ABS塑膠廣泛應用於工程領域和消費品，從家用電器和日常家居用品到汽車零件和電子產品外殼，無所不包。它已成為工業製造和日常生活中不可或缺的材料之一。本文將探討ABS塑膠的定義、加工方法及其應用。
ABS塑膠概述
ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）是一種高性能熱塑性工程塑料，俗稱ABS樹脂。它兼具優異的強度、出色的韌性和易加工性，使其成為當今生產和應用最廣泛的聚合物之一。
ABS有效地結合了聚苯乙烯（PS）、苯乙烯-丙烯腈共聚物（SAN）和丁二烯橡膠（BS）的最佳性能，實現了韌性、剛性和硬度的均衡組合，並具有出色的整體機械性能。從化學角度來看，它是一種由三種單體組成的共聚物：丙烯腈（A）、丁二烯（B）和苯乙烯（S）。
由於其用途廣泛且性能均衡，ABS 可採用多種常用加工方法進行成型，例如注塑成型、擠出成型、吹塑成型和壓延成型。它也非常適合進行二次加工，例如 數控加工黏合、噴漆、真空鍍膜等等。
ABS材料的特性
ABS是一種淡黃色顆粒狀或粉狀不透明樹脂。它無毒、無味、輕質，相對密度為1.04~1.07。它具有優異的抗衝擊性、良好的低溫性能和耐化學性、出色的尺寸穩定性、高表面光澤度，並且易於塗漆和著色。其缺點包括易燃、熱變形溫度低、耐候性差。下表列出了不同等級ABS樹脂的典型性能。
| 項目 | 一般用途 | 中等衝擊力 | 高影響力 | 耐熱 | 電鍍級 |
| 密度 | 1.02~1.06 | 1.04~1.05 | 1.02~1.04 | 1.04~1.06 | 1.04~1.06 |
| 拉伸強度，MPa | 33~52 | 41~47 | 33~44 | 41~52 | 38~44 |
| 伸長率，％ | 10-20 | 15-50 | 15-70 | 5-20 | 10-30 |
| 彎曲強度，兆帕 | 68-87 | 68-80 | 55-68 | 68-90 | 69-80 |
| 彎曲模量，GPa | 2.0-2.6 | 2.2-2.5 | 1.8-2.2 | 2.1-2.8 | 2.3-2.7 |
| 艾氏衝擊強度（23℃），（J/m） | 105-215 | 215-375 | 375-440 | 120-320 | 265-375 |
| 洛氏硬度(R) | 100-110 | 95-105 | 88-100 | 100-112 | 103-110 |
| 熱變形溫度 (4.82MPa)/℃ | 87-96 | 89-96 | 91-100 | 105-121 | 95-100 |
| 線膨脹係數，10⁻⁵ /℃ | 7.0-8.8 | 7.8-8.8 | 9.5-11.0 | 6.4-9.3 | 6.5-7.0 |
機械性能
ABS樹脂具有優異的衝擊強度：高衝擊強度等級在室溫下可達400J/m，即使在-40℃下也能保持在120J/m以上。它是一種非均相兩相體系，樹脂為連續相，橡膠為分散相（橡膠顆粒分散在樹脂基體中）。其優異的抗衝擊性能歸因於橡膠顆粒吸收外部衝擊能量並抑制裂紋擴展。衝擊性能與橡膠含量、接枝率和顆粒尺寸有密切關係。
ABS樹脂具有良好的耐磨性。雖然不適用於自潤滑材料，但其優異的尺寸穩定性使其適用於中等負載軸承。
熱性能
ABS樹脂在1.82MPa載重下的熱變形溫度約93℃，退火後上升6～10℃。由於其非晶態結構，ABS表現出穩定的應力-溫度特性：載重從1.82MPa降低至0.45MPa，熱變形溫度僅升高4～8℃。耐熱等級的ABS最高可達115℃。脆性溫度為-7℃，在-40℃時仍保持相當的強度。使用溫度範圍為-40～100℃。線膨脹係數範圍為6.4×10⁻⁵℃～11.0×10⁻⁵℃（熱塑性塑膠中最低之一）。 ABS的熱穩定性在工程塑膠中相對較低：在260℃時發生分解，釋放有毒揮發性物質。 ABS易燃且不具自熄性。
電學特性
ABS樹脂在寬頻率範圍內具有良好的電絕緣性，且受溫度或濕度的影響極小。其電氣性能數據如下表所示。
| 項目 | 60Hz | 10³赫茲 | 10⁶赫茲 |
| 介電常數（23℃） | 3.73-4.01 | 2.75-2.96 | 2.44-2.85 |
| 介電損耗角正切（23℃） | 0.004-0.007 | 0.006-0.008 | 0.008-0.010 |
| 體積電阻率，Ω·cm | (1.05~3.60)×1016 | (1.05~3.60)×1016 | (1.05~3.60)×1016 |
| 電弧電阻，S | 66-82 | 66-82 | 66-82 |
| 介電強度（kV/mm） | 14-15 | 14-15 | 14-15 |
化學耐受性
ABS樹脂具有良好的耐化學性：其分子結構中的腈基使其幾乎不與稀酸、稀鹼和鹽反應。它可溶於酮類、醛類、酯類和氯代烴；不溶於大多數醇類（但浸泡在甲醇中數小時後會軟化）；長時間接觸烴類溶劑會發生溶脹。與大多數塑膠一樣，ABS在應力作用下暴露於化學試劑（例如，乙酸、植物油）時會發生應力開裂。下表顯示了ABS樹脂在特定化學品中長期浸泡後的品質變化和外觀變化。
| 化學名稱 | 品質變化率，% | 品質變化率，% | 外觀變化 |
| 30d | 365d | ||
| 環己 | + 0.03 | + 0.51 | 輕微腫脹 |
| 精製松節油 | + 0.19 | + 0.31 | |
| 10%檸檬酸 | + 0.62 | + 0.74 | 呈褐色的 |
| 6%鉻酸 | + 0.58 | + 0.71 | 呈褐色的 |
| 2.5%氯化鈣 | + 0.61 | + 0.77 | |
| 2.5%硝酸銀 | + 0.67 | + 0.84 | |
| 4%氟化鈉 | + 0.53 | + 0.59 | |
| 10%硝酸銨 | + 0.50 | + 0.57 | |
| 10%碳酸鈉 | + 0.56 | + 0.65 | |
| 3%氯化鉀 | + 0.64 | + 0.78 | |
| 飽和氯化銨 | + 0.35 | + 0.39 | |
| 10%硝酸銅 | + 0.64 | + 0.76 | |
| 乙二醇 | + 0.63 | + 0.15 | |
| 3%過氧化氫溶液 | + 0.69 | + 1.03 | 黃 |
| 飽和亞硫酸氫鈉溶液 | + 10.95 | + 6.70 | 琥珀 |
| 甲醇 | +4.50 (2d) | + 26〜+ 28 | 腫脹，變白 |
| 12% 乙酸 | + 0.69 | + 0.75 | 腫脹，變白 |
ABS塑膠的加工
ABS是一種無定形聚合物，沒有明顯的熔點。它在260℃以上開始分解，因此成型溫度通常控制在250℃以下。 ABS熔體具有中等黏度：流動性低於聚醯胺，但高於聚碳酸酯，冷卻和固化速度更快。
預乾燥
由於含有極性腈基，ABS具有很高的吸水性。加工前必須預先乾燥至含水率<0.1%。常用方法：循環空氣乾燥（70–80℃，>4小時）或烘箱乾燥（80–100℃，2小時，材料厚度<50毫米）。
注射成型
ABS注塑成型通常使用螺桿式射出成型機。螺桿應為單螺紋、等螺距、錐形、全螺紋，並有止回閥；長徑比為20，壓縮比為2.0～2.5。噴嘴類型：開放式或延伸式（避免使用自鎖式噴嘴，以防止流量減少或變色）。
耐熱鋼和電鍍鋼的注射溫度較高（以改善熔體流動或電鍍性能），而通用鋼和高衝擊鋼的注射溫度較低（以防止分解或機械性能下降）。
對於薄壁、長流道、小澆口零件或耐熱/阻燃等級的零件，注射壓力較高；對於厚壁、大澆口零件，注射壓力較低。保壓壓力應適中，以最大程度地減少殘餘應力。
| 項目 | 通用型ABS | 耐衝擊 ABS | 耐熱ABS | 電鍍ABS |
| 螺桿轉速，轉/分鐘 | 30-60 | 30-60 | 30-60 | 20-60 |
| 噴嘴溫度，℃ | 180-190 | 190-200 | 190-200 | 190-210 |
| 槍管後部溫度，℃ | 180-200 | 180-200 | 190-200 | 200-210 |
| 槍管中部溫度，℃ | 210-230 | 210-230 | 220-240 | 230-250 |
| 槍管前部溫度，℃ | 200-210 | 200-210 | 200-220 | 210-230 |
| 模具溫度，℃ | 50-70 | 50-80 | 60-85 | 40-80 |
| 注射壓力/MPa | 70-90 | 70-120 | 85-120 | 70-120 |
| 保壓/MPa | 50-70 | 50-70 | 50-80 | 50-70 |
| 注射時間，秒 | 3-5 | 3-5 | 3-5 | 1-4 |
| 保持時間，秒 | 15-30 | 15-30 | 15-30 | 20-50 |
| 冷卻時間，秒 | 15-30 | 15-30 | 15-30 | 15-30 |
| 總循環時間，秒 | 40-70 | 40-70 | 40-70 | 40-90 |
擠壓成型
ABS擠出成型採用長徑比為18～20、壓縮比為2.5～3.0的通用單螺桿擠出機。漸進式和突變式壓縮螺桿均適用。 ABS熔體流動性適中，因此無需對螺桿進行冷卻。擠出成型可生產管材、棒材和片材等型材。
| 管道外徑/毫米 | 32.5 | 螺桿轉速，轉/分鐘 | 10.5 |
| 管道內徑/毫米 | 25.5 | 模具內徑，毫米 | 33 |
| 進料區槍管溫度/℃ | 160-165 | 直段長度，米 | 50 |
| 槍管溫度，壓縮區/℃ | 170-175 | 拉伸比 | 1.02 |
| 測光區 | 175-180 | 尺寸袖套內徑，毫米 | 33 |
| 晶片溫度/℃ | 175-180 | 冷卻套管長度，毫米 | 250 |
| 晶片焊盤溫度/℃ | 190-195 | 真空定型套筒到 Diem 的距離，米 | 25 |
| 芯軸外徑/毫米 | 26 |
ABS棒材的擠出條件
| 桿直徑，毫米 | 90 | 晶片溫度，℃ | 150-160 |
| 槍管溫度，進料區，℃ | 160-170 | 上漿溫度，℃ | 55-60 |
| 槍管溫度，壓縮區，℃ | 170-175 | 螺桿轉速，轉/分鐘 | 11-14 |
| 計量區桶溫，℃ | 175-180 | 擠出速度，米/分鐘 | 22-25 |
| 晶片焊盤溫度，℃ | 170-180 |
泡棉成型
ABS泡沫材料主要以化學發泡法生產，即在樹脂中添加發泡劑（例如偶氮二甲醯胺）。有兩種成型方法：
射出成型：發泡ABS採用螺桿式射出成型機（相較於柱塞式射出成型機，其密度和性能更均勻）。噴嘴處安裝有閥門，以防止含氣熔體洩漏。與傳統射出成型不同，發泡熔體在冷卻前於模具內膨脹填充型腔，無需高注射壓力。料筒溫度在進料區較低，靠近噴嘴處較高：後部145–160℃，中部170–185℃，前190–200℃。
擠出成型：發泡ABS樹脂擠出成片材、棒材和管材。與傳統擠出不同，氣體熔體混合物在料筒內流動，因此需要精確的溫度控制來平衡樹脂熔化和發泡劑分解。料筒溫度和擠出速度會影響產品的外觀和密度。
| 擠出機長/直徑 | 22 | 4區溫度/℃ | 170 |
| 區域 1，料筒溫度（料斗側）/℃ | 133 | 5區溫度/℃ | 180 |
| 區域 2，料筒溫度（料斗側）/℃ | 160 | 6區溫度/℃ | 157 |
| 區域 3，料筒溫度（料斗側）/℃ | 164 | 螺桿轉速/(轉·分⁻¹) | 25 |
發泡ABS產品的關鍵特性包括：
- 可生產成高密度結構件或低密度輕質零件；
- 兼具輕量化和剛性，同時保持機械強度。
- 夾層結構（泡沫芯材+薄ABS表層）在重量較輕的情況下，具有與實心ABS相同的剛度；
- 優異的隔熱和吸音性能；
- 獨特的木紋表面圖案；
- 吸水率低於木材；
- 易於加工成板材、管材和棒材；
- 與實心ABS相比，厚壁零件的加工週期較短；
- 可塗漆和著色；
- 像木材一樣可加工（切割、鑽孔、黏合）。
| 密度 /(克/立方公分) | 0.69 | 壓縮模量/MPa | 353 |
| 抗拉強度/兆帕 | 14.0 | 伊佐德衝擊強度 /(kJ/m²) | |
| 伸長率/% | 24.6 | 缺口 | 5.5 |
| 拉伸模量/MPa | 300 | 無缺口 | 13.6 |
| 彎曲強度/兆帕 | 20.0 | 吸水率/% | 0.35 |
| 彎曲模量/MPa | 723 | 熱導率/[W/(m·℃)] | 0.01 |
| 抗壓強度/MPa | 12.6 |
發泡ABS塑膠的應用包括：
- 輕質結構材料：車輛控制面板、引擎罩、船門、貨櫃等；
- 建築材料：牆板、天花板磁磚、排水管、保溫管；
- 木材替代品：家具、鋼琴部件、把手和標記（外觀/密度與木材相似，但防水/耐腐蝕性更佳，表面圖案、顏色和造型均可客製化）。
電鍍
電鍍 採用電鍍級ABS樹脂。主要步驟包括：粗糙化、敏化、活化、還原/脫膠、化學鍍和電鍍。
粗糙化：提高表面親水性和粗糙度，確保塗層附著力。化學蝕刻是主要方法。高鉻酸鹽配方可獲得最佳附著力。
敏化：將 Sn²⁺（還原劑）吸附到粗糙表面上，在活化過程中將 Ag⁺/Pd²⁺ 還原為催化劑 Ag/Pd。下表列出了敏化溶液和條件。
| 氯化亞錫 | 10-30 | 2-5 |
| 鹽酸 | 40-50 | 2-5 |
| 敏化溫度/℃ | 20-25 | 20-25 |
| 致敏時間/分鐘 | 3-5 | 3-10 |
活化：形成催化貴金屬核，引發化學鍍。活化分為離子活化和膠體活化（結合了敏化和活化）。下表列出了膠體鈀活化的配方和條件。
還原：離子活化後，還原可提高催化活性，加速化學鍍，並去除殘留活化劑以防止鍍液分解。膠體鈀活化後，脫膠可去除 Sn²⁺ 水解層，從而暴露 Pd 晶核（在 35–45℃ 的 36% HCl 中浸泡 1–3 分鐘）。
化學鍍 電鍍：還原/脫膠後，ABS 可進行化學鍍和電鍍。
化學鍍鎳/銅層可直接電鍍。為了獲得更好的抗熱衝擊性，優選鍍銅（其線膨脹係數接近ABS，可延長戶外使用壽命）。銅層可以著色或鍍其他金屬，最常見的是鎳/鉻（Ni/Cr）。
ABS樹脂的應用領域
家用電器和電子元件
家用電器：ABS 的最大、最有發展前景的應用領域，包括電視、錄音機、洗衣機、冰箱、唱片機、電話、吸塵器、空調、燈具、電風扇等的外殼和內部組件。
電子元件：用於天線插座、線圈骨架、接線端子、轉換器、揚聲器、連接器等。
汽車業
內裝組件：儀表板、儀錶板外殼、A柱、通風口、控制盒、門襯、工具箱、調節器把手、開關、旋鈕、轉向柱蓋、方向盤、喇叭蓋、導管等。
外部組件：擋泥板、扶手、格柵、燈罩、通風罩、輪罩、支架、百葉窗、銘牌、後擾流板、保險桿護板、後視鏡框等。
機械
用於機械外殼和一般部件：馬達外殼、儀表箱、水箱外殼、電池箱、齒輪、軸承、泵浦葉輪、把手、螺栓、蓋子、襯套、緊固件等。
辦公用品
ABS塑膠具有優異的抗衝擊性、剛性、尺寸穩定性和可塑性，是辦公設備外殼的理想材料，例如傳真機、影印機、打字機、電腦和顯示器等。由於防火安全要求，通常使用阻燃等級的ABS塑膠。
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