Jak powstaje akrylonitryl-butadien-styren: kompletny proces produkcyjny
Akrylonitryl-butadien-styren (ABS) wytwarzany jest w procesie zwanym polimeryzacja emulsyjna lub ciągła w masie , w którym trzy monomery — akrylonitryl, butadien i styren — są chemicznie połączone w wytrzymały, odporny na uderzenia termoplast. Rezultatem jest jedno z najpowszechniej stosowanych tworzyw konstrukcyjnych na świecie, które można znaleźć we wszystkim, od desek rozdzielczych samochodów po klocki LEGO. Jego najbliższym konkurentem konstrukcyjnym w wielu zastosowaniach przemysłowych jest inżynieryjne tworzywo nylonowe , szczególnie nylon 6 i nylon 6/6, chociaż te dwa różnią się znacznie sposobem wykonania i działaniem.
Aby zrozumieć, w jaki sposób produkowany jest ABS, warto wiedzieć, co wnosi każdy z jego trzech monomerów: akrylonitryl zapewnia odporność chemiczną i termiczną; butadien zapewnia wytrzymałość i udarność w niskiej temperaturze; i styren nadają materiałowi sztywność, wykończenie powierzchni i łatwość obróbki. Względne proporcje tych trzech składników — zazwyczaj ok 20–30% akrylonitryl, 5–30% butadien i 40–60% styren — można dostosować w celu dostosowania właściwości końcowego tworzywa sztucznego do konkretnych wymagań użytkownika końcowego.
W tym artykule opisano krok po kroku chemię i inżynierię związaną z produkcją ABS, czym różni się on od innych konstrukcyjnych tworzyw sztucznych, w tym nylonu, oraz jakie czynniki wpływają na jakość i wydajność końcowego materiału.
Trzy surowe monomery i skąd pochodzą
Produkcja ABS rozpoczyna się już na poziomie monomeru. Każdy z trzech surowców pochodzi z surowców petrochemicznych i wymaga własnego, dedykowanego łańcucha dostaw, zanim trafi do reaktora polimeryzacji ABS.
Akrylonitryl (AN)
Akrylonitryl jest wytwarzany głównie poprzez Proces Sohio (amoksydacja SOHIO). , w którym propylen reaguje z amoniakiem i tlenem na katalizatorze w temperaturze 400–510°C. Przekroczono globalne moce produkcyjne akrylonitrylu 7 milionów ton metrycznych rocznie jak wynika z najnowszych raportów branżowych (IHS Markit, 2023). W ABS zawartość akrylonitrylu jest bezpośrednio odpowiedzialna za odporność chemiczną na oleje, smary i rozcieńczone kwasy, a także podnosi temperaturę ugięcia gotowego elementu pod wpływem ciepła.
Butadien (BD)
Butadien jest produktem ubocznym krakingu parowego benzyny ciężkiej lub etanu stosowanego do produkcji etylenu. Jest odzyskiwany i oczyszczany z frakcji C4 pochodzącej z krakersa. Podwójne wiązania butadienu sprawiają, że jest on wysoce reaktywny w polimeryzacji wolnorodnikowej, a faza kauczuku polibutadienowego (PBR), którą tworzy w ABS, nadaje materiałowi charakterystyczną wytrzymałość i odporność na uderzenia – nawet w tak niskich temperaturach jak -40°C . Ta wydajność w niskich temperaturach to obszar, w którym ABS przewyższa wiele gatunków konstrukcyjnego tworzywa nylonowego, które może stać się kruche w zimnym otoczeniu, jeśli nie zostanie specjalnie zmodyfikowane.
Styren (SM)
Styren wytwarza się w wyniku odwodornienia etylobenzenu, który sam powstaje z benzenu i etylenu. Globalne moce produkcyjne styrenu wynoszą ok 35–38 milionów ton metrycznych rocznie (ICIS, 2023), co czyni go jednym z najpowszechniej występujących półproduktów petrochemicznych na świecie. W ABS styren jest dominującym monomerem wagowym i odpowiada za sztywność materiału, połysk i doskonałą przetwarzalność podczas formowania wtryskowego i wytłaczania.
Dwie podstawowe metody produkcji ABS
Istnieją dwie główne drogi przemysłowe wytwarzania ABS: polimeryzacja emulsyjna i ciągła polimeryzacja w masie (w masie). . Trzecią, mniej powszechną metodą jest polimeryzacja suspensyjna. Każda metoda pozwala uzyskać ABS o nieco innych właściwościach morfologicznych i obie metody są obecnie w użyciu komercyjnym.
Polimeryzacja emulsyjna (najczęściej)
Polimeryzacja emulsyjna jest najpowszechniej stosowanym procesem przemysłowym do produkcji ABS i stanowi większość światowej produkcji. Przeprowadza się go w dwóch etapach:
- Etap 1 — Synteza lateksu polibutadienowego: Monomer butadienu emulguje się w wodzie ze środkiem powierzchniowo czynnym i polimeryzuje przy użyciu inicjatora wolnorodnikowego (zwykle nadsiarczanów lub układów redoks) w temperaturze 50–80°C, tworząc cząstki lateksu polibutadienowego. Wielkość cząstek jest dokładnie kontrolowana, zazwyczaj w zakresie 100–400 nanometrów , ponieważ ma to bezpośredni wpływ na właściwości udarowe końcowego ABS. Mniejsze cząstki dają większy połysk, ale mniejszą udarność; większe cząstki zapewniają większą wytrzymałość.
- Etap 2 — Kopolimeryzacja szczepiona: Lateks polibutadienowy miesza się z monomerami akrylonitrylu i styrenu oraz dodatkowym inicjatorem i emulgatorem. Monomery styrenu i akrylonitrylu polimeryzują na powierzchni cząstek gumy poprzez szczepienie wolnorodnikowe, a także tworzą w roztworze wolne łańcuchy kopolimeru SAN (styren-akrylonitryl). Rezultatem jest złożona dwufazowa struktura: cząstki gumy pokryte szczepionym SAN, rozproszone w ciągłej matrycy SAN.
- Etap 3 — Koagulacja i suszenie: Lateks ulega destabilizacji poprzez dodanie koagulantów (kwasów lub soli), które powodują flokulację cząstek. Mokry placek jest następnie myty, odwadniany i suszony w celu wytworzenia proszku lub miękiszu ABS, który później jest mieszany i granulowany.
Kluczową zaletą polimeryzacji emulsyjnej jest precyzyjna kontrola wielkości cząstek gumy i gęstości szczepienia, co pozwala producentom precyzyjnie dostosować udarność i wygląd powierzchni. Proces ten jest jednak wodochłonny i generuje ścieki, które należy oczyścić.
Ciągła polimeryzacja masowa (w masie).
Ciągła polimeryzacja masowa – znana również jako proces masowy lub proces roztworowy – rozpuszcza kauczuk polibutadienowy bezpośrednio w mieszaninie monomerów styrenu i akrylonitrylu, bez użycia wody. Rozpuszczony kauczuk ulega inwersji faz w miarę postępu polimeryzacji: to, co zaczyna się jako guma w roztworze monomeru, w miarę wzrostu konwersji przekształca się w dyskretne cząstki gumy rozproszone w stałej matrycy SAN. Proces ten jest stosowany przez kilku głównych producentów, w tym INEOS Styrolution i Trinseo, i pozwala na produkcję ABS niższy poziom resztkowego monomeru i better color consistency than emulsion-produced grades, making it well suited for medical and food-contact applications.
W porównaniu z polimeryzacją emulsyjną, proces masowy nie generuje ścieków, ale trudniej jest kontrolować morfologię cząstek gumy i zazwyczaj wytwarza się ABS o nieco niższej udarności. Wielu producentów łączy emulsyjny ABS i masowy SAN, aby uzyskać połączenie odporności na uderzenia i przejrzystości wizualnej.
Mikrostruktura, która sprawia, że ABS działa
To, co odróżnia ABS od prostszych tworzyw sztucznych, takich jak polistyren czy nylon ogólnego przeznaczenia, to jego morfologia dwufazowa : sztywna szklista matryca z kopolimeru styren-akrylonitryl (SAN) z rozproszonymi cząstkami gumy. Kiedy uderzenie lub pęknięcie próbuje rozprzestrzenić się w materiale, napotyka cząstki gumy, które działają jak pochłaniacze energii. Cząsteczki gumy kawitują (tworzą maleńkie wewnętrzne puste przestrzenie) i powodują odkształcenie plastyczne – jest to mechanizm tzw hartowanie gumy — który rozprasza energię pękania i zapobiega kruchemu uszkodzeniu.
Ten mechanizm wzmacniania gumy jest dobrze poznany i szeroko badany. Według Bucknalla (1977), co zostało później potwierdzone licznymi badaniami TEM, skuteczność hartowania gumy w ABS zależy od:
- Wielkość cząstek gumy (optymalny zakres: 0,1–1,0 µm)
- Stopień szczepienia pomiędzy gumą i matrycą SAN
- Zawartość gumy (zwykle 15–25% wagowych końcowego ABS)
- Gęstość usieciowania w fazie gumowej
- Kompatybilność pomiędzy szczepioną gumą a matrycą SAN
Ta inżynieria mikrostrukturalna jest jednym z powodów, dla których ABS ma wyższą cenę w porównaniu z powszechnie dostępnymi tworzywami sztucznymi i wymaga znacznie bardziej wyrafinowanej wiedzy produkcyjnej niż proste polimery kondensacyjne, takie jak inżynieryjne tworzywo nylonowe .
Mieszanie, granulowanie i integracja dodatków
Surowy proszek lub okruchy ABS z reaktora polimeryzacji nie jest jeszcze produktem gotowym. Musi przejść przez etap mieszania , podczas którego miesza się go w stanie stopionym z szeregiem dodatków w celu uzyskania pożądanych właściwości końcowych. Zwykle odbywa się to w wytłaczarce dwuślimakowej pracującej w temperaturach topnienia 200–240°C .
| Typ dodatku | Typowe obciążenie (%) | Funkcja w ABS |
|---|---|---|
| Stabilizatory termiczne | 0,1–0,5 | Zapobiegaj degradacji kauczuku butadienowego w temperaturach przetwarzania |
| Przeciwutleniacze | 0,1–0,3 | Chronić przed utlenianiem podczas przetwarzania i serwisu |
| stabilizatory UV | 0,2–1,0 | Zmniejsza żółknięcie i kredowanie powierzchni w zastosowaniach zewnętrznych |
| Środki zmniejszające palność | 10–20 | Uzyskaj parametry znamionowe UL 94 V-0 lub V-2 dla obudów elektroniki |
| Smary | 0,5–2,0 | Poprawić uwalnianie z formy i zmniejszyć lepkość stopu |
| Barwniki/pigmenty | 0,1–3,0 | Nadaj kolor bez konieczności malowania |
| Wzmocnienie włóknem szklanym | 10–30 | Zwiększ sztywność i temperaturę ugięcia pod wpływem ciepła |
| Modyfikatory wpływu | 2–10 | Dalsze zwiększenie wpływu niskich temperatur w wymagających zastosowaniach |
Po wymieszaniu stopioną mieszankę wytłacza się przez dyszę, schładza w łaźni wodnej i kroi na jednolite peletki. Te granulki – zwykle o średnicy 2–4 mm – kupują przetwórcy (formarki wtryskowe, wytłaczarki i formy rozdmuchowe) w celu wytworzenia swoich części. Etap granulowania zapewnia również jednorodną mieszankę: wszelkie nierówne rozmieszczenie cząstek gumy lub dodatków z reaktora jest korygowane podczas mieszania przy wysokim ścinaniu w wytłaczarce dwuślimakowej.
ABS kontra inżynieryjne tworzywo nylonowe: różnice w produkcji i właściwościach
ABS i inżynieryjne tworzywo nylonowe (głównie nylon 6, nylon 6/6 i nylon 12) są ważnymi członkami rodziny konstrukcyjnych tworzyw termoplastycznych, ale są wytwarzane przy użyciu zupełnie innego składu chemicznego i oferują różne profile wydajności. Zrozumienie tych różnic jest niezbędne przy wyborze materiałów w projektowaniu produktu.
ABS
- Wytwarzany w drodze polimeryzacji addycyjnej wolnorodnikowej (emulsyjnej lub luzem)
- Brak produktów ubocznych kondensacji — brak wody uwalnianej podczas polimeryzacji
- Struktura amorficzna — brak ostrej temperatury topnienia, szerokie okno przetwarzania
- Niska absorpcja wilgoci (<0,5% ASTM D570) — stabilność wymiarowa w wilgotnym środowisku
- Temperatura ugięcia pod wpływem ciepła (HDT): 80–100°C (bez wypełnienia), do 120°C (gatunki stabilizowane termicznie)
- Doskonałe wykończenie powierzchni, łatwe do malowania, platerowania lub klejenia
- Ograniczona odporność chemiczna na ketony, estry i chlorowane rozpuszczalniki
Inżynieryjne tworzywo nylonowe
- Powstaje w wyniku polimeryzacji kondensacyjnej (stopniowej) — woda jest uwalniana jako produkt uboczny
- Struktura półkrystaliczna — ostra temperatura topnienia (220–265°C dla PA66)
- Wyższa temperatura pracy ciągłej: 120–150°C (PA66 bez wypełnienia)
- Wysoka absorpcja wilgoci (1–9% w zależności od gatunku) – wpływa na stabilność wymiarową
- Doskonała odporność chemiczna na węglowodory, paliwa i oleje smarowe
- Doskonała odporność na zmęczenie i zużycie — preferowana w przypadku przekładni i łożysk
- Wymaga suszenia przed obróbką (zwykle 4–8 godzin w temperaturze 80°C)
W praktyce ABS dominuje w elektronice użytkowej, wnętrzach pojazdów, obudowach urządzeń i zabawkach, gdzie priorytetami są jakość powierzchni, stabilność wymiarowa i łatwość operacji wtórnych (malowanie, galwanizacja). Inżynierskie tworzywo nylonowe , zwłaszcza PA66 i PA6 wypełnione szkłem, dominuje w podzespołach samochodowych pod maskami, obudowach elektronarzędzi i przekładniach przemysłowych – zastosowaniach wymagających wyższej odporności na ciepło i lepszej odporności na działanie paliwa i oleju.
Istnieje również duża kategoria Stopy ABS/nylonu (mieszanki ABS PA), w których dwa polimery są łączone razem z kompatybilizatorami w celu uzyskania równowagi pomiędzy wytrzymałością, odpornością chemiczną i wykończeniem powierzchni, których nie można uzyskać osobno dla żadnego materiału. Stopy te są stosowane w zewnętrznych elementach wykończeniowych samochodów i uchwytach elektronarzędzi.
Specjalne gatunki ABS i różnice w ich produkcji
Opisany powyżej standardowy ABS to dopiero punkt wyjścia. Producenci oferują dziesiątki gatunków specjalistycznych, z których każdy wymaga modyfikacji procesu polimeryzacji lub receptury:
ABS odporny na wysoką temperaturę
Osiągnięto to poprzez zastąpienie części styrenu komonomerami alfa-metylostyrenu (AMS) lub N-fenylomaleimidu (NPMI). Te sztywne pierścienie lub nieporęczne monomery zwiększają temperaturę zeszklenia matrycy SAN z około 105°C do 120–130°C , zwiększając użyteczność we wnętrzach pojazdów. Wysokotemperaturowy ABS jest coraz częściej pozycjonowany jako bezpośrednia alternatywa dla niektórych gatunków nylonowych tworzyw konstrukcyjnych w zastosowaniach, w których wymagana jest stabilność wymiarowa w podwyższonej temperaturze, ale należy zminimalizować wchłanianie wilgoci.
Ognioodporny ABS
Wytwarzany przez połączenie standardowego ABS z bromowanymi lub fosforowymi środkami zmniejszającymi palność i synergetykami trójtlenku antymonu. Aby spełnić wymagania, wymagane są ognioodporne gatunki ABS UL 94 V-0 przy grubości ścianki 1,5 mm, co jest obowiązkowe w przypadku większości obudów elektroniki. Dodatek środków zmniejszających palność zazwyczaj zmniejsza udarność o 15–25%, dlatego zawartość gumy i wielkość cząstek w preparatach FR-ABS często dostosowuje się w górę, aby to skompensować.
ABS klasy galwanicznej
Zaprojektowany do chromowania galwanicznego i wymaga bardzo szczegółowej kontroli morfologii cząstek gumy. Faza kauczuku butadienowego jest selektywnie wytrawiana kwasem chromowym podczas obróbki wstępnej, tworząc mikrochropowatą powierzchnię, która zakotwicza warstwę metalu. ABS klasy galwanicznej zazwyczaj ma wyższa zawartość butadienu (20–25%) i carefully controlled particle size distribution. Parts must be molded under tightly controlled conditions — any sink marks, flow lines, or residual stress will show through the plated surface as defects.
Przezroczysty ABS (MABS)
Konwencjonalny ABS jest nieprzezroczysty, ponieważ faza gumowa ma inny współczynnik załamania światła niż matryca SAN, rozpraszając światło. Gatunki przezroczyste — czasami nazywane MABS lub ABS-T — zastępują kauczuk butadienowy kauczukiem metakrylanu metylu, butadienu, styrenu (MBS), którego współczynnik załamania światła jest dopasowany do matrycy SAN. Rezultatem jest materiał z przepuszczalność światła 85–90% który nadal ma dobrą odporność na uderzenia, stosowany w opakowaniach kosmetycznych, dyfuzorach oświetleniowych i urządzeniach medycznych.
ABS do druku 3D (klasa FDM)
ABS był jednym z pierwszych materiałów zastosowanych w druku 3D metodą osadzania topionego (FDM) i pozostaje szeroko stosowany pomimo konkurencji ze strony PLA i PETG. ABS klasy FDM jest produkowany z tego samego polimeru bazowego, ale musi spełniać rygorystyczne wymagania dotyczące wskaźnika płynięcia ( zazwyczaj 5–20 g/10 min w 220°C/10 kg ), zawartość wilgoci (<0,1%) i jednorodność granulatu przed wytłaczaniem do włókna o średnicy 1,75 mm lub 2,85 mm z tolerancją ± 0,02 mm.
Kontrola jakości podczas produkcji ABS
Produkcja ABS podlega rygorystycznej kontroli jakości na każdym etapie, od czystości surowego monomeru po końcowe badanie granulatu. Poniżej przedstawiono kluczowe parametry jakościowe monitorowane podczas przemysłowej produkcji ABS:
| Własność | Metoda testowa | Typowy zakres dla ABS ogólnego przeznaczenia |
|---|---|---|
| Wskaźnik szybkości płynięcia (MFI) | ISO 1133 / ASTM D1238 | 5–30 g/10 min (220°C, 10 kg) |
| Siła uderzenia Izod (z karbem) | ISO 180 / ASTM D256 | 150–400 J/m |
| Wytrzymałość na rozciąganie przy zerwaniu | ISO 527 / ASTM D638 | 38–50 MPa |
| Moduł sprężystości | ISO 178 / ASTM D790 | 2000–2800 MPa |
| Temperatura ugięcia pod wpływem ciepła (HDT) | ISO 75 / ASTM D648 | 80–100°C przy 1,82 MPa |
| Zawartość wilgoci | Karl Fischer / Straty przy suszeniu | <0,2% (do przetworzenia) |
| Pozostała zawartość monomeru | Analiza przestrzeni nad roztworem GC | <100 ppm całkowitych LZO (klasy przeznaczone do kontaktu z żywnością) |
| Kolor (indeks zażółcenia) | ASTM E313 | <10 (naturalna biel) |
Rozmiar i rozkład cząstek gumy charakteryzuje się transmisyjną mikroskopią elektronową (TEM) lub dynamicznym rozpraszaniem światła (DLS) na etapie lateksu. Stopień szczepienia – frakcja SAN chemicznie związana z cząstkami gumy – jest mierzony poprzez ekstrakcję rozpuszczalnikiem i jest krytycznym parametrem zapewniającym dobrą kompatybilność pomiędzy fazami gumy i matrycy. Wydajność szczepienia poniżej ok 20–30% zazwyczaj skutkuje gorszą udarnością z powodu słabej przyczepności gumy do matrycy.
Względy środowiskowe w produkcji ABS
Produkcja ABS wiąże się z kilkoma wyzwaniami środowiskowymi, nad którymi branża pracuje od lat:
- Toksyczność akrylonitrylu: Akrylonitryl jest klasyfikowany jako substancja prawdopodobnie rakotwórcza dla człowieka (grupa 2A, IARC) i wymaga rygorystycznej kontroli emisji w zakładach polimeryzacji ABS. Limity narażenia w miejscu pracy są zwykle ustalane na poziomie 1–2 ppm TWA w większości jurysdykcji.
- Ścieki z procesu emulsyjnego: W procesie emulsji powstają znaczne ilości ścieków po koagulacji zawierających środki powierzchniowo czynne, środki koagulujące i śladowe monomery, które wymagają oczyszczania biologicznego przed odprowadzeniem.
- Możliwość recyklingu: ABS z technicznego punktu widzenia nadaje się do recyklingu (kod identyfikacyjny żywicy nr 7 lub czasami nr 9 w określonych systemach), ale strumienie zmieszanych odpadów z tworzyw sztucznych utrudniają zbieranie i sortowanie. Poprzemysłowy przemiał ABS jest rutynowo ponownie wykorzystywany do mieszania, ale wskaźniki recyklingu poużytkowego ABS na całym świecie pozostają niskie.
- Rozwój ABS na bazie biologicznej: Prowadzone są programy badawcze mające na celu produkcję akrylonitrylu na bazie biologicznej z propanu lub kwasu 3-hydroksypropionowego (bio-3-HPA), co zmniejszyłoby zależność ABS od propylenu pochodzącego z paliw kopalnych. Kilka firm, w tym Asahi Kasei i INEOS, ogłosiło pilotażowe programy bioAN od 2023 r.
- Porównanie z inżynieryjnym tworzywem nylonowym: Z punktu widzenia śladu węglowego inżynieryjne tworzywo nylonowe (PA6, PA66) i ABS mają podobny ślad węglowy „od kołyski do bramy” – około 5–7 kg CO2e na kg polimeru – chociaż dokładne wartości różnią się znacznie w zależności od źródła energii i wydajności produkcji. W celu uzyskania bardziej precyzyjnych wartości można skorzystać z baz danych LCA, takich jak ecoinvent 3.9 (2023).
Jak ABS jest przetwarzany po wyprodukowaniu
Gdy granulki ABS opuszczą linię mieszania, są przetwarzane przez dalsze konwertery w gotowe części. Trzy dominujące metody przetwarzania to formowanie wtryskowe, wytłaczanie i termoformowanie, z których każda wykorzystuje doskonałe właściwości ABS w zakresie przetwarzania w stanie stopionym.
Formowanie wtryskowe
Formowanie wtryskowe odpowiada za większość zużycia ABS. Przed obróbką ABS suszy się do wilgotności <0,1% (zwykle 2–4 godziny w temperaturze 80°C), a następnie topi się w beczce w temp. 200–240°C i injected into a steel mold under pressures of 50–150 MPa. Mold temperatures of 40–80°C are used depending on the required surface finish and cycle time. ABS shrinkage in the mold is typically 0,4–0,7% , znacznie niższe niż konstrukcyjne tworzywo nylonowe (0,8–2,0%), co upraszcza konstrukcję formy i zapewnia lepszą dokładność wymiarową.
Wytłaczanie
Arkusze i profile ABS produkowane są metodą wytłaczania jednoślimakowego lub dwuślimakowego. Grubość arkuszy waha się od 0,5 mm do 10 mm i jest szeroko stosowana w zastosowaniach termoformowania, w tym w wewnętrznych wyściółkach lodówek, skorupach bagażu i obudowach sprzętu medycznego. Wytłaczanie rur ABS jest stosowane w systemach wodno-kanalizacyjnych DWV w Ameryce Północnej, gdzie rury ABS konkurują z rurami PVC w oparciu o elastyczność instalacji w niższych temperaturach.
Termoformowanie
Arkusz ABS można łatwo formować termicznie w temperaturach 150–175°C , znacznie poniżej okna przetwarzania większości gatunków nylonowych tworzyw konstrukcyjnych. Termoformowany ABS stosowany jest do paneli wewnętrznych pojazdów, wyświetlaczy w punktach sprzedaży i wielkoformatowych obudów urządzeń przemysłowych. Materiał można rozciągać do stosunku głębokości do średnicy do 1:1 bez problemów z rozcieńczaniem w specjalistycznych operacjach formowania.
Globalny rynek ABS i główni producenci
Światowy rynek ABS wyceniono na ok 25–27 mld dolarów w 2022 r i is projected to grow at a CAGR of 4–5% through 2028, driven by automotive lightweighting, consumer electronics demand, and 3D printing adoption (MarketsandMarkets, Grand View Research, 2023). Asia-Pacific dominates production, with China, South Korea, and Taiwan accounting for over 65% światowej wydajności ABS .
Do czołowych światowych producentów ABS zaliczają się:
- INEOS Styrolution — największy na świecie producent styrenów, prowadzący działalność w zakresie ABS w Niemczech, Belgii i USA
- Chemia LG — główny producent ABS w Korei Południowej, zaopatrujący producentów OEM z branży motoryzacyjnej i elektronicznej na całym świecie
- SABIK — dostarcza specjalistyczne ABS i stopy ABS do zastosowań motoryzacyjnych i medycznych
- Firma Chi Mei (Tajwan) — jeden z największych producentów ABS w regionie Azji i Pacyfiku
- Przemysł Toray — produkuje stopy ABS i ABS/nylonu technicznego do zastosowań o wysokich parametrach użytkowych
- Trinseo — Północnoamerykański i europejski producent ABS skupiający się na elektronice i medycynie
W segmencie konstrukcyjnych tworzyw nylonowych do głównych konkurentów ABS w nakładających się obszarach zastosowań należą BASF (Ultramid PA6 i PA66), DuPont (nylon Zytel) i Lanxess (Durethan), z których wszyscy oferują gatunki wypełnione szkłem, które stanowią wyzwanie dla wzmocnionego ABS pod względem odporności na ciepło i sztywności.
Często zadawane pytania dotyczące produkcji ABS
Co oznacza ABS w plastiku?
ABS oznacza Akrylonitryl-butadien-styren . Każde słowo odnosi się do jednego z trzech monomerów, z których wykonany jest polimer: akrylonitryl (A), butadien (B) i styren (S). Materiał nazywa się terpolimerem, ponieważ zawiera trzy różne chemiczne elementy składowe, a nie jeden (homopolimer) lub dwa (kopolimer).
Czy ABS jest tworzywem termoplastycznym czy termoutwardzalnym?
ABS to A termoplastyczny . Oznacza to, że mięknie i płynie po podgrzaniu powyżej temperatury zeszklenia (około 105°C), a po ochłodzeniu ponownie twardnieje, nie ulegając żadnym przemianom chemicznym. Takie zachowanie umożliwia ponowne przetworzenie i recykling ABS. W przeciwieństwie do materiałów termoutwardzalnych, takich jak żywice epoksydowe lub fenolowe, które podczas utwardzania trwale sieciują i nie można ich przetapiać.
Jaka jest różnica między ABS w emulsji a ABS w masie?
Emulsja ABS powstaje w wyniku polimeryzacji trzech monomerów w wodnym układzie emulsyjnym, co pozwala na bardzo precyzyjną kontrolę wielkości cząstek gumy i wytwarza ABS o doskonałej udarności. Masowy (masowy) ABS rozpuszcza gumę bezpośrednio w mieszaninie monomerów bez użycia wody, co daje lepszy kolor i niższy poziom resztkowych monomerów ale nieco mniejszą siłę uderzenia. Większość dostępnych na rynku ABS jest wytwarzana w procesie polimeryzacji emulsyjnej, ale do zastosowań medycznych i mających kontakt z żywnością preferowane są gatunki luzem.
Jak ABS wypada w porównaniu z nylonowym tworzywem konstrukcyjnym pod względem wytrzymałości?
ABS ogólnego przeznaczenia ma wytrzymałość na rozciąganie 38–50 MPa i moduł zginania 2000–2800 MPa. Niewypełniony inżynieryjne tworzywo nylonowe (PA66) ma podobną wytrzymałość na rozciąganie (kondycjonowany 80 MPa), ale wilgoć ma na niego znaczący wpływ i spada do 50–60 MPa po zrównoważeniu przy wilgotności względnej 50%. Nylon wypełniony włóknem szklanym (30% GF PA66) osiąga wytrzymałość na rozciąganie 180–200 MPa i moduł sprężystości 9 000–11 000 MPa, znacznie przekraczając standardowy ABS. ABS wypełniony włóknem szklanym osiąga jedynie 75–100 MPa na rozciąganie i moduł zginania 5 000–7 000 MPa, co czyni go słabszym konstrukcyjnie niż równoważny nylon wypełniony włóknem szklanym.
Dlaczego ABS z czasem zmienia kolor na żółty?
ABS żółknie, ponieważ faza kauczuku butadienowego jest podatna na działanie Utlenianie wywołane promieniowaniem UV . Podwójne wiązania w łańcuchach polibutadienu reagują z tlenem i światłem UV, tworząc produkty degradacji chromoforowej (grupy karbonylowe i hydroksylowe), które absorbują widmo widzialne, powodując żółte lub brązowe przebarwienia. Stabilizatory UV (HALS – stabilizatory światła w postaci amin z przeszkodą przestrzenną – i pochłaniacze UV) dodaje się do ABS do stosowania na zewnątrz, aby spowolnić ten proces. Uniepalnione i stabilizowane termicznie gatunki ABS są również bardziej podatne na żółknięcie w wyniku interakcji układów stabilizatorów z fazą gumową w temperaturach przetwarzania.
Czy ABS można poddać recyklingowi?
Tak, ABS można poddać recyklingowi mechanicznemu. Poprzemysłowy przemiał ABS jest rutynowo poddawany ponownemu przetwarzaniu w operacjach mieszania przy minimalnej utracie właściwości, jeśli wilgotność jest kontrolowana, a historia termiczna nie jest nadmierna. Pokonsumencki recykling ABS jest trudniejszy ze względu na zanieczyszczenie, mieszanie się z innymi tworzywami sztucznymi i utratę udarności z powodu degradacji kauczuku butadienowego podczas eksploatacji. Chemiczny recykling ABS – rozbicie go na składowe monomery – jest technicznie możliwy w drodze pirolizy, ale pozostaje kosztowny i od 2024 r. nie został jeszcze powszechnie wprowadzony na rynek.
Jaka jest różnica między ABS i HIPS?
Polistyren wysokoudarowy (HIPS) wytwarzany jest przy użyciu podobnego mechanizmu hartowania gumy jak ABS — kauczuk polibutadienowy rozproszony w matrycy polistyrenowej — ale bez akrylonitrylu. W rezultacie HIPS ma niższą wytrzymałość na rozciąganie (25–35 MPa w porównaniu z 38–50 MPa dla ABS), gorszą odporność chemiczną i niższą temperaturę ugięcia pod wpływem ciepła, ale jest znacznie tańszy. HIPS stosuje się tam, gdzie najważniejsza jest cena (opakowania jednorazowe, ekspozycje w punktach sprzedaży), natomiast ABS jest preferowany tam, gdzie liczy się wydajność.
Jaka jest rola kopolimeru szczepionego w ABS?
Kopolimer szczepiony – łańcuchy SAN chemicznie związane z powierzchnią cząstek kauczuku polibutadienowego – działa jak kompatybilizatora pomiędzy fazą gumy i matrycy . Bez szczepienia cząstki gumy byłyby po prostu niekompatybilne z matrycą SAN i raczej wyciągałyby się pod wpływem naprężenia, zamiast odkształcać się w celu pochłaniania energii. Szczepiona powłoka SAN fizycznie łączy dwie fazy, zapewniając efektywne przenoszenie naprężeń z matrycy na cząstki gumy podczas uderzenia, umożliwiając działanie rozpraszających energię mechanizmów kawitacji i pękania.
Jak wykorzystuje się ABS w przemyśle motoryzacyjnym?
ABS jest szeroko stosowany we wnętrzach samochodów: tablice przyrządów, panele drzwi, osłony słupków, obudowy lusterek wewnętrznych i oparcia siedzeń. Do elementów wykończenia zewnętrznego, w tym obramowań osłony chłodnicy, klamek drzwi i osłon lusterek, zastosowano galwanizowany ABS. W obudowach złączy elektrycznych i pokrywach skrzynek bezpieczników zastosowano ognioodporny ABS. W wielu z tych zastosowań ABS bezpośrednio konkuruje inżynieryjne tworzywo nylonowe (PA6, PA66), do wyboru w zależności od wymaganej odporności cieplnej, narażenia chemicznego i specyfikacji wykończenia powierzchni każdej części.
Co się stanie, jeśli ABS nie zostanie wysuszony przed obróbką?
ABS pochłania wilgoć z atmosfery, zwykle osiągając wilgotność 0,2–0,3% w równowadze w warunkach otoczenia. W przypadku obróbki bez suszenia wilgoć odparowuje w gorącej beczce i tworzy się ślady odprysków, srebrne smugi i pęcherzyki na powierzchni na formowanej części. W ciężkich przypadkach hydrolityczna degradacja matrycy SAN może zmniejszyć masę cząsteczkową, trwale obniżając udarność i lepkość stopu. Standardową praktyką jest suszenie granulatu ABS w temperaturze 80°C przez 2–4 godziny w suszarce osuszającej do poziomu wilgotności poniżej 0,1% przed obróbką. Wymagania dotyczące suszenia są podobne, ale mniej rygorystyczne niż w przypadku nylonowego tworzywa konstrukcyjnego, które należy suszyć dokładniej (4–8 godzin w temperaturze 80–90°C) ze względu na większą absorpcję wilgoci.
Mob: +86-15867822829
Tel: +86-0574-62538663
Fax: +86-0574-62530664
E-mail: 
Podążaj za nami
Dom
