L'ABS est largement utilisé dans les applications d'ingénierie et les produits de consommation, allant des appareils électroménagers et objets du quotidien aux pièces automobiles et boîtiers électroniques. Il est devenu l'un des matériaux les plus indispensables de la production industrielle et de la vie de tous les jours. Cet article explore la nature du plastique ABS, ses procédés de fabrication et ses applications.
Aperçu du plastique ABS
L'ABS (abréviation d'acrylonitrile butadiène styrène) est un plastique technique thermoplastique haute performance, communément appelé résine ABS. Il allie une excellente résistance, une ténacité remarquable et une grande facilité de mise en œuvre, ce qui en fait l'un des polymères les plus produits et les plus utilisés aujourd'hui.
L'ABS combine efficacement les meilleures propriétés du polystyrène (PS), du copolymère styrène-acrylonitrile (SAN) et du caoutchouc butadiène (BS), offrant un équilibre optimal entre ténacité, rigidité et dureté, et des performances mécaniques globales remarquables. Chimiquement, il s'agit d'un terpolymère composé de trois monomères : l'acrylonitrile (A), le butadiène (B) et le styrène (S).
Grâce à ses propriétés polyvalentes et équilibrées, l'ABS peut être mis en forme par diverses méthodes de transformation courantes telles que le moulage par injection, l'extrusion, le soufflage et le calandrage. Il se prête également bien aux opérations secondaires comme… Usinage CNC, collage, peinture, métallisation sous vide, et plus encore.
Propriétés des matériaux ABS
L'ABS est une résine opaque, granuleuse ou poudreuse, de couleur jaune pâle. Non toxique, inodore et légère, sa densité relative est de 1.04 à 1.07. Elle présente une excellente résistance aux chocs, de bonnes performances à basse température et aux produits chimiques, une stabilité dimensionnelle remarquable, une brillance de surface élevée et une grande facilité de peinture et de coloration. Ses inconvénients incluent son inflammabilité, sa faible température de déformation à chaud et sa faible résistance aux intempéries. Le tableau ci-dessous présente les propriétés typiques des différentes qualités de résine ABS.
| Produit | Usage général | Impact moyen | Fort impact | Résistant à la chaleur | Qualité de galvanoplastie |
| Densité | 1.02 ou 1.06 | 1.04 ou 1.05 | 1.02 ou 1.04 | 1.04 ou 1.06 | 1.04 ou 1.06 |
| Résistance à la traction, MPa | 33 ou 52 | 41 ou 47 | 33 ou 44 | 41 ou 52 | 38 ou 44 |
| Allongement,% | 10-20 | 15-50 | 15-70 | 5-20 | 10-30 |
| Résistance à la flexion, MPa | 68-87 | 68-80 | 55-68 | 68-90 | 69-80 |
| Module de flexion, GPa | 2.0-2.6 | 2.2-2.5 | 1.8-2.2 | 2.1-2.8 | 2.3-2.7 |
| Résistance au choc Izod (23℃), (J/m) | 105-215 | 215-375 | 375-440 | 120-320 | 265-375 |
| Dureté Rockwell (R) | 100-110 | 95-105 | 88-100 | 100-112 | 103-110 |
| Température de déformation thermique (4.82 MPa)/℃ | 87-96 | 89-96 | 91-100 | 105-121 | 95-100 |
| Coefficient de dilatation linéaire, 10⁻⁵ /℃ | 7.0-8.8 | 7.8-8.8 | 9.5-11.0 | 6.4-9.3 | 6.5-7.0 |
Propriétés mécaniques
La résine ABS possède une excellente résistance aux chocs : les qualités à haute résistance peuvent atteindre 400 J/m à température ambiante et se maintiennent au-dessus de 120 J/m même à -40 °C. Il s’agit d’un système hétérogène biphasique, la résine constituant la phase continue et le caoutchouc la phase dispersée (particules de caoutchouc dispersées dans la matrice de résine). Sa résistance supérieure aux chocs est due à l’absorption de l’énergie d’impact externe par les particules de caoutchouc, ce qui inhibe la propagation des fissures. Les performances en matière de résistance aux chocs sont corrélées à la teneur en caoutchouc, au taux de greffage et à la taille des particules.
La résine ABS présente une bonne résistance à l'usure. Bien qu'elle ne convienne pas aux matériaux autolubrifiants, son excellente stabilité dimensionnelle la rend utilisable pour les paliers soumis à des charges moyennes.
Propriétés thermiques
La température de déformation thermique de la résine ABS est d'environ 93 °C sous une charge de 1.82 MPa, et augmente de 6 à 10 °C après recuit. Grâce à sa structure amorphe, elle présente une relation contrainte-température stable : la réduction de la charge de 1.82 MPa à 0.45 MPa n'augmente la température de déformation thermique que de 4 à 8 °C. Les grades résistants à la chaleur peuvent atteindre 115 °C. La température de fragilisation est de -7 °C, et la résine conserve une résistance considérable à -40 °C. Sa plage de températures d'utilisation est de -40 à 100 °C. Le coefficient de dilatation linéaire varie de 6.4 × 10⁻⁵ °C⁻¹ à 11.0 × 10⁻⁵ °C⁻¹ (l'un des plus faibles parmi les thermoplastiques). La stabilité thermique est relativement faible pour les plastiques techniques : une décomposition se produit à 260 °C, libérant des substances volatiles toxiques. L'ABS est inflammable et ne s'éteint pas spontanément.
Propriétés électriques
La résine ABS offre une bonne isolation électrique sur une large bande de fréquences, avec une influence minimale de la température et de l'humidité. Les données relatives à ses performances électriques sont présentées dans le tableau ci-dessous.
| Produit | 60Hz | 10³Hz | 10⁶Hz |
| Constante diélectrique (23℃) | 3.73-4.01 | 2.75-2.96 | 2.44-2.85 |
| Tangente de perte diélectrique (23℃) | 0.004-0.007 | 0.006-0.008 | 0.008-0.010 |
| Résistivité volumique, Ω·cm | (1.05~3.60)×1016 | (1.05~3.60)×1016 | (1.05~3.60)×1016 |
| Résistance à l'arc, S | 66-82 | 66-82 | 66-82 |
| Rigidité diélectrique, (kV/mm) | 14-15 | 14-15 | 14-15 |
Résistance chimique
La résine ABS présente une bonne résistance chimique : les groupes nitrile de sa structure moléculaire la rendent quasiment inerte aux acides dilués, aux bases diluées et aux sels. Elle est soluble dans les cétones, les aldéhydes, les esters et les hydrocarbures chlorés ; insoluble dans la plupart des alcools (mais se ramollit dans le méthanol après quelques heures) ; et gonfle au contact prolongé de solvants hydrocarbonés. Comme la plupart des plastiques, l’ABS subit des fissures de contrainte lorsqu’il est exposé à des réactifs chimiques (par exemple, l’acide acétique, les huiles végétales) sous contrainte. Le tableau ci-dessous présente les variations de masse et d’aspect après une immersion prolongée dans certains produits chimiques.
| Nom chimique | Taux de variation de masse, % | Taux de variation de masse, % | Changement d'apparence |
| 30d | 365d | ||
| Cyclohexane | +0.03 | +0.51 | Léger gonflement |
| Térébenthine raffinée | +0.19 | +0.31 | - |
| 10% d'acide citrique | +0.62 | +0.74 | Brunâtre |
| 6 % d'acide chromique | +0.58 | +0.71 | Brunâtre |
| 2.5 % de chlorure de calcium | +0.61 | +0.77 | - |
| 2.5 % de nitrate d'argent | +0.67 | +0.84 | - |
| 4 % de fluorure de sodium | +0.53 | +0.59 | - |
| 10 % de nitrate d'ammonium | +0.50 | +0.57 | - |
| 10 % de carbonate de sodium | +0.56 | +0.65 | - |
| 3 % de chlorure de potassium | +0.64 | +0.78 | - |
| Chlorure d'ammonium saturé | +0.35 | +0.39 | - |
| 10 % de nitrate de cuivre | +0.64 | +0.76 | - |
| Éthylène glycol | +0.63 | +0.15 | - |
| Solution de peroxyde d'hydrogène à 3 % | +0.69 | +1.03 | Jaunissement |
| Solution saturée de bisulfite de sodium | +10.95 | +6.70 | Ambre : |
| Méthanol | +4.50 (2d) | + 26 ~ + 28 | Gonflement, blanchiment |
| 12% d'acide acétique | +0.69 | +0.75 | Gonflement, blanchiment |
Fabrications en plastique ABS
L'ABS est un polymère amorphe sans point de fusion précis. Il commence à se décomposer au-dessus de 260 °C ; les températures de moulage sont donc généralement maintenues en dessous de 250 °C. L'ABS fondu présente une viscosité modérée : sa fluidité est inférieure à celle du polyamide mais supérieure à celle du polycarbonate, avec un refroidissement et une solidification plus rapides.
Pré-séchage
L'ABS présente une forte absorption d'eau due à ses groupes nitriles polaires. Il doit être préalablement séché jusqu'à une teneur en humidité inférieure à 0.1 % avant transformation. Méthodes courantes : séchage à l'air pulsé (70–80 °C, > 4 h) ou séchage à l'étuve (80–100 °C, 2 h, épaisseur du matériau < 50 mm).
Moulage par Injection
Le moulage par injection d'ABS utilise généralement une presse à injection à vis. Les vis doivent être à un seul filet, à pas constant, coniques, entièrement filetées et munies d'un clapet anti-retour ; rapport L/D de 20, taux de compression de 2.0 à 2.5. Types de buses : ouvertes ou allongées (éviter les buses autobloquantes pour prévenir toute réduction de débit ou décoloration).
Les températures d'injection sont plus élevées pour les qualités résistantes à la chaleur et à l'électroplacage (pour améliorer la fluidité de la fusion ou les performances de placage), et plus basses pour les qualités à usage général et à haute résistance aux chocs (pour éviter la décomposition ou la dégradation des propriétés mécaniques).
Les pressions d'injection sont plus élevées pour les pièces à parois minces, à long débit et à petit orifice d'injection, ou pour les nuances résistantes à la chaleur/ignifuges, et plus faibles pour les pièces à parois épaisses et à grand orifice d'injection. La pression de maintien doit être modérée afin de minimiser les contraintes résiduelles.
| Articles | ABS de type général | ABS résistant aux chocs | ABS résistant à la chaleur | ABS électroplaqué |
| Vitesse de la vis, tr/min | 30-60 | 30-60 | 30-60 | 20-60 |
| Température de la buse, °C | 180-190 | 190-200 | 190-200 | 190-210 |
| Température du canon, zone arrière, °C | 180-200 | 180-200 | 190-200 | 200-210 |
| Température du canon, zone intermédiaire, °C | 210-230 | 210-230 | 220-240 | 230-250 |
| Température du canon, zone avant, °C | 200-210 | 200-210 | 200-220 | 210-230 |
| Température du moule, ℃ | 50-70 | 50-80 | 60-85 | 40-80 |
| Pression d'injection /MPa | 70-90 | 70-120 | 85-120 | 70-120 |
| Pression de maintien /MPa | 50-70 | 50-70 | 50-80 | 50-70 |
| Temps d'injection, s | 3-5 | 3-5 | 3-5 | 1-4 |
| Temps de maintien, s | 15-30 | 15-30 | 15-30 | 20-50 |
| Temps de refroidissement, s | 15-30 | 15-30 | 15-30 | 15-30 |
| Cycle total, s | 40-70 | 40-70 | 40-70 | 40-90 |
Moulage par extrusion
Le moulage par extrusion de l'ABS utilise une extrudeuse monovis standard avec un rapport L/D de 18 à 20 et un taux de compression de 2.5 à 3.0. Les vis à compression progressive ou abrupte conviennent. L'ABS fondu ayant une fluidité modérée, aucun refroidissement de la vis n'est nécessaire. L'extrusion permet de produire des profilés tels que des tubes, des barres et des plaques.
| Diamètre extérieur du tuyau/mm | 32.5 | Vitesse de la vis, tr/min | 10.5 |
| Diamètre intérieur du tuyau/mm | 25.5 | Diamètre intérieur de la matrice, mm | 33 |
| Température du canon, zone d'alimentation /℃ | 160-165 | Longueur du segment droit, m | 50 |
| Température du cylindre, zone de compression /℃ | 170-175 | Rapport de tirage | 1.02 |
| Zone de mesure | 175-180 | Diamètre intérieur du manchon, mm | 33 |
| Température de la puce/℃ | 175-180 | Longueur du manchon de refroidissement, mm | 250 |
| Température du sol de la matrice/℃ | 190-195 | Distance entre le manchon de calibrage sous vide et la matrice, m | 25 |
| Diamètre extérieur du mandrin/mm | 26 |
Conditions d'extrusion pour les barres d'ABS
| Diamètre de la tige, mm | 90 | Température de la matrice, ℃ | 150-160 |
| Température du canon, zone d'alimentation, °C | 160-170 | Température de dimensionnement, °C | 55-60 |
| Température du cylindre, zone de compression, °C | 170-175 | Vitesse de la vis, tr/min | 11-14 |
| Température du fût, zone de dosage, °C | 175-180 | Vitesse d'extrusion, m/min | 22-25 |
| Température du sol, °C | 170-180 |
Moulage en mousse
La mousse ABS est principalement produite par moussage chimique à l'aide d'agents gonflants (par exemple, l'azodicarbonamide) incorporés à la résine. Deux méthodes de moulage sont utilisées :
Moulage par injection : L’ABS expansé est moulé à l’aide d’une presse à vis (plus performante que les presses à piston pour une densité et des performances uniformes). Une valve est installée à la buse pour éviter les fuites de matière fondue contenant des gaz. Contrairement au moulage par injection classique, la matière fondue expansée se dilate dans le moule pour remplir la cavité avant de refroidir, ce qui permet de réduire la pression d’injection. La température du fourreau est plus basse dans la zone d’alimentation et plus élevée près de la buse : 145–160 °C à l’arrière, 170–185 °C au centre et 190–200 °C à l’avant.
Moulage par extrusion : Les mousses ABS sont extrudées en plaques, barres et tubes. Contrairement à l’extrusion conventionnelle, le mélange gaz-métal fondu circule dans le fourreau, ce qui exige un contrôle précis de la température afin d’équilibrer la fusion de la résine et la décomposition de l’agent gonflant. La température du fourreau et la vitesse d’extrusion influent sur l’aspect et la densité.
| Extrudeuse L/D | 22 | Zone 4 Température/℃ | 170 |
| Zone 1, Température du fût (côté trémie)/℃ | 133 | Zone 5 Température/℃ | 180 |
| Zone 2, Température du fût (côté trémie)/℃ | 160 | Zone 6 Température/℃ | 157 |
| Zone 3, Température du fût (côté trémie)/℃ | 164 | Vitesse de la vis (tr/min) | 25 |
Les principales propriétés des produits en ABS expansé sont les suivantes :
- Peut être produit sous forme de composants structurels haute densité ou de pièces légères basse densité ;
- Alliant légèreté et rigidité tout en conservant une résistance mécanique optimale.
- Les structures sandwich (noyau en mousse + fine peau en ABS) offrent une rigidité équivalente à celle de l'ABS massif pour un poids inférieur ;
- Excellente isolation thermique et acoustique ;
- Motif de surface unique à grain de bois ;
- Absorption d'eau inférieure à celle du bois ;
- Transformation facile en feuilles, tubes et barres ;
- Temps de cycle plus courts pour les pièces à parois épaisses par rapport à l'ABS massif ;
- Peignable et colorable ;
- Usinable (découpe, perçage, collage) comme le bois.
| Densité /(g/cm³) | 0.69 | Module de compression /MPa | 353 |
| Résistance à la traction /MPa | 14.0 | Résistance aux chocs Izod /(kJ/m²) | |
| Allongement /% | 24.6 | Entaillé | 5.5 |
| Module de traction /MPa | 300 | Non entaillé | 13.6 |
| Résistance à la flexion /MPa | 20.0 | Absorption d'eau /% | 0.35 |
| Module de flexion /MPa | 723 | Conductivité thermique/[W/(m·℃)] | 0.01 |
| Résistance à la compression /MPa | 12.6 | - | - |
Les applications du plastique ABS expansé comprennent :
- Matériaux de structure légers : panneaux de commande de véhicules, capots de moteur, portes de navires, conteneurs, etc. ;
- Matériaux de construction : panneaux muraux, dalles de plafond, tuyaux d'évacuation, tuyaux d'isolation thermique ;
- Substituts du bois : meubles, composants de piano, poignées et marqueurs (aspect et densité similaires au bois, mais résistance à l’eau et à la corrosion supérieure, avec motifs de surface, coloration et moulage personnalisables).
Electroplating
Electroplating Utilise une résine ABS de qualité électrolytique. Les étapes clés comprennent : le dépolissage, la sensibilisation, l’activation, la réduction/dégel, le dépôt chimique sans courant et l’électrolyse.
Traitement de surface : améliore l’hydrophilie et la rugosité de la surface pour assurer l’adhérence du revêtement. Le décapage chimique est la méthode principale. Les formulations à haute teneur en chromate offrent la meilleure adhérence.
Sensibilisation : L’adsorption de Sn²⁺ (agent réducteur) sur la surface rugueuse permet de réduire Ag⁺/Pd²⁺ en Ag/Pd catalytique lors de l’activation. Le tableau ci-dessous répertorie les solutions et conditions de sensibilisation.
| Chlorure stanneux | 10-30 | 2-5 |
| Acide hydrochlorique | 40-50 | 2-5 |
| Température de sensibilisation/℃ | 20-25 | 20-25 |
| Temps de sensibilisation/min | 3-5 | 3-10 |
Activation : Elle forme des germes catalytiques de métaux nobles pour initier le dépôt chimique en phase vapeur. On distingue l’activation ionique et l’activation colloïdale (combinant sensibilisation et activation). Le tableau ci-dessous présente les formulations et les conditions d’activation colloïdale du palladium.
Réduction : Après activation ionique, la réduction améliore l’activité catalytique, accélère le dépôt chimique sans courant et élimine l’activateur résiduel afin d’éviter la décomposition du bain. Après activation au palladium colloïdal, la dégivration élimine les couches d’hydrolysat de Sn²⁺ pour exposer les germes de Pd (immersion dans une solution de HCl à 36 % à 35–45 °C pendant 1 à 3 min).
Placage autocatalytique et électroplacage : après réduction/dégel, l’ABS subit un placage chimique et un électroplacage.
Les revêtements Ni/Cu autocatalytiques peuvent être déposés directement par électrolyse. Pour une meilleure résistance aux chocs thermiques, le cuivrage est préférable (coefficient de dilatation linéaire proche de celui de l'ABS, ce qui prolonge la durée de vie en extérieur). Les revêtements en cuivre peuvent être colorés ou plaqués avec d'autres métaux, le plus souvent nickel/chrome (Ni/Cr).
Domaines d'application de la résine ABS
Appareils électroménagers et composants électroniques
Appareils électroménagers : Le domaine d’application le plus vaste et le plus prometteur pour l’ABS, notamment les boîtiers et les composants internes des téléviseurs, magnétophones, machines à laver, réfrigérateurs, tourne-disques, téléphones, aspirateurs, climatiseurs, lampes, ventilateurs électriques, etc.
Composants électroniques : utilisés pour les supports d’antenne, les bobines, les borniers, les convertisseurs, les haut-parleurs, les connecteurs, etc.
Automobile
Composants intérieurs : tableaux de bord, boîtiers de combinés d’instruments, montants A, bouches d’aération, boîtiers de commande, garnitures de porte, boîtes à outils, poignées de régulateur, interrupteurs, boutons, caches de colonne de direction, volants, caches de klaxon, conduits, etc.
Éléments extérieurs : garde-boue, accoudoirs, grilles, abat-jour, grilles de ventilation, enjoliveurs, supports, persiennes, plaques signalétiques, ailerons arrière, protections de pare-chocs, cadres de rétroviseurs, etc.
Machinerie
Utilisé pour les carters de machines et les composants généraux : carters de moteurs, boîtiers d’instruments, coques de réservoirs d’eau, réservoirs de batteries, engrenages, roulements, turbines de pompes, poignées, boulons, couvercles, bagues, fixations, etc.
Équipement de bureau
Grâce à son excellente résistance aux chocs, sa rigidité, sa stabilité dimensionnelle et sa facilité de mise en forme, l'ABS est un matériau idéal pour les boîtiers d'équipements de bureau, tels que les télécopieurs, les photocopieurs, les machines à écrire, les ordinateurs et les écrans. Les qualités ignifuges sont généralement utilisées pour répondre aux exigences de sécurité incendie.
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