星期一, 5月 16

    丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS) 塑料的基本性质简介

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    ■ ACMT

    关于ABS塑料

    ABS塑料是一种三元组成的共聚合物,中文名为” 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物”,英文名称为 Acrylonitrile-Butadiene-Styrene( 简称 ABS),化学分子 结构式如(图1 )所示。

    图 1:化学分子结构式

    此三种成份在ABS塑料中所佔的比例约为20/30/50; ABS塑料为非结晶性塑料,ABS的玻璃转移温度约为 90℃,一般较低温的熔融加工温度约为175~180 ℃左右。 ABS的微观结构是属于两相系统,其中苯乙烯-丙 烯腈共聚物(SAN)为连续相,而丁二烯则为弹性体的分 散相。 ABS共聚物中的三个成份分別提供ABC塑料的 不同特性,丙烯腈 (acrylonitrile) 主要提供了耐化学性 与热稳定性;丁二烯(butadiene)提供了韧度与冲击强 度;苯乙烯(styrene )则提供了硬度与可加工性。只要 改变ABS中三个组成成份的比例、或是利用不同的聚合 方法、或是分散相颗粒的尺寸或型态不同,就可借由聚 合方法的控制来生产出一系列具有不同冲击强度、流动特性的ABS等级塑料;例如增加丁二烯的组成比例,则 其冲击强度物性会提升,但是ABS的硬度和流动性则会 降低,同时机械强度和耐热性也会变差。
    橡胶态分散相中弹性体的颗粒大小与颗粒大小分布,对ABS塑料的性能包括强度、韧度和光泽度等都有重要影 响,较大橡胶颗粒可以增加ABS韧度,但是会降低ABS 塑料的光泽度。在硬质连续相中与分子量相关的分子鍊 长度大小,对ABS塑料的性质也有显著影响,一般分子 鍊长度越长,在物性上所表现的耐冲击强度及伸长率性 质会越好,但流动性会变差;硬质SAN连续相与橡胶 分散相的比率,也将影响ABS塑料的熔融流动性与耐冲击性能间的平衡,橡胶成份含量越高,ABS塑料的耐 冲击物性及韧性将越高,但流动性将变差。 ABS塑 料是一种性质表现相当平均的塑料,在应用上相当普 遍,是工业界上经常被使用在机座或壳件上。

    ABS塑料为无毒本色呈微黄色,在比较宽广的温度範 围内具有较高的冲击强度,热变型温度较PA、PVC 为高,尺寸安定性不错,成型收缩率约在0.4%~0.8% 范围内,若是有玻纤补强的充填ABS等级成型收缩率 可以降低到0.2%~0.4%,而且纤维补强等级ABS塑 料的塑化后收缩率极低。

    图 2:ABS 塑料消耗量已占全球用量的一半以上

    ABS具有良好的成型加工性,射出件的表面光泽度 高,且具有良好的表面涂装性和染色性,也可进行 电镀后加工呈现多种色泽。 ABS尚具有良好的掺 混性,可和多种塑胶混料掺合成塑胶共混物或合金 (blends), 例 如 PC/ABS、ABS/PC、ABS/PVC、PA/ ABS、PBT/ABS等,使掺混料具有新的性能和新的应 用领域,ABS 若与 PMMA 掺混可制成透明 ABS,透光率可达80%。

    ABS 虽 未 列 入 五 大 泛 用 工 程 塑 料 之 列 ( 因 其 HDT=80℃左右,未超过100℃),但是ABS的玻纤补强等级塑料的耐热温度就可以达到100℃以上,所以 也有人将ABS/GF塑料列入工程塑胶行列中;ABS塑 料的使用量远远超过五大工程塑料中任何一种塑料。 1998 年全世界的消耗量已达到 342.7 万吨,1998 年 在中国的消耗用量达到114万吨,已佔全球ABS总用 量的33%。至2016年中国的ABS产能已佔全球产能 的三分之一以上,ABS塑料消耗量已佔全球用量的一 半以上。

    一、ABS塑料的应用领域

    由于ABS塑料具有综合性的优越性能以及良好的成型 加工性,所以在常见的塑料应用领域中都可以发现到 ABS塑料的应用,简要介绍如下:

    1、汽车产业 汽车产业中有许多零件是使用ABS塑料或是ABS合 金塑料所制造的,汽车中每辆车所使用的ABS塑料 可以达到约11kg,是汽车上经常使用到的塑料种类, 其他常见的塑料则有PA、PP等。 2000年中国汽车 产业中所使用的ABS塑料用量达到3.5万吨,预测到 2010年,汽车产业所使用的ABS用量可以达到6万 吨的水準。

    图 3:从汽车仪表板、内饰板到后保杆及电表箱都使用了ABS 塑料

    汽车中使用ABS塑料的主要代表性零组件 有像仪表板有的车种是使用PC/ABS塑料,有的车种仪表板表面会包覆著PVC/ABS薄膜;另外车内的内 装件、装饰件等也大量使用ABS塑料,例如手套箱、 杂物箱、置物箱等常见使用耐热级ABS塑料制成; 另外车门上下饰条、饰板,水箱罩饰板等也常见使用 ABS塑料。

    2、办公室机器设备(图4) 办公室机器设备如电话机、话筒、影印机、传真机、 印表机、电脑机壳、文件资料等储存箱盒等资讯产品, 此类产品一般均要求需具有美感的外观与良好的触感 与质感,一般会选用ABS塑料来制作,以符合外观、 强韧与尺寸安定性的要求。

     

    图 4:办公室机器设备、玩具产品

    3、家用电器产品(图5) 由于ABS塑料具有高光泽度和易成型性的特点,且成 型后具有低的后收缩率,所以在家用电器和小家电产 品中更被广泛的应用。例如电视机壳架、大尺寸电视 显示器的前后壳等,一般会使用ABS防火等级的塑 料来成型。另外如家用传真机、电话机、音响机座、 DVD/VCD等机壳,也大都是使用ABS塑料;其他家 用电器如冰箱、洗衣机、冷气机、吸尘器、电风扇等 等,大部分的机壳都是使用ABS塑料。厨房器具如烘 碗机、咖啡机等等也常常使用到ABS塑料。

    图 5:家用电器产品

    4、玩具产品(图4) 许多漂亮的玩具、游戏机、组合式的智力开发玩具也 可使用ABS塑料来制作,此外通讯产品、广播产品、 资讯产品等,如MP3、相机、手机、录音笔、外接式 硬碟等等产品,都有ABS塑料应用的场合。

    二、ABS的射出成型加工技术

    1、ABS塑料的除湿干燥要求(图6) ABS是吸湿性的塑料,在室温下,24小时就可吸收 约0.2%~0.35%的水分,虽然所吸收的水份不至於造 成对ABS产品机械性能的大幅降低,但是在射出时如 果ABS熔胶的含水率超过0.2%时,ABS射出件的表 面外观品质将会有较大影响。所以对于ABS塑料进行 成型加工时,一定要要求先进行预干燥程序,而且干 燥后ABS塑料的含水率应低于0.2%以下。

    图 6:ABS 塑料的除湿干燥要求

    2、模具温度设定:模温一般控制在60~90℃,但较 佳使用的模温设定条件为60℃,若加工ABS玻纤补 强等级塑料则模具温度条件设定应取用较上限条件。

    3、射出压力条件:ABS塑料射出压力条件一般控制 在约 1500bar(150MPa) 以下,而在保压阶段保压压力 可设定在约750bar(75MPa)左右

    4、喷嘴、流道、浇口设计上的考量 由于ABS塑料的黏度PS为高,所以ABS塑料的成 型模具流道设计上应使用较大的圆形或梯形流道或 浇口,较适用的冷流道模具的流道尺寸,直径应为6 ~8mm,或同等的梯形流道。半圆形流道并不适用于 ABS塑料。 ABS塑料适用于多种模具,包括热浇道、 无流道等型式,如采用热流道模具,流道直径可介于 12~15mm,浇口可采用针点型式,薄膜型式,潜伏式 型式和扇型浇口型式。模具应在流动末端适当位置设 计排气沟,以避免ABS熔胶产生烧焦现象。
    5、射出速度、射出压力、塑化背压压力 一般ABS塑料成型采用中到高速的射速设定,且一般 以多段射速设定条件来进行射出成型,但是对于ABS 防火难燃等级塑料,射出成型需以慢速来进行充填, 此是避免过快射速会造成局部剪切升温而容易使熔胶 发生高温劣解;耐热等级ABS塑料可使用较快速射出 ( 可减少内部应力 ),射出压力约在 1500bar(150MPa) 左右,饱压压力设定值可以低些。塑化背压压力控制 越低越好,常用的背压条件约为5bar(0.5MPa),背压 最高设定值可以达到约15bar(1.5MPa),螺杆前进速 度宜采用慢速,一般不超过0.55~0.65m/s。

    6、熔胶温度(图7)
    不同等级ABS塑料所建议的熔胶料温条件不同,如 ABS/PVC,阻燃级ABS塑料其熔胶温度会建议低于一 般ABS塑料,而耐热等级ABS塑料或是较高温级的 PC/ ABS掺混塑料与ABS/SMA掺混塑料就需要较高 的熔胶温度;电镀级ABS塑料也需要有较高的熔胶料温。

    图 7:不同等级 ABS 塑料所建议的熔胶料温条件不同

    7、料管内停留时间 在265℃温度下,ABS熔胶在料管中停留时间建议不 要超过5~6分钟,若温度为280℃条件时,则ABS 熔胶在料管中的停留时间就不超过2~3分钟,一般 ABS塑料料温不建议超过250℃,若ABS熔胶温度过 高极容易发生发泡现象。若生产过程中发生需要停机 处理时,应先把料管温度调降至120℃,并将料管中 ABS熔胶射光,重新开机时也需要利用一般ABS塑 料清理料管。有些ABS射出件在顶出时并没有发现 异样,但却可能会在储存期内发现产生褐色或黄色条 纹,这有可能是由于料管过热或是熔胶在料管中滞留 时间过长所引起。■

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