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ABS工程塑料小常识


  一、ABS的概述
  化学名称:丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 英文名称:Acrylonitrile Butadiene Styrene
  比重1.05克/cm3,成型收缩率:0.4~0.7% ABS树脂是一种共混物,是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,这三者的一般比例为20:30:50(熔点为175℃)。其特性是由三组份的配比及每一种组分的化学结构,物理形态控制,丙烯晴组分在ABS中表现的特性是耐热性、耐化学性、刚性、抗拉强度,丁二烯表现的特性是抗冲击强度,苯乙烯表现的特性是加工流动性,光泽性。这三组分的结合,优势互补,使ABS树脂具有优良的综合性能。只要改变其三者的比例、聚合方法、颗粒的尺寸,便可以生产出一系列具有不同冲击强度、流动特性的品种,如增加丁二烯的组份,则其冲击强度会得到提高,但是硬度和流动性就会降低,强度和耐热性亦变差。ABS具有刚性好,冲击强度高、耐热、耐低温、耐化学药品性、机械强度和电器性能优良,易于加工,加工尺寸稳定性和表面光泽好,容易涂装,着色,还可以进行喷涂金属、电镀、焊接和粘接等二次加工性能。
  ABS是一种综合性能十分良好的树脂,无毒,微黄色,在比较宽广的温度范围内具有较高的冲击强度,热变形温度比PVC高,尺寸稳定性好,收缩率在0.4%~0.8%范围内,若经玻纤增强后可以减少到0.2%~0.4%,而且绝少出现塑化后收缩。

  二、ABS的特点:
  1、综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好。
  2、与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理。
  3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。
  4、流动性比HIPS差一点,比PMMA、PC等好,柔韧性好。

  三、ABS的合成方法 ABS树脂的生产方法很多,目前世界上工业装置上应用较多的是乳液接技掺合法和连续本体法。
  1.乳液接枝掺合工艺:
  乳液接枝掺合法是在ABS树脂的传统方法--乳液接枝法的基础上发展起来的,根据SAN共聚工艺不同又可分为乳液接枝乳液SAN掺合、乳液接枝悬浮SAN掺合、乳液接枝本体SAN掺合三种,其中后两者在目前工业装置上应用较多。这三种乳液接枝掺合工艺都包括下面几个中间步骤:丁二烯乳胶的制备、接枝聚合物的合成,SAN共聚物的合成,掺混和后处理。
  ⑴丁二烯胶乳的合成:丁二烯胶乳的合成是ABS生产过程中的一个主要单元,一般采用乳液聚合工艺生产。此生产技术目前比较成熟,控制胶乳中总的固含量(一般总的固含量越高生产成本越低),控制橡胶粒子的大小,在0.05-0.6μm,最好在0.1-0.4μm范围内,粒径呈双峰分布,这样可使ABS树脂产品具有优异的表面性能和韧性。
  ⑵接枝聚合物的合成:聚丁二烯与苯乙烯、丙烯腈接枝是ABS生产工艺中的核心单元。粒径呈双峰分布的聚丁二烯胶乳连续送入乳液接枝反应器与苯乙烯和丙烯腈单体混合物进行接枝共聚反应。单体与聚丁二烯之比提高则接枝聚合物和SAN共聚物的分子量及接枝度增加,内部接枝率一般随橡胶粒径的增加和橡胶交联密度的降低而增加。在粒径和橡胶交联密度恒定时接枝度和接枝密度是决定ABS产品性能的因素。
  ⑶SAN共聚物的合成:苯乙烯与丙烯晴共聚物合成方法有三种:乳液法、悬浮法和本体法。本体法采用热引发、连续聚合,产品纯净、质量较高,污染少,在SAN合成中正取代悬浮法,尤其在大型ABS生产装置上。悬浮法采用引发剂,间歇聚合、产品不如本体法纯净,产生的废水对环境有污染,但工艺简单,流程短,投资少,聚合热易撒出,对中小型装置而言悬浮法较为经济。乳液法流程长,技术落后,发达国家已基本淘汰。
  ⑷掺混和后处理:最后将得到的ABS接枝聚合物与SAN共聚物以不同比例进行掺混,可以得到多种ABS树脂产品,掺混方法使产品具有很大的灵活性。
  SAN与接枝聚合物的掺混和后处理工艺上有二种方法:在“湿工艺”中先将接枝胶液脱去大量水,得到的胶粒或胶块和SAN粒子一起送入特殊的挤出机进行干燥、混合和造料。在“干工艺”中,先用离心机将接枝胶液中大量水分脱去,然后用氮氧干燥,干燥的接枝胶粒和SAN粒子混合,挤出、干燥。此二种工艺都为连续法生产,其设备细节是专利技术。
  2.连续本体工艺:
  近年来连续ABS工艺进一步完善,已逐步确立了其为主要ABS生产工艺的地位,从环保和投资的观点看本体法是最佳期的ABS生产工艺,本体工艺的主要缺点是所生产的产品有局限性,如在高抗冲产品的生产上有局限性。
  本体工艺与乳液工艺不同,乳液工艺在水相中进行,反应体系粘度较低,传热较好,而在本体工艺生产ABS树脂时,为了粘度容易控制,对橡胶含量控制在15%以内,最多不超过20%,而且普通本体工艺生产的ABS树脂中橡胶粒子较大,因此表面光泽差。大部分本体工艺采用3-5个连续反应器串联的反应器体系,反应器可以是搅拌槽式、塔式、管式或组合式。近年来连续本体工艺在改进产品上取得的主要进展有如下几点:
  ⑴控制橡胶粒径小于1.5um,改进光泽度;
  ⑵控制橡胶粒径和形态,改进抗冲性;
  ⑶增加橡胶相中的夹附量;
  ⑷使橡胶的粒子呈双峰分布;
  ⑸优选引发剂类型和浓度等;
  ⑹引入第四单体改性:如引入α-甲基苯乙烯生产耐热ABS树脂。
  上述二种ABS生产方法,对年产5万吨的生产装置在生产胶含量为15%(wt)的ABS树脂时,本体工艺和乳液接枝本体SAN掺合工艺的总可变成本相同,总的现金成本则本体工艺较低。如果为了生产抗冲性能好的高胶含量的ABS产品,本体法ABS生产者必须外购买橡胶接枝的浓缩物,或者自己生产这种浓缩物用于本体ABS共混,后者实际上已经将本体工艺转变为乳液接枝本体SAN掺合工艺。所以目前仅有少数公司采用连续本体工艺直接得到ABS树脂产品,大部分仍然采用乳液接枝本体SAN掺合法生产ABS树脂。

  四、ABS的成型特性
  成型温度:200-240℃ 干燥条件:80-90℃ 2小时
  1.无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度,3小时。
  2.宜取高料温,高模温,但料温过高易分解(分解温度为>270℃)。对精度较高的塑件,模温宜取50-60度;对高光泽.耐热塑件,模温宜取60~80℃。
  3、如需解决夹水纹,需提高材料的流动性,采取高料温、高模温,或者改变入水位等方法。
  4、如成形耐热级或阻燃级材料,生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物,导致模具表面发亮,需对模具及时进行清理,同时模具表面需增加排气位置。

  五、ABS的主要应用
  用途:适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件。
  ABS是本世纪40年代发展起来的通用热塑性工程塑料,一般来说汽车、器具和电子电器是ABS树脂三大应用领域,然而不同地区和国家ABS树脂的消费结构存在很大差异,在汽车领域中美国和西欧的消费比较高,约占22-24%,日本占15%左右,远东地区仅占5%,在器具方面日本占27%,西欧占24%,美国占20%,在电子电器领域远东地区所占比例高达50%左右,日本西欧约占23-26%,美国仅占10%左右。此外日本在杂品方面的应用比例高达28%,美国在建筑建材方面应用比例占13-16%。ABS树脂可以注塑、挤出或热成型。
  1.汽车:
  ABS树脂是汽车中使用仅次于聚氨脂和聚丙烯的第三大树脂。ABS树脂可用于车内和车外部外壳,方向盘、导油管及把手和按钮等小部件,车外部包括前散热器护栅和灯罩等。此外由于ABS树脂的耐热性较好,近年来开发了一些新的用途如喷嘴、储藏箱、仪表板等,美国一辆小汽车上ABS树脂的平均用量10公斤,在卡车和其它车型中平均用量高达18-23公斤。
  大部分汽车部件都是用注塑成型方法加工的,与PP比ABS树脂的优点是抗冲性、隔音性、耐划痕性,耐热性更好,也比PP更美观、特别在横向抗冲性和使用温度较为严格的部件,PP应用受到限制,而ABS因为表面光滑,抗冲击性好,耐高温和可加工性好,具有与其它树脂相比的竞争性。
  2.器具:
  ABS树脂在器具方面一般为大型器具如冰箱、冰柜、食品箱等和小型器具和食品加工机,吸尘器、吹风机、缝纫机的外罩和室内空调器、加湿器等。
  3.电子/电器:
  电子/电器包括各种办公和消费性电子/电器,办公电器包括电子数据处理机、办公室设备。消费性电器包括影像设备、音响设备和磁介质存储器。在美国和西欧,办公电器市场比消费性电器市场大得多,前者约占2/3。近年来在电子电器市场?ABS树脂也受其它树脂的冲击,ABS树脂在要求阻燃和高耐热的电子/电器市场中将保持其地位,阻燃与耐高热的ABS树脂在与ABS/PPO和ABS/PC等工程塑料合金的竞争中具有明显的优势。
  4.建材:
  ABS树脂在建材领域的应用情况各地区差异很大,在美国主要用于管材,约占95%,余下是板或片材,近年来被价格更为低廉的PVC树脂取代了一部分。西欧目前大约4×5%的ABS树脂用于与建筑有关的领域,其中挤出片材用于卫生器具如澡盒、游泳池衬里等,另外注塑成型的管材和管件,少量生产挤出成型的电话电缆管线。
  5.ABS合金/共混物:
  合金和共混物可以以最经济的途径量体裁衣地满足各个不同用途需要的性能组合,ABS树脂与较高。
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