Акрилонитрилбутадиенстирол

Акрилонитрилбутадиенстирол (сокр. АБС, АБС-пластик; англ. Acrylonitrile Butadiene Styrene, ABS) — это ударопрочный термопластичный полимер на основе сополимера акрилонитрила, бутадиена и стирола. Относится к классу стирольных пластиков и является одним из наиболее распространённых конструкционных материалов в промышленности и быту. Сочетает в себе высокую механическую прочность, устойчивость к ударным нагрузкам, жёсткость и технологичность при переработке.

История

Первые разработки АБС-пластика были предприняты в 1940-х годах в США компанией «United States Rubber Company» (ныне «Uniroyal»). Целью было создание материала, превосходящего по ударной вязкости полистирол, который был хрупок при низких температурах. В 1948 году была получена первая коммерческая партия АБС-сополимера, а в 1950-х годах началось его промышленное производство. В 1954 году компания «Borg-Warner» (подразделение «Marbon Chemical») запустила выпуск АБС-пластика под торговой маркой «Cycolac». В 1960-х годах технология распространилась в Европе и Японии. В СССР промышленное производство АБС-пластика было освоено в 1970-х годах на предприятиях химической промышленности (например, в городе Стерлитамак).

Химический состав и структура

АБС-пластик представляет собой тройной сополимер, в котором каждый мономер выполняет свою функцию:

• Акрилонитрил (15–35 % по массе) обеспечивает химическую стойкость, жёсткость и термостойкость полимера.
• Бутадиен (5–30 %) придаёт ударную вязкость и эластичность за счёт образования каучуковой фазы.
• Стирол (40–60 %) отвечает за жёсткость, блеск, обрабатываемость и низкую стоимость.

Структура АБС-пластика представляет собой двухфазную систему: в непрерывной матрице из сополимера акрилонитрила и стирола (SAN) диспергированы частицы бутадиенового каучука. Такая морфология обеспечивает поглощение энергии удара за счёт деформации каучуковых частиц, предотвращая распространение трещин.

Физико-механические свойства

АБС-пластик обладает комплексом свойств, делающих его универсальным конструкционным материалом:

Материал стоек к воздействию разбавленных кислот, щелочей, масел и жиров, но разрушается под действием концентрированных кислот, ароматических углеводородов, кетонов и сложных эфиров. АБС-пластик не устойчив к ультрафиолетовому излучению — на открытом воздухе он желтеет и теряет прочность, что требует введения стабилизаторов или нанесения защитных покрытий.

Технология производства

Синтез

Промышленный синтез АБС-пластика осуществляется двумя основными методами:

1. Эмульсионная полимеризация — бутадиеновый каучук получают в виде латекса, затем в него вводят акрилонитрил и стирол, которые прививаются к каучуковым частицам. Метод позволяет получать высокоударопрочные марки.
2. Массовая полимеризация — мономеры полимеризуются в растворе или в массе с последующим выделением полимера. Метод экономичнее, но даёт более низкую ударную вязкость.

Переработка

АБС-пластик перерабатывается всеми основными методами термопластов:

• Литьё под давлением — наиболее распространённый метод (до 80 % всех изделий). Температура переработки 200–260 °C, давление впрыска 60–120 МПа.
• Экструзия — производство листов, труб, профилей. Температура 190–240 °C.
• Термоформование — из листов АБС-пластика формуют крупногабаритные изделия (корпуса, ванны, поддоны).
• 3D-печать — методом FDM (моделирование методом послойного наплавления). Нити АБС-пластика (филамент) широко используются в аддитивных технологиях.

Классификация и марки

АБС-пластик выпускается в широком ассортименте марок, различающихся по свойствам:

• Общего назначения — стандартные ударопрочные марки (например, ABS 202, ABS 300).
• Высокоударопрочные — с повышенным содержанием бутадиена (до 30 %), применяются для деталей, работающих при низких температурах.
• Термостойкие — с добавлением термостабилизаторов, выдерживают до 110–120 °C.
• Пожаростойкие — содержат антипирены, соответствуют классу горючести V-0 или V-1 по стандарту UL 94.
• Электроизоляционные — для электротехнических изделий.
• Пищевые — разрешены для контакта с пищевыми продуктами (при соблюдении норм миграции).
• Для 3D-печати — в виде филамента диаметром 1,75 или 2,85 мм.

Применение

АБС-пластик используется в десятках отраслей промышленности и быту:

Автомобилестроение

• Панели приборов, облицовки, решётки радиатора, корпуса зеркал, воздуховоды.
• Детали салона (ручки, подлокотники, кнопки).

Электроника и электротехника

• Корпуса бытовой техники (пылесосы, фены, кофеварки, миксеры).
• Корпуса компьютеров, мониторов, принтеров, клавиатур, телефонов.
• Электроизоляционные детали, розетки, выключатели.

Промышленность

• Детали насосов, вентиляторов, фильтров.
• Защитные кожухи, корпуса приборов.
• Опалубка для бетонных работ.

Товары народного потребления

• Детские игрушки (конструкторы LEGO, куклы, машинки).
• Спортивный инвентарь (шлемы, защитные накладки).
• Чемоданы, кейсы, контейнеры.
• Сантехнические изделия (ванны, душевые поддоны, сиденья унитазов).

Медицина

• Корпуса медицинских приборов, ингаляторов, контейнеры для инструментов (нестерильные).

3D-печать

• Изготовление прототипов, функциональных деталей, макетов, ювелирных изделий.

Достоинства и недостатки

Преимущества

• Высокая ударная вязкость и прочность.
• Хорошая обрабатываемость (литьё, экструзия, механическая обработка).
• Низкая усадка при литье (0,4–0,7 %).
• Возможность окрашивания, металлизации, хромирования, лакирования.
• Относительно низкая стоимость (3–5 долларов за кг в оптовых партиях).

Недостатки

• Низкая стойкость к ультрафиолету (требуется защита).
• Ограниченная термостойкость (до 80–100 °C).
• Горючесть (выделяет токсичные газы при горении).
• Чувствительность к некоторым органическим растворителям.
• Сложность вторичной переработки из-за деградации свойств.

Экологические аспекты

АБС-пластик не является биоразлагаемым. В окружающей среде он разлагается крайне медленно (сотни лет). При сжигании выделяет токсичные вещества, включая циановодород и оксиды азота. Вторичная переработка АБС-пластика возможна, но ограничена из-за деградации свойств при повторной переплавке. В России и странах ЕС действуют программы раздельного сбора и переработки отходов АБС-пластика. В 2020-х годах разрабатываются технологии получения АБС-пластика из возобновляемого сырья (био-АБС).

Интересные факты

• Конструкторы LEGO производятся из АБС-пластика с 1963 года. Материал обеспечивает высокую точность соединения деталей и долговечность.
• АБС-пластик используется для изготовления корпусов автомобилей в мелкосерийном производстве (например, спорткары «Lamborghini Countach»).
• В 3D-печати АБС-пластик требует подогреваемой платформы (90–110 °C) и закрытой камеры для предотвращения деформации и расслаивания.
• В России АБС-пластик выпускается под марками «АБС-202», «АБС-300», «АБС-Т» (термостойкий) и другими.

Источники

• ГОСТ 25288-82 «Пластмассы. Метод определения ударной вязкости по Изоду».
• ГОСТ 16337-77 «Полистирол. Технические условия».
• Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1988–1998.
• Справочник по пластическим массам / под ред. В. М. Катаева. — М.: Химия, 1975.
• Технология полимерных материалов: учебное пособие / А. А. Тагер, В. А. Кирьянов. — М.: Высшая школа, 1985.
• Данные производителей (BASF, LG Chem, SABIC, «Пластик» (Россия)).