منوی وب

جستجوی محصول

زبان

سهم

خانه / خبر / اخبار صنایع / اکریلونیتریل بوتادین استایرن چگونه ساخته می شود | راهنمای پلاستیک ABS
اخبار صنایع

اکریلونیتریل بوتادین استایرن چگونه ساخته می شود | راهنمای پلاستیک ABS

اکریلونیتریل بوتادین استایرن چگونه ساخته می شود: فرآیند کامل ساخت

اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) از طریق فرآیندی به نام تولید می شود امولسیون یا پلیمریزاسیون جرمی پیوسته که در آن سه مونومر - آکریلونیتریل، بوتادین و استایرن - به صورت شیمیایی به یک ترموپلاستیک مقاوم و مقاوم در برابر ضربه متصل می شوند. نتیجه یکی از پرکاربردترین پلاستیک های مهندسی در جهان است که در همه چیز از داشبورد ماشین گرفته تا آجر لگو یافت می شود. نزدیکترین رقیب ساختاری آن در بسیاری از کاربردهای صنعتی است مهندسی پلاستیک نایلونی ، به ویژه نایلون 6 و نایلون 6/6، اگرچه این دو به طور قابل توجهی در نحوه ساخت و عملکرد آنها متفاوت هستند.

برای درک نحوه تولید ABS، دانستن اینکه هر یک از سه مونومر آن چه نقشی دارند کمک می کند: اکریلونیتریل مقاومت شیمیایی و حرارتی را ایجاد می کند. بوتادین چقرمگی و مقاومت ضربه ای در دمای پایین را ارائه می دهد. و استایرن به مواد استحکام، پوشش سطحی و سهولت پردازش را می دهد. نسبت نسبی این سه جزء - معمولاً در اطراف 20-30٪ اکریلونیتریل، 5-30٪ بوتادین، و 40-60٪ استایرن - می توان آن را به گونه ای تنظیم کرد که خواص پلاستیک نهایی را برای نیازهای مصرف نهایی خاص تنظیم کند.

این مقاله شیمی و مهندسی گام به گام پشت تولید ABS، تفاوت آن با سایر پلاستیک های مهندسی از جمله نایلون و چه عواملی بر کیفیت و عملکرد ماده نهایی را پوشش می دهد.

سه مونومر خام و از کجا آمده اند

تولید ABS در سطح مونومر آغاز می شود. هر یک از این سه ماده خام از مواد اولیه پتروشیمی به دست می آیند و قبل از ورود به راکتور پلیمریزاسیون ABS به زنجیره تامین اختصاصی خود نیاز دارند.

اکریلونیتریل (AN)

اکریلونیتریل در درجه اول از طریق تولید می شود فرآیند سوهیو (سوهیو آموکسیداسیون). ، که در آن پروپیلن با آمونیاک و اکسیژن روی یک کاتالیزور در دمای 400-510 درجه سانتیگراد واکنش می دهد. ظرفیت تولید جهانی اکریلونیتریل فراتر رفت 7 میلیون تن در سال طبق گزارش های اخیر صنعت (IHS Markit، 2023). در ABS، محتوای اکریلونیتریل مستقیماً مسئول مقاومت شیمیایی در برابر روغن‌ها، گریس‌ها و اسیدهای رقیق است و همچنین دمای انحراف حرارتی قطعه نهایی را افزایش می‌دهد.

بوتادین (BD)

بوتادین محصول جانبی ترک خوردگی نفتا یا اتان با بخار است که برای تولید اتیلن استفاده می شود. از برش C4 خروجی کراکر بازیابی و خالص سازی می شود. پیوندهای دوگانه بوتادین آن را در پلیمریزاسیون با رادیکال آزاد بسیار واکنش پذیر می کند و فاز لاستیک پلی بوتادین (PBR) که در ABS تشکیل می دهد، چقرمگی و مقاومت در برابر ضربه را به ماده می بخشد - حتی در دماهای پایین -40 درجه سانتی گراد . این عملکرد در دمای پایین یکی از زمینه‌هایی است که ABS نسبت به بسیاری از نمرات پلاستیک نایلونی مهندسی بهتر عمل می‌کند، که می‌تواند در محیط‌های سرد شکننده شود مگر اینکه به طور خاص اصلاح شود.

استایرن (SM)

استایرن از هیدروژن زدایی اتیل بنزن تولید می شود که خود از بنزن و اتیلن ساخته شده است. ظرفیت جهانی استایرن تقریباً برابر است 35-38 میلیون تن متریک در سال (ICIS، 2023)، آن را به یکی از فراوان ترین واسطه های پتروشیمی در جهان تبدیل می کند. در ABS، استایرن مونومر غالب وزن است و مسئول سفتی، براقیت و پردازش عالی مواد در قالب گیری تزریقی و اکستروژن است.

دو روش تولید اولیه برای ABS

دو مسیر صنعتی اصلی برای ساخت ABS وجود دارد: پلیمریزاسیون امولسیونی و پلیمریزاسیون توده ای (توده ای) پیوسته . روش سوم که کمتر رایج است، پلیمریزاسیون سوسپانسیون است. هر روش ABS را با ویژگی‌های مورفولوژیکی تا حدودی متفاوت تولید می‌کند و هر دو امروزه در استفاده تجاری باقی مانده‌اند.

پلیمریزاسیون امولسیونی (متداول ترین)

پلیمریزاسیون امولسیونی پرکاربردترین فرآیند صنعتی برای تولید ABS است و بیشترین تولید جهانی را به خود اختصاص می دهد. در دو مرحله انجام می شود:

  1. مرحله 1 - سنتز لاتکس پلی بوتادین: مونومر بوتادین در آب با یک سورفکتانت امولسیون شده و با استفاده از یک آغازگر رادیکال آزاد (معمولاً پرسولفات ها یا سیستم های ردوکس) در دمای 50 تا 80 درجه سانتی گراد پلیمریزه می شود تا ذرات لاتکس لاستیک پلی بوتادین را تشکیل دهد. اندازه ذرات به دقت کنترل می شود، معمولاً در محدوده 100-400 نانومتر ، زیرا این امر مستقیماً بر خواص ضربه ای ABS نهایی تأثیر می گذارد. ذرات کوچکتر براقیت بالاتری دارند اما قدرت ضربه کمتری دارند. ذرات بزرگتر چقرمگی بالاتری تولید می کنند.
  2. مرحله 2 - کوپلیمریزاسیون پیوند: لاتکس پلی بوتادین با مونومرهای آکریلونیتریل و استایرن همراه با آغازگر و امولسیفایر اضافی مخلوط می شود. مونومرهای استایرن و آکریلونیتریل از طریق پیوند رادیکال آزاد بر روی سطوح ذرات لاستیک پلیمریزه می شوند و همچنین زنجیره های کوپلیمر آزاد SAN (استایرن-اکریلونیتریل) را در محلول تشکیل می دهند. نتیجه یک ساختار پیچیده دو فازی است: ذرات لاستیکی پوشش داده شده با SAN پیوند شده، پراکنده در یک ماتریس SAN پیوسته.
  3. مرحله 3 - انعقاد و خشک کردن: لاتکس با افزودن مواد منعقد کننده (اسیدها یا نمکها) برای ایجاد لخته شدن ذرات بی ثبات می شود. سپس کیک مرطوب شسته، آبگیری و خشک می شود تا پودر یا خرده ABS تولید شود که بعداً ترکیب شده و گلوله می شود.

یک مزیت کلیدی پلیمریزاسیون امولسیونی کنترل دقیق اندازه ذرات لاستیک و چگالی پیوند است که به تولیدکنندگان اجازه می دهد تا قدرت ضربه و ظاهر سطح را به خوبی تنظیم کنند. با این حال، این فرآیند آب فشرده است و پساب تولید می کند که باید تصفیه شود.

پلیمریزاسیون جرمی (توده ای) پیوسته

پلیمریزاسیون جرمی پیوسته - همچنین به عنوان فرآیند انبوه یا فرآیند محلول - لاستیک پلی بوتادین را مستقیماً در مخلوطی از مونومرهای استایرن و اکریلونیتریل بدون آب حل می کند. با ادامه پلیمریزاسیون، لاستیک محلول دچار وارونگی فاز می شود: آنچه به عنوان لاستیک در محلول مونومر شروع می شود، با افزایش تبدیل به ذرات لاستیکی گسسته تبدیل می شود که در یک ماتریس SAN جامد پراکنده می شوند. این فرآیند توسط چندین تولید کننده بزرگ از جمله INEOS Styrolution و Trinseo استفاده می شود و ABS را با سطوح مونومر باقیمانده پایین تر و better color consistency than emulsion-produced grades, making it well suited for medical and food-contact applications.

در مقایسه با پلیمریزاسیون امولسیونی، فرآیند حجیم فاضلاب تولید نمی کند، اما کنترل مورفولوژی ذرات لاستیک سخت تر است و معمولا ABS با مقاومت ضربه ای کمی کمتر تولید می کند. بسیاری از تولیدکنندگان امولسیون-ABS و bulk-SAN را برای دستیابی به ترکیبی از عملکرد ضربه و وضوح بصری ترکیب می‌کنند.

ریزساختاری که باعث می شود ABS کار کند

چیزی که ABS را از پلاستیک های ساده تر مانند پلی استایرن یا نایلون همه منظوره متمایز می کند، آن است مورفولوژی دو فازی : یک ماتریس شیشه ای سفت و سخت از کوپلیمر استایرن-اکریلونیتریل (SAN) با ذرات لاستیک پراکنده در سراسر. هنگامی که ضربه یا ترک سعی در انتشار در مواد دارد، با ذرات لاستیک مواجه می شود که به عنوان جاذب انرژی عمل می کنند. ذرات لاستیک حفره می کنند (حفره های داخلی کوچکی تشکیل می دهند) و باعث تغییر شکل پلاستیک می شوند - مکانیزمی به نام سفت شدن لاستیک - که انرژی شکستگی را از بین می برد و از شکست شکننده جلوگیری می کند.

این مکانیسم سفت شدن لاستیک به خوبی درک شده است و به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است. با توجه به Bucknall (1977) و بعداً توسط مطالعات TEM متعدد تأیید شد، اثربخشی سفت شدن لاستیک در ABS به موارد زیر بستگی دارد:

  • اندازه ذرات لاستیک (محدوده بهینه: 0.1-1.0 میکرومتر)
  • درجه پیوند بین لاستیک و ماتریس SAN
  • محتوای لاستیک (معمولاً 15 تا 25 درصد وزنی ABS نهایی)
  • چگالی اتصال متقابل در فاز لاستیکی
  • سازگاری بین لاستیک پیوند شده و ماتریس SAN

این مهندسی ریزساختار یکی از دلایلی است که ABS نسبت به پلاستیک‌های کالایی دارای بالاترین قیمت است و به دانش ساخت بسیار پیچیده‌تری نسبت به پلیمرهای چگالشی ساده نیاز دارد. مهندسی پلاستیک نایلونی .

ترکیب، پلت کردن، و یکپارچه سازی افزودنی

پودر ABS خام یا خرده نان از راکتور پلیمریزاسیون هنوز محصول نهایی نیست. باید از طریق a مرحله ترکیب ، که در آن با طیف وسیعی از مواد افزودنی مذاب مخلوط می شود تا خواص نهایی مطلوب حاصل شود. این کار معمولاً بر روی یک اکسترودر دو مارپیچ که در دمای مذاب کار می کند انجام می شود 200-240 درجه سانتیگراد .

افزودنی های متداول در ترکیب ABS و عملکرد آنها
نوع افزودنی بارگیری معمولی (%) عملکرد در ABS
تثبیت کننده های حرارتی 0.1-0.5 جلوگیری از تخریب لاستیک بوتادین در دمای فرآوری
آنتی اکسیدان ها 0.1-0.3 محافظت در برابر اکسیداسیون در طول پردازش و سرویس
تثبیت کننده های UV 0.2-1.0 کاهش زردی و گچی سطحی در کاربردهای خارج از منزل
بازدارنده های شعله 10-20 رتبه بندی UL 94 V-0 یا V-2 را برای محفظه های الکترونیکی بدست آورید
روان کننده ها 0.5-2.0 بهبود آزادسازی قالب و کاهش ویسکوزیته مذاب
رنگدانه ها / رنگدانه ها 0.1-3.0 ارائه رنگ بدون نیاز به رنگ آمیزی
تقویت الیاف شیشه 10-30 سفتی و دمای انحراف گرما را افزایش دهید
اصلاح کننده های ضربه 2-10 افزایش بیشتر تأثیر دمای پایین برای برنامه های کاربردی

پس از ترکیب، مخلوط مذاب از طریق قالب اکسترود می شود، در یک حمام آب سرد می شود و به صورت گلوله های یکنواخت بریده می شود. این گلوله‌ها - معمولاً با قطر 2 تا 4 میلی‌متر - همان چیزی است که مبدل‌ها (قالب‌کننده‌های تزریقی، اکسترودرها و قالب‌گیرهای دمشی) برای ساخت قطعات خود خریداری می‌کنند. مرحله گلوله سازی همچنین یک ترکیب همگن را تضمین می کند: هرگونه توزیع ناهموار ذرات لاستیکی یا مواد افزودنی از راکتور در طول اختلاط با برش بالا در اکسترودر دو پیچ اصلاح می شود.

ABS در مقابل نایلون پلاستیک مهندسی: تفاوت‌های ساخت و دارایی

ABS و مهندسی پلاستیک نایلونی (عمدتاً نایلون 6، نایلون 6/6 و نایلون 12) هر دو از اعضای مهم خانواده ترموپلاستیک های مهندسی هستند، اما از طریق شیمی کاملاً متفاوت ساخته می شوند و مشخصات عملکردی متفاوتی را ارائه می دهند. درک این تفاوت ها برای انتخاب مواد در طراحی محصول ضروری است.

ABS
  • ساخته شده توسط پلیمریزاسیون افزودن رادیکال آزاد (امولسیون یا حجیم)
  • بدون محصولات جانبی تراکم - بدون انتشار آب در طی پلیمریزاسیون
  • ساختار آمورف - بدون نقطه ذوب تیز، پنجره پردازش گسترده
  • جذب رطوبت کم (<0.5% ASTM D570) - پایداری ابعادی در محیط های مرطوب
  • دمای انحراف گرما (HDT): 80-100 درجه سانتی گراد (پر نشده)، تا 120 درجه سانتی گراد (درجه های تثبیت شده با گرما)
  • سطح عالی، رنگ آمیزی، صفحه یا چسب آسان است
  • مقاومت شیمیایی محدود در برابر کتون ها، استرها و حلال های کلردار
مهندسی نایلون پلاستیک
  • ساخته شده توسط پلیمریزاسیون متراکم (گام به گام) - آب به عنوان یک محصول جانبی آزاد می شود
  • ساختار نیمه کریستالی - نقطه ذوب تیز (220-265 درجه سانتیگراد برای PA66)
  • دمای استفاده مداوم بالاتر: 120-150 درجه سانتیگراد (PA66 پر نشده)
  • جذب رطوبت بالا (1-9٪ بسته به درجه) - بر پایداری ابعاد تأثیر می گذارد
  • مقاومت شیمیایی برتر در برابر هیدروکربن ها، سوخت ها و روغن های روان کننده
  • مقاومت عالی در برابر خستگی و مقاومت در برابر سایش - برای چرخ دنده ها و یاتاقان ها ترجیح داده می شود
  • قبل از پردازش نیاز به خشک شدن دارد (معمولاً 4 تا 8 ساعت در 80 درجه سانتیگراد)

در عمل، ABS در لوازم الکترونیکی مصرفی، فضای داخلی خودرو، محفظه لوازم خانگی و اسباب بازی ها غالب است، جایی که کیفیت سطح، ثبات ابعادی و سهولت عملیات ثانویه (رنگ آمیزی، آبکاری) اولویت هستند. مهندسی پلاستیک نایلون به خصوص PA66 و PA6 پر از شیشه، در اجزای خودروهای زیر کاپوت، محفظه ابزار برقی و چرخ دنده های صنعتی غالب است - کاربردهایی که مقاومت حرارتی بالاتر و مقاومت بهتر در برابر قرار گرفتن در معرض سوخت و روغن را می طلبند.

دسته بزرگی نیز وجود دارد آلیاژهای ABS/نایلون (آمیخته‌های ABS PA)، که در آن دو پلیمر با سازگارکننده‌ها ترکیب می‌شوند تا تعادلی از چقرمگی، مقاومت شیمیایی و پرداخت سطحی حاصل شود که توسط هیچ یک از مواد به تنهایی قابل دستیابی نیست. از این آلیاژها در قطعات تزئینی بیرونی خودرو و دسته ابزار برقی استفاده می شود.

نمرات ABS تخصصی و تفاوت ساخت آنها

ABS استاندارد که در بالا توضیح داده شد تنها نقطه شروع است. تولیدکنندگان ده ها درجه تخصصی ارائه می دهند که هر کدام نیاز به اصلاحاتی در فرآیند پلیمریزاسیون یا فرمول ترکیبی دارند:

ABS با حرارت بالا

با جایگزینی مقداری استایرن با کومونومرهای آلفا متیل استایرن (AMS) یا N-فنیل مالئیمید (NPMI) به دست آمد. این مونومرهای حلقه سفت یا حجیم دمای انتقال شیشه ای ماتریس SAN را از حدود 105 درجه سانتیگراد به 120-130 درجه سانتیگراد ، گسترش قابلیت استفاده در کاربردهای داخلی خودرو. ABS گرمای بالا به طور فزاینده ای به عنوان یک جایگزین مستقیم برای برخی از گریدهای پلاستیکی مهندسی نایلون در کاربردهایی که پایداری ابعادی در دمای بالا مورد نیاز است، اما جذب رطوبت باید به حداقل برسد، قرار می گیرد.

ABS ضد شعله

تولید شده از ترکیب ABS استاندارد با بازدارنده های شعله برمدار یا بر پایه فسفر و هم افزایی تری اکسید آنتیموان. نمرات ABS ضد شعله برای برآورده شدن لازم است UL 94 V-0 در ضخامت دیواره 1.5 میلی متر، که برای اکثر محفظه های الکترونیکی اجباری است. افزودن مواد بازدارنده شعله معمولاً 15 تا 25 درصد استحکام ضربه را کاهش می دهد، بنابراین محتوای لاستیک و اندازه ذرات در فرمولاسیون FR-ABS اغلب به سمت بالا تنظیم می شود تا جبران شود.

ABS درجه آبکاری

برای آبکاری کروم طراحی شده و به کنترل بسیار خاصی از مورفولوژی ذرات لاستیک نیاز دارد. فاز لاستیکی بوتادین به طور انتخابی توسط اسید کرومیک در طول پیش تصفیه حک می شود و یک سطح خشن ایجاد می کند که لایه فلزی را محکم می کند. ABS درجه آبکاری معمولا دارد محتوای بوتادین بالاتر (20-25٪) و 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.

ABS شفاف (MABS)

ABS معمولی مات است زیرا فاز لاستیکی دارای ضریب شکست متفاوتی نسبت به ماتریس SAN است که نور را پراکنده می کند. نمرات شفاف - که گاهی MABS یا ABS-T نامیده می شود - لاستیک بوتادین را با لاستیک متیل متاکریلات-بوتادین-استایرن (MBS) جایگزین می کند که ضریب شکست آن با ماتریس SAN مطابقت دارد. نتیجه یک ماده با عبور نور 85-90٪ که هنوز هم مقاومت خوبی در برابر ضربه دارد و در بسته بندی لوازم آرایشی و بهداشتی، پخش کننده های روشنایی و دستگاه های پزشکی استفاده می شود.

ABS برای چاپ سه بعدی (درجه FDM)

ABS یکی از اولین مواد مورد استفاده در مدل سازی رسوب ذوب شده (FDM) پرینت سه بعدی بود و علیرغم رقابت PLA و PETG همچنان به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. ABS درجه FDM از همان پلیمر پایه تولید می شود اما باید مشخصات دقیق شاخص جریان مذاب را برآورده کند. معمولاً 5 تا 20 گرم در 10 دقیقه در دمای 220 درجه سانتیگراد / 10 کیلوگرم رطوبت (<0.1٪)، و یکنواختی گلوله قبل از اکسترود شدن به فیلامنت در قطرهای 1.75 میلی متر یا 2.85 میلی متر با تحمل 0.02 ± میلی متر.

کنترل کیفیت در طول ساخت ABS

تولید ABS در هر مرحله، از خلوص مونومر خام تا آزمایش گلوله نهایی، تحت کنترل کیفیت دقیق است. پارامترهای کیفیت کلیدی که در تولید ABS صنعتی نظارت می شوند به شرح زیر است:

پارامترهای کلیدی کیفیت تست شده در تولید ABS و روش های تست استاندارد مربوطه
اموال روش تست محدوده معمولی برای ABS همه منظوره
شاخص جریان ذوب (MFI) ISO 1133 / ASTM D1238 5 تا 30 گرم در 10 دقیقه (220 درجه سانتیگراد، 10 کیلوگرم)
استحکام ضربه ایزود (بریدگی) ISO 180 / ASTM D256 150-400 J/m
استحکام کششی در زمان شکست ISO 527 / ASTM D638 38-50 مگاپاسکال
مدول خمشی ISO 178 / ASTM D790 2000-2800 مگاپاسکال
دمای انحراف گرما (HDT) ISO 75 / ASTM D648 80-100 درجه سانتیگراد در 1.82 مگاپاسکال
محتوای رطوبت کارل فیشر / ضرر هنگام خشک شدن <0.2٪ (برای پردازش)
محتوای مونومر باقیمانده تجزیه و تحلیل فضای اصلی GC <100 ppm کل VOCs (درجه تماس با غذا)
رنگ (شاخص زردی) ASTM E313 <10 (نمرات سفید طبیعی)

اندازه و توزیع ذرات لاستیکی با میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) یا پراکندگی نور دینامیکی (DLS) در مرحله لاتکس مشخص می شود. درجه پیوند - کسری از SAN که از نظر شیمیایی به ذرات لاستیک پیوند خورده است - با استخراج با حلال اندازه گیری می شود و یک پارامتر حیاتی برای اطمینان از سازگاری خوب بین فازهای لاستیک و ماتریس است. راندمان پیوند زیر حدود 20-30٪ معمولاً به دلیل چسبندگی ضعیف ماتریس لاستیکی منجر به عملکرد ضربه ای ضعیف می شود.

ملاحظات زیست محیطی در تولید ABS

تولید ABS چندین چالش زیست محیطی دارد که صنعت برای رفع آنها تلاش کرده است:

  • سمیت اکریلونیتریل: اکریلونیتریل به عنوان یک سرطان‌زای احتمالی برای انسان طبقه‌بندی می‌شود (گروه 2A، IARC) و به کنترل‌های دقیق انتشار در کارخانه‌های پلیمریزاسیون ABS نیاز دارد. محدودیت های قرار گرفتن در معرض محل کار معمولاً در تعیین می شود 1-2 ppm TWA در اکثر حوزه های قضایی
  • فاضلاب حاصل از فرآیند امولسیون: مسیر امولسیون حجم قابل توجهی از فاضلاب انعقادی حاوی سورفکتانت ها، عوامل انعقادی و مونومرهای کمیاب را تولید می کند که قبل از تخلیه نیاز به تصفیه بیولوژیکی دارند.
  • قابلیت بازیافت: ABS از نظر فنی قابل بازیافت است (کد شناسایی رزین #7 یا گاهی اوقات #9 در سیستم‌های خاص)، اما جریان‌های زباله پلاستیکی مخلوط، جمع‌آوری و دسته‌بندی را دشوار می‌کنند. دوباره آسیاب ABS پس از صنعت به طور معمول در ترکیب مجدد استفاده می شود، اما نرخ بازیافت ABS پس از مصرف در سطح جهانی پایین است.
  • توسعه ABS مبتنی بر زیستی: برنامه های تحقیقاتی برای تولید آکریلونیتریل زیستی از پروپان یا اسید 3-هیدروکسی پروپیونیک (bio-3-HPA) در حال انجام است که وابستگی ABS به پروپیلن مشتق شده از فسیل را کاهش می دهد. چندین شرکت از جمله Asahi Kasei و INEOS برنامه های آزمایشی bio-AN را از سال 2023 اعلام کرده اند.
  • مقایسه با پلاستیک نایلونی مهندسی: از دیدگاه ردپای کربن، مهندسی پلاستیک نایلونی (PA6، PA66) و ABS دارای ردپای کربن از گهواره به دروازه مشابه هستند - تقریباً 5 تا 7 کیلوگرم CO2e در هر کیلوگرم پلیمر - اگرچه ارقام دقیق به طور قابل توجهی با منبع انرژی و بازده تولید متفاوت است. برای مقادیر دقیق تر می توان از پایگاه های داده LCA مانند ecoinvent 3.9 (2023) استفاده کرد.

نحوه پردازش ABS پس از تولید

هنگامی که گلوله های ABS از خط ترکیب خارج می شوند، توسط مبدل های پایین دستی به قطعات نهایی تبدیل می شوند. سه روش پردازش غالب عبارتند از قالب گیری تزریقی، اکستروژن و شکل دهی حرارتی، که هر کدام از رفتار پردازش مذاب عالی ABS بهره می برند.

قالب گیری تزریقی

قالب گیری تزریقی بیشترین مصرف ABS را به خود اختصاص می دهد. ABS قبل از پردازش تا رطوبت کمتر از 0.1٪ خشک می شود (معمولاً 2-4 ساعت در دمای 80 درجه سانتیگراد)، سپس در بشکه ذوب می شود. 200-240 درجه سانتیگراد و 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٪ ، به طور قابل توجهی پایین تر از پلاستیک نایلونی مهندسی (0.8-2.0٪) است که طراحی قالب را ساده می کند و دقت ابعادی بهتری را ارائه می دهد.

اکستروژن

ورق و پروفیل ABS توسط اکستروژن تک پیچ یا دو پیچی تولید می شود. ضخامت ورق بین 0.5 میلی متر تا 10 میلی متر است و به طور گسترده در برنامه های ترموفرمینگ از جمله آسترهای داخلی یخچال، پوسته چمدان و محفظه تجهیزات پزشکی استفاده می شود. اکستروژن لوله ABS در سیستم های لوله کشی تخلیه زباله (DWV) در آمریکای شمالی استفاده می شود، جایی که لوله ABS بر اساس انعطاف پذیری نصب در دمای پایین با لوله PVC رقابت می کند.

ترموفرمینگ

ورق ABS به راحتی در دماهای 100 گرما شکل می گیرد 150-175 درجه سانتیگراد ، بسیار زیر پنجره پردازش اکثر نمرات پلاستیک نایلون مهندسی است. ABS ترموفرم شده برای پانل های داخلی خودرو، نمایشگرهای نقطه خرید و محفظه های بزرگ برای تجهیزات صنعتی استفاده می شود. این ماده را می توان به نسبت عمق به قطر تا 1:1 بدون مشکل نازک شدن در عملیات شکل دهی ماهر کشید.

بازار جهانی ABS و تولید کنندگان عمده

بازار جهانی ABS تقریباً ارزش گذاری شد 25 تا 27 میلیارد دلار در سال 2022 و 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 درصد ظرفیت ABS جهانی .

تولید کنندگان پیشرو جهانی ABS عبارتند از:

  • INEOS Styrolution - بزرگترین تولید کننده استایرن در جهان با عملکرد ABS در آلمان، بلژیک و ایالات متحده آمریکا
  • ال جی شیمی - تولید کننده اصلی ABS در کره جنوبی، تامین کننده قطعات OEM خودرو و الکترونیک در سطح جهانی
  • سابیک - آلیاژهای ABS و ABS ویژه را برای کاربردهای خودرو و پزشکی عرضه می کند
  • شرکت چی می (تایوان) - یکی از بزرگترین تولیدکنندگان ABS در آسیا و اقیانوسیه
  • صنایع Toray - تولید ABS و ABS / آلیاژهای پلاستیکی مهندسی نایلون برای کاربردهای با کارایی بالا
  • Trinseo - تولید کننده ABS در آمریکای شمالی و اروپا با تمرکز بر الکترونیک و پزشکی

در بخش مهندسی پلاستیک نایلون، رقبای اصلی ABS در زمینه‌های کاربردی همپوشانی شامل BASF (Ultramid PA6 و PA66)، DuPont (Zytel nylon) و Lanxess (Durethan) هستند که همگی درجه‌های شیشه‌ای را ارائه می‌کنند که ABS تقویت‌شده را در مقاومت حرارتی و سختی به چالش می‌کشند.

سوالات متداول در مورد ساخت ABS

ABS در پلاستیک به چه معناست؟

ABS مخفف اکریلونیتریل بوتادین استایرن . هر کلمه به یکی از سه مونومری که پلیمر از آن ساخته شده است اشاره دارد: اکریلونیتریل (A)، بوتادین (B) و استایرن (S). این ماده ترپلیمر نامیده می شود زیرا سه بلوک ساختمانی شیمیایی متمایز را به جای یک (هموپلیمر) یا دو (کوپلیمر) در خود دارد.

آیا ABS یک ترموپلاستیک است یا ترموست؟

ABS یک است ترموپلاستیک . این بدان معناست که وقتی بالاتر از دمای انتقال شیشه‌ای خود (تقریباً 105 درجه سانتیگراد) گرم می‌شود، نرم می‌شود و جریان می‌یابد و در هنگام خنک شدن مجدداً جامد می‌شود، بدون اینکه دچار تغییر شیمیایی شود. این رفتار به ABS اجازه می دهد تا دوباره پردازش و بازیافت شود. این برخلاف ترموست‌ها مانند رزین‌های اپوکسی یا فنولی است که در طول پخت به‌طور دائمی به هم متصل می‌شوند و نمی‌توانند دوباره ذوب شوند.

تفاوت بین ABS امولسیونی و ABS حجیم چیست؟

ABS امولسیون با پلیمریزاسیون سه مونومر در یک سیستم امولسیونی مبتنی بر آب ساخته می شود که امکان کنترل بسیار دقیق اندازه ذرات لاستیک را فراهم می کند و ABS با مقاومت ضربه ای عالی تولید می کند. ABS حجیم (جرمی) لاستیک را مستقیماً در مخلوط مونومر بدون آب حل می کند که باعث می شود رنگ بهتر و سطوح مونومر باقیمانده کمتر اما قدرت ضربه تا حدودی کمتر است. بیشتر ABS تجاری با پلیمریزاسیون امولسیونی تولید می شود، اما گریدهای حجیم برای کاربردهای پزشکی و تماس با مواد غذایی ترجیح داده می شوند.

ABS از نظر استحکام چگونه با پلاستیک نایلونی مهندسی مقایسه می شود؟

ABS همه منظوره دارای استحکام کششی 38 تا 50 مگاپاسکال و مدول خمشی 2000 تا 2800 مگاپاسکال است. پر نشده مهندسی پلاستیک نایلونی (PA66) دارای استحکام کششی مشابهی است (80 مگاپاسکال شرطی شده) اما به طور قابل توجهی تحت تأثیر رطوبت قرار می گیرد و هنگامی که در رطوبت نسبی 50٪ متعادل می شود به 50-60 MPa کاهش می یابد. نایلون پر از شیشه (30% GF PA66) به استحکام کششی 180-200 مگاپاسکال و مدول خمشی 9000-11000 مگاپاسکال می رسد که بسیار بیشتر از ABS استاندارد است. ABS پر از شیشه تنها به 75 تا 100 مگاپاسکال کششی و مدول خمشی 5000 تا 7000 مگاپاسکال می‌رسد که از نظر ساختاری ضعیف‌تر از نایلون پر شیشه‌ای معادل است.

چرا ABS با گذشت زمان زرد می شود؟

ABS زرد می شود زیرا فاز لاستیک بوتادین به آن حساس است اکسیداسیون ناشی از UV . پیوندهای دوگانه در زنجیره های پلی بوتادین با اکسیژن و اشعه ماوراء بنفش واکنش داده و محصولات تخریب کروموفوریک (گروه های کربونیل و هیدروکسیل) را تشکیل می دهند که در طیف مرئی جذب می شوند و باعث تغییر رنگ زرد یا قهوه ای می شوند. تثبیت کننده های UV (HALS - تثبیت کننده های نور آمین مانع - و جاذب های UV) در ABS درجه بیرونی اضافه می شوند تا این روند را کاهش دهند. گریدهای ضد شعله و ABS تثبیت شده در برابر حرارت نیز به دلیل تعامل سیستم های تثبیت کننده با فاز لاستیکی در دمای پردازش بیشتر مستعد زرد شدن هستند.

آیا ABS قابل بازیافت است؟

بله، ABS را می توان به صورت مکانیکی بازیافت کرد. در صورتی که رطوبت کنترل شود و تاریخچه حرارتی بیش از حد نباشد، آسیاب ABS پس از صنعتی به طور معمول در عملیات ترکیب با حداقل تلفات خاصیت دوباره پردازش می شود. بازیافت ABS پس از مصرف به دلیل آلودگی، اختلاط با پلاستیک های دیگر و از دست دادن مقاومت ضربه ای ناشی از تخریب لاستیک بوتادین در حین سرویس، چالش برانگیزتر است. بازیافت شیمیایی ABS - تجزیه آن به مونومرهای تشکیل دهنده آن - از نظر فنی از طریق تجزیه در اثر حرارت ممکن است، اما همچنان پرهزینه است و تا سال 2024 هنوز به طور گسترده تجاری نشده است.

تفاوت بین ABS و HIPS چیست؟

پلی استایرن با ضربه بالا (HIPS) با مکانیزم سخت‌کننده لاستیکی مشابه ABS - لاستیک پلی بوتادین پراکنده در یک ماتریس پلی استایرن - اما بدون آکریلونیتریل ساخته می‌شود. در نتیجه، HIPS استحکام کششی کمتری دارد (25-35 مگاپاسکال در مقابل 38-50 مگاپاسکال برای ABS)، مقاومت شیمیایی ضعیف تر، و دمای انحراف حرارتی پایین تر، اما به طور قابل توجهی ارزان تر است. HIPS در جایی استفاده می‌شود که هزینه آن مهم است (بسته‌بندی یکبار مصرف، نمایشگرهای محل فروش)، در حالی که ABS در جایی که عملکرد مهم است ترجیح داده می‌شود.

نقش کوپلیمر پیوند در ABS چیست؟

کوپلیمر پیوند - زنجیره‌های SAN که از نظر شیمیایی به سطح ذرات لاستیک پلی‌بوتادین متصل شده‌اند - به عنوان یک سازگار کننده بین فازهای لاستیکی و ماتریس . بدون پیوند، ذرات لاستیک به سادگی با ماتریس SAN ناسازگار خواهند بود و به جای تغییر شکل برای جذب انرژی، تحت تنش بیرون می‌روند. پوسته SAN پیوندی به صورت فیزیکی این دو فاز را به هم متصل می‌کند و اطمینان می‌دهد که تنش به طور موثر از ماتریس به ذرات لاستیکی در حین ضربه منتقل می‌شود و به مکانیسم‌های حفره‌ای اتلاف‌کننده انرژی و فرسودگی اجازه کار می‌دهد.

ABS چگونه در صنعت خودرو استفاده می شود؟

ABS به طور گسترده در کاربردهای داخلی خودرو استفاده می شود: پانل های ابزار، پانل های تزئینی درها، روکش ستون ها، محفظه آینه های داخلی و پوسته های پشتی صندلی. ABS درجه آبکاری برای تزئینات بیرونی از جمله اطراف مشبک، دستگیره درها و درپوش آینه استفاده می شود. ABS مقاوم در برابر شعله در محفظه اتصالات الکتریکی و درپوش جعبه فیوز استفاده می شود. در بسیاری از این برنامه ها، ABS به طور مستقیم با آن رقابت می کند مهندسی پلاستیک نایلونی (PA6, PA66)، با انتخاب بسته به مقاومت حرارتی مورد نیاز، قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی و مشخصات پرداخت سطح هر قسمت.

اگر ABS قبل از پردازش خشک نشود چه اتفاقی می افتد؟

ABS رطوبت را از اتمسفر جذب می کند و معمولاً در شرایط تعادل به 0.2-0.3٪ رطوبت می رسد. اگر بدون خشک شدن پردازش شود، رطوبت در بشکه داغ بخار می شود و ایجاد می کند علائم اسپری، رگه های نقره ای و حباب های سطحی روی قسمت قالب گیری شده در موارد شدید، تخریب هیدرولیتیک ماتریس SAN می‌تواند وزن مولکولی را کاهش داده و به طور دائم قدرت ضربه و ویسکوزیته مذاب را کاهش دهد. روش استاندارد خشک کردن گلوله های ABS در دمای 80 درجه سانتیگراد به مدت 2 تا 4 ساعت در خشک کن رطوبت گیر تا رطوبت زیر 0.1 درصد قبل از پردازش است. این نیاز به خشک کردن مشابه پلاستیک نایلونی مهندسی است، اما نسبت به پلاستیک مهندسی، که به دلیل جذب رطوبت بیشتر (4 تا 8 ساعت در دمای 90-80 درجه سانتیگراد) باید خشک شود.

قبلی：پلی کربنات چقدر قوی است؟ داده های ضربه و مقاومت کششیبعدی：تفلون چگونه تولید می شود؟ فرآیند PTFE و مواد نایلون جدید

محصولات داغ