АБС-пластик - свойства, применение, технология производства

Информация о торгах полимерными материалами

Марка
Пос. цена
Изм.
% Изм.

Смотреть все марки >
Марка 1РУБ.
1 месяц3 месяца6 месяцев1 годвсё время
    Россия

    АБС-пластик (акрилонитрил бутадиен стирол)

    АБС-пластик (акрилонитрил бутадиен стирол)

    АБС-пластик (акрилонитрил бутадиен стирол) – ударопрочная техническая термопластическая смола на основе сополимера акрилонитрила с бутадиеном и стиролом (название пластика образовано из начальных букв наименований мономеров). Обозначения: ABS; сополимер акрилонитрила, стирола и бутадиена; АБС сополимер. Его химическая формула (C8H8)x·(C4H6)y·(C3H3N)z, а пропорции могут варьироваться в пределах 15 – 35% акрилонитрила, 5 – 30% бутадиена и 40 – 60% стирола. Ниже приведены химические формулы мономеров, из которых производится рассматриваемый пластик:

    В CAS приведены свойства компаунда. Так, температура плавления составляет 230°C, а плотность 1,04 г/см3.

    Гранулы АБС-пластика выглядят следующим образом:

    Росту популярности и все более широкому распространению АБС-пластик обязан тому набору технических характеристик, которыми он обладает. Основными свойствами, влияющими на востребованность материала на рынке, являются:

    • Высокие показатели износостойкости и прочности в сочетании с эластичностью

    • Долговечность при условии эксплуатации без воздействия ультрафиолетовых лучей

    • Высокая сопротивляемость воздействию моющих средств и щелочных составов

    • Устойчивость к воздействию влаги, кислот, масел

    • В нормальных условиях материал не токсичен

    • Может эксплуатироваться при температурах от -40°C до +90°C с сохранением технических характеристик

    • В чистом виде имеет матовую поверхность желтоватого оттенка, но при помощи пигментных добавок может окрашиваться в любые цвета и становиться прозрачным

    • Легкость обработки различными методами (ручное шлифование, механическая полировка, химическое сглаживание и другое)

    • Высокая механическая прочность

    С другой стороны, против такого количества значимых показателей выступает некоторое количество минусов материала:

    • Резкий, сильный запах плавящегося пластика

    • Сложность в использовании (для плавления необходима температура около 230°C)

    • Деформация по мере охлаждения (сжимание)

    • Расслаивание при неравномерном остывании изделия

    Что касается химических свойств, то отмечается, что рассматриваемый материал растворяется в исключительном числе жидкостей: ацетон, бензол, анилин, эфир и анизол.

    Далее рассмотрим основные химические происходящие в производственном цикле получения АБС-сополимера суспензионным методом.

    Итак, полимеризация бутадиена-1,3 происходит с образованием латекса, в присутствии инициатора персульфата калия и эмульгатора (солей жирных кислот ряда С₁₀-С₁₆.)

    Сополимеризация стирола и акрилонитрила протекает в суспензии в процесе прививанитя к полибутадиену в присутствии персульфата калия.

    Далее осуществляется прививка сополимера стирола и акрилонитрила к полибутадиену. Готовый привитый сополимер акрилонитрилбутадиенстирола, химическая формула продукта реакции нарисована условно с упрощениями, для наглядности.

    АБС-пластики (АБС- сополимеры) представляют собой сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола, получаемые привитой сополимеризацией стирола и акрилонитрила к батадиену. Производство же АБС-сополимера осуществляют эмульсионным способом в 2 стадии. На первой стадии производят полимеризацию бутадиена, на второй - сополимеризацию стирола и акрилонитрила и прививку полученного полимера к полибутадиену.

    Процессы сополимеризации и полимеризации происходят в присутствии индикаторов: персульфатов и окислительно-восстановительных систем, в количестве от 0.1% до 0,5%. Эмульгаторов: солей жирных кислот и сульфокислот, от 1% до 3% при температуре 40-50ºС. В реакционную смесь добавляют регуляторы pH, регуляторы поверхностного натяжения, пеногасители (одноатомные спирты), регуляторы молекулярного веса (меркаптаны). Количество регуляторов зависит от заданных свойств полимера, условий полимеризации и колеблется от 0,1% до 0,5%.

    Технологический процесс производства АБС сополимера эмульсионным методом состоит из трех этапов.

    Первый этап включает в себя подготовку исходного сырья, полимеризацию бутадиена, отделение непрореагировавшего бутадиена. Во второй этап входит лишь процесс сополимеризации. В третий – высаживание сополимера из латекса, отжим и промывка сополимера, сушка сополимера.

    Обратимся к схеме производства АБС-пластика:

    1 – реактор полимеризации;

    2,7,8 – мерники;

    3 – холодильник;

    4 – отпарная колонна;

    5 – промежуточная емкость;

    6 – реактор полимеризации;

    9 – высадитель;

    10 – центрифуга;

    11 – ловушка;

    12 – сушилка с кипящим слоем.

    В реактор полимеризации 1, представляющем собой автоклав, снабженный рубашкой, мешалкой и обратным холодильником 3, дозируется деминерализованная вода и при перемешивании добавляется эмульгатор, добавляется водный раствор инициатора и жидкий бутадиен. Производят нагрев реакционной смеси до 50ºС и выдерживают ее в течение 5-6 часов до 75%-го превращения.

    Нормы загрузки компонентов на данной стадии: бутадиен - 100 (мас. ч), вода - 200 (мас. ч.), Соль жирных кислот ряда С₁₀-С₁₆ - 2 (мас. ч.), Персульфат Калия 0,5 (мас. ч.)

    В соответствии со второй стадией проводится сополимеризация акрилонитрила и прививание к полибутадиену, получение АБС-сополимера в виде суспензии:

    Непрореагировавший бутадиен удаляется в отпарной колонне 4, а латекс полибутадиена через промежуточную емкость 5 подается на сополимеризацию. В реактор сополимеризации 6 загружают деминерализованную воду и примешивают эмульгатор, водный раствор инициатора и из мерников - 7,8: стирол и акрилонитрил соответственно. Далее в рубашку реактора подают горячую воду и нагревают реакционную массу до 40ºС, в нее добавляют массу полибутадиена, массу догревают до 50ºС. Продолжительность последующей сополимеризации стирола с акрилонитрилом и дальнейшей их прививки к полибутадиену состовляют 6 часов в присутствии регулятора молекулярной массы. Нормы загрузки компонентов на данной стадии: полибутадиеновый латекс (30%) - 210 (мас. ч.), стирол - 70 (мас. ч.), акрилонитрил - 30 (мас. ч.), вода деминерализованная - 400 (мас. ч.), соль жирных кислот ряда С₁₀-С₁₆ - 2,5 (мас. ч.), Персульфат калия - 0,5 (мас. ч.).

    Далее происходит осаждение суспензии сополимера, промывка и сушка.

    Образовавшуюся тонкодисперсную суспензию сополимера подают в высадитель 9, в котором под действием коагулянтов (алюмокалиевых квасцов) при нагревании острым паром до температур 95ºС происходит разрушение латекса и выделение полимера, затем масса поступает на отжим в центрифугу 10, в которой одновременно производится промывка сополимера водой. Влажный сополимер высушивается потоком азота при 120ºС в сушилке 12 кипящим слоем до остаточной влажности не более 0,4%.

    Также известен способ получения АБС-сополимеров, согласно которому стирол и акрилонитрил полимеризуют в присутствии предварительно полученного латекса каучука на основе полибутадиена с образованием привитого сополимера. Процесс прививки протекает в водно-эмульсионной среде в присутствии инициатора-персульфата калия и регулятора молекулярной массы трет-додецилмеркаптана (ТДДМ) при 50 ºС в атмосфере азота до 100%-ной конверсии. К концу процесса вводят антиоксидант фенольного типа для предотвращения окислительной деструкции при сушке. Латекс полученного привитого АБС-сополимера коагулируют добавлением водного раствора хлорида кальция (коагулянт), выделившийся привитой сополимер промывают водой и сушат.

    Недостатками данного способа являются длительность процесса, связанная с проведением полимеризации при низких температурах (50 ºС) и доведением конверсии мономеров до 100% (известно, что именно при высокой конверсии, особенно выше 95%, процесс полимеризации стирола и акрилонитрила резко замедляется); неприятный запах полученного привитого АБС-сополимера при температурах переработки (> 180 ºС) или при повышенных температурах эксплуатации изготовленных из него изделий, что связано с использованием при полимеризации в качестве регулятора ММ ТДДМ. Остаточный ТДДМ, являющийся достаточно высокомолекулярным соединением, и его низкомолекулярные продукты присоединения после промывки и сушки остаются в полученном АБС-сополимере.

    Известен также способ получения АБС-сополимеров сополимеризацией стирола и акрилонитрила в водно-эмульсионной среде в присутствии предварительно полученного латекса полибутадиенового каучука (полибутадиен или сополимер бутадиена со стиролом) под действием инициатора радикального типа в присутствии поверхностно-активных веществ и регулятора ММ-третичного бутилмеркаптана. Процесс сополимеризации проводят при 0-100 ºС, предпочтительно при 60 ºС, в отсутствии кислорода в течение 6,5 ч. Выход сополимера 80,3%. Полученный латекс привитого сополимера коагулируют разбавленным раствором Al2(SO4)3 при 92oC, промывают водой при комнатной температуре и сушат.

    Использование в процессе в качестве регулятора молекулярной массы третичного бутилмеркаптана, который достаточно летуч (температура кипения 64,2oC), позволяет сравнительно легко удалить его из латекса при вакуумной обработке. Поэтому полученный АБС-сополимер имеет слабый запах (4,6 балла по десятибалльной шкале).

    Недостатком процесса является низкий выход сополимера (80,3%), что обусловлено необходимостью проведения процесса при достаточно низкой температуре ввиду применения низкокипящего регулятора молекулярной массы.

    Естественно, в зависимости от способов производства и назначения АБС-пластиков существует большое количество их маркировок. Так, компанией ПАО «СИБУР холдинг» представлены следующие маркировки рассматриваемого материала:

    АБС 2020-31 - “высший сорт”, предназначен для корпусных и конструкционных деталей автомобильной, радиотехнической, приборостроительной промышленности.

    АБС 2020-60 - автомобиле- и приборостроение: для изделий с повышенными требования к антистатическим свойствам.

    АБС 2020-32 - изделия технического назначения и детали автомобилестроения с повышенными требованиями к термо- , свето- и атмосферостойкости.

    Рассмотрим характеристики данных марок.

    Наименование показателя

    АБС 2020-31 (высший сорт)

    АБС 2020-60

    АБС 2020-32

    Ударная вязкость, кДж/м2

    24,5

    10,8

    24,2

    Предел текучести при растяжении, Мпа (не менее)

    38,2

    29,4

    38,2

    Теплостойкость по Вика, oC

    97

    80

    22

    Относительное удлинение при разрыве %

    22

    15

    97

    Показатель текучести расплава г/10 мин

    не менее 5
    в пределах 12

    не менее 6

    не менее 12-14
    не более 14-17

    Массовая доля влаги и летучих компонентов % не более

    0,28

    0,3

    0,3

    В последующей таблице указаны свойства трех среднеценовых марок АБС-пластиков, производимых компанией ПАО “СИБУР холдинг”.

    АБС 20-31 М - изделия технического назначения и детали автомобилестроения с повышенными требованиями к термостойкости и атмосферостойкости.

    АБС-С - марка с повышенной стойкостью к горению для изготовления корпусов приборов, технических изделий.

    АБС 1030-31 - марка с повышенной текучестью и блеском для изделий технического назначения, внутренних деталей холодильников, детских игрушек, ТНП (товаров народного потребления), изделий, контактирующих с продуктами питания.

    Наименование показателя

    АБС 2020-31 M

    АБС-С

    АБС 1030-31

    Ударная вязкость, кДж/м2 (не менее)

    24

    5

    12

    Предел текучести при растяжении, МПа (не менее)

    38.2

    30

    35.3

    Относительное удлинение при разрыве, %

    22

    8

    35.3

    Теплостойкость по Вика, oC (не ниже)

    97

    95

    88

    Показатель текучести расплава, г/10 мин

    Не менее 10

    В пределах 14-16

    Не менее 7

    Не менее 30

    Индивидуальные св-ва

    Температура изгиба под нагрузкой 96°с

    Категория стойкости к горению ПВ-0

    Блеск 80%

    Массовая доля влаги и летучих компонентов, % (не более)

    0,3

    0,3

    0,3

    Далее в таблице указаны свойства четырех конструкционных и высокопрочных марок АБС-пластика, производимых компанией ПАО “СИБУР холдинг”.

    Дискар Э60 - для профильно-погонажных изделий технического назначения для деталей автомобилей, полученных методом вакуумформования листа.

    Дискар В30 - для конструкционных деталей внешней отделки автомобилей (спойлеры, крышки капота, двери багажника); для деталей автомобилей, полученных методом вакуумформования листа.

    Дискар Т30 и Дискар Т60 - для изготовления деталей полученных методом вакуумформования листа, использованных для внутренней отделки вагонов пассажирских поездов с повышенной стойкостью к горению.

    Наименование показателя

    Дискар Э60

    Дискар В30

    Дискар Т30

    Дискар Т60

    Ударная вязкость, кДж/м2 (не менее)

    25

    20

    12

    30

    Предел текучести при растяжении, МПа (не менее)

    50

    40

    45

    50

    Относительное удлинение при разрыве, %

    50

    30

    25

    30

    Температура изгиба под нагрузкой 1,8 МПа, oC (не рекомендуется)

    100

    100

    100

    100

    Показатель текучести расплава, г/10 мин
    260 С Р=10кгс

    7-18

    2-6

    4

    15

    Стойкость к горению

    -

    -

    ПВ-0

    ПВ-0

    Ниже указаны свойства двух прочих марок АБС-пластиков, производимых компанией ПАО “СИБУР холдинг”.

    АБС 1106-31 “высший сорт” - для использования в производстве кампаунда АБС-ПК.

    АБС 2802-31 “высший сорт” - марка с высокими деформационными свойствами и ударопрочностью для изготовления изделий технического назначения, полученных методами пневмо- и вакуумформования листа.

     

    Наименование показателя

    АБС 1106-31

    АБС 2802-31

    Ударная вязкость, кДж/м2 (не менее)

    19,6

    34,3

    Предел текучести при растяжении, МПа (не менее)

    38.2

    36,3

    Относительное удлинение при разрыве, %

    25

    30

    Теплостойкость по Вика, oC (не ниже)

    96

    95

    Показатель текучести расплава, г/10 мин

    1-3

    1,3-3

    Массовая доля влаги и летучих компонентов, % (не более)

    0,3

    0,3

     

    Существует также модификация МАБС, которая представляет собой АБС-пластик с добавлением метилметакрилата (основной компонент оргстекол). МАБС довольно сильно распространен как филамент для 3D печати на двух экструзионных принтерах (способных печатать одновременно двумя типами пластика), нужен для получения прозрачных включений в структуре материала. Требуется уточнить, что просто добавление метилметакрилатных включений в структуру модели затруднено тем, что метилметакрилат плохо приспособлен для обработки экструзией, а также не может создать монолитной структуры вследствие плохого слипания слоев метилметакрилата и АБС-пластика.

    Широкое применение рассматриваемого материала обусловлено вариациями его производства, превосходных технических характеристик и регулируемостью свойств. Так, пластик встречается в автомобильной панели приборов, панелях внутренней и внешней отделки, рулевого управления, в дверных замках, бамперах и воздуховодах. Не обходя электронику пластик применим и в холодильниках, и телевизорах, стиральных машинках, кондиционерах, копировальных аппаратах и прочем.

    Что касается сферы строительных материалов, то здесь пользуется спросом сантехника и декоративные плиты с применением АБС-пластика.

    Кроме того, из-за своих характеристик пластик применяют при изготовлении изделий, которые должны быть не только привлекательны по внешнему виду, но и быть приятными по ощущениям. Так, его используют при производстве оборудования для оргтехники, корпусов телефонов, корпусов для компьютеров и тд.

    Также рассматриваемый материал встречается в производстве лодок, мебели, выключателей, розеток, вилок, удлинителей, канцелярских изделий, музыкальных инструментов, игрушек, детских конструкторов, чемоданов, контейнеров, смарт-карт и многом другом.

    Следует отметить, что АБС-пластик в последнее время очень популярен в экструзионных 3D-принтерах благодаря своей температуре стеклования (она достаточно высокая, чтобы не возникало деформаций при небольшом нагреве в бытовых условиях, но и достаточно низкая для безопасной экструзии с помощью стандартных инструментов).