Акрилонитрил-бутадиен-стирол

Акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС-пластик, ABS) — это ударопрочный термопластичный полимер на основе сополимера акрилонитрила, бутадиена и стирола. Относится к классу конструкционных пластмасс и широко применяется в промышленности, производстве товаров народного потребления и электроники благодаря сочетанию механической прочности, жёсткости, химической стойкости и технологичности переработки.

История

Разработка АБС-пластика началась в 1940-х годах в США. Первые коммерческие образцы были получены в 1948 году компанией Borg-Warner Corporation (подразделение Marbon Chemical). Целью было создание материала, превосходящего по ударной вязкости полистирол, но сохраняющего его технологичность. В 1954 году компания Bayer (Германия) начала выпуск АБС-пластика под торговой маркой Novodur. В СССР промышленное производство АБС-пластика было освоено в 1960-х годах на Дзержинском заводе «Капролактам» (ныне — Нижегородская область). 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 выполняет свою функцию:

• Акрилонитрил (15–35 % по массе) — придаёт жёсткость, термостойкость и химическую стойкость, особенно к маслам и жирам.
• Бутадиен (5–30 %) — каучук, обеспечивающий ударную вязкость, особенно при низких температурах.
• Стирол (40–60 %) — отвечает за технологичность (легкость литья), глянец и жёсткость.

Молекулярная структура представляет собой матрицу из сополимера стирола и акрилонитрила (SAN), в которой диспергированы частицы бутадиенового каучука. Размер частиц каучука (0,1–1 мкм) и степень их сшивки влияют на механические свойства. Сополимер может быть получен методом эмульсионной или суспензионной полимеризации, а также полимеризацией в массе (блочный метод).

Физико-механические свойства

АБС-пластик обладает рядом характерных свойств, которые определяют его применение:

• Плотность: 1,04–1,07 г/см³.
• Предел прочности при растяжении: 30–50 МПа.
• Модуль упругости при изгибе: 2,0–2,6 ГПа.
• Ударная вязкость по Шарпи (с надрезом): 10–40 кДж/м² (зависит от марки).
• Температура размягчения по Вика: 90–110 °C.
• Температура эксплуатации: от –20 °C до +80 °C (кратковременно до +100 °C).
• Водопоглощение за 24 часа: 0,2–0,4 %.
• Электрическая прочность: 15–20 кВ/мм.

Материал стоек к разбавленным кислотам, щелочам, маслам, жирам и спиртам, но разрушается под действием концентрированных кислот, ацетона, эфиров и хлорированных углеводородов. Под воздействием ультрафиолетового излучения (солнечного света) АБС-пластик желтеет и теряет прочность, поэтому для наружного применения в состав вводят стабилизаторы (например, сажу или УФ-абсорберы).

Классификация и виды

АБС-пластик выпускается в виде гранул, которые классифицируются по способу переработки и свойствам:

• Литьевой — для изготовления изделий методом литья под давлением (наиболее распространён).
• Экструзионный — для листов, труб, профилей.
• Ударопрочный (высокоударный) — с повышенным содержанием бутадиена (до 30 %), применяется для корпусов и защитных деталей.
• Термостойкий — с добавками, повышающими температуру размягчения до 120 °C.
• Пожаробезопасный (самозатухающий) — содержит антипирены, используется в электротехнике.
• Прозрачный — специальные марки с повышенной оптической прозрачностью (например, для медицинских приборов).
• Наполненный — с добавлением стекловолокна, талька или других наполнителей для повышения жёсткости и размерной стабильности.

Технология переработки

Основные методы переработки АБС-пластика:

• Литьё под давлением — наиболее распространённый метод. Температура переработки: 200–260 °C, давление впрыска: 60–150 МПа. Формы охлаждаются до 40–80 °C.
• Экструзия — для получения листов, плёнок, труб, профилей. Температура экструзии: 190–230 °C.
• Термоформование — из листов АБС-пластика (например, для изготовления ванн, поддонов, корпусов).
• 3D-печать — методом послойного наплавления (FDM) с использованием филамента из АБС-пластика. Требует подогреваемой платформы (80–110 °C) и закрытой камеры для предотвращения деформации.

Применение

АБС-пластик используется в широком спектре отраслей:

• Автомобильная промышленность: панели приборов, решётки радиатора, корпуса зеркал, внутренние накладки, детали салона.
• Электроника и бытовая техника: корпуса телевизоров, мониторов, принтеров, пылесосов, кофемашин, фенов, электродрелей.
• Строительство: трубы, фитинги, сантехнические изделия (ванны, поддоны), листовые материалы для облицовки.
• Медицина: корпуса медицинских приборов, инструменты, контейнеры для хранения (при условии использования специальных марок, устойчивых к стерилизации).
• Товары народного потребления: игрушки (в том числе конструкторы LEGO), чемоданы, корпуса спортивных товаров, мебельная фурнитура.
• 3D-печать: филамент для FDM-принтеров, позволяющий получать прочные и термостойкие детали.

Достоинства и недостатки

Достоинства:

• Высокая ударная вязкость (даже при низких температурах).
• Хорошая обрабатываемость (легко режется, сверлится, склеивается, окрашивается).
• Возможность гальванического покрытия (хромирование, никелирование) для декоративных целей.
• Относительно низкая усадка при литье (0,4–0,7 %).
• Стойкость к большинству бытовых химикатов.

Недостатки:

• Низкая стойкость к УФ-излучению (требует стабилизации).
• Ограниченная термостойкость (до 80–100 °C).
• Горючесть (класс горючести HB по UL 94, для пожаробезопасных марок — V-0 или V-2).
• Выделение токсичных продуктов (стирол, циановодород) при горении и перегреве.
• Чувствительность к некоторым растворителям (ацетон, этилацетат).

Влияние на окружающую среду и переработка

АБС-пластик не является биоразлагаемым. При попадании в окружающую среду разлагается десятилетиями, образуя микропластик. Переработка возможна: отходы производства (литники, брак) и использованные изделия могут быть измельчены, переплавлены и использованы для изготовления вторичных изделий (например, строительных панелей, поддонов). Вторичный АБС-пластик обычно уступает по механическим свойствам первичному, но может применяться в менее ответственных деталях. Маркировка для сортировки — код 7 (прочие) или специальный код 9 (ABS) по системе SPI. В России действуют программы по сбору и переработке отходов АБС-пластика, однако масштабы переработки остаются ограниченными.

Интересные факты

• Конструктор LEGO с 1963 года производится из АБС-пластика, что обеспечивает его прочность, точность геометрии и долговечность.
• АБС-пластик используется для изготовления корпусов многих моделей огнестрельного оружия (например, пистолета Glock), что снижает его вес и повышает коррозионную стойкость.
• В 1970-х годах АБС-пластик применялся для изготовления первых корпусов персональных компьютеров (например, Apple II).
• При 3D-печати АБС-пластиком часто наблюдается эффект «усадки» и деформации (коробления) из-за разницы температур между слоями, что требует точного контроля температуры.

Источники

• ГОСТ 28250-89 (ИСО 2580-1-78) «Пластмассы. Сополимер акрилонитрил-бутадиен-стирольный (АБС). Технические условия».
• Энциклопедия полимеров. Том 1. — М.: Химия, 1972.
• Материаловедение. Пластические массы / под ред. В. А. Брагинского. — Л.: Химия, 1980.
• Справочник по пластическим массам / под ред. В. М. Катаева. — М.: Химия, 1985.
• Техническая информация производителей (BASF, Bayer, LG Chem, SABIC).