پلیمر ای بی اس (ABS) یکی از پرکاربردترین ترموپلاستیکها در صنایع مختلف است که به دلیل ترکیب خواص منحصربهفرد سه مونومر آکریلونیتریل، بوتادین و استایرن شناخته میشود. ویژگیهای ای بی اس شامل مقاومت بالا در برابر ضربه، سختی مناسب و فرآیندپذیری آسان است که آن را به مادهای ایدهآل برای تولید محصولات مختلف تبدیل کرده است. همچنین، خصوصیات گرانول ای بی اس مانند پایداری حرارتی مطلوب، سطح صاف و براق و قابلیت رنگپذیری، باعث شده تا این ماده در تولید قطعاتی با ظاهر زیبا و عملکرد عالی بسیار محبوب باشد.
بررسی کاربرد آکریلونیتریل بوتادین استایرن نشان میدهد که این پلیمر در صنایعی همچون خودروسازی، لوازم خانگی، تجهیزات الکترونیکی و اسباببازیها جایگاه ویژهای دارد. در این مقاله، به معرفی ویژگیها و کاربردهای این ماده به عنوان یکی از انواع پلیمر بازیافتی پرداخته میشود تا شناخت بیشتری از قابلیتهای آن ارائه شود.
معرفی ساختار ABS
پلیمر ABS مخفف Acrylonitrile Butadiene Styrene، یک ترموپلاستیک مهندسی، آمورف و مقاوم در برابر ضربه است که دمای انتقال شیشهای آن حدودا 105 درجه سانتیگراد (221 درجه فارنهایت) است.
ساختار شیمیایی ترموپلاستیک ای بی اس
پلیمر ای بی اس مهندسی از سه مونومر آکریلونیتریل، بوتادین و استایرن تشکیل شده است که هر کدام از این مونومرها ویژگیهای خاصی از این ترپلیمر را فراهم میکنند.
- آکریلونیتریل، یک مونومر مصنوعی با فرمول شیمیایی CH2CHCN است که عمدتا از روش سوهیو ساخته میشود. در این فرآیند، پروپیلن در یک واکنشگاه کاتالیزی با بستر سیال، با هوا و آمونیاک وارد واکنش میشود. سیال خروجی وارد یک واحد دو سویه تصفیه شده و آکریلونیتریل از طریق تقطیر جز به جز جدا میشود. این جز به مقاومت شیمیایی ABS و پایداری گرمایی آن کمک میکند.
- بوتادین، یک هیدروکربن نفتی است که از بخش C4 کراکینگ بخار بدست میآید و دارای خواص لاستیکی است. این جزء، سختی و استحکام ضربه را به پلیمر ABS ارائه میدهد.
- استایرن، توسط هیدروژنزدایی از اتیل بنزن تولید میشود. این جزء به استحکام و قابلیت پردازش پلاستیک ABS کمک میکند.
خصوصیات آکریلونیتریل بوتادین استایرن
نسبتها میتواند از 15 تا 35 درصد آکریلونیتریل، 5 تا 30 درصد بوتادین و 40 تا 60 درصد استایرن متفاوت باشد که نتیجه آن، زنجیرهای طولانی از پلی استایرن متقاطع با زنجیرههای کوتاهتر پلی (بوتادین- آکریلونیتریل) است. به دلیل قطبی بودن گروههای نیتریل در زنجیرههای مجاور، یکدیگر را به خود جذب کرده و زنجیرها را به هم متصل میکنند که باعث میشوند ABS از پلی استایرن خالص قویتر باشد.
آکریلونیتریل در حالی که دمای اعوجاج گرمایی را افزایش میدهد؛ به مقاومت شیمیایی، مقاومت در برابر خستگی، سختی و استحکام ABS کمک میکند. استایرن به ترموپلاستیک ABS یک سطح براق و غیرقابل نفوذ میدهد. همچنین، پلی بوتادین حتی در دماهای پایین نیز چقرمگی ایجاد میکند. برای اکثر کاربردها، ABS میتواند در محدوده دمایی بین 20- تا 80 درجه سانتیگراد (4 – و 176 درجه فارنهایت) استفاده شود، زیرا خصوصیات مکانیکی آن با درجه حرارت متفاوت است. با پخش شدن ذرات ریز الاستومر در سراسر ماتریس سفت و سخت، میتوان خصوصیات مکانیکی را بهبود بخشید.
ABS توسط پلیمریزاسیون امولسیونی به صورت پیوسته تولید میشود. فرمول شیمیایی اجزای پلیمر ای بی اس را در شکل زیر مشاهده میکنید.
خواص مکانیکی ای بی اس (ABS)
پلیمر ای بی اس خواص مکانیکی مطلوبی مانند مقاومت در برابر ضربه، چقرمگی و استحکام را در مقایسه با سایر پلیمرهای رایج فراهم میکند. برای بهبود مقاومت در برابر ضربه، چقرمگی و مقاومت در برابر حرارت میتوان تغییرات مختلفی را انجام داد. مقاومت در برابر ضربه را میتوان با افزایش نسبت پلی بوتادین نسبت به استایرن و همچنین اکریلونیتریل تقویت کرد.
اگرچه این امر باعث تغییر در خواص دیگر میشود، مقاومت در برابر ضربه در دماهای پایینتر به سرعت از بین نمیرود. پایداری تحت بار با بارهای محدود، عالی است. بنابراین، با تغییر نسبت اجزای آن میتوان ABS را در گریدهای مختلف تهیه کرد. به طور کلی، ABS ویژگیهای مفیدی را در محدوده دمایی 20- تا 80 درجه سانتیگراد (4- تا 176 درجه فارنهایت) دارا است.
خواص نهایی تا حدی تحت تأثیر شرایطی است که در آن مواد به محصول نهایی تبدیل میشوند. به عنوان مثال، قالبگیری در دمای بالا باعث بهبود براقیت و مقاومت حرارتی محصول تولیدشده از کریلونیتریل بوتادین استایرن میشود، در حالی که بیشترین مقاومت و استحکام در برابر ضربه با قالبگیری در دمای پایین به دست میآید.
راهکار افزایش استحکام نهایی پلیمر ABS
با افزودن الیاف (معمولا الیاف شیشه) و مواد افزودنی به رزین، میتوان استحکام محصول نهایی را افزایش داد و حداکثر دمای عملیاتی تا 80 درجه سانتیگراد (176 درجه فارنهایت) افزایش یابد. رنگدانهها را نیز میتوان اضافه کرد زیرا رنگ اصلی ماده خام زرد کم رنگ و در بعضی موارد سفید است. ویژگیهای زمانمندی (Aging) این پلیمر تا حد زیادی تحت تأثیر مقدار پلی بوتادین است و طبیعی است که آنتی اکسیدانها در ترکیب وجود داشته باشد.
خصوصیات پلیمرهای ABS
آکریلونیتریل بوتادین استایرن یا پلیمر ای بی اس در برابر اسیدهای رقیق، قلیاها، اسیدهای هیدروکلریک و فسفریک غلیظ و روغنهای حیوانی، گیاهی و معدنی مقاوم هستند، اما توسط استیک اسید سرد، تترا کلرید کربن و هیدروکربنهای آروماتیک متورم میشوند و توسط اسیدهای سولفوریک و نیتریک غلیظ مورد حمله قرار میگیرند. آنها در استرها، کتونها (مانند استون)، کلروفرم و اتیلن دی کلرید محلول هستند. همچنین، مقاومت ضعیفی در برابر حلالهای کلردار، الکلها و آلدئیدها دارند.
اگرچه پلیمر ای بی اس عمدتاً برای اهداف مکانیکی استفاده میشود، دارای خواص الکتریکی منحصربهفردی نیز هستند که در طیف وسیعی از فرکانسها مورد استفاده قرار میگیرند.
واکنش ABS در برابر دمای بالا
پلیمر ای بی اس زمانی که در معرض دماهای بالا قرار میگیرد، قابل اشتعال است که در ابتدا ذوب میشود و سپس میجوشد. در این مرحله بخارات به شعلههای شدید و داغ تبدیل میشوند. از آنجایی که ABS خالص حاوی هالوژن نیست، احتراق آن به طور معمول هیچ آلاینده آلی پایداری تولید نمیکند و سمیترین محصولات حاصل از احتراق یا تجزیه در اثر حرارت آن، مونوکسید کربن و سیانید هیدروژن است. پلیمر ای بی اس نیز در اثر نور خورشید آسیبپذیر است که برای رفع این مشکل، باید از افزودنیهای مناسبی استفاده گردد.
زرد شدن در پلیمر ای بی اس زمانی اتفاق میافتد که در معرض نور UV یا گرمای بیش از حد قرار گیرد، که باعث اکسیداسیون نوری پلیمرها میشود که زنجیرههای پلیمری را میشکند و باعث زرد شدن و شکننده شدن پلاستیک میشود.
اکثر پلیمر ای بی اس مات هستند؛ زیرا اجزای آن دارای ضریب شکست متفاوتی است. افزودن متیل متاکریلات (MMA) به نزدیکتر کردن ضرایب انکسار کمک و آن را شفاف میکند. اگرچه محصول نهایی دارای مقاومت در برابر ضربه کمتری خواهد بود.
ویژگیهای پلیمر ABS
مهمترین خصوصیت مکانیکی پلیمر ای بی اس، مقاومت در برابر ضربه و چقرمگی است. ترموپلاستیک ای بی اس خواصی بین پلیمرهای عادی و پلاستیکهای مهندسی دارد. خواص این ماده را میتوانیم به صورت زیر بیان کنیم:
- استحکام بالا
- مقاومت در برابر ضربه، حتی در دماهای پایین
- خواص عایقبندی مناسب
- قابلیت جوشپذیری و اتصال
- مقاومت سایشی خوب و مقاومت در برابر کرنش
- ثبات ابعادی بالا (از نظر مکانیکی قوی و پایدار با گذشت زمان)
- روشنایی سطح بالا و ویژگیهای سطحی عالی
- مقاومت بسیار خوب در برابر اسیدهای رقیق و قلیاها
- مقاومت متوسط در برابر هیدروکربنهای آلیفاتیک
- مقاومت ضعیف در برابر هیدروکربنهای آروماتیک، هیدروکربنهای هالوژنه و الکل
- امکان آنالیز پلیمرها با استفاده از تست DSC
مقاومت در برابر ضربه را میتوان با افزایش نسبتهای پلی بوتادین در مقابل استایرن و همچنین آکریلونیتریل تقویت کرد. اگرچه این عمل باعث تغییر در سایر خواص میشود. بنابراین، با تغییر نسبت اجزای آن، ای بی اس در انواع مختلف قابل تهیه است. خواص مکانیکی ترموپلاستیک ای بی اس را در جدول زیر مشاهده میکنید:
| خواص مکانیکی ABS | |
| 50% – 10 | Elongation at Break |
| 6% – 7/1 | Elongation at Yield |
| GPa4/2 – 6/1 | Flexibility (Flexural Modulus) |
| 100 | Hardness Shore D |
| GPa4/2 – 6/1 | Stiffness (Flexural Modulus) |
| MPa43 – 8/29 | Strength at Break (Tensile) |
| GPa48 – 6/29 | Strength at Yield (Tensile) |
| J/m215 – 200 | Toughness (Notched Izod Impact at Room Temperature) |
| J/m160 –20 | Toughness at Low Temperature (Notched Izod Impact at Low Temperature) |
| GPa2/3 – 79/1 | Young Modulus |
مزایای ای بی اس (ABS)
ترموپلاستیک ای بی اس به دلیل ترکیب خواص برجستهای مانند مقاومت در برابر ضربه، انعطافپذیری، و قابلیت قالبگیری، یکی از محبوبترین مواد در صنعت است. پلیمر ای بی اس به ویژه در تولید محصولات با دوام و زیبا، مانند لوازم خانگی و قطعات خودرو، کاربرد دارد. این ماده با ارائه خواصی مانند مقاومت در برابر حرارت و پایداری ابعادی، به یکی از بهترین گزینهها در صنایع تبدیل شده است.
- هزینه تولید پایین پلیمر ABS
- استحکام و چقرمگی بالا
- مقاومت در برابر حرارت
- رنگپذیری عالی
- سبک وزن بودن
- رسانایی پایین الکتریسیته
- مقاومت در برابر ضربه بالا
- قابل بازیافت
معایب ترموپلاستیک ای بی اس (ABS)
اگرچه آکریلونیتریل بوتادین استایرن دارای مزایای بسیاری است، اما محدودیتهایی نیز دارد. یکی از معایب ترموپلاستیک ای بی اس حساسیت آن به نور UV است که ممکن است باعث تغییر رنگ و کاهش استحکام در طول زمان شود. علاوه بر این، مقاومت کم در برابر حلالهای خاص و هزینه تولید نسبتاً بالا نیز از نقاط ضعف آن محسوب میشوند.
- نقطه ذوب پایین پلیمر ABS
- مقاومت خستگی پایین
- مقاومت پایین در برابر UV
- مقاومت پایین در برابر هیدرو کربنهای آروماتیک، هیدروکربنهای هالوژنه و الکلها
- آزاد کردن دود زیاد در هنگام سوختن
کاربردهای ای بی اس
به طور کلی، پلیمر ABS دارای خصوصیات مفیدی در محدوده دما 20- تا 80 درجه سانتیگراد است. وزن سبک و توانایی تزریقی آکریلونیتریل بوتادین استایرن باعث میشود در ساخت محصولاتی نظیر سیستم لولههای زهکشی، سازهای موسیقی، قطعات خودرو مانند میلههای سپر خودرو، سیستمهای تحویل دارو، محفظههایی برای قطعات برقی و الکترونیکی، تختههای یراقآلات، چمدانها، محفظه قلم، وسایل آشپزخانه کوچک و اسباببازیها از جمله آجرهای لگو و کالاهای خانگی و مصرفی به طور عمده کاربرد داشته باشد.
به طور کلی، ترموپلاستیک ای بی اس میتواند در موارد زیر کاربرد داشته باشد:
- پنلهای ابزار
- اجزای داشبورد
- درب و دستگیره درب
- پشت صندلی، اجزای کمربند ایمنی
- پنلهای کنترل
- محفظه (ریش تراش، جاروبرقی، پردازنده مواد غذایی)
- لاستیکهای یخچال و فریزر
- صفحه کلید کامپیوتر
- لولهها و اتصالات ساختهشده از ABS (به دلیل نصب آسان و عدم پوسیدگی، زنگزدگی و یا خوردگی، به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند.)
نکات فرآیندی ای بی اس
پلیمر آکریلونیتریل بوتادین استایرن، فرآیندپذیری خوبی دارد. به همین علت، با اکثر روشهای فرآیند شکلدهی پلیمرها میتوان آن را فرآیند کرد. بین روشهای فرآیندی، دو روش زیر مطرحتر است که نکات فرآیندی این دو روش در ادامه ذکر شده است.
قالبگیری تزریق پلیمر ABS
قالبگیری تزریق پلیمر ای بی اس یک فرآیند کلیدی در تولید قطعات دقیق و با کیفیت است. ترموپلاستیک ای بی اس به دلیل نقطه ذوب مناسب و جریانپذیری بالا، به راحتی در قالبها تزریق میشود و محصولی با سطح صاف و خواص مکانیکی عالی ارائه میدهد. این فرآیند در تولید انبوه قطعات صنعتی، لوازم خانگی و قطعات الکترونیکی بسیار کاربردی است.
- رطوبتگیری قبل از تزریق: در صورت نیاز به خشک کردن و داشتن رطوبت بالا، ۴ ساعت در دمای ۸۰ درجه سانتیگراد قرار گیرد. علائم وجود رطوبت ظاهر شدن نوارها، رگهها یا حبابهای موجود در قالب است و در صورت مشاهده هر یک از این موارد، باید رطوبتگیری در دستور کار قرار گیرد.
- دمای ذوب (شکلدهی): ۲۷۰-۲۱۰ درجه سانتیگراد
- دمای قالب: از ۷۰-۴۰ درجه سانتیگراد
- فشار تزریق مواد: ۱۰۰ – ۵۰ مگاپاسکال
- سرعت تزریق: متوسط – زیاد
اکستروژن
اکستروژن در فرآیند ترموپلاستیک ای بی اس یکی از روشهای مؤثر برای تولید محصولات یکنواخت و با طولهای دلخواه است. در این فرآیند، پلیمر ای بی اس به صورت پیوسته ذوب میشود و از قالبهای خاص عبور میکند تا شکل مورد نظر را پیدا کند. این روش برای تولید لولهها، پروفیلها و ورقهای پلاستیکی از جنس آکریلونیتریل بوتادین استایرن بسیار ایدهآل است.
- رطوبتگیری: ۳ ساعت در دمای ۸۰-۷۰ درجه سانتیگراد
- دمای اکستروژن: ۲۱۰ تا ۲۴۰ درجه سانتیگراد
- طراحی پیچ: نسبت L / D از 30-25 توصیه میشود.
برای دریافت مشاوره تخصصی درباره استفاده از ABS در پروژههای خود، همین امروز با کارشناسان آتمن پلیمر تماس بگیرید.
