Введение
Термопластичный полимер акрилонитрилбутадиенстирол (ABS) (химическая формула (C8H8)x·(C4H6)y·(C3H3N)z) является распространенным термопластичным полимером. Его температура стеклования составляет приблизительно ABS аморфен и, следовательно, не имеет четкой температуры плавления. ABS – это терполимер, получаемый полимеризацией стирола и акрилонитрила в присутствии полибутадиена. Соотношение компонентов может варьироваться от 15% до 35% акрилонитрила, от 5% до 30% бутадиена и от 40% до 60% стирола. В результате образуется длинная цепь полибутадиена, пронизанная более короткими цепями поли(стирола и акрилонитрила). Полярные нитрильные группы соседних цепей притягиваются друг к другу, связывая их и делая ABS прочнее чистого полистирола. Акрилонитрил также обеспечивает химическую стойкость, устойчивость к усталости, твердость и жесткость, а также повышает температуру тепловой деформации. Стирол придает пластику блестящую, непроницаемую поверхность, а также твердость, жесткость и облегчает обработку. Полибутадиен, являясь резиноподобным веществом, обеспечивает прочность и пластичность при низких температурах, но снижает теплостойкость и жесткость. Для большинства применений ABS может использоваться в диапазоне температур , поскольку его механические свойства зависят от температуры. Эти свойства достигаются за счет резинового упрочнения, при котором мелкие частицы эластомера распределяются по жесткой матрице.
Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) (chemical formula (C8H8)x·(C4H6)y·(C3H3N)z ) is a common thermoplastic polymer. Its glass transition temperature is approximately ABS is amorphous and therefore has no true melting point. ABS is a terpolymer made by polymerizing styrene and acrylonitrile in the presence of polybutadiene. The proportions can vary from 15% to 35% acrylonitrile, 5% to 30% butadiene and 40% to 60% styrene. The result is a long chain of polybutadiene crisscrossed with shorter chains of poly(styrene co acrylonitrile). The nitrile groups from neighboring chains, being polar, attract each other and bind the chains together, making ABS stronger than pure polystyrene. The acrylonitrile also contributes chemical resistance, fatigue resistance, hardness, and rigidity, while increasing the heat deflection temperature. The styrene gives the plastic a shiny, impervious surface, as well as hardness, rigidity, and improved processing ease. The polybutadiene, a rubbery substance, provides toughness and ductility at low temperatures, at the cost of heat resistance and rigidity. For the majority of applications, ABS can be used between , as its mechanical properties vary with temperature. The properties are created by rubber toughening, where fine particles of elastomer are distributed throughout the rigid matrix.
Свойства
АБС обладает благоприятными механическими свойствами, такими как ударопрочность, вязкость и жесткость, по сравнению с другими распространенными полимерами. При этом он демонстрирует плохую устойчивость к хлорированным растворителям, спиртам и альдегидам. АБС легко воспламеняется при воздействии высоких температур, например, при пожаре. Он плавится, а затем закипает, после чего пары воспламеняются интенсивным, горячим пламенем. Поскольку чистый АБС не содержит галогенов, его горение обычно не приводит к образованию стойких органических загрязнителей, а наиболее токсичными продуктами горения или пиролиза являются угарный газ и синильная кислота. АБС также подвержен разрушительному воздействию солнечного света; это стало причиной одного из самых масштабных и дорогостоящих отзывов автомобилей в истории США из-за деградации кнопок отстегивания ремней безопасности. АБС может быть переработан, хотя не все предприятия по переработке отходов принимают его.
Прозрачный ABS
Большинство ABS непрозрачно из-за разницы в показателях преломления его компонентов. Акрилонитрил и стирол придают ABS жесткость. Частицы бутадиена эластичны и обеспечивают ударопрочность ABS. Добавление метилметакрилата (MMA) помогает выровнять показатели преломления, делая материал прозрачным, хотя при этом снижается его ударопрочность.
Производство
АБС получают из акрилонитрила, бутадиена и стирена. Акрилонитрил – это синтетический мономер, производимый из пропилена и аммиака; бутадиен – это нефтяной углеводород, получаемый из C4-фракции при паровом крекинге; мономер стирена получают путем дегидрирования этилбензола, углеводорода, который, в свою очередь, получается в реакции этилена и бензола. Согласно Европейской ассоциации индустрии пластмасс PlasticsEurope, промышленное производство смолы АБС в Европе в среднем использует природный газ и нефть в качестве сырья.
Машиностроение
ABS выпускается в различных марках, но для прецизионной механической обработки конструкционных деталей из ABS рекомендуется использовать ABS машинного качества. ABS машинного качества легко обрабатывается стандартными методами, включая точение, сверление, фрезерование и пиление. Детали из ABS можно сваривать, нагревая соединяемые поверхности до начала плавления; для усиления такого соединения можно расплавить тонкий стержень из ABS. Детали из ABS также можно химически соединять друг с другом и с другими достаточно похожими пластиками с помощью растворителей.
Приложения
ABS был запатентован в 1948 году и представлен на коммерческом рынке корпорацией Borg Warner в 1954 году. Небольшой вес и возможность литья под давлением и экструзии делают ABS полезным материалом для производства изделий, таких как системы трубопроводов для отвода сточных вод (DWV). Музыкальные инструменты, такие как пластиковые флейты, гобои и кларнеты, а также некоторые детали механики фортепиано и колпачки клавиш компьютерных клавиатур, часто изготавливаются из ABS. Другие области применения включают головки для клюшек для гольфа (благодаря хорошей амортизации), элементы автомобильной отделки, автомобильные бамперы, бинокли и монокуляры, ингаляторы, небулайзеры, нерассасывающиеся хирургические нити, протезы сухожилий, системы доставки лекарств, трахеальные трубки и строительные блоки Kre O. Пластик ABS, измельченный до среднего диаметра менее 1 микрометра, используется в качестве пигмента в некоторых чернилах для татуировок.
3D печать
При экструзии в нить, пластик ABS является распространенным материалом, используемым в 3D-принтерах, поскольку он недорогой, прочный, обладает высокой стабильностью и может подвергаться различной постобработке (шлифовка, покраска, склеивание, заполнение и химическая полировка). При использовании в 3D-принтере ABS склонен к деформации из-за усадки, происходящей при охлаждении в процессе печати. Усадку можно уменьшить, печатая внутри закрытого корпуса на нагреваемой платформе, используя адгезив, такой как клей-карандаш или лак для волос, чтобы обеспечить хорошее прилипание первого слоя к платформе, или печатая с ободом/плотом у основания модели для улучшения адгезии. ABS используется только в 3D-принтерах FFF/FDM, так как 3D-принтеры, работающие со смолой, не способны расплавлять пластик. Специальные виды ABS-нитей включают ABS ESD (антистатический) и ABS FR (огнестойкий), которые используются, в частности, для производства компонентов, чувствительных к статическому электричеству, и огнеупорных сборных конструкций.
Опасность для человека
АБС стабилен при разложении в нормальных условиях использования и при обработке полимера. Воздействие канцерогенных веществ при обычном использовании и обработке значительно ниже предельно допустимых концентраций на рабочем месте. Однако при достижении температуры 400 °C (750 °F) АБС может разлагаться на составляющие: бутадиен (канцерогенный для человека), акрилонитрил (вероятно, канцерогенный для человека) и стирол (считается, что обладает канцерогенным потенциалом для человека). Высказываются опасения относительно концентрации ультрадисперсных частиц (УДЧ) в воздухе, образующихся при 3D-печати с использованием АБС, поскольку УДЧ связаны с негативным воздействием на здоровье, некоторые из которых могут быть вызваны закупоркой тканей в почках, легких и кишечнике, обусловленной накоплением УДЧ.