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ABS这种塑料,相信每一位制造业上的工程师,或多或少都听说过,尤其是对于机械结构、模具、材料等方面的工程师,那是再熟悉不过了,我们生活中大部分塑胶产品的外壳,如各类家用电器产品、3C数码产品、打印机、电脑显示器等,都大量采用ABS作为外壳材料,至于为什么ABS的用途如此广泛,是因为它有着极高的性价比。
ABS虽然是一种很普通常见的塑胶材料,它的各方面介绍资料网上都有,但我还是要重新总结一下,加深对ABS的理解,同时也希望能帮助一些读者对ABS有一些不一样的认识吧。
ABS的全称为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯,其中A代表丙烯腈,B代表丁二烯,S代表苯乙烯,它是由这三种单体组成的共聚物,其分子式如下:
从全称或者分子式中可以看得出来,其中的一个单体:苯乙烯,其实就是聚苯乙烯PS的单体,PS这一塑胶材料本身具有良好的透明性、着色性、电绝缘性以及流动性等优点,但同时其缺点也明显,质脆、易开裂、冲击强度低、耐热性差。虽然PS产量大,价格便宜,同为五大通用塑胶(PE、PP、PVC、PS、ABS)之一,很显然,在ABS没出现前,找不到一种性价比高的材料可以大规模应用在日常产品上,但是,比来比去,五大通用塑胶中,PS改造的价值大一些,当然从现在来看这是后话了。
所有,ABS开始是在PS改性基础上发展起来的,由于具有刚、韧、硬的独特优点,其用量与PS相当,而且应用范围已经远远超过PS,因此成为一种独立于PS的塑料品种。早期将ABS划分为工程塑料一类,但随其快速发展,产量很快接近其母体PS,因此从2000年起就将其划分为通用塑料一类,成为第五大通用塑料品种。
那ABS是怎么在PS改性的基础上发展起来的呢?
首先,为了改善PS质脆、易开裂、冲击强度低等性能,早期,美国橡胶公司和PS生产厂家就开始用丁二烯橡胶(PB)通过枝接的方法,把聚苯乙烯(PS)和橡胶颗粒连接在一起,从而制得耐冲击性聚苯乙烯(HIPS),当HIPS受到冲击时,裂纹扩展的尖端应力会被相对柔软的橡胶颗粒释放掉,因此裂纹的扩展受到阻碍,抗冲击性比普通PS提高了几倍。
HIPS虽然继承了PS的大部分优点,但由于加入了橡胶相(5%-15%),本来透明的PS变得不再透明,导致光泽度下降,同时其拉伸强度、耐候性、耐热性比PS都差,幸好其价格便宜,在这里可以认为是低配版的ABS吧,所以很多企业为了降本,常常选用HIPS代替ABS,主要应用在电视机、电话机、以及各种仪表等的外壳零件上。
为了提高HIPS的应用范围,提高其强度、耐热性、耐化学性,1947年,美国橡胶公司首先用共混法工艺实现了ABS树脂的工业生产,其用丁腈橡胶和丙烯腈-苯乙烯的共聚物共混制得,然而这种方法制得的ABS在流动性、低温冲击性、耐老化性方面都不是很好。1954年,美国Borg-warner公司将丙烯腈和苯乙烯在聚丁二烯胶乳中进行接枝聚合,制得了接枝型ABS树脂,并首先实现了工业化生产。之后ABS制备工艺进入大发展时期,先后开发出多种工艺,其中目前比较常用的有两种,乳液接枝掺和法、连续本体法。
乳液接枝掺和法:将部分苯乙烯单体和丙烯腈单体与聚丁二烯胶乳进行乳液接枝共聚,而另一部分苯乙烯单体和丙烯腈单体进行共聚生产SAN,然后再将两者以不同比例掺和就可以得到各种牌号的ABS树脂。此工艺助剂残留较多,产品色泽偏黄,市场售产品多数是此法生产(LG、奇美、吉化、巴斯夫等)。
连续本体法:将聚丁二烯橡胶直接溶解于苯乙烯单体和丙烯腈中进行本体聚合,从而制得ABS树脂。此工艺没有中间产品SAN,此法助剂残留较少,产品色泽较白,目前美国DOW与中石化上海高桥是用此工艺。
连续本体聚合法具有工艺流程简单、操作容易、污染小和投资省等特点,国外新建ABS装置有向该工艺发展的趋势,但由于目前该工艺本身的局限性,无法生产橡胶含量在20%以上的ABS树脂,其产品的抗冲强度受到限制,同时其难于控制橡胶粒径的分布及大小,所以在抗冲击性能和光泽度上稍差。
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