مواد ABS و خواص آن

یکی از مهم ترین و پر مصرفترین ترپلیمرهایی که به صورت تجاری تولید میشوند ABS است. در این مقاله به ماهیت و خواص و دیگر موارد در مورد مواد ABS  میپردازیم. با ما همراه باشید...

مقدمه

ABS مخفف (Acrylonitrile-butadiene-styrene)   با فرمول شیمیایی (C₈H₈)_x• (C₄H₆)_y•(C₃H₃N)_z) ) ماده‌ای ترموپلاستیک است. این ماده آمورف است و فاقد نقطه ذوب است. این مواد در دهه ۱۹۵۰ به وجود آمدند.

پلیمر ABS  یک ترپلیمر (terpolymer) است که از پلیمریزاسیون استایرن و اکریلونیتریل در حضور پلی بوتادیان تولید می‌شود. از زمانی که این پلیمرها به‌خوبی شناخته شدند در رده پلیمرهای با درصد تولید بالا همچون PE، PP، PVC و PS قرار گرفتند. این پلیمرها اهمیت قابل‌توجهی در تولید محصولات خانگی دارند. علت این امر موارد زیر است:

1. مقاومت ضربه‌ای فراروان
2. سفتی خوب
3. کیفیت سطح بسیار خوب
4. پایداری ابعادی بسیار خوب در شرایط دمایی بالا
5. مقاومت شیمیایی بسیار خوب
6. مقاومت در برابر شرایط محیطی (stress cracking)
7. عمده نقاط ضعف آن عبارت‌اند از:
8. شفافیت کم
9. مقاومت آب و هوایی (weathering) کم
10. مقاومت شعله کم

 تولید پلیمرهای ABS

عموماً عبارت ABS عبارتی عمومی برای کوپلیمرهای استفاده می‌گردد که مخلوطی از آکریلونیتریل، بوتادیان و استایرن هستند. خواص این ماده در میان موادی که مخلوط فیزیکی از کوپلیمرهای آکریلونیتریل-استایرن (SAN) (که عموماً شیشه‌ای هستند) و کوپلیمرهای آکریلونیتریل- بوتادیان (که رابری هستند) بسیار برجسته است. امروزه ABS شامل محصولاتی می‌شود که ذرات گسسته رابری و کراسلینک شده پلی بوتادیان با SAN گرافت شده و در ماتریکس SAN قرارگرفته است.

تغییر در مقدار درصد هر یک از مواد پایه ABS رنج گسترده‌ای از مواد گوناگون را ایجاد می‌کند. یک مخلوط عمومی از این مواد شامل درصد ترکیب زیر است:

• ۷۰ قسمت (۷۰: ۳۰ کوپلیمر استایرن-آکریلونیتریل)
• ۴۰ قسمت (۶۳: ۳۵ رابر بوتاداین-آکریلونیتریل)

با تغییر در درصد هریک از این مواد، پلیمرهایی تولید می‌گردد که در فرایند پذیری، سفتی، سفتی در دمای پایین و مقاومت گرمایی متفاوت می‌باشند.
اگرچه رابرهای نیتریلی بکار رفته عموماً حاوی مقدار ۳۵% آکریلونیتریل است، وجود مقدار رابر نیتریلی با بوتادیان بیشتر باعث افزایش سفتی پلیمر در دمای پایین می‌شود.
از شکل زیر می‌توان دریافت که حداقل مقدار رابر نیتریلی کراسلینک شده ۲۰% است تا سفتی مناسب قطعه به دست آید. در مواد با خاصیت ضربه‌پذیری بالا، کوپلیمرهای آکریلونیتریل- استیرن باید وزن مولکولی بالایی داشته باشند. کوپلیمرهای تجاری حاوی ۲۰-۳۰% آکریلونیتریل برای تولید نوع یک پلیمر ABS مناسب هستند. طبیعت فیزیکی مخلوط پیچیده‌تر از SBR، پلی استایرن اصلاح‌شده است، بطوریکه شبکه‌های مولکولی رابری ممکن است در فاز رزینی وجود داشته باشند.

 برای تولید ABS نوع ۲، استایرن و آکریلونیتریل به لاتکس بوتادیان افزود می‌شود و مخلوط در دمای ۵۰ درجه سانتی‌گراد حرارت داده‌شده تا منومر جذب شود. یک آغازگر قابل‌حل در آب مانند پتاسیم پرسولفات به سیستم افزوده می‌شود تا استایرن و آکریلونیتریل را پلیمریزه کند. محصول تولیدشده مخلوطی از پلی بوتادیان، پلی بوتادیان گرافت شده با تا استایرن و آکریلونیتریل و کوپلیمر استایرن- آکریلونیتریل می‌باشد. وجود پلیمر گرافت شده بسیار ضروری است بطوریکه مخلوط‌های بوتادیان و کوپلیمرهای استایرن- آکریلونیتریل ضعیف هستند. علاوه بر فرایند امولسیون که در فوق توصیف شد، فرایندهای جرم و جرم/اشباع نیز مهم هستند.
پلیمرهای حاصله ممکن است نسبت به موارد زیر با یکدیگر متفاوت باشند:

• نسبت رابر SAN
• نسبت استایرن به آکریلونیتریل در ترکیب SAN
• مقدار SAN گرافت شده.
• اندازه ذرات رابری و توزیع اندازه ذرات
• دانسیته کراسلینک رابر
• استفاده از استایرن اصلاح‌شده از قبیل آلفا-متیل استایرن برای افزایش انحراف حرارتی دماها
• استفاده از رابرهای اشباع‌شده بجای پلی بوتادیان برای افزایش مقاومت در شرایط آب و هوایی

بطور وضوح مشخص است که محدوده پلیمرهای نوع ABS بسیار گسترده است. نه‌تنها می‌توان نسبت منومرها را تغییر داد بلکه با در زمان ترکیب آن‌ها می‌توان اصلاحی روی آن‌ها انجام داد. به علت رنج گسترده این محصولات موجود و به علت طبیعت شیمیایی این مواد که بندرت افشا می‌شود بیان خواص دقیق این مواد امکان‌پذیر نیست مگر اینکه خواص اختصاصی آن‌ها بیان گردد؛ اما به‌طورکلی می‌توان گفت که این مواد دارای استحکام ضربه‌ای خوبی‌اند، نقطه نرم شدگی نسبتاً بالایی دارند و به‌طورکلی صافی سطح بسیار خوبی دارند.
در سالهای اخیر تقاضا برای گریدهای خاص ABS  مثلاً گریدهای مقاوم در برابر شعله افزایش‌یافته است. افزایش خاصیت تاخیراندازی شعله بدو روش امکان‌پذیر است:

• استفاده  از افزودنی‌های تاخیرانداز- شعله (fire-retardant)
• مخلوط کردن ABS با پلیمر PVC

ترکیبات برومین (bromine) اغلب به‌عنوان افزودنی‌های تاخیرانداز- شعله بکار می‌روند که حدود ۱۵-۲۰ درصد موردنیاز است. این افزودنی نه‌تنها گران‌قیمت است بلکه باعث افت خواص چقرمگی (toughness) پلیمر می‌گردد. استفاده از PVC باعث چقرمگی بیشتر می‌شود اما فرایند پذیری آن را کاهش می‌دهد.
همچنین تقاضا برای پلیمرهای شفاف ABS نیز افزایش‌یافته است. این خاصیت با تغییر در خواص رابر بکار رفته وهمچنین کاهش یا حذف افزودنیهای قابل انجام است.

فرایند پلیمرهای ABS

رفتار فرایندی پلاستیک‌های ABS عمدتاً از طبیعت شیمیایی آن‌ها، بخصوص خاصیت آمورف بودن آن و گاهی وجود محصولات تخریب‌شده قابل پیش‌بینی است.  مهم‌ترین نکات که باید به خاطر سپرد به شرح زیر است:

۱- پلیمر ABS نسبت به PS آب‌دوست تر است (این پلیمر حدود ۰٫۳% رطوبت در ۲۴ ساعت جذب می‌کند). لذا قبل از انجام  فرایند، این پلیمر باید کاملاً رطوبت‌گیری و خشک شود.
۲- مقاومت گرمایی مذاب آن به‌خوبی پلی استایرن نیست و در صورت افزایش دمای مذاب دود ناخوشایندی مشاهده خواهد شد. این حالت در آخرین محدوده دمایی فرایند آن (۲۵۰-۲۶۰ °C)، زمانی که سرعت اسکرو خیلی زیاد باشد و زمانی که فشار پشت بالا در هنگام قالب‌گیری استفاده می‌شود،  اتفاق می‌افتد. محصولات تخریبی فرار همچنین باعث ایجاد حباب، splay mark و دیگر عیوب تزریقی می‌گردد.
۳- خواص جریانی در بین گریدها به‌صورت قابل‌توجهی تغییر می‌کند اما بعضی گریدها به‌آسانی جریان نمی‌یابند.
۴- آمورف بودن باعث کاهش مقدار جمع شدگی بعد از قالب‌گیری (۰٫۰۴۴-۰٫۰۰۸ cm/cm) می‌شود.

آلیاژهای ABS

تعداد زیادی از آلیاژهای متداول ABS عبارت‌اند از: آلیاژهای /PCABS با مقاومت حرارتی͵ مقاومت ضربه‌ای و فرآیند پذیری بهبودیافته; آلیاژ ABS/PVC با تأخیر اندا زندگی شعله و مقاومت ضربه‌ای بهبودیافته آلیاژهای نایلون/ ABS با مقاومت شیمیایی و حرارتی بهبودیافته و آلیاژهای پلی سولفات  ABS/ با سفتی محیطی و مقاومت حرارتی و شیمیایی.

آیا این پلیمر در پتروشیمی‌های ایران تولید می‌شود؟

پتروشیمی قائد بصیر و پتروشیمی تبریز از تولیدکنندگان این محصول در ایران می‌باشند.
ABS‌ در ۵۰ گرید تولید می‌گردد که گریدهای معمولی، گریدهای مقاوم در برابر حرارت، ضد شعله و قابل آبکاری را شامل می‌شود و بسیاری از این‌ها در پتروشیمی قائد بصیر تولید می‌گردد.

و اما خلاقیت ما...

شرکت نرده سازان آرنیکا با ساخت نرده‌های جدید ساخت شده از این مواد تحول جدید در تولید نرده سازی مخصوصاً نرده چوبی ایجاد کرده است. داشتن کیفیت قابل‌انتظار مشتریان بارنگ و طرح نرده چوبی یکی از برجسته‌ترین مزایای این نرده است که می‌توان به‌عنوان نرده ویلایی مورداستفاده قرار بگیرد.