pyłoszczelność, ochrona przed strumieniem wody z każdej strony;
• IP67 – ochrona przed czasowym zanurzeniem w wodzie;
• IP68 – odporność na długotrwałe zanurzenie w określonych warunkach.

Aby uzyskać wysoką klasę szczelności, nie wystarczy samo „dobre tworzywo” – kluczowa jest również konstrukcja oraz proces montażu.

Wskazówki przy projektowaniu obudów z wyższymi klasami szczelności

• Unikaj ostrych narożników – mogą powodować koncentrację naprężeń i mikropęknięcia.
• Zaplanuj rowki pod uszczelki z odpowiednim dociskiem i tolerancją (np. 15–30% ściśnięcia w zależności od typu elastomeru).
• Uwzględnij odprowadzenie skroplin (jeśli produkt pracuje na zewnątrz).
• Dla IP68 – testuj obudowę w warunkach ciśnieniowych!

4. Jak zapewnia się szczelność obudów?

W zależności od projektu, producenci stosują różne metody uszczelnienia obudów:

Uszczelki z elastomerów (np. TPV, SEBS, SBS, EPDM, silikon)

Najczęściej wykorzystywane w obudowach skręcanych. Uszczelka jest umieszczana w rowku i dociskana pokrywą. Zaletą jest łatwa wymiana i serwis. Uszczelki te również wykonuje się za pomocą form wtryskowych. Jeżeli zależy wam na oszczędności, możecie rozważyć zakup gotowej uszczelki lub oringu.

Uszczelki formowane wtryskowo - obtrysk obudowy (LSR/2K)

W produkcji masowej stosuje się technologię 2K (dwukomponentowego formowania), w której uszczelka jest wtryskiwana bezpośrednio na twardy korpus (np. z PC, ABS lub PA). Daje to wyjątkową szczelność i trwałość. Jest to skomplikowany i precyzyjny proces, który wymaga znacznych nakładów finansowych. Zatutem jest szybkość i powtarzalność.

Zgrzewanie ultradźwiękowe

Metoda łączenia dwóch połówek obudowy z tworzywa (np. ABS, PC) poprzez lokalne uplastycznienie krawędzi. Zapewnia trwałe i szczelne połączenie bez użycia klejów. Idealne dla produktów jednorazowych lub trudnych do serwisowania. Gwarantuje najwyższą klasę szczelności.

Klejenie lub zgrzewanie termiczne

Stosowane rzadziej, ale może być alternatywą dla produktów niskoseryjnych lub o skomplikowanej geometrii. Jest to rozwiązanie zdecydowanie budżetowe (w przypadku krótkich serii).

5. Palność tworzyw – normy, zagrożenia i dobór bezpiecznych materiałów

W przypadku urządzeń elektronicznych, zwłaszcza stosowanych w budynkach lub w pobliżu ludzi, odporność ogniowa obudowy ma kluczowe znaczenie. Tworzywa sztuczne mogą w kontakcie z iskrą, przeciążeniem lub przegrzewającym się komponentem zadziałać jak paliwo – dlatego coraz częściej stosuje się materiały trudnopalne lub samogasnące.

Na początku chciałbym podkreślić, że nie ma jednej, uniwersalnej normy międzynarodowej, która zawsze i wprost mówi: „obudowa urządzenia elektronicznego musi być wykonana z tworzywa o klasie palności np. UL 94 V-0”. Jednak w praktyce – wymóg stosowania tworzywa samogasnącego lub niepalnego wynika z obowiązujących norm bezpieczeństwa produktowego oraz z oczekiwań instytucji certyfikujących (np. UL, TÜV, DEKRA) i klientów branżowych. Kiedy powinieneś więc wybrać tworzywo niepalne? Gdy:

• Urządzenie ma kontakt z siecią 230V/110V;

• Pracuje w środowisku publicznym, przemysłowym lub pojazdach;

• Ma uzyskać certyfikat CE, UL, TÜV, CB lub inny znak zgodności.

Jak opisywane są klasy niepalności

Najczęściej spotykanym standardem jest UL94, który klasyfikuje tworzywa według ich reakcji na płomień:

• UL94 V-0 – materiał samogasnący w ≤ 10 s, bez kapiących kropli;
• UL94 V-1 / V-2 – stopniowo gorsza odporność na płomień i kapanie tworzywa;
• HB (Horizontal Burn) – materiał łatwopalny, bez samogaszenia.

Do zastosowań w elektronice zaleca się wybierać tworzywa z klasyfikacją V-0 lub V-1, zwłaszcza gdy urządzenie będzie instalowane w zamkniętej przestrzeni lub w pobliżu źródeł ciepła.

Typowe tworzywa stosowane w obudowach o podwyższonej odporności ogniowej:

• PC/ABS FR – blend z dodatkami uniepalniającymi, często stosowany w elektronice użytkowej;
• PA6 GF FR, PBT FR – tworzywa konstrukcyjne z włóknem szklanym i środkami uniepalniającymi, odporne także na temperaturę i wilgoć;
• UL94 V-0 grade ASA, PC, PPO – stosowane w złączach, obudowach automatyki, sterownikach przemysłowych.

Uwaga: Nie każdy ABS lub PC spełnia normę V-0. Jeśli projekt wymaga zgodności z UL94 lub normami bezpieczeństwa (np. IEC 60695), konieczne jest zastosowanie dedykowanego gatunku tworzywa z dokumentacją ogniową.

Wymogi stosowania tworzyw uniepalnianych do obudów elektroniki

Dobór tworzywa na obudowę urządzenia elektronicznego to nie tylko kwestia wytrzymałości czy estetyki – w wielu przypadkach istnieje obowiązek zastosowania materiałów samogasnących (FR – flame retardant), zgodnych z międzynarodowymi normami palności. Dotyczy to zwłaszcza urządzeń zasilanych z sieci, montowanych w budynkach lub pojazdach.

Najważniejsze normy palności tworzyw:

• UL 94 (Underwriters Laboratories) – klasyfikuje tworzywa według ich reakcji na płomień: HB, V-2, V-1, V-0, gdzie V-0 oznacza najwyższy poziom samogaszenia. Jest to najczęściej stosowana norma w elektronice.
• IEC 60695 / EN 60695 – europejski standard obejmujący testy „glow wire” (GWIT, GWFI), czyli zachowania tworzywa w kontakcie z rozgrzanym przewodnikiem.
• EN 60335, EN 60950, IEC 62368-1 – stosowane w sprzęcie AGD, IT, audio-video. Wymagają, by obudowy były wykonane z materiałów niepodtrzymujących ognia lub skutecznie izolowane.

Kiedy wymagane są tworzywa samogasnące?

Wymóg stosowania tworzyw uniepalnianych dotyczy w szczególności:

• Urządzeń zasilanych z sieci elektrycznej (230V/110V);
• Sprzętu instalowanego w budynkach (np. skrzynki, sterowniki, zasilacze);
• Elektroniki konsumenckiej i urządzeń medycznych;
• Pojazdów, kolejnictwa i lotnictwa – z dodatkowymi normami branżowymi (np. UL 94 V-0 + FMVSS 302).

Co grozi za niespełnienie norm palności?

• Brak znaku CE lub UL – produkt nie może legalnie trafić na rynek;
• Ryzyko odpowiedzialności cywilnej – np. za pożar spowodowany przez zapalną obudowę;
• Wycofanie produktu z rynku przez organy nadzoru (np. UOKiK, system RAPEX);
• Problemy z dopuszczeniem do sprzedaży w USA, Kanadzie czy UE bez certyfikatów ogniowych.

Wskazówki projektowe dla obudów z tworzyw uniepalnianych

Tworzywa samogasnące (FR) często różnią się właściwościami przetwórczymi i mechanicznymi od standardowych odpowiedników. Aby zapewnić niezawodność obudowy oraz zgodność z normami bezpieczeństwa, warto uwzględnić poniższe aspekty projektowe:

• Zwiększ grubości ścianek – tworzywa z dodatkami uniepalniającymi mogą mieć niższą udarność. Grubość 2–3 mm to minimum dla typowych zastosowań obudów technicznych.
• Unikaj ostrych krawędzi i cienkich żeber – mogą być miejscem koncentracji naprężeń i pękać po formowaniu, zwłaszcza przy blendach z włóknem szklanym.
• Uwzględnij skurcz przetwórczy – dodatki uniepalniające i włókna szklane zmieniają właściwości przetwórcze (niższy skurcz niż dla czystego ABS czy PC).
• Zaplanuj wentylację i kanały odprowadzające ciepło – wiele urządzeń z FR obudowami pracuje w podwyższonej temperaturze; uniepalnione tworzywa mają często gorsze przewodnictwo cieplne.
• Sprawdź dostępność materiału z certyfikatem – nie każdy gatunek tworzywa PC, ABS lub PBT ma wersję V-0. Zawsze wymagaj dokumentacji materiałowej od dostawcy.
• Unikaj „zbyt gładkich” powierzchni do malowania lub klejenia – dodatki FR mogą obniżać przyczepność. Warto przetestować obróbkę powierzchni (np. szorstkowanie, plasma, primer).

Stosowanie się do tych zasad pomoże zminimalizować ryzyko awarii, pęknięć lub odrzutów produkcyjnych, a jednocześnie zapewni zgodność z wymaganiami norm przeciwpożarowych.

Rekomendacja:

Dla obudów urządzeń elektronicznych stosowanych komercyjnie lub przemysłowo rekomenduje się wybór materiałów z klasyfikacją UL 94 V-0 lub lepszą. Należy upewnić się, że tworzywo posiada dokumentację ogniową oraz – w przypadku eksportu – certyfikaty UL lub zgodność z IEC/EN. W przypadku sprzętu AGD, IT lub medycznego, może to być wymóg formalny, a nie tylko opcjonalny wybór projektowy.

Podsumowanie

Dobór odpowiedniego tworzywa na obudowę do elektroniki to kompromis pomiędzy odpornością środowiskową, trwałością mechaniczną a technologią produkcji. Dla zdecydowanej większości aplikacji wewnętrznych zalecamy ABS, jest to w mojej ocenie bardzo uniwersalne tworzywo dostępne w wielu odmianach a do tego świetnie się barwi. ASA, PC i ich mieszanki sprawdzą się świetnie w aplikacjach zewnętrznych, a klasa IP zależy bardziej od precyzji konstrukcji i metody uszczelnienia niż od samego materiału. W przypadku produkcji masowej warto rozważyć wtrysk 2-komponentowy (2K) lub zgrzewanie ultradźwiękowe jako gwarancję trwałej szczelności.

Pomoc w doborze tworzywa

Jeżeli dalej masz wątpliwości możesz skorzystać z naszej pomocy. Ponieważ produkujemy bardzo wiele obudów do elektroniki do różnych zastosowań, dysponujemy bardzo dużym doświadczeniem. Mamy przygotowane formularze i procedury doboru tworzyw, jak również współpracujemy z najbardziej renomowanymi dostawcami na rynku. Z chęcią pomożemy Ci dobrać idealne tworzywo na Twoją obudowę.