Plástico ABS | Propriedades, Fabricação, Aplicações

O ABS é amplamente utilizado em aplicações de engenharia e produtos de consumo, desde eletrodomésticos e utensílios domésticos do dia a dia até peças automotivas e componentes eletrônicos. Tornou-se um dos materiais mais indispensáveis ​​tanto na indústria quanto no cotidiano. Este artigo explorará o que é o plástico ABS, como fabricá-lo e suas aplicações.

Visão geral do plástico ABS

O ABS (abreviação de Acrilonitrila Butadieno Estireno) é um plástico termoplástico de engenharia de alto desempenho, comumente conhecido como resina ABS. Ele combina excelente resistência, tenacidade excepcional e facilidade de processamento, tornando-o um dos polímeros mais produzidos e amplamente utilizados atualmente.
O ABS reúne de forma eficaz as melhores propriedades do poliestireno (PS), do copolímero de estireno-acrilonitrila (SAN) e da borracha de butadieno (BS), oferecendo uma combinação equilibrada de resistência, rigidez e dureza, com um desempenho mecânico geral impressionante. Quimicamente, é um terpolímero formado por 3 monômeros: acrilonitrila (A), butadieno (B) e estireno (S).

Graças às suas propriedades versáteis e equilibradas, o ABS pode ser moldado utilizando uma variedade de métodos de processamento comuns, como moldagem por injeção, extrusão, moldagem por sopro e calandragem. Ele também se presta bem a operações secundárias como usinagem CNCcolagem, pintura, metalização a vácuo e muito mais.

Propriedades dos materiais ABS

O ABS é uma resina opaca, granular ou em pó, de cor amarelo-pálido. É atóxico, inodoro, leve e possui densidade relativa de 1.04 a 1.07. Apresenta excelente resistência ao impacto, bom desempenho em baixas temperaturas e resistência química, excelente estabilidade dimensional, alto brilho superficial e facilidade de pintura e coloração. Suas desvantagens incluem inflamabilidade, baixa temperatura de distorção térmica e baixa resistência às intempéries. A tabela abaixo mostra as propriedades típicas de diferentes tipos de resina ABS.

Propriedades mecânicas

A resina ABS possui excelente resistência ao impacto: as versões de alto impacto podem atingir até 400 J/m² à temperatura ambiente e permanecem acima de 120 J/m² mesmo a -40 °C. Trata-se de um sistema heterogêneo bifásico, com a resina como fase contínua e a borracha como fase dispersa (partículas de borracha dispersas na matriz de resina). Sua superior resistência ao impacto é atribuída às partículas de borracha, que absorvem a energia do impacto externo e inibem a propagação de trincas. O desempenho ao impacto está diretamente relacionado ao teor de borracha, à taxa de enxertia e ao tamanho das partículas.

A resina ABS possui boa resistência ao desgaste. Embora não seja adequada para materiais autolubrificantes, sua excelente estabilidade dimensional a torna aplicável a mancais de carga média.

Propriedades térmicas

A temperatura de distorção térmica da resina ABS é de aproximadamente 93 °C sob uma carga de 1.82 MPa, aumentando de 6 a 10 °C após o recozimento. Devido à sua estrutura amorfa, apresenta um efeito estável de tensão-temperatura: a redução da carga de 1.82 MPa para 0.45 MPa aumenta a temperatura de distorção térmica em apenas 4 a 8 °C. As versões resistentes ao calor podem atingir até 115 °C. A temperatura de fragilidade é de -7 °C, e mantém resistência considerável a -40 °C. A faixa de temperatura de serviço é de -40 a 100 °C. O coeficiente de expansão linear varia de 6.4 × 10⁻⁵ °C a 11.0 × 10⁻⁵ °C (um dos mais baixos entre os termoplásticos). A estabilidade térmica é relativamente baixa para plásticos de engenharia: a decomposição ocorre a 260 °C, liberando substâncias voláteis tóxicas. O ABS é inflamável e não se extingue sozinho.

Propriedades Elétricas

A resina ABS possui bom isolamento elétrico em uma ampla faixa de frequências, com mínima influência da temperatura ou umidade. Os dados de desempenho elétrico são apresentados na tabela abaixo.

Resistência química

A resina ABS possui boa resistência química: os grupos nitrila em sua estrutura molecular a tornam praticamente inerte a ácidos diluídos, bases diluídas e sais. É solúvel em cetonas, aldeídos, ésteres e hidrocarbonetos clorados; insolúvel na maioria dos álcoois (mas amolece em metanol após algumas horas); e incha com o contato prolongado com solventes de hidrocarbonetos. Como a maioria dos plásticos, o ABS sofre fissuração por tensão quando exposto a reagentes químicos (por exemplo, ácido acético, óleos vegetais) sob tensão. A tabela abaixo mostra as alterações de massa e as variações de aparência após imersão prolongada em produtos químicos selecionados.

Fabricação de plástico ABS

O ABS é um polímero amorfo sem um ponto de fusão definido. Ele começa a se decompor acima de 260 °C, portanto, as temperaturas de moldagem são normalmente controladas abaixo de 250 °C. O ABS fundido tem viscosidade moderada: menor fluidez que a poliamida, mas maior que a do policarbonato, com resfriamento e solidificação mais rápidos.

Pré-secagem

O ABS possui alta absorção de água devido aos grupos nitrila polares. Ele deve ser pré-seco até atingir um teor de umidade <0.1% antes do processamento. Métodos comuns: secagem com circulação de ar (70–80 °C, >4 h) ou secagem em estufa (80–100 °C, 2 h, espessura do material <50 mm).

Moldagem por Injeção

A moldagem por injeção de ABS normalmente utiliza uma máquina de injeção com rosca. As roscas devem ser de passo único, iguais, cônicas, totalmente roscadas e com válvula de retenção; relação L/D de 20 e taxa de compressão de 2.0 a 2.5. Tipos de bico: aberto ou estendido (evite bicos com travamento automático para prevenir redução do fluxo ou descoloração).

As temperaturas de injeção são mais elevadas para os aços resistentes ao calor e para galvanoplastia (para melhorar o fluxo do material fundido ou o desempenho do revestimento) e mais baixas para os aços de uso geral e de alto impacto (para evitar a decomposição ou a degradação das propriedades mecânicas).

As pressões de injeção são maiores para peças de paredes finas, fluxo longo e entrada pequena, ou para materiais resistentes ao calor/retardantes de chama, e menores para peças de paredes grossas e entrada grande. A pressão de retenção deve ser moderada para minimizar a tensão residual.

Moldagem por Extrusão

A moldagem por extrusão de ABS utiliza uma extrusora monorosca de uso geral com uma relação L/D de 18 a 20 e uma taxa de compressão de 2.5 a 3.0. Tanto roscas de compressão gradual quanto abrupta são adequadas. O ABS fundido possui fluidez moderada, portanto, não é necessário resfriamento da rosca. A extrusão produz perfis como tubos, barras e chapas.

Condições de extrusão para barras de ABS

Moldagem de espuma

A espuma de ABS é produzida principalmente por meio de expansão química, utilizando agentes expansores (por exemplo, azodicarbonamida) incorporados à resina. Dois métodos de moldagem são utilizados:

Moldagem por Injeção: O ABS expandido utiliza uma máquina de injeção tipo parafuso (superior às de pistão em termos de densidade/desempenho uniforme). Uma válvula é instalada no bico para evitar vazamentos do material fundido contendo gás. Ao contrário da moldagem por injeção convencional, o material expandido se expande no molde para preencher a cavidade antes do resfriamento, eliminando a necessidade de alta pressão de injeção. As temperaturas do cilindro são mais baixas na zona de alimentação e mais altas perto do bico: traseira de 145–160 °C, central de 170–185 °C e frontal de 190–200 °C.

Moldagem por extrusão: Os graus de ABS expandido são extrudados em chapas, barras e tubos. Ao contrário da extrusão convencional, a mistura gasosa fundida move-se através do cilindro, exigindo um controle preciso da temperatura para equilibrar a fusão da resina e a decomposição do agente expansor. A temperatura do cilindro e a velocidade de extrusão afetam a aparência e a densidade.

As principais propriedades dos produtos de ABS expandido incluem:

• Podem ser produzidos como componentes estruturais de alta densidade ou peças leves de baixa densidade;
• Combina leveza e rigidez, mantendo a resistência mecânica.
• Estruturas em sanduíche (núcleo de espuma + camada fina de ABS) oferecem rigidez equivalente ao ABS sólido com menor peso;
• Excelente isolamento térmico e absorção sonora;
• Padrão de superfície único que imita a textura da madeira;
• Menor absorção de água do que a madeira;
• Processamento fácil em chapas, tubos e barras;
• Ciclos de produção mais curtos para peças de paredes espessas em comparação com o ABS sólido;
• Pode ser pintado e colorido;
• Usinável (corte, perfuração, colagem) como a madeira.

As aplicações do plástico ABS expandido incluem:

• Materiais estruturais leves: painéis de controle de veículos, tampas de motores, portas de navios, contêineres, etc.;
• Materiais de construção: painéis de parede, placas de teto, tubos de drenagem, tubos de isolamento térmico;
• Substitutos da madeira: móveis, componentes de piano, puxadores e marcadores (semelhantes em aparência/densidade à madeira, mas superiores em resistência à água/corrosão, com padrões de superfície, cores e molduras personalizáveis).

galvanoplastia

galvanoplastia Utiliza resina ABS de grau eletrolítico. As principais etapas incluem: rugosidade, sensibilização, ativação, redução/desgelificação, revestimento químico e galvanoplastia.

Rugosidade: Melhora a hidrofilicidade e a rugosidade da superfície para garantir a adesão do revestimento. A corrosão química é o principal método. Formulações com alto teor de cromato proporcionam a melhor adesão.

Sensibilização: Adsorve Sn²⁺ (agente redutor) na superfície rugosa para reduzir Ag⁺/Pd²⁺ a Ag/Pd catalítico durante a ativação. A tabela abaixo lista as soluções e condições de sensibilização.

Ativação: Forma núcleos catalíticos de metais nobres para iniciar a deposição química sem eletrodos. Divide-se em ativação iônica e ativação coloidal (que combina sensibilização e ativação). A tabela abaixo mostra as formulações e condições de ativação coloidal do paládio.

Redução: Após a ativação iônica, a redução melhora a atividade catalítica, acelera a deposição química sem eletrodos e remove o ativador residual para evitar a decomposição do banho. Após a ativação do paládio coloidal, a desgelificação remove as camadas de hidrolisado de Sn²⁺ para expor os núcleos de Pd (imersão em HCl a 36% a 35–45 °C por 1–3 min).

Galvanização sem eletrodos e Galvanoplastia: Após a redução/desgelamento, o ABS passa por revestimento químico e galvanoplastia.

Revestimentos de Ni/Cu aplicados por via química podem ser depositados diretamente por eletrodeposição. Para melhor resistência ao choque térmico, o revestimento de cobre é preferível (coeficiente de expansão linear próximo ao do ABS, prolongando a vida útil em ambientes externos). Revestimentos de cobre podem ser coloridos ou revestidos com outros metais, sendo o mais comum níquel/cromo (Ni/Cr).

Aplicações da resina ABS

Eletrodomésticos e componentes eletrônicos

Eletrodomésticos: O maior e mais promissor campo de aplicação para o ABS, incluindo carcaças e componentes internos de TVs, gravadores, máquinas de lavar roupa, geladeiras, toca-discos, telefones, aspiradores de pó, condicionadores de ar, lâmpadas, ventiladores, etc.

Componentes eletrônicos: Utilizados em soquetes de antena, bobinas, blocos de terminais, conversores, alto-falantes, conectores, etc.

Automotiva

Componentes internos: Painéis de instrumentos, alojamentos do painel de instrumentos, colunas A, saídas de ar, caixas de controle, revestimentos de portas, caixas de ferramentas, alavancas de regulagem, interruptores, botões, capas da coluna de direção, volantes, capas da buzina, conduítes, etc.

Componentes externos: Para-lamas, apoios de braço, grades, refletores, tampas de ventilação, calotas, suportes, persianas, emblemas, spoilers traseiros, protetores de para-choque, molduras de espelhos, etc.

Maquinaria

Utilizado em carcaças de máquinas e componentes em geral: carcaças de motores, caixas de instrumentos, revestimentos de tanques de água, tanques de baterias, engrenagens, rolamentos, impulsores de bombas, alças, parafusos, tampas, buchas, fixadores, etc.

Equipamento de escritório

A excelente resistência ao impacto, rigidez, estabilidade dimensional e moldabilidade fazem do ABS um material ideal para carcaças de equipamentos de escritório, incluindo máquinas de fax, copiadoras, máquinas de escrever, computadores e monitores. Geralmente, utilizam-se versões retardantes de chama devido às exigências de segurança contra incêndio.

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