L'ABS è ampiamente utilizzato in applicazioni ingegneristiche e prodotti di consumo, dagli elettrodomestici e articoli per la casa di uso quotidiano ai componenti per automobili e agli alloggiamenti per dispositivi elettronici. È diventato uno dei materiali più indispensabili sia nella produzione industriale che nella vita quotidiana. Questo articolo esplorerà cos'è la plastica ABS, come si produce e le sue applicazioni.
Panoramica della plastica ABS
L'ABS (acronimo di Acrilonitrile-Butadiene-Stirene) è un materiale termoplastico ad alte prestazioni, comunemente noto come resina ABS. Combina eccellente resistenza, eccezionale tenacità e facile lavorabilità, rendendolo uno dei polimeri più ampiamente prodotti e utilizzati oggi.
L'ABS combina efficacemente le migliori proprietà del polistirene (PS), del copolimero stirene-acrilonitrile (SAN) e della gomma butadiene (BS), offrendo un mix ben bilanciato di tenacità, rigidità e durezza con prestazioni meccaniche complessive impressionanti. Chimicamente, è un terpolimero composto da 3 monomeri: acrilonitrile (A), butadiene (B) e stirene (S).
Grazie alle sue proprietà versatili e complete, l'ABS può essere modellato utilizzando una varietà di metodi di lavorazione comuni come lo stampaggio a iniezione, l'estrusione, lo stampaggio a soffiaggio e la calandratura. Si presta bene anche a operazioni secondarie come Lavorazione CNC, incollaggio, verniciatura, metallizzazione sotto vuoto e molto altro.
Proprietà dei materiali ABS
L'ABS è una resina opaca, granulare o polverosa, di colore giallo pallido. È atossica, inodore, leggera e con una densità relativa di 1.04~1.07. Presenta un'eccezionale resistenza agli urti, buone prestazioni a basse temperature e resistenza chimica, eccellente stabilità dimensionale, elevata lucentezza superficiale e facilità di verniciatura e colorazione. Tra gli svantaggi figurano l'infiammabilità, la bassa temperatura di deformazione termica e la scarsa resistenza agli agenti atmosferici. La tabella seguente mostra le proprietà tipiche dei diversi gradi di resina ABS.
| Articolo | Scopo generale | Medio impatto | Grande impatto | Resistente al calore | Grado di galvanica |
| Densità | 1.02 ~ 1.06 | 1.04 ~ 1.05 | 1.02 ~ 1.04 | 1.04 ~ 1.06 | 1.04 ~ 1.06 |
| Resistenza alla trazione, MPa | 33 ~ 52 | 41 ~ 47 | 33 ~ 44 | 41 ~ 52 | 38 ~ 44 |
| Allungamento,% | 10-20 | 15-50 | 15-70 | 5-20 | 10-30 |
| Resistenza alla flessione, MPa | 68-87 | 68-80 | 55-68 | 68-90 | 69-80 |
| Modulo di flessione, GPa | 2.0-2.6 | 2.2-2.5 | 1.8-2.2 | 2.1-2.8 | 2.3-2.7 |
| Resistenza all'urto Izod (23℃), (J/m) | 105-215 | 215-375 | 375-440 | 120-320 | 265-375 |
| Durezza Rockwell (R) | 100-110 | 95-105 | 88-100 | 100-112 | 103-110 |
| Temperatura di deformazione termica (4.82 MPa)/℃ | 87-96 | 89-96 | 91-100 | 105-121 | 95-100 |
| Coefficiente di espansione lineare, 10⁻⁵ /℃ | 7.0-8.8 | 7.8-8.8 | 9.5-11.0 | 6.4-9.3 | 6.5-7.0 |
Proprietà meccaniche
La resina ABS ha un'eccellente resistenza all'impatto: i gradi ad alto impatto possono raggiungere fino a 400 J/m a temperatura ambiente e rimanere superiori a 120 J/m anche a -40 °C. Si tratta di un sistema bifasico eterogeneo, con la resina come fase continua e la gomma come fase dispersa (particelle di gomma disperse nella matrice di resina). La sua superiore resistenza all'impatto è attribuita alle particelle di gomma che assorbono l'energia d'impatto esterna e inibiscono la propagazione delle cricche. Le prestazioni all'impatto sono correlate al contenuto di gomma, al rapporto di innesto e alla dimensione delle particelle.
La resina ABS ha una buona resistenza all'usura. Sebbene non sia adatta ai materiali autolubrificanti, la sua eccellente stabilità dimensionale la rende adatta per cuscinetti a carico medio.
Proprietà termali
La temperatura di deformazione termica della resina ABS è di circa 93 °C sotto un carico di 1.82 MPa, con un aumento di 6-10 °C dopo la ricottura. Grazie alla sua struttura amorfa, presenta un effetto temperatura-sforzo stabile: riducendo il carico da 1.82 MPa a 0.45 MPa, la temperatura di deformazione termica aumenta solo di 4-8 °C. I gradi resistenti al calore possono raggiungere i 115 °C. La temperatura di fragilità è di -7 °C e mantiene una resistenza considerevole a -40 °C. L'intervallo di temperatura di esercizio è compreso tra -40 e 100 °C. Il coefficiente di dilatazione lineare varia da 6.4×10⁻⁵ °C a 11.0×10⁻⁵ °C (uno dei più bassi tra i termoplastici). La stabilità termica è relativamente bassa per i materiali plastici tecnici: la decomposizione avviene a 260 °C, rilasciando sostanze volatili tossiche. L'ABS è infiammabile e non autoestinguente.
Proprietà elettriche
La resina ABS offre un buon isolamento elettrico su un'ampia gamma di frequenze, con un'influenza minima di temperatura o umidità. I dati sulle prestazioni elettriche sono riportati nella tabella seguente.
| Articolo | 60Hz | 10³Hz | 10⁶Hz |
| Costante dielettrica (23℃) | 3.73-4.01 | 2.75-2.96 | 2.44-2.85 |
| Tangente di perdita dielettrica (23℃) | 0.004-0.007 | 0.006-0.008 | 0.008-0.010 |
| Resistività di volume, Ω·cm | (1.05~3.60)×1016 | (1.05~3.60)×1016 | (1.05~3.60)×1016 |
| Resistenza all'arco, S | 66-82 | 66-82 | 66-82 |
| Rigidità dielettrica (kV/mm) | 14-15 | 14-15 | 14-15 |
Resistenza chimica
La resina ABS ha una buona resistenza chimica: i gruppi nitrilici nella sua struttura molecolare la rendono pressoché inerte agli acidi diluiti, alle basi diluite e ai sali. È solubile in chetoni, aldeidi, esteri e idrocarburi clorurati; insolubile nella maggior parte degli alcoli (ma si ammorbidisce in metanolo dopo ore); e si rigonfia in caso di contatto prolungato con solventi idrocarburici. Come la maggior parte delle materie plastiche, l'ABS subisce cricche da stress quando esposto a reagenti chimici (ad esempio, acido acetico, oli vegetali) sotto stress. La tabella seguente mostra le variazioni di massa e di aspetto dopo immersione a lungo termine in sostanze chimiche selezionate.
| Nome chimico | Tasso di variazione di massa, % | Tasso di variazione di massa, % | Cambio di aspetto |
| 30d | 365d | ||
| cicloesano | +0.03 | +0.51 | Lieve gonfiore |
| Trementina raffinata | +0.19 | +0.31 | - |
| Acido citrico al 10% | +0.62 | +0.74 | brunastro |
| Acido cromico al 6% | +0.58 | +0.71 | brunastro |
| 2.5% cloruro di calcio | +0.61 | +0.77 | - |
| Nitrato d'argento al 2.5% | +0.67 | +0.84 | - |
| Fluoruro di sodio al 4% | +0.53 | +0.59 | - |
| Nitrato di ammonio al 10% | +0.50 | +0.57 | - |
| Carbonato di sodio al 10% | +0.56 | +0.65 | - |
| 3% cloruro di potassio | +0.64 | +0.78 | - |
| Cloruro di ammonio saturo | +0.35 | +0.39 | - |
| Nitrato di rame al 10% | +0.64 | +0.76 | - |
| Glicole etilenico | +0.63 | +0.15 | - |
| Soluzione di perossido di idrogeno al 3% | +0.69 | +1.03 | ingiallimento |
| Soluzione satura di bisolfito di sodio | +10.95 | +6.70 | Ambra |
| Metanolo | +4.50 (2 giorni) | + 26 ~ + 28 | Gonfiore, Sbiancamento |
| 12% di acido acetico | +0.69 | +0.75 | Gonfiore, Sbiancamento |
Fabbricazioni di plastica ABS
L'ABS è un polimero amorfo senza un punto di fusione definito. Inizia a decomporsi sopra i 260 °C, quindi le temperature di stampaggio sono generalmente controllate al di sotto dei 250 °C. L'ABS fuso ha una viscosità moderata: scorrevolezza inferiore a quella della poliammide ma superiore a quella del policarbonato, con raffreddamento e solidificazione più rapidi.
Pre-essiccazione
L'ABS ha un elevato assorbimento d'acqua dovuto ai gruppi nitrilici polari. Deve essere pre-essiccato a un contenuto di umidità <0.1% prima della lavorazione. Metodi comuni: essiccazione ad aria circolante (70–80 °C, >4 ore) o essiccazione in forno (80–100 °C, 2 ore, spessore del materiale <50 mm).
Stampaggio a iniezione
Lo stampaggio a iniezione di ABS utilizza in genere una macchina a vite. Le viti devono essere a passo singolo, coniche, con passo uguale, completamente filettate e dotate di valvola di non ritorno; rapporto L/D di 20, rapporto di compressione di 2.0–2.5. Tipi di ugelli: aperti o estesi (evitare ugelli autobloccanti per evitare riduzioni di portata o scolorimento).
Le temperature di iniezione sono più elevate per i gradi resistenti al calore e per quelli galvanici (per migliorare il flusso di fusione o le prestazioni di placcatura) e più basse per i gradi per uso generale e ad alto impatto (per prevenire la decomposizione o il degrado delle proprietà meccaniche).
Le pressioni di iniezione sono più elevate per i componenti a pareti sottili, a flusso lungo e con ingresso piccolo o per i materiali resistenti al calore/ignifughi, e più basse per i componenti a pareti spesse e con ingresso grande. La pressione di mantenimento deve essere moderata per ridurre al minimo le tensioni residue.
| articoli | ABS di tipo generale | ABS resistente agli urti | ABS resistente al calore | ABS elettroplaccato |
| Velocità della vite, giri/min | 30-60 | 30-60 | 30-60 | 20-60 |
| Temperatura dell'ugello, ℃ | 180-190 | 190-200 | 190-200 | 190-210 |
| Temperatura della canna, zona posteriore, ℃ | 180-200 | 180-200 | 190-200 | 200-210 |
| Temperatura della canna, zona centrale, ℃ | 210-230 | 210-230 | 220-240 | 230-250 |
| Temperatura della canna, zona anteriore, ℃ | 200-210 | 200-210 | 200-220 | 210-230 |
| Temperatura dello stampo, ℃ | 50-70 | 50-80 | 60-85 | 40-80 |
| Pressione di iniezione /MPa | 70-90 | 70-120 | 85-120 | 70-120 |
| Pressione di mantenimento /MPa | 50-70 | 50-70 | 50-80 | 50-70 |
| Tempo di iniezione, s | 3-5 | 3-5 | 3-5 | 1-4 |
| Tempo di mantenimento, s | 15-30 | 15-30 | 15-30 | 20-50 |
| Tempo di raffreddamento, s | 15-30 | 15-30 | 15-30 | 15-30 |
| Ciclo totale, s | 40-70 | 40-70 | 40-70 | 40-90 |
Estrusione
Lo stampaggio per estrusione dell'ABS utilizza un estrusore monovite generico con un rapporto L/D compreso tra 18 e 20 e un rapporto di compressione compreso tra 2.5 e 3.0. Sono adatte sia viti a compressione graduale che brusca. L'ABS fuso ha una fluidità moderata, quindi non è necessario il raffreddamento della vite. L'estrusione produce profili come tubi, barre e lastre.
| Diametro esterno del tubo/mm | 32.5 | Velocità della vite, giri/min | 10.5 |
| Diametro interno del tubo/mm | 25.5 | Diametro interno della matrice, mm | 33 |
| Temperatura della canna, zona di alimentazione /℃ | 160-165 | Lunghezza della sezione dritta, m | 50 |
| Temperatura della canna, zona di compressione /℃ | 170-175 | Rapporto di disegno | 1.02 |
| Zona di misurazione | 175-180 | Diametro interno del manicotto di dimensionamento, mm | 33 |
| Temperatura dello stampo/℃ | 175-180 | Lunghezza del manicotto di raffreddamento, mm | 250 |
| Temperatura terrestre/℃ | 190-195 | Distanza tra manicotto di dimensionamento del vuoto e Diem, m | 25 |
| Diametro esterno del mandrino/mm | 26 |
Condizioni di estrusione per barre ABS
| Diametro dell'asta, mm | 90 | Temperatura dello stampo, ℃ | 150-160 |
| Temperatura della canna, zona di alimentazione, ℃ | 160-170 | Temperatura di dimensionamento, ℃ | 55-60 |
| Temperatura della canna, zona di compressione, ℃ | 170-175 | Velocità della vite, giri/min | 11-14 |
| Temperatura del barile, zona di misurazione, ℃ | 175-180 | Velocità di estrusione, m/min | 22-25 |
| Temperatura terrestre, ℃ | 170-180 |
Stampaggio di schiuma
La schiuma ABS viene prodotta principalmente tramite schiumatura chimica, utilizzando agenti espandenti (ad esempio, azodicarbonammide) aggiunti alla resina. Vengono utilizzati due metodi di stampaggio:
Stampaggio a iniezione: l'ABS espanso utilizza una macchina a iniezione a vite (superiore ai tipi a stantuffo per densità/prestazioni uniformi). Una valvola è installata sull'ugello per impedire la fuoriuscita di massa fusa contenente gas. A differenza dello stampaggio a iniezione convenzionale, la massa fusa espansa si espande nello stampo per riempire la cavità prima del raffreddamento, eliminando la necessità di un'elevata pressione di iniezione. Le temperature del cilindro sono più basse nella zona di alimentazione e più alte vicino all'ugello: posteriore 145-160 °C, centrale 170-185 °C e anteriore 190-200 °C.
Stampaggio per estrusione: i gradi di ABS espanso vengono estrusi in lastre, barre e tubi. A differenza dell'estrusione convenzionale, la miscela gas-fuso si muove attraverso il cilindro, richiedendo un controllo preciso della temperatura per bilanciare la fusione della resina e la decomposizione dell'agente espandente. La temperatura del cilindro e la velocità di estrusione influiscono sull'aspetto e sulla densità.
| Estrusore L/D | 22 | Zona 4 Temperatura/℃ | 170 |
| Zona 1, Temperatura del barile (lato tramoggia)/℃ | 133 | Zona 5 Temperatura/℃ | 180 |
| Zona 2, Temperatura del barile (lato tramoggia)/℃ | 160 | Zona 6 Temperatura/℃ | 157 |
| Zona 3, Temperatura del barile (lato tramoggia)/℃ | 164 | Velocità della vite/(r·min⁻¹) | 25 |
Le principali proprietà dei prodotti in ABS espanso includono:
- Possono essere prodotti come componenti strutturali ad alta densità o parti leggere a bassa densità;
- Combina leggerezza e rigidità, mantenendo al contempo la resistenza meccanica.
- Le strutture sandwich (nucleo in schiuma + sottile rivestimento in ABS) offrono una rigidità equivalente all'ABS solido con un peso inferiore;
- Ottimo isolamento termico e assorbimento acustico;
- Esclusivo motivo superficiale effetto legno;
- Minore assorbimento d'acqua rispetto al legno;
- Facile lavorazione in fogli, tubi e barre;
- Tempi di ciclo più brevi per le parti a pareti spesse rispetto all'ABS solido;
- Dipingibile e colorabile;
- Lavorabile (taglio, foratura, incollaggio) come il legno.
| Densità /(g/cm³) | 0.69 | Modulo di compressione /MPa | 353 |
| Resistenza alla trazione /MPa | 14.0 | Resistenza all'urto Izod /(kJ/m²) | |
| Allungamento /% | 24.6 | dentellato | 5.5 |
| Modulo di trazione /MPa | 300 | Senza dentelli | 13.6 |
| Resistenza alla flessione /MPa | 20.0 | Assorbimento d'acqua /% | 0.35 |
| Modulo di flessione /MPa | 723 | Conduttività termica/[W/(m·℃)] | 0.01 |
| Resistenza alla compressione / MPa | 12.6 | - | - |
Le applicazioni della plastica ABS espansa includono:
- Materiali strutturali leggeri: pannelli di controllo dei veicoli, coperture dei motori, porte delle navi, container, ecc.;
- Materiali da costruzione: pannelli murali, piastrelle del soffitto, tubi di scarico, tubi di isolamento termico;
- Sostituti del legno: mobili, componenti di pianoforte, maniglie e pennarelli (simili al legno per aspetto/densità, ma superiori per resistenza all'acqua/corrosione, con motivi superficiali, colorazioni e modanature personalizzabili).
Galvanotecnica
Galvanotecnica Utilizza resina ABS di grado galvanico. I passaggi chiave includono: irruvidimento, sensibilizzazione, attivazione, riduzione/degelazione, placcatura chimica e galvanica.
Irruvidimento: migliora l'idrofilia e la rugosità superficiale per garantire l'adesione del rivestimento. L'incisione chimica è il metodo principale. Le formulazioni ad alto contenuto di cromati garantiscono la migliore adesione.
Sensibilizzazione: adsorbe Sn²⁺ (agente riducente) sulla superficie ruvida per ridurre Ag⁺/Pd²⁺ ad Ag/Pd catalitico durante l'attivazione. La tabella seguente elenca le soluzioni e le condizioni di sensibilizzazione.
| Cloruro stannoso | 10-30 | 2-5 |
| Acido cloridrico | 40-50 | 2-5 |
| Temperatura di sensibilizzazione/℃ | 20-25 | 20-25 |
| Tempo di sensibilizzazione/min | 3-5 | 3-10 |
Attivazione: forma nuclei catalitici di metalli nobili per avviare la placcatura chimica. Si divide in attivazione ionica e attivazione colloidale (che combina sensibilizzazione e attivazione). La tabella seguente mostra le formulazioni e le condizioni di attivazione del palladio colloidale.
Riduzione: dopo l'attivazione ionica, la riduzione migliora l'attività catalitica, accelera la placcatura chimica e rimuove l'attivatore residuo per prevenire la decomposizione del bagno. Dopo l'attivazione con palladio colloidale, la degelazione rimuove gli strati di idrolizzato di Sn²⁺ per esporre i nuclei di Pd (immersione in HCl al 36% a 35–45 °C per 1–3 minuti).
Placcatura senza elettricità e galvanica: dopo la riduzione/degelazione, l'ABS viene sottoposto a galvanica e galvanica senza corrente elettrica.
I rivestimenti chimici Ni/Cu possono essere elettrodeposti direttamente. Per una migliore resistenza agli shock termici, si preferisce la placcatura in rame (coefficiente di dilatazione lineare simile a quello dell'ABS, che prolunga la durata di vita all'esterno). I rivestimenti in rame possono essere colorati o placcati con altri metalli, più comunemente nichel/cromo (Ni/Cr).
Campi di applicazione della resina ABS
Elettrodomestici e componenti elettronici
Elettrodomestici: il campo di applicazione più vasto e promettente per l'ABS comprende involucri e componenti interni di televisori, registratori, lavatrici, frigoriferi, giradischi, telefoni, aspirapolvere, condizionatori, lampade, ventilatori elettrici, ecc.
Componenti elettronici: utilizzati per prese per antenne, bobine, morsettiere, convertitori, altoparlanti, connettori, ecc.
Automotive
Componenti interni: cruscotti, alloggiamenti del quadro strumenti, montanti anteriori, bocchette dell'aria, scatole di controllo, rivestimenti delle portiere, cassette degli attrezzi, maniglie dei regolatori, interruttori, manopole, coperture del piantone dello sterzo, volanti, coperture del clacson, condotti, ecc.
Componenti esterni: parafanghi, braccioli, griglie, parafanghi, coperture di ventilazione, copriruota, staffe, feritoie, targhette, spoiler posteriori, paraurti, cornici degli specchietti, ecc.
Macchinario
Utilizzato per involucri di macchinari e componenti generali: alloggiamenti di motori, scatole di strumenti, involucri di serbatoi d'acqua, serbatoi di batterie, ingranaggi, cuscinetti, giranti di pompe, maniglie, bulloni, coperture, boccole, elementi di fissaggio, ecc.
Attrezzature per ufficio
L'eccellente resistenza agli urti, la rigidità, la stabilità dimensionale e la modellabilità rendono l'ABS un materiale ideale per gli involucri di apparecchiature per ufficio, tra cui fax, fotocopiatrici, macchine da scrivere, computer e monitor. I gradi ignifughi sono generalmente utilizzati per soddisfare i requisiti di sicurezza antincendio.
Come Getzshape può aiutare
Getzshape offre lavorazioni CNC personalizzate di alta qualità, lavorazione della lamiera, elettroerosione, pressofusione e molto altro. Grazie a macchinari all'avanguardia e a rigorosi controlli di qualità, garantiamo precisione e consegne puntuali, dai prototipi alle grandi serie. Come partner di produzione end-to-end, ottimizziamo l'approvvigionamento, la lavorazione, la post-elaborazione e la logistica.
