АБС-пластик

АБС-пластик (акрилонитрилбутадиенстирол, АБС-пластик, ABS) — это ударопрочный термопластичный полимер на основе сополимера акрилонитрила, бутадиена и стирола. Относится к классу конструкционных пластмасс, сочетает высокую механическую прочность, жёсткость и стойкость к ударным нагрузкам. Широко применяется в промышленности, производстве товаров народного потребления и 3D-печати.

История

Разработка АБС-пластика началась в 1940-х годах в США. В 1948 году компания Borg-Warner Corporation (организация не признана экстремистской, не запрещена в РФ) представила первую коммерческую версию материала под торговой маркой «Cycolac». Первоначально АБС-пластик создавался как альтернатива дорогим и менее технологичным материалам, таким как полистирол и полиамид. В 1950-х годах технология производства была усовершенствована, что позволило наладить массовый выпуск. В СССР промышленное производство АБС-пластика было освоено в 1960-х годах на предприятиях химической промышленности, в частности на Охтинском химическом комбинате (Ленинград). К концу XX века АБС-пластик стал одним из самых распространённых конструкционных полимеров в мире.

Химический состав и структура

АБС-пластик представляет собой тройной сополимер, в котором каждый мономер придаёт материалу определённые свойства:

Акрилонитрил (15–35 % по массе) — обеспечивает химическую стойкость, твёрдость и термостойкость.
Бутадиен (5–30 % по массе) — придаёт ударную вязкость и эластичность, особенно при низких температурах.
Стирол (40–60 % по массе) — отвечает за жёсткость, блеск, обрабатываемость и способность к окрашиванию.

Молекулярная структура АБС-пластика представляет собой матрицу из сополимера стирола и акрилонитрила, в которой диспергированы частицы бутадиенового каучука. Такая морфология обеспечивает высокую ударопрочность за счёт поглощения энергии удара эластичными частицами.

Свойства

Физические и механические свойства

АБС-пластик обладает рядом характерных свойств:

Плотность: 1,04–1,07 г/см³.
Предел прочности при растяжении: 30–50 МПа (в зависимости от марки).
Ударная вязкость по Изоду: 100–400 Дж/м (с надрезом).
Температура размягчения по Вика: 90–110 °C.
Температура плавления: 200–260 °C (в зависимости от состава).
Твёрдость по Шору D: 70–80.
Водопоглощение (за 24 ч): 0,2–0,4 %.

Химическая стойкость

Материал устойчив к действию разбавленных кислот, щелочей, масел и жиров. Нестоек к воздействию концентрированных кислот, ароматических и хлорированных углеводородов (например, ацетона, бензола, четыреххлористого углерода), которые вызывают набухание или растворение.

Термические свойства

АБС-пластик относится к термопластам: при нагреве выше температуры стеклования (около 105 °C) он размягчается, а при охлаждении возвращается в твёрдое состояние. Длительная эксплуатация возможна при температурах от –20 °C до +80 °C. При нагреве выше 260 °C начинается термическая деструкция с выделением токсичных газов (стирол, цианистый водород).

Электрические свойства

АБС-пластик является диэлектриком. Удельное объёмное электрическое сопротивление — 10¹⁴–10¹⁶ Ом·см, диэлектрическая проницаемость (при 50 Гц) — 2,7–3,2.

Классификация и виды

АБС-пластик выпускается в виде гранул, листов, стержней и порошков. По назначению и свойствам выделяют несколько основных типов:

Общего назначения — стандартные марки для литья под давлением и экструзии.
Ударопрочные — с повышенным содержанием бутадиена (до 30 %), применяются для изготовления корпусов и деталей, испытывающих ударные нагрузки.
Термостойкие — с добавками, повышающими температуру размягчения до 110–120 °C.
Пожаростойкие — с антипиренами, снижающими горючесть (класс V-0 по UL 94).
Электроизоляционные — с улучшенными диэлектрическими характеристиками.
Пищевые — марки, разрешённые для контакта с пищевыми продуктами (соответствуют требованиям ГОСТ Р 50962-96 и СанПиН).
Для 3D-печати — филаменты диаметром 1,75 мм или 2,85 мм, часто с добавками для снижения усадки.

Производство

Основной метод получения АБС-пластика — эмульсионная или суспензионная полимеризация. Процесс включает три стадии:

Полимеризация бутадиена — получение бутадиенового латекса (каучуковой основы).
Привитая сополимеризация — на частицы каучука прививают акрилонитрил и стирол.
Смешение и грануляция — полученный латекс коагулируют, промывают, сушат и экструдируют в гранулы.

В промышленности также применяют метод непрерывной полимеризации в массе (блочный метод), который даёт более однородный продукт.

Применение

Благодаря сочетанию прочности, лёгкости, технологичности и низкой стоимости АБС-пластик используется во многих отраслях:

Автомобилестроение: изготовление панелей приборов, решёток радиаторов, корпусов зеркал, внутренних и наружных деталей кузова.
Электроника и электротехника: корпуса бытовых приборов (пылесосов, кофеварок, фенов), телевизоров, компьютеров, розеток, выключателей.
Строительство: трубы, фитинги, сантехнические изделия, подоконники, элементы вентиляции.
Производство товаров народного потребления: игрушки (в том числе конструкторы LEGO), чемоданы, спортивный инвентарь, канцелярские принадлежности.
Медицина: корпуса медицинских приборов, контейнеры для хранения, детали инвалидных колясок.
3D-печать: филамент для FDM/FFF-принтеров, позволяющий изготавливать прочные и термостойкие детали.

Обработка

АБС-пластик перерабатывается всеми основными методами термопластов:

Литьё под давлением — наиболее распространённый метод, температура плавления 200–250 °C, давление впрыска 50–150 МПа.
Экструзия — для получения листов, труб, профилей.
Термоформование — из листового материала (вакуумная или пневматическая формовка).
3D-печать — экструзия расплавленного филамента.

Материал хорошо поддаётся механической обработке (сверление, фрезерование, шлифование), склеиванию (цианакрилатными, эпоксидными клеями) и окрашиванию. Для улучшения адгезии перед окраской рекомендуется грунтовка.

Экологические аспекты и утилизация

АБС-пластик не является биоразлагаемым. В природных условиях разлагается десятилетиями. При горении выделяет токсичные вещества, включая стирол и цианистый водород. В связи с этим сжигание АБС-пластика без специальных фильтров недопустимо.

Основные методы утилизации:

Механическая переработка — измельчение, очистка, грануляция с последующим использованием вторичного сырья для изготовления менее ответственных изделий (например, строительных панелей, поддонов).
Пиролиз — термическое разложение при высокой температуре без доступа кислорода с получением жидких углеводородов и газов.
Захоронение на полигонах — наименее предпочтительный метод, применяется в отсутствие перерабатывающих мощностей.

В России сбор и переработка отходов АБС-пластика регулируются Федеральным законом № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления». Вторичный АБС-пластик часто уступает по свойствам первичному, поэтому его применение ограничено.

Безопасность

При нормальных условиях эксплуатации АБС-пластик инертен и безопасен для человека. Однако при нагреве выше 200 °C возможно выделение паров стирола и других летучих соединений, которые могут вызывать раздражение дыхательных путей. При механической обработке (шлифовке, резке) образуется пыль, которую не следует вдыхать. В пищевых марках АБС-пластика содержание остаточного стирола строго нормируется (не более 0,01 % по массе).

Источники

ГОСТ 28250-89 (ИСО 2580-1-78) «Пластмассы. Сополимер акрилонитрил-бутадиен-стирольный (АБС). Технические условия».
ГОСТ Р 50962-96 «Пластмассы. Метод определения ударной вязкости по Изоду».
Шварцман А. С. «Пластические массы: свойства, переработка, применение». — М.: Химия, 2005.
Крыжановский В. К., Бурлов В. В. «Технология полимерных материалов». — СПб.: Профессия, 2012.
Материалы компании BASF (организация не признана экстремистской, не запрещена в РФ) по марке ABS «Terluran».
Обзор рынка АБС-пластика в России, 2023. — Аналитический центр «Химэксперт».

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →