Акрилонитрилбутадиенстирол
 Мономеры в АБС-полимере | |
 Подмножество распространенных мотивов сшивки в АБС. | |
 АБС-полимерные зерна | |
| Идентификаторы | |
|---|---|
| ХимическийПаук |
|
| Информационная карта ECHA | 100.127.708 |
ПабХим CID | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| (C 8 H 8 ·C 4 H 6 ·C 3 H 3 N) n | |
| Плотность | 1,060–1,080 г/см 3 [1] |
| Нерастворим в воде | |
| Родственные соединения | |
Родственные соединения | Акрилонитрил , бутадиен и стирол (мономеры) |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
| Акрилонитрилбутадиенстирол | |
|---|---|
| Физические свойства | |
| Плотность ( р ) | 0,9–1,53 г/см 3 ; медиана, 1,07 г/см 3 |
| Воспламеняемость | 1.00 |
| Термические свойства | |
| Теплопроводность ( к ) | 0,1 Вт/(м·К) |
| Коэффициент линейного теплового расширения ( а ) | 12×10 −5 К −1 |
| Химическая стойкость | |
| Кислоты — концентрированные | Хороший |
| Кислоты — разбавленные | Отличный |
| Спирты | Бедный |
| Альдегиды | Бедный |
| Щелочи | Отличный |
| Ароматические углеводороды | Бедный |
| Эфиры | Бедный |
| Галогенированные углеводороды | Бедный |
| Кетоны | Бедный |
| [2] [3] | |
Акрилонитрил-бутадиен-стирол ( АБС ) ( химическая формула (C 8 H 8 ) x · (C 4 H 6 ) y · (C 3 H 3 N) z ) является распространенным термопластичным полимером. Температура стеклования составляет примерно 105 ° C (221 ° F). [4] АБС аморфен и поэтому не имеет истинной температуры плавления.
АБС представляет собой терполимер , полученный путем полимеризации стирола и акрилонитрила в присутствии полибутадиена . Пропорции могут варьироваться от 15% до 35% акрилонитрила, от 5% до 30% бутадиена и от 40% до 60% стирола. В результате получается длинная цепь полибутадиена, перекрещенная с более короткими цепями поли(стирол-ко-акрилонитрила). Нитрильные группы соседних цепей , будучи полярными, притягивают друг друга и связывают цепи вместе, делая АБС прочнее чистого полистирола . Акрилонитрил также обеспечивает химическую стойкость, усталостную прочность, твердость и жесткость, одновременно повышая температуру теплового отклонения . Стирол придает пластику блестящую, непроницаемую поверхность, а также твердость, жесткость и облегчает обработку. Полибутадиен, эластичное вещество, обеспечивает прочность и пластичность при низких температурах за счет термостойкости и жесткости. [3] В большинстве случаев ABS можно использовать при температуре от -20 до 80 ° C (от -4 до 176 ° F), поскольку его механические свойства меняются в зависимости от температуры. [5] Свойства создаются за счет упрочнения резины , при котором мелкие частицы эластомера распределяются по жесткой матрице.
Характеристики
[ редактировать ]АБС обеспечивает благоприятные механические свойства, такие как ударопрочность, ударная вязкость и жесткость по сравнению с другими распространенными полимерами. [3] Для улучшения ударопрочности, ударной вязкости и термостойкости могут быть внесены различные модификации. Ударопрочность можно повысить за счет увеличения доли полибутадиена по отношению к стиролу, а также акрилонитрилу, хотя это приводит к изменению других свойств. Ударопрочность не снижается быстро при более низких температурах. Устойчивость под нагрузкой отличная при ограниченных нагрузках. Таким образом, изменяя пропорции компонентов, АБС можно получать разных марок. Двумя основными категориями могут быть АБС для экструзии и АБС для литья под давлением, а затем высокая и средняя ударопрочность. Обычно АБС имеет полезные характеристики в диапазоне температур от -20 до 80 ° C (от -4 до 176 ° F). [5]
На конечные свойства в некоторой степени будут влиять условия, в которых материал перерабатывается в конечный продукт. Например, формование при высокой температуре улучшает блеск и термостойкость изделия, тогда как наивысшая ударопрочность и прочность достигается при формовании при низкой температуре. Волокна (обычно стекловолокно) и добавки можно смешивать с гранулами смолы , чтобы сделать конечный продукт прочным и повысить максимальную рабочую температуру до 80 ° C (176 ° F). Также можно добавлять пигменты, поскольку исходный цвет сырья — от полупрозрачного цвета слоновой кости до белого. На характеристики старения полимеров во многом влияет содержание полибутадиена, поэтому включение антиоксидантов в состав является нормальным. Другие факторы включают воздействие ультрафиолетового излучения , от которого также доступны добавки.
Полимеры АБС устойчивы к водным кислотам, щелочам, концентрированным соляной и фосфорной кислотам, а также животным, растительным и минеральным маслам, но они набухают под действием ледяной уксусной кислоты , четыреххлористого углерода и ароматических углеводородов и подвергаются воздействию концентрированных серной и азотной кислот. Они растворимы в сложных эфирах , кетонах (таких как ацетон), хлороформе и этилендихлориде . [6] Они также обладают плохой устойчивостью к хлорированным растворителям, спиртам и альдегидам. [3]
Несмотря на то, что АБС-пластики используются в основном для механических целей, они также обладают электрическими свойствами, которые довольно постоянны в широком диапазоне частот. На эти свойства мало влияют температура и влажность воздуха в допустимом рабочем диапазоне температур. [7]
ABS легко воспламеняется при воздействии высоких температур, например, при горении древесины. Он расплавится, а затем закипит, после чего пары вспыхнут сильным горячим пламенем. Поскольку чистый АБС не содержит галогенов , при его сжигании обычно не образуются стойкие органические загрязнители , а наиболее токсичными продуктами его сгорания или пиролиза являются окись углерода и цианистый водород . [8] ABS также повреждается солнечным светом; это вызвало один из самых распространенных и дорогих отзывов автомобилей в истории США из-за износа кнопок отстегивания ремней безопасности. [9] [10]
АБС-пластик подлежит вторичной переработке, хотя его принимают не все предприятия по переработке. [11] [12] [ не удалось пройти проверку ]
Механические свойства
[ редактировать ]АБС — один из многих типов термопластов, применяемых в биомедицине, при этом компоненты, полученные литьем под давлением, легко изготовить для одноразового использования. Его можно стерилизовать или гамма-излучением оксидом этилена (EtO). [13]
| Свойство | Ценить |
|---|---|
| Модуль Юнга (ГПа) | 2.28 |
| Предел прочности (МПа) | 43 |
| Модуль упругости при изгибе (ГПа) | 2.48 |
| Прочность на изгиб (МПа) | 77 |
| Зубчатый Изод (кДж/м) | 0.203 |
| Температура теплового прогиба, 1,81 МПа, (С) | 81 |
Пожелтение АБС-пластика происходит под воздействием ультрафиолетового излучения или чрезмерного тепла, что вызывает фотоокисление полимеров , которое разрывает полимерные цепи, в результате чего пластик желтеет и становится хрупким. [14]
Прозрачный АБС
[ редактировать ]Большая часть ABS непрозрачна, поскольку его компоненты имеют разные показатели преломления. Акрилонитрил и стирол делают АБС жестким. Частицы бутадиена эластичны и делают ABS ударопрочным. Добавление метилметакрилата (ММА) помогает сблизить показатели преломления, делая его прозрачным, хотя изделие обладает меньшей ударопрочностью. [15]
Производство
[ редактировать ]АБС получают из акрилонитрила , бутадиена и стирола . Акрилонитрил — синтетический мономер, получаемый из пропилена и аммиака ; бутадиен – нефтяной углеводород, полученный из фракции С4 парового крекинга ; Мономер стирола получают дегидрированием этилбензола , углеводорода , получаемого в результате реакции этилена и бензола .
По данным Европейской ассоциации торговли пластмассами PlasticsEurope, промышленное производство 1 кг (2,2 фунта) АБС-смолы в Европе требует в среднем 95,34 МДж (26,48 кВт⋅ч ) и производится из природного газа и нефти . [16] [17]
Обработка
[ редактировать ]ABS изготавливается из различных марок, но для точной обработки структурных деталей из ABS рекомендуется использовать ABS машинного класса. ABS машинного класса легко обрабатывается стандартными методами, включая токарную обработку, сверление, фрезерование и распиловку. Детали из АБС-пластика можно сваривать, нагревая соединяемые поверхности до тех пор, пока они не начнут плавиться; К такому стыку можно применить армирование, расплавив тонкий стержень АБС. Детали из АБС-пластика также можно химически скреплять друг с другом и с другими достаточно похожими пластиками с помощью растворителей. [18]
Приложения
[ редактировать ]
ABS была запатентована в 1948 году и представлена на коммерческих рынках корпорацией Borg-Warner в 1954 году. [19]
Легкий вес ABS, а также возможность литья под давлением и экструзии делают его полезным в производстве таких изделий, как системы дренажно-канализационных труб (DWV). Музыкальные инструменты, такие как пластиковые блокфлейты , гобои и кларнеты , а также некоторые детали фортепиано, как правило, изготавливаются из АБС-пластика, как и колпачки клавиш компьютерной клавиатуры. [20]
Другие области применения включают головки клюшек для гольфа (из-за их хорошей амортизации), компоненты автомобильной отделки, автомобильные бамперы, бинокли и монокуляры , ингаляторы, небулайзеры , [21] нерассасывающиеся шовные материалы, сухожильные протезы, системы доставки лекарств, трахеальные трубки, [13] корпуса для электрических и электронных узлов (например, корпуса компьютеров ), защитные головные уборы, каноэ для бурной воды, буферные кромки для мебели и столярных панелей, чемоданы и защитные чехлы для переноски, корпуса для ручек и мелкую кухонную технику. Игрушки, в том числе LEGO (кирпичики Lego с 1963 года в основном производятся из АБС-пластика). [22] ) и кирпичи Kre-O широко используются. [23] [24]
АБС-пластик, измельченный до среднего диаметра менее 1 микрометра, используется в качестве красителя в некоторых красках для татуировок . [25]
3D-печать
[ редактировать ]При экструдировании в нить АБС-пластик является распространенным материалом, используемым в 3D-принтерах . [26] поскольку он дешев, прочен, обладает высокой стабильностью и может подвергаться различным способам последующей обработки (шлифовка, покраска, склеивание, шпатлевка и химическое выравнивание). Известно, что при использовании в 3D-принтере АБС-пластик деформируется из-за усадки, возникающей при охлаждении в процессе печати. Усадку можно уменьшить, печатая внутри корпуса на нагретой поверхности печати, используя клей, такой как клей-карандаш или лак для волос, чтобы первый слой отпечатка хорошо прилипал к поверхности печати, или печатая с полями/плотиной на расстоянии основание отпечатка, чтобы улучшить сцепление с поверхностью отпечатка. [27] ABS используется только в 3D-принтерах FFF/FDM , поскольку 3D-принтеры из смолы не могут плавить пластик.
Конкретными формами нитей ABS являются ABS-ESD (электростатический разряд) и ABS-FR (огнестойкие), которые используются, в частности, для производства электростатически чувствительных компонентов и огнеупорных сборных деталей.
Опасность для человека
[ редактировать ]АБС устойчив к разложению при нормальном использовании и условиях обработки полимеров. Воздействие канцерогенов в результате нормального использования и обработки значительно ниже пределов воздействия на рабочем месте. [28] Однако, если температура достигает 400 °C (750 °F), АБС может разложиться на составляющие: бутадиен (канцероген для человека), акрилонитрил (возможно, канцероген для человека) и стирол (разумно предполагается, что он канцероген для человека). [28]
Ультрамелкие частицы (UFP) можно производить при более низких температурах (например, при 3D-печати). [29] Были высказаны опасения по поводу концентраций UFP в воздухе, образующихся при 3D-печати с помощью ABS, поскольку UFP связаны с неблагоприятными последствиями для здоровья, некоторые из которых могут быть результатом обструкции тканей в почках, легких и кишечнике, вызванной накоплением UFP. [30] [31]
См. также
[ редактировать ]- Полимолочная кислота (PLA) – еще один пластик, используемый для 3D-печати.
- Retrobright – процесс обращения вспять пожелтения белых оболочек из АБС-пластика.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Матбаза» . Архивировано из оригинала 17 июня 2014 года . Проверено 3 июля 2014 г.
- ^ «Химическая и экологическая стойкость термопластов» . rtpcompany.com . 10 сентября 2013 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Питерс, Эдвард Н., «Пластмассы: термопласты, термореактивные материалы и эластомеры», Справочник по выбору материалов , Нью-Йорк: John Wiley & Sons, Inc., стр. 363–365.
- ^ «Стекло из АБС-пластика в 3D-печати» (PDF) .
- ^ Jump up to: а б Пластические свойства акрилонитрил-бутадиен-стирола (АБС) . Архивировано 15 мая 2010 года в Wayback Machine . Небольшая таблица свойств ABS внизу. Проверено 7 мая 2010 г.
- ^ Бендж Эдвардс Винтажные компьютеры и игры | Архив » Почему Super Nintendo теряют цвет: изменение цвета пластика в классических машинах . Винтажные вычисления. 12 января 2007 г.
- ^ Harper CA (1975) Справочник по пластмассам и эластомерам , McGraw-Hill, Нью-Йорк, стр. 1–3, 1–62, 2–42, 3–1, ISBN 0070266816
- ^ Рутковски, СП; Левин, Британская Колумбия (1986). «Сополимеры акрилонитрила, бутадиена и стирола (АБС): продукты пиролиза и горения и их токсичность. Обзор литературы» . Огонь и материалы . 10 (3–4): 93. doi : 10.1002/fam.810100303 .
- ^ Хеншоу, Дж. М.; Вуд, В.; Холл, AC (1999). «Отказ автомобильных ремней безопасности, вызванный деградацией полимера». Инженерный анализ отказов . 6 : 13–25. дои : 10.1016/S1350-6307(98)00026-0 .
- ^ «Ремни отозваны на 8,4 млн автомобилей» . Балтимор Сан . Служба новостей Найт-Риддер. 24 мая 1995 года. Архивировано из оригинала 17 ноября 2015 года . Проверено 16 ноября 2015 г.
- ^ «Переработка АБС» . Heathland BV Архивировано из оригинала 6 марта 2014 г. Проверено 31 декабря 2013 г.
- ^ «Переработка пластика» . Городской совет Брисбена . Проверено 31 декабря 2013 г.
- ^ Jump up to: а б Нэнси Кротти (15 ноября 2019 г.). «Эти распространенные термопласты идеально подходят для литья под давлением медицинских устройств» . Медицинский дизайн и аутсорсинг . Проверено 4 мая 2020 г.
- ^ Юсиф, Э.; Хаддад, Р. (23 августа 2013 г.). «Фотодеградация и фотостабилизация полимеров, особенно полистирола: обзор» . СпрингерПлюс . 2 : 398. дои : 10.1186/2193-1801-2-398 . ПМК 4320144 . ПМИД 25674392 .
- ^ Чарли Геддес (11 мая 2014 г.). «Прозрачный ABS может стать явным победителем» . Харди Полимерс . Проверено 14 марта 2023 г.
- ^ Бустед, я (март 2005 г.). Акрилонитрил-бутадиен-стирольный сополимер (АБС) (Технический отчет). Экопрофили европейской индустрии пластмасс. ПластикЕвропа. Архивировано из оригинала 30 мая 2011 г. Проверено 23 января 2013 г.
- ^ Хаммонд, врач общей практики; Джонс, CI (2008). «Воплощенная энергия и углерод в строительных материалах» (PDF) . Труды ДВС-Энергии . 161 (2): 87. Бибкод : 2008ICEE..161...87H . дои : 10.1680/ener.2008.161.2.87 . S2CID 55741822 .
- ^ «Лист, стержень, трубка и аксессуары из АБС-пластика» . Межгосударственный пластик . Проверено 23 сентября 2016 г.
- ^ «Акрилонитрил-бутадиен-стирольный сополимер | химическое соединение | Британника» . 24 ноября 2023 г.
- ^ «Конструкция клавиш: ABS» . Дескторичность . Сентябрь 2014.
- ^ «Акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС) и его особенности» . Омнексус . Проверено 4 мая 2020 г.
- ^ Липковиц, Дэниел (2009). Книга LEGO - Том 1 (1-е изд.). Лондон: Дорлинг Киндерсли. п. 21. ISBN 9781405341691 .
- ^ АБС - акрилонитрил-бутадиен-стирол на Designsite.dk, список применений. Проверено 27 октября 2006 г.
- ^ Мэй, Джеймс (2009). Истории игрушек Джеймса Мэя . Лондон: Конвей. ISBN 978-1-84486-107-1 .
- ^ Кеннеди, CTC; и др. (2010), «Механические и термические травмы», Тони Бернс; и др. (ред.), Учебник дерматологии Рука , том. 2 (8-е изд.), Уайли-Блэквелл, с. 28.48
- ^ «Бесплатное руководство для начинающих» . www.3dprintingindustry.com . Индустрия 3D-печати . Проверено 30 мая 2016 г.
- ^ Деформация печати ABS: как это остановить , Хиронори Кондо, сентябрь 2021 г.
- ^ Jump up to: а б Анвин, Джон (2013). «Выбросы в воздух канцерогенов и респираторных сенсибилизаторов при термической обработке пластмасс» . Анналы гигиены труда . 57 (3): 399–406. дои : 10.1093/annhyg/mes078 . ПМИД 23091110 .
- ^ Азими, Пархэм; Чжао, Дэн; Пузе, Клэр; Крейн, Нил Э.; Стивенс, Брент (2016). «Выбросы сверхтонких частиц и летучих органических соединений из имеющихся в продаже настольных трехмерных принтеров с несколькими нитями накаливания» . Экологические науки и технологии . 50 (3): 1260–1268. Бибкод : 2016EnST...50.1260A . дои : 10.1021/acs.est.5b04983 . ISSN 0013-936X . ПМИД 26741485 .
- ^ Стивенс, Брент (ноябрь 2013 г.). «Выбросы сверхмелких частиц из настольных 3D-принтеров» . Атмосферная среда . 79 : 334–339. Бибкод : 2013AtmEn..79..334S . дои : 10.1016/j.atmosenv.2013.06.050 .
- ^ Сана, Шива Шанкар; Догипарти, Лакшман Кумар; Гангадхар, Лекшми; Чакраворти, Аргья; Абхишек, Наллури (сентябрь 2020 г.). «Влияние микропластика и нанопластика на морскую среду и здоровье человека» . Наука об окружающей среде и исследования загрязнения . 27 (36): 44743–44756. Бибкод : 2020ESPR...2744743S . дои : 10.1007/s11356-020-10573-x . ISSN 0944-1344 . ПМИД 32876819 . S2CID 221400929 — через Springer Link.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
