Акрилонитрилбутадиенстирол ( АБС ) ( химическая формула (C8H8 ) x · ( C4H6 ) y ·( C3H3N ) z ) — распространённый термопластичный полимер. Его температура стеклования составляет приблизительно 105 °C (221 °F). [ 4 ] АБС является аморфным и поэтому не имеет истинной температуры плавления.
ABS — это терполимер , полученный путем полимеризации стирола и акрилонитрила в присутствии полибутадиена . Пропорции могут варьироваться от 15% до 35% акрилонитрила, от 5% до 30% бутадиена и от 40% до 60% стирола. В результате получается длинная цепь полибутадиена, перекрещенная с более короткими цепями поли(стирол-со-акрилонитрила). Нитрильные группы из соседних цепей, будучи полярными, притягиваются друг к другу и связывают цепи вместе, делая ABS прочнее чистого полистирола . Акрилонитрил также вносит вклад в химическую стойкость, усталостную прочность, твердость и жесткость, одновременно повышая температуру тепловой деформации . Стирол придает пластику блестящую, непроницаемую поверхность, а также твердость, жесткость и улучшенную простоту обработки. Полибутадиен, резиноподобное вещество, обеспечивает прочность и пластичность при низких температурах за счет термостойкости и жесткости. [3] Для большинства применений ABS можно использовать при температуре от −20 до 80 °C (от −4 до 176 °F), так как его механические свойства изменяются в зависимости от температуры. [5] Свойства создаются путем закалки резины , когда мелкие частицы эластомера распределяются по всей жесткой матрице.
ABS обеспечивает благоприятные механические свойства, такие как ударопрочность, прочность и жесткость по сравнению с другими распространенными полимерами. [3] Можно внести множество изменений для улучшения ударопрочности, прочности и термостойкости. Ударопрочность можно усилить, увеличив пропорции полибутадиена по отношению к стиролу, а также акрилонитрилу, хотя это вызывает изменения в других свойствах. Ударопрочность не падает быстро при более низких температурах. Стабильность под нагрузкой превосходна при ограниченных нагрузках. Таким образом, изменяя пропорции его компонентов, ABS можно приготовить в различных сортах. Две основные категории могут быть ABS для экструзии и ABS для литья под давлением, затем высокая и средняя ударопрочность. Обычно ABS будет иметь полезные характеристики в диапазоне температур от −20 до 80 °C (от −4 до 176 °F). [5]
Конечные свойства будут в некоторой степени зависеть от условий, в которых материал перерабатывается в конечный продукт. Например, формование при высокой температуре улучшает блеск и термостойкость продукта, тогда как самая высокая ударопрочность и прочность достигаются при формовании при низкой температуре. Волокна (обычно стекловолокно) и добавки могут быть смешаны в гранулах смолы , чтобы сделать конечный продукт прочным и повысить максимальную рабочую температуру до 80 °C (176 °F). Также могут быть добавлены пигменты, поскольку исходный цвет сырья — полупрозрачный от слоновой кости до белого. Характеристики старения полимеров в значительной степени зависят от содержания полибутадиена, и обычно в состав включают антиоксиданты . Другие факторы включают воздействие ультрафиолетового излучения , для защиты от которого также доступны добавки.
Полимеры ABS устойчивы к водным кислотам, щелочам, концентрированным соляным и фосфорным кислотам, а также животным, растительным и минеральным маслам, но они набухают под воздействием ледяной уксусной кислоты , четыреххлористого углерода и ароматических углеводородов, а также подвергаются воздействию концентрированных серной и азотной кислот. Они растворимы в сложных эфирах , кетонах (таких как ацетон), хлороформе и дихлориде этилена . [6] Они также обладают плохой устойчивостью к хлорированным растворителям, спиртам и альдегидам. [3]
Несмотря на то, что АБС-пластики в основном используются в механических целях, они также обладают электрическими свойствами, которые довольно постоянны в широком диапазоне частот. Эти свойства мало подвержены влиянию температуры и влажности воздуха в приемлемом рабочем диапазоне температур. [7]
ABS воспламеняется при воздействии высоких температур, например, при горении дров. Он плавится, а затем закипает, и в этот момент пары взрываются интенсивным, горячим пламенем. Поскольку чистый ABS не содержит галогенов , его сгорание обычно не производит никаких стойких органических загрязнителей , а наиболее токсичными продуктами его сгорания или пиролиза являются оксид углерода и цианистый водород . [8] ABS также повреждается солнечным светом; это вызвало один из самых распространенных и дорогостоящих отзывов автомобилей в истории США из-за деградации кнопок отстегивания ремней безопасности. [9] [10]
ABS можно перерабатывать, хотя его принимают не все перерабатывающие предприятия. [11] [12] [ проверка не удалась ]
ABS — один из многих типов термопластика с биомедицинскими применениями, с литьевыми компонентами, которые легко изготавливать для одноразового использования. Его можно стерилизовать гамма - излучением или оксидом этилена (EtO). [13]
Пожелтение АБС-пластика происходит при воздействии на него ультрафиолетового излучения или чрезмерного тепла, что вызывает фотоокисление полимеров , что приводит к разрыву полимерных цепей и приводит к пожелтению и хрупкости пластика. [14]
Большинство ABS непрозрачны, поскольку их компоненты имеют разные показатели преломления. Акрилонитрил и стирол делают ABS жесткими. Частицы бутадиена эластичны и делают ABS ударопрочным. Добавление метилметакрилата (ММА) помогает сблизить показатели преломления, делая его прозрачным, хотя продукт имеет меньшую ударопрочность. [15]
ABS получают из акрилонитрила , бутадиена и стирола . Акрилонитрил — синтетический мономер, получаемый из пропилена и аммиака ; бутадиен — нефтяной углеводород, получаемый из фракции C4 парового крекинга ; стирольный мономер получают путем дегидрирования этилбензола — углеводорода, получаемого в результате реакции этилена и бензола .
По данным Европейской ассоциации торговли пластиком PlasticsEurope, промышленное производство 1 кг (2,2 фунта) АБС-смолы в Европе потребляет в среднем 95,34 МДж (26,48 кВт⋅ч ) и производится из природного газа и нефти . [16] [17]
ABS производится в различных сортах, но для точной обработки структурных деталей ABS рекомендуется использовать ABS машинного класса. ABS машинного класса легко обрабатывается стандартными методами, включая точение, сверление, фрезерование и распиловку. Детали ABS можно сваривать между собой, нагревая поверхности стыка до тех пор, пока они не начнут плавиться; армирование можно наносить на такое соединение, расплавляя тонкий стержень ABS. Детали ABS также можно химически прикреплять друг к другу и к другим достаточно похожим пластикам с помощью растворителей. [18]
ABS был запатентован в 1948 году и представлен на коммерческих рынках корпорацией Borg-Warner в 1954 году. [19]
Легкий вес ABS и его способность к литью под давлением и экструзии делают его полезным в производстве таких продуктов, как системы труб для слива-отходов-вытяжки (DWV). Музыкальные инструменты, такие как пластиковые блокфлейты , гобои и кларнеты , а также некоторые детали для фортепианных механизмов, как правило, изготавливаются из ABS, как и колпачки для клавиш компьютерной клавиатуры. [20]
Другие области применения включают головки клюшек для гольфа (из-за его хорошей амортизации), автомобильные компоненты отделки, автомобильные бамперы, бинокли и монокуляры , ингаляторы, небулайзеры , [21] нерассасывающиеся швы, сухожильные протезы, системы доставки лекарств, трахеальные трубки, [13] корпуса для электрических и электронных узлов (например, компьютерные корпуса ), защитные головные уборы, каноэ для бурной воды, буферные кромки для мебели и столярных панелей, багажные и защитные переносные чехлы, корпуса ручек и небольшие кухонные приборы. Игрушки, включая LEGO (кубики Lego в основном изготавливаются из АБС с 1963 года [22] ) и кирпичи Kre-O , являются обычным применением. [23] [24]
Пластик ABS, измельченный до среднего диаметра менее 1 микрометра, используется в качестве красителя в некоторых чернилах для татуировок . [25]
При экструзии в нить , ABS-пластик является распространенным материалом, используемым в 3D-принтерах , [26] поскольку он дешевый, прочный, имеет высокую стабильность и может подвергаться постобработке различными способами (шлифовка, покраска, склеивание, заполнение и химическое сглаживание). Известно, что при использовании в 3D-принтере ABS деформируется из-за усадки, которая происходит при охлаждении в процессе печати. Усадку можно уменьшить, печатая внутри корпуса на нагретой поверхности печати, используя клей, такой как клеевой карандаш или лак для волос, чтобы гарантировать, что первый слой печати хорошо прилипнет к поверхности печати, или печатая с краем/плотом у основания печати, чтобы улучшить адгезию к поверхности печати. [27] ABS используется только в 3D-принтерах FFF/FDM , поскольку 3D-принтеры на основе смолы не могут плавить пластик.
Конкретными видами нитей ABS являются ABS-ESD (электростатический разряд) и ABS-FR (огнестойкие), которые используются, в частности, для производства электростатически чувствительных компонентов и огнеупорных сборных деталей.
ABS устойчив к разложению при нормальном использовании и условиях переработки полимеров. Воздействие канцерогенов при нормальном использовании и переработке значительно ниже пределов воздействия на рабочем месте. [28] Однако, если температура достигает 400 °C (750 °F), ABS может разложиться на свои составляющие: бутадиен (канцерогенный для человека), акрилонитрил (возможно, канцерогенный для человека) и стирол (разумно предполагается, что он является канцерогеном для человека). [28]
Ультратонкие частицы (UFP) могут быть получены при более низких температурах (например, при 3D-печати). [29] Были высказаны опасения относительно концентраций UFP в воздухе, образующихся при 3D-печати с использованием ABS, поскольку UFP связаны с неблагоприятными последствиями для здоровья, некоторые из которых могут быть результатом закупорки тканей в почках, легких и кишечнике, вызванной накоплением UFP. [30] [31]
