АБС-пластик широко используется в машиностроении и производстве потребительских товаров, от бытовой техники и предметов повседневного обихода до автомобильных деталей и корпусов электроники. Он стал одним из самых незаменимых материалов как в промышленном производстве, так и в повседневной жизни. В этой статье мы рассмотрим, что такое АБС-пластик, как его изготавливают и каковы его области применения.
Обзор АБС-пластика
АБС (акрилонитрилбутадиенстирол) — это высокоэффективный термопластичный конструкционный пластик, широко известный как АБС-смола. Он сочетает в себе превосходную прочность, исключительную ударную вязкость и простоту обработки, что делает его одним из наиболее производимых и широко используемых полимеров сегодня.
ABS эффективно сочетает в себе лучшие свойства полистирола (PS), сополимера стирола и акрилонитрила (SAN) и бутадиенового каучука (BS), обеспечивая сбалансированное сочетание прочности, жесткости и твердости с впечатляющими общими механическими характеристиками. Химически это терполимер, состоящий из 3 мономеров: акрилонитрила (A), бутадиена (B) и стирола (S).
Благодаря своим универсальным и сбалансированным свойствам, ABS-пластик можно формовать с помощью различных распространенных методов обработки, таких как литье под давлением, экструзия, выдувное формование и каландрирование. Он также хорошо подходит для вторичных операций, таких как CNC-обработкасклеивание, покраска, вакуумная металлизация и многое другое.
Свойства АБС-материалов
АБС-пластик — это бледно-желтая гранулированная или порошкообразная непрозрачная смола. Она нетоксична, не имеет запаха, легкая, с относительной плотностью 1.04–1.07. Обладает выдающейся ударопрочностью, хорошими низкотемпературными характеристиками и химической стойкостью, превосходной стабильностью размеров, высоким блеском поверхности, а также легкостью окрашивания. К недостаткам относятся воспламеняемость, низкая температура деформации при нагреве и плохая атмосферостойкость. В таблице ниже приведены типичные свойства различных марок АБС-пластика.
| Параметр | Общее назначение | Средней степени воздействия | Ударопрочный | Термостойкие | Гальванический сорт |
| Плотность | 1.02 ~ 1.06 | 1.04 ~ 1.05 | 1.02 ~ 1.04 | 1.04 ~ 1.06 | 1.04 ~ 1.06 |
| Прочность при растяжении, МПа | 33 ~ 52 | 41 ~ 47 | 33 ~ 44 | 41 ~ 52 | 38 ~ 44 |
| Относительное удлинение,% | 10-20 | 15-50 | 15-70 | 5-20 | 10-30 |
| Прочность на изгиб, МПа | 68-87 | 68-80 | 55-68 | 68-90 | 69-80 |
| Модуль упругости при изгибе, ГПа | 2.0-2.6 | 2.2-2.5 | 1.8-2.2 | 2.1-2.8 | 2.3-2.7 |
| Ударная вязкость по Изоду (23℃), (Дж/м) | 105-215 | 215-375 | 375-440 | 120-320 | 265-375 |
| Твердость по Роквеллу (R) | 100-110 | 95-105 | 88-100 | 100-112 | 103-110 |
| Температура тепловой деформации (4.82 МПа)/°C | 87-96 | 89-96 | 91-100 | 105-121 | 95-100 |
| Коэффициент линейного расширения, 10⁻⁵ /℃ | 7.0-8.8 | 7.8-8.8 | 9.5-11.0 | 6.4-9.3 | 6.5-7.0 |
Механические свойства
АБС-пластик обладает превосходной ударной вязкостью: высокопрочные марки могут достигать 400 Дж/м при комнатной температуре и оставаться выше 120 Дж/м даже при -40℃. Это гетерогенная двухфазная система, в которой смола является непрерывной фазой, а каучук — дисперсной фазой (частицы каучука, диспергированные в матрице смолы). Его превосходная ударопрочность объясняется тем, что частицы каучука поглощают энергию внешнего удара и препятствуют распространению трещин. Ударные характеристики коррелируют с содержанием каучука, степенью прививки и размером частиц.
Смола ABS обладает хорошей износостойкостью. Хотя она не подходит для самосмазывающихся материалов, ее превосходная стабильность размеров позволяет использовать ее в подшипниках средней нагрузки.
Тепловые свойства
Температура тепловой деформации АБС-смолы составляет приблизительно 93℃ при нагрузке 1.82 МПа, увеличиваясь на 6–10℃ после отжига. Благодаря своей аморфной структуре она демонстрирует стабильный температурно-напряженный эффект: снижение нагрузки с 1.82 МПа до 0.45 МПа увеличивает температуру тепловой деформации всего на 4–8℃. Термостойкие марки могут достигать 115℃. Температура хрупкости составляет -7℃, при этом прочность сохраняется на уровне -40℃. Диапазон рабочих температур составляет -40–100℃. Коэффициент линейного расширения колеблется от 6.4×10⁻⁵℃ до 11.0×10⁻⁵℃ (один из самых низких среди термопластов). Термическая стабильность относительно низка для конструкционных пластиков: разложение происходит при 260℃ с выделением токсичных летучих веществ. ABS является легковоспламеняющимся и не самозатухающим материалом.
Электрические свойства
Смола ABS обладает хорошей электроизоляцией в широком диапазоне частот, с минимальным влиянием температуры и влажности. Данные об электрических характеристиках приведены в таблице ниже.
| Параметр | 60Hz | 10³ Гц | 10⁶ Гц |
| Диэлектрическая постоянная (23℃) | 3.73-4.01 | 2.75-2.96 | 2.44-2.85 |
| Тангенс угла диэлектрических потерь (23℃) | 0.004-0.007 | 0.006-0.008 | 0.008-0.010 |
| Объемное удельное сопротивление, Ом·см | (1.05~3.60)×1016 | (1.05~3.60)×1016 | (1.05~3.60)×1016 |
| Устойчивость к электрической дуге, S | 66-82 | 66-82 | 66-82 |
| Диэлектрическая прочность, (кВ/мм) | 14-15 | 14-15 | 14-15 |
Химическая устойчивость
АБС-пластик обладает хорошей химической стойкостью: нитрильные группы в его молекулярной структуре делают его практически инертным к разбавленным кислотам, разбавленным щелочам и солям. Он растворим в кетонах, альдегидах, сложных эфирах и хлорированных углеводородах; нерастворим в большинстве спиртов (но размягчается в метаноле через несколько часов); и набухает при длительном контакте с углеводородными растворителями. Как и большинство пластмасс, АБС-пластик подвергается растрескиванию под напряжением при воздействии химических реагентов (например, уксусной кислоты, растительных масел) в условиях напряжения. В таблице ниже показаны изменения массы и изменения внешнего вида после длительного погружения в выбранные химические вещества.
| Химическое название | Скорость изменения массы, % | Скорость изменения массы, % | Изменение Внешности |
| 30d | 365d | ||
| циклогексан | +0.03 | +0.51 | Небольшая припухлость |
| Очищенный скипидар | +0.19 | +0.31 | - |
| 10% лимонная кислота | +0.62 | +0.74 | коричневатый |
| 6% хромовой кислоты | +0.58 | +0.71 | коричневатый |
| 2.5% хлорид кальция | +0.61 | +0.77 | - |
| 2.5% нитрат серебра | +0.67 | +0.84 | - |
| 4% фторида натрия | +0.53 | +0.59 | - |
| 10% нитрат аммония | +0.50 | +0.57 | - |
| 10% карбонат натрия | +0.56 | +0.65 | - |
| 3% хлорид калия | +0.64 | +0.78 | - |
| Насыщенный раствор хлорида аммония | +0.35 | +0.39 | - |
| 10% нитрат меди | +0.64 | +0.76 | - |
| Этиленгликоль | +0.63 | +0.15 | - |
| 3% раствор перекиси водорода | +0.69 | +1.03 | пожелтение |
| Насыщенный раствор бисульфита натрия | +10.95 | +6.70 | Amber |
| метанол | +4.50 (2d) | + 26 ~ + 28 | Отек, отбеливание |
| 12% уксусная кислота | +0.69 | +0.75 | Отек, отбеливание |
Изготовление изделий из АБС-пластика
АБС-пластик — это аморфный полимер без четко выраженной точки плавления. Он начинает разлагаться при температуре выше 260℃, поэтому температура формования обычно контролируется ниже 250℃. Расплав АБС-пластика имеет умеренную вязкость: более низкую текучесть, чем у полиамида, но более высокую, чем у поликарбоната, с более быстрым охлаждением и затвердеванием.
Предварительная сушка
АБС-пластик обладает высоким водопоглощением из-за наличия полярных нитрильных групп. Перед обработкой его необходимо предварительно высушить до содержания влаги <0.1%. Распространенные методы: сушка циркулирующим воздухом (70–80℃, >4 ч) или сушка в печи (80–100℃, 2 ч, толщина материала <50 мм).
Литье под давлением
Литье под давлением АБС-пластика обычно осуществляется с помощью шнекового литьевого станка. Шнеки должны быть однолопастными, с равным шагом, коническими, полностью резьбовыми, с обратным клапаном; соотношение L/D 20, степень сжатия 2.0–2.5. Типы сопел: открытые или удлиненные (избегайте самозаклинивающих сопел во избежание снижения расхода или изменения цвета).
Температура впрыска выше для жаростойких и гальванических марок (для улучшения текучести расплава или характеристик покрытия) и ниже для марок общего назначения и ударопрочных марок (для предотвращения разложения или ухудшения механических свойств).
Давление впрыска выше для тонкостенных деталей с длинным литником и малым диаметром затвора, а также для жаростойких/огнестойких марок стали, и ниже для толстостенных деталей с большим диаметром затвора. Давление выдержки должно быть умеренным, чтобы минимизировать остаточные напряжения.
| пункты | АБС общего типа | Ударопрочный АБС | Термостойкий АБС-пластик | АБС-пластик с гальваническим покрытием |
| Скорость вращения шнека, об/мин | 30-60 | 30-60 | 30-60 | 20-60 |
| Температура сопла, ℃ | 180-190 | 190-200 | 190-200 | 190-210 |
| Температура ствола, задняя зона, ℃ | 180-200 | 180-200 | 190-200 | 200-210 |
| Температура в бочке, средняя зона, ℃ | 210-230 | 210-230 | 220-240 | 230-250 |
| Температура ствола, передняя зона, ℃ | 200-210 | 200-210 | 200-220 | 210-230 |
| Температура пресс-формы, ℃ | 50-70 | 50-80 | 60-85 | 40-80 |
| Давление впрыска / МПа | 70-90 | 70-120 | 85-120 | 70-120 |
| Давление удержания /МПа | 50-70 | 50-70 | 50-80 | 50-70 |
| Время инъекции, с | 3-5 | 3-5 | 3-5 | 1-4 |
| Время удержания, с | 15-30 | 15-30 | 15-30 | 20-50 |
| Время охлаждения, с | 15-30 | 15-30 | 15-30 | 15-30 |
| Полный цикл, с | 40-70 | 40-70 | 40-70 | 40-90 |
Экструзионное формование
Экструзионное формование АБС-пластика осуществляется с помощью универсального одношнекового экструдера с соотношением длины к диаметру (L/D) от 18 до 20 и степенью сжатия от 2.5 до 3.0. Подходят как шнеки с постепенным, так и с резким сжатием. Расплавленный АБС-пластик обладает умеренной текучестью, поэтому охлаждение шнека не требуется. В результате экструзии изготавливаются профили, такие как трубы, стержни и листы.
| Наружный диаметр трубы/мм | 32.5 | Скорость вращения шнека, об/мин | 10.5 |
| Внутренний диаметр трубы/мм | 25.5 | Внутренний диаметр матрицы, мм | 33 |
| Температура ствола, зона подачи /°C | 160-165 | Длина прямого участка, м | 50 |
| Температура ствола, зона сжатия /°C | 170-175 | Коэффициент вытягивания | 1.02 |
| Зона замера | 175-180 | Внутренний диаметр калибровочной втулки, мм | 33 |
| Температура кристалла/°C | 175-180 | Длина охлаждающей втулки, мм | 250 |
| Температура поверхности кристалла/°C | 190-195 | Расстояние от вакуумной калибровочной гильзы до матрицы, м | 25 |
| Наружный диаметр оправки/мм | 26 |
Условия экструзии стержней из АБС-пластика
| Диаметр стержня, мм | 90 | Температура кристалла, ℃ | 150-160 |
| Температура ствола, зона подачи, ℃ | 160-170 | Температура калибровки, ℃ | 55-60 |
| Температура ствола, зона сжатия, ℃ | 170-175 | Скорость вращения шнека, об/мин | 11-14 |
| Температура в бочке, зона дозирования, ℃ | 175-180 | Скорость экструзии, м/мин | 22-25 |
| Температура контактной площадки кристалла, ℃ | 170-180 |
Пенопласт
В основном, пенополистирол ABS получают методом химического вспенивания с использованием вспенивающих агентов (например, азодикарбонамида), добавляемых в смолу. Используются два метода формования:
Литье под давлением: Вспененный АБС-пластик изготавливается с помощью шнекового литьевого станка (превосходящего плунжерные станки по равномерности плотности и характеристик). На сопле установлен клапан для предотвращения утечки газообразного расплава. В отличие от традиционного литья под давлением, вспененный расплав расширяется в форме, заполняя полость перед охлаждением, что исключает необходимость высокого давления впрыска. Температура цилиндра ниже в зоне подачи и выше вблизи сопла: сзади 145–160℃, в середине 170–185℃ и спереди 190–200℃.
Экструзионное формование: вспененные марки АБС-пластика экструдируются в листы, стержни и трубы. В отличие от традиционной экструзии, газорасплавленная смесь перемещается по цилиндру, что требует точного контроля температуры для баланса между плавлением смолы и разложением вспенивающего агента. Температура цилиндра и скорость экструзии влияют на внешний вид и плотность.
| Экструдер L/D | 22 | Температура в зоне 4/°C | 170 |
| Зона 1, температура в бочке (со стороны бункера)/°C | 133 | Температура в зоне 5/°C | 180 |
| Зона 2, температура в бочке (со стороны бункера)/°C | 160 | Температура в зоне 6/°C | 157 |
| Зона 3, температура в бочке (со стороны бункера)/°C | 164 | Скорость вращения шнека/(об·мин⁻¹) | 25 |
К основным свойствам изделий из вспененного АБС-пластика относятся:
- Может производиться в виде высокоплотных конструкционных элементов или низкоплотных легких деталей;
- Сочетает в себе малый вес и жесткость, сохраняя при этом механическую прочность.
- Сэндвич-структуры (пенополимерный сердечник + тонкий слой АБС-пластика) обеспечивают такую же жесткость, как и цельный АБС-пластик, при меньшем весе;
- Превосходные теплоизоляционные и звукопоглощающие свойства;
- Уникальный рисунок поверхности, имитирующий текстуру древесины;
- Влагопоглощение у этого материала ниже, чем у древесины;
- Легко поддается обработке и может быть переработан в листы, трубы и прутки;
- Более короткий цикл производства толстостенных деталей по сравнению с деталями из цельного АБС-пластика;
- Можно красить и раскрашивать;
- Поддается механической обработке (резка, сверление, склеивание), как древесина.
| Плотность /(г/см³) | 0.69 | Модуль сжатия /МПа | 353 |
| Прочность на растяжение /МПа | 14.0 | Ударная вязкость по Изоду / (кДж/м²) | |
| Относительное удлинение /% | 24.6 | зазубренный | 5.5 |
| Модуль упругости при растяжении /МПа | 300 | Незазубренный | 13.6 |
| Прочность на изгиб / МПа | 20.0 | Водопоглощение /% | 0.35 |
| Модуль упругости при изгибе / МПа | 723 | Теплопроводность/[Вт/(м·°C)] | 0.01 |
| Прочность на сжатие / МПа | 12.6 | - | - |
В качестве материала для производства вспененного АБС-пластика можно использовать следующие материалы:
- Легкие конструкционные материалы: панели управления транспортных средств, крышки двигателей, судовые двери, контейнеры и т. д.;
- Строительные материалы: стеновые панели, потолочная плитка, водосточные трубы, теплоизоляционные трубы;
- Заменители древесины: мебель, компоненты пианино, ручки и маркеры (по внешнему виду и плотности похожи на древесину, но превосходят ее по водо- и коррозионной стойкости, с возможностью выбора рисунка поверхности, цвета и формы).
гальванопокрытие
гальванопокрытие Используется АБС-пластик для гальванических работ. Ключевые этапы включают: шероховатость, сенсибилизацию, активацию, восстановление/дегеляцию, химическое осаждение и гальваническое осаждение.
Шероховатость: улучшает гидрофильность и шероховатость поверхности для обеспечения адгезии покрытия. Основным методом является химическое травление. Составы с высоким содержанием хромата обеспечивают наилучшую адгезию.
Сенсибилизация: Адсорбция Sn²⁺ (восстановителя) на шероховатой поверхности для восстановления Ag⁺/Pd²⁺ до каталитического Ag/Pd в процессе активации. В таблице ниже приведены растворы и условия сенсибилизации.
| Хлорид олова | 10-30 | 2-5 |
| Соляная кислота | 40-50 | 2-5 |
| Температура сенсибилизации/°C | 20-25 | 20-25 |
| Время сенсибилизации/мин | 3-5 | 3-10 |
Активация: образует каталитические ядра благородного металла, инициирующие химическое осаждение. Она подразделяется на ионную активацию и коллоидную активацию (сочетающую сенсибилизацию и активацию). В таблице ниже приведены составы и условия коллоидной активации палладия.
Восстановление: После ионной активации восстановление повышает каталитическую активность, ускоряет химическое осаждение и удаляет остаточный активатор, предотвращая разложение электролита. После коллоидной активации палладия дегелеобразование удаляет слои гидролизата Sn²⁺, обнажая ядра Pd (погружение в 36% HCl при 35–45℃ на 1–3 мин).
Электрохимическое покрытие и гальваническое покрытие: после восстановления/дегеляции АБС-пластик подвергается химическому и гальваническому покрытию.
Химическое никелирование/медь может быть нанесено методом прямого электролитического осаждения. Для лучшей термостойкости предпочтительнее меднение (коэффициент линейного расширения близок к ABS, что увеличивает срок службы при эксплуатации на открытом воздухе). Медные покрытия могут быть окрашены или покрыты другими металлами, чаще всего никелем/хромом (Ni/Cr).
Области применения АБС-смолы
Бытовая техника и электронные компоненты
Бытовая техника: самая обширная и перспективная область применения ABS, включая корпуса и внутренние компоненты телевизоров, магнитофонов, стиральных машин, холодильников, проигрывателей грампластинок, телефонов, пылесосов, кондиционеров, ламп, электрических вентиляторов и т. д.
Электронные компоненты: используются для антенных разъемов, катушек катушек, клеммных колодок, преобразователей, динамиков, разъемов и т. д.
Автомобильная
Внутренние компоненты: приборные панели, корпуса приборных панелей, передние стойки, вентиляционные отверстия, блоки управления, обшивка дверей, ящики для инструментов, ручки регуляторов, переключатели, ручки, кожухи рулевой колонки, рулевые колеса, кожухи звукового сигнала, кабельные каналы и т. д.
Внешние элементы: брызговики, подлокотники, решетки радиатора, плафоны фар, вентиляционные решетки, колпаки на колеса, кронштейны, жалюзи, таблички с названием модели, задние спойлеры, защитные накладки на бамперы, рамки зеркал и т. д.
Спецтехника
Используется для корпусов машин и общих компонентов: корпусов двигателей, приборных панелей, оболочек резервуаров для воды, баков аккумуляторов, шестерен, подшипников, рабочих колес насосов, ручек, болтов, крышек, втулок, крепежных элементов и т. д.
Конторское оборудование
Превосходная ударопрочность, жесткость, стабильность размеров и формуемость делают ABS идеальным материалом для корпусов офисного оборудования, включая факсимильные аппараты, копировальные аппараты, пишущие машинки, компьютеры и мониторы. Как правило, используются огнестойкие марки в соответствии с требованиями пожарной безопасности.
Как Getzshape может помочь
Компания Getzshape предоставляет высококачественные услуги по изготовлению деталей на станках с ЧПУ, обработке листового металла, электроэрозионной обработке, литью под давлением и многому другому. Используя современное оборудование и строгий контроль качества, мы гарантируем точность и своевременную доставку как прототипов, так и крупных производственных партий. В качестве вашего комплексного партнера по производству, мы оптимизируем процессы закупки материалов, обработки, постобработки и логистики.
