ABS-пластик: состав, свойства, производство¶

ABS-пластик (аббревиатура от англ. Acrylonitrile Butadiene Styrene) — ударопрочный термопластичный сополимер, получаемый полимеризацией трёх мономеров: акрилонитрила, бутадиена и стирола. Относится к классу инженерных пластиков широкого применения. Обладает высокой ударной прочностью, хорошей механической жёсткостью, химической стойкостью и легко поддаётся обработке — прежде всего литью под давлением и экструзии.

¶Состав и структура

ABS — не простая смесь, а сополимер с трёхфазной структурой. Каждый из трёх компонентов отвечает за определённый набор свойств:

Полибутадиеновая каучуковая фаза дисперсна в сополимерной матрице акрилонитрил-стирола (АС-сополимер). Размер и распределение каучуковых частиц определяют ударную прочность: типичный ABS имеет размер дисперсной фазы 0,1—1 мкм. Соотношение компонентов варьируется в зависимости от требуемых свойств — от высокотекучих марок для тонкостенного литья до марок с повышенной ударной прочностью для деталей, работающих при низких температурах.

¶Основные свойства

Типичные физико-механические показатели ABS-пластика:

• плотность — 1,02—1,08 г/см³;
• предел прочности при растяжении — 40—55 МПа;
• модуль упругости — 2,0—2,6 ГПа;
• ударная прочность по Шарпи (с надрезом) — 10—25 кДж/м²;
• температура стеклования — около 105 °C;
• рабочий диапазон температур — от −40 до +80 °C (кратковременно до 90—100 °C).

ABS относится к самозатухающим полимерам, но не обладает высокой стойкостью к ультрафиолету: на открытом солнце поверхность со временем желтеет и становится хрупкой. Для наружного применения разрабатываются марки с добавками УФ-стабилизаторов или с использованием ABS/PC-смесей. Показатель текучести по МФР (MFI) у разных марок варьируется от 1,5 до 30 г/10 мин при 220 °C и нагрузке 10 кг.

¶Производство

Основной промышленный метод получения ABS — эмульсионная сополимеризация. Существуют три принципиальные схемы:

1. Механическая смесь компонентов (наименее распространена).
2. Сополимеризация акрилонитрила и стирола в присутствии полибутадиена.
3. Графт-сополимеризация — бутадиеновый каучук сначала получают полимеризацией, затем на его цепь «наращивают» АС-блок. Этот метод даёт наиболее высокие ударные свойства и является промышленным стандартом.

После полимеризации латекс коагулируют, промывают, сушат и гранулируют. Гранулы ABS поставляются производителям пластмассовых изделий. Крупнейшие мировые производители ABS — компании Chi Mei (Тайвань), LG Chem (Республика Корея), INEOS Styrolution, SABIC. В России производством ABS-пластика занимается, в частности, «Нижнекамскнефтехим» (марка ABS «Капрон»), а также «Казаньоргсинтез».

¶Применение

ABS — один из самых массовых инженерных пластиков. По оценкам отраслевых аналитиков, мировое потребление ABS превышает 7—8 млн тонн в год. Основные области применения:

• Автомобильная промышленность: бамперы, приборные панели, рулевые колонки, детали салона.
• Электроника и бытовая техника: корпуса телевизоров, мониторов, пылесосов, кофемашин, зарядных устройств.
• Игрушки и товары народного потребления: конструкторные детали, корпуса инструментов.
• 3D-печать: ABS — один из двух базовых материалов для FDM-принтеров (наряду с PLA), ценится за ударную прочность и возможность обработки ацетоном.
• Промышленное оборудование: кожухи станков, вентиляционные системы, санитарно-технические изделия.

ABS легко окрашивается в массе пигментами, допускает гальваническое покрытие (что используется в отделке автомобильных решёток), сваривается растворителями и поддаётся механической обработке.

¶Модификации и марки

На основе ABS разработан ряд модифицированных материалов:

• ABS/PC — смесь ABS с поликарбонатом, повышенная термостойкость (до 110—120 °C) и ударная прочность;
• ABS/PA — сочетание химической стойкости полиамида и технологичности ABS;
• ABS с наполнителями — стекловолокно (повышение жёсткости), минеральные наполнители (снижение усадки);
• ABS с повышенной текучестью — для тонкостенного литья и длинных тонких деталей;
• прозрачный ABS — за счёт подбора показателя преломления матрицы и дисперсной фазы.

¶Экология и переработка

ABS относится к перерабатываемым термопластам: маркировка — №7 (прочие) или отдельно ABS. Материал допускается к механической переработке — измельчению и повторному использованию в литье низкого качества или в композитах. При сжигании ABS выделяет синильную кислоту (из акрилонитрильного компонента), поэтому утилизация требует систем газоочистки. В ряде стран вторичный ABS используется для изготовления корпусов низкокачественной электроники, автозапчастей и строительных материалов.

¶История

Разработка ABS ведётся с 1940-х годов. В 1948 году американские исследователи из компании Battelle Memorial Institute получили первый патент на сополимер акрилонитрил-бутадиен-стирол. Коммерческое производство ABS начали в 1954 году компании Borg-Warner (США) и Marbon (подразделение Borg-Warner). В СССР промышленное производство ABS было развёрнуто в 1960—1970-е годы на Казанском оргсинтезе и Нижнекамском нефтехимическом комбинате.

¶Источники

• Гроссман Р. Ф. «Handbook of Plastics Technologies»
• «Plastics Materials and Processes: A Concise Encyclopedia» (под ред. C. A. Harper)
• ГОСТ и технические условия на ABS-пластик (ТУ 2211-002-55157346-2018)
• Отраслевые обзоры рынка инженерных пластиков (ICIS, Grand View Research)