אקרילוניטריל בוטדיאן סטירן (ABS)

עיקרי הדברים

שלושה מונומרים תורמים כל אחד תכונה ייחודית — עמידות כימית, חוזק פגיעה וקשיחות.
הדרגה חשובה לא פחות ממשפחת הפולימר. ההתנהגות משתנה בין דרגות פולימר, ולכן יש לאמת לפי דרגה ולא לפי חומר.
המבנה האמורפי שלו בולע אנרגיית לייזר באופן אחיד, מה שהופך את ABS לאחד הפלסטיקים הקלים ביותר לסימון.
פעולות משניות מתחילות בבחירת החומר. תוצאות ההדבקה, ההדפסה והסימון נקבעות ברובן עוד לפני יציקת החלק.

מהו אקרילוניטריל בוטדיאן סטירן (ABS)?

ABS הוא טרפולימר אמורפי של אקרילוניטריל, בוטדיאן וסטירן, המשלב קשיחות ועמידות כימית עם חוזק פגיעה, וכימיה ארומטית חלקית שהופכת אותו לאחד מפלסטיקי ההנדסה הנפוצים הניתנים לסימון בלייזר בצורה אמינה ביותר.

אקרילוניטריל בוטדיאן סטירן (ABS) הוא טרפולימר תרמופלסטי רב-תכליתי המורכב משלושה מונומרים נפרדים, שהונדס כדי לספק איזון מיטבי בין חוזק מכני, עמידות בפגיעה וקלות עיבוד. כאחד התרמופלסטים ההנדסיים הנפוצים ביותר בעולם, ABS משלב את התכונות המועילות של המונומרים המרכיבים אותו ליצירת חומר המתאים הן למוצרי צריכה בנפחים גבוהים והן ליישומים תעשייתיים תובעניים.

הרכב כימי ומבנה

מרכיבי הטרפולימר

ABS שואב את שמו ותכונותיו משלושה מונומרים המקופולמרים זה עם זה, שכל אחד מהם תורם מאפיינים ספציפיים:

אקרילוניטריל (15–35% הרכב אופייני)

מספק עמידות כימית לשמנים, לשומנים ולממסים רבים
משפר עמידות בחום ויציבות תרמית
משפר קשיות פני שטח
תורם לקשיחות הכוללת

בוטדיאן (5–30% הרכב אופייני)

מקנה חוזק פגיעה יוצא דופן, במיוחד בטמפרטורות נמוכות
מספק תכונות אלסטומריות וקשיחות
פועל כפאזת הגומי במטריצת הפולימר
מאפשר בליעת אנרגיה באירועי פגיעה

סטירן (40–60% הרכב אופייני)

תורם קשיחות ויציבות מבנית
משפר את יכולת העיבוד ואת מאפייני זרימת ההתכה
מספק יכולת לגימור משטח מבריק
משפר את היציבות הממדית
מקל על צביעה וטיפול בפני השטח

שיטות פולימריזציה

ניתן לייצר ABS באמצעות מספר תהליכי פולימריזציה:

פולימריזציית אמולסיה – מפיקה חלקיקי גומי עדינים, עמידות גבוהה יותר בפגיעה
פולימריזציית בלוק/מסה – שקיפות וברק פני שטח טובים יותר
פולימריזציית תרחיף – תכונות ביניים
קופולימריזציית שתילה – יוצרת קשרים כימיים בין פאזת הגומי לפאזה הקשיחה

ניתן להתאים את היחסים המדויקים ואת שיטת הפולימריזציה כדי למטב תכונות ליישומים מסוימים.

תכונות פיזיקליות ומכניות

מאפיינים מכניים

תכונה	ערך
חוזק מתיחה	40–50 MPa (5,800–7,250 psi)
מודול כפיפה	2.0–2.5 GPa
חוזק פגיעה (Izod עם חריץ)	200–400 J/m – מצוין ליישומים מבניים
התארכות בשבר	3–25% בהתאם לדרגה
קשיות (Rockwell R)	105–115
צפיפות	1.04–1.07 g/cm³ (קל ביחס לחוזק)

תכונות תרמיות

תכונה	ערך
טמפרטורת מעבר זגוגי (Tg)	105–115°C
טמפרטורת עיוות בחום (HDT)	80–105°C @ 0.46 MPa
טווח טמפרטורת שירות	-40°C עד 85°C (שימוש רציף)
טמפרטורת התכה/עיבוד	200–260°C
מקדם התפשטות תרמית ליניארית	72–108 × 10⁻⁶ /°C
נקודת התרככות Vicat	90–110°C

עמידות כימית

עמידות טובה ל:

חומצות ובסיסים חלשים
אלכוהולים
שמנים צמחיים ומינרליים
דטרגנטים וחומרי ניקוי
תמיסות מימיות

עמידות גרועה ל:

חומצות חזקות וחומרי חמצון
פחמימנים מוכלרים
פחמימנים ארומטיים (בנזן, טולואן)
אסטרים וקטונים
קרינת UV (ללא מייצבים)

תכונות חשמליות

תכונה	ערך
חוזק דיאלקטרי	15–20 kV/mm
קבוע דיאלקטרי (1 kHz)	2.4–3.2
התנגדות נפחית	10¹⁵–10¹⁷ Ω·cm

תכונות בידוד חשמלי מצוינות למעטפות אלקטרוניקה

תכונות פני שטח ואסתטיקה

גימור משטח וניתנות לברק מצוינים
זמין במגוון רחב של צבעים (מקבל פיגמנטים בקלות)
ניתן לצפות בציפוי גלווני (עם טיפול מתאים בפני השטח)
מקבל בקלות צבע, דבקים והדפסה
יציבות ממדית טובה מצמצמת עיוות

שיטות ייצור ועיבוד

טכניקות עיבוד ראשיות

הזרקה (הנפוצה ביותר)

טמפרטורת עיבוד: 220–260°C
טמפרטורת תבנית: 40–80°C
זמני מחזור מהירים ונפחי ייצור גבוהים
שכפול פרטים מצוין
נדרש עיבוד לאחר מכן מינימלי

שחול

ייצור יריעות, סרטים ופרופילים
ייצור צינורות וצנרת
תהליך רציף ליישומים בנפחים גבוהים

תרמופורמינג

יצירת ואקום ויצירה בלחץ
משמש לחלקים גדולים ולמעטפות
עלויות כלי ייצור נמוכות מהזרקה

הדפסת תלת-ממד (FDM/FFF)

טמפרטורת שחול: 220–250°C
טמפרטורת משטח הדפסה: 80–110°C (נדרש משטח מחומם)
נוטה לעיוות ללא בקרת טמפרטורה נאותה
תרחיף ABS (אצטון + ABS) משמש להחלקה ולהדבקה
דורש איוורור בשל פליטות סטירן

פעולות משניות

עיבוד שבבי: קידוח, כרסום וחריטה קלים בכלים סטנדרטיים
ריתוך: אולטרסוני, לוח חם והדבקת ממס
הרכבה: חיבורי הצמדה, הדבקה, מחברים מכניים
גימור: שיוף, ליטוש, צביעה, ציפוי גלווני, הדפסה

דרגות חומר ווריאציות

דרגות סטנדרטיות

ABS לשימוש כללי: תכונות מאוזנות ליישומים רחבים
ABS בעל עמידות פגיעה גבוהה: תכולת בוטדיאן מוגברת לקשיחות מעולה
ABS בעל עמידות חום גבוהה: ניסוח שונה עם HDT גבוה יותר (עד 110°C)
ABS בעל זרימה גבוהה: זרימת התכה משופרת ליישומי דפנות דקים
ABS שקוף: דרגה מיוחדת עם שקיפות משופרת

הרכבים משופרים ומלאים

ABS מחוזק בסיבי זכוכית: קשיחות, חוזק ויציבות ממדית משופרים
ABS מעכב בעירה: עומד בדירוגי UL 94 V-0 או V-2 ליישומים חשמליים
ABS מיוצב UV: תוספים ליישומי חוץ
ABS אנטי-סטטי/מוליך: מילאי פחמן או מתכת להגנה מפני ESD
תערובות PC/ABS: משלבות את יכולת העיבוד של ABS עם עמידות החום של פוליקרבונט

יישומים לפי ענף

מוצרי צריכה

קוביות וצעצועי LEGO® (יציקת דיוק, עמידות)
מעטפות מזוודות ומזוודות קשיחות
מוצרי ספורט וציוד פנאי
מכשירי מטבח וכלי בית
כלי נגינה (חלילי הקלטה, קלידים)

אלקטרוניקה וחשמל

מקלדות ומעטפות מחשב
מסגרות ומעטפות למסכים ולטלוויזיות
מעטפות וארגזים לכלי עבודה חשמליים
תאי סוללות
קופסאות חיבורים חשמליות וצינורות

רכב

לוחות עיטור פנים ולוחות מחוונים
מכלולי מחוונים וקונסולות
פתחי אוורור וסבכות מיזוג אוויר
ידיות דלתות ומעטפות מראות
כיסויי גלגלים (דקורטיביים)

תעשייה ומסחר

צנרת ואביזרים (מערכות DWV)
ציוד טיפול בחומרים
ציוד מגן ומעטפות
מעטפות מכשירים רפואיים (שאינם ניתנים להשתלה)
ציוד משרדי ורכיבי ריהוט

אבות טיפוס וייצור

חוט להדפסת תלת-ממד לאבות טיפוס פונקציונליים
כלי ייצור מהירים ואביזרי קיבוע
מעטפות ובתים בהתאמה אישית
דגמי אב ליציקה

מאפייני עיבוד בלייזר

אינטראקציה עם לייזר לפי סוג

לייזר CO₂ (אורך גל 10.6 μm)

נבלע בעיקר על ידי שלד הפולימר
גורם להתכה, פיחום ויצירת קצף
מפיק איכות סימון גרועה עם ניגודיות נמוכה
נטייה ליצור סימנים בולטים או שקועים עם שינוי צבע
בדרך כלל אינו מומלץ ליישומי סימון

לייזר סיב (אורך גל 1.06 μm)

בליעה מוגבלת ב-ABS טבעי
לא יעיל ללא תוספים רגישים ללייזר
עלול לפגוע במשטח בלי ליצור סימנים ברורים
עשוי לעבוד עם דרגות ABS שנוסחו במיוחד וניתנות לסימון בלייזר

לייזר UV (אורך גל 355 nm)

האפשרות הטובה ביותר לסימון ABS
יוצר תגובה פוטוכימית ולא תרמית
מפיק סימנים לבנים או בהירים בניגודיות גבוהה על ABS כהה
אזור מושפע חום מינימלי
סימנים נקיים ומדויקים עם קריאות מצוינת
מתאים לברקודים, מספרים סידוריים ופרטים עדינים

לייזר דיודה (אורך גל 405–450 nm)

יעילות מוגבלת על ABS טבעי
עשוי לעבוד עם תוספים רגישים ללייזר

תוספים לסימון בלייזר

לשיפור סימון בלייזר סיב, ניתן לנסח ABS עם:

תרכובות על בסיס ביסמוט: מפיקות סימנים כהים
אנטימון טריאוקסיד: משפר ניגודיות
פיגמנטים מיוחדים: מהונדסים לאינטראקציה עם לייזר
תוספים אלה מאפשרים סימון בניגודיות גבוהה בלייזרי סיב ללא פגיעה במשטח

חיתוך וחריטה בלייזר

חיתוך: אפשרי בלייזר CO₂ אך מפיק קצוות גסים ומפוחמים
חריטה: לייזר UV מועדף לחריטה נקייה ומפורטת
איכות קצה: בדרך כלל נחותה מאקריליק; ייתכן שיידרש עיבוד לאחר מכן

יתרונות ומגבלות

יתרונות עיקריים

✓ עמידות מצוינת בפגיעה, במיוחד בטמפרטורות נמוכות
✓ יציבות ממדית טובה עם התכווצות נמוכה
✓ קל לעיבוד עם זמני מחזור מהירים
✓ גימור משטח מעולה ואפשרויות אסתטיות
✓ משתלם לייצור בנפחים גבוהים
✓ תכונות בידוד חשמלי טובות
✓ קל לעיבוד לאחר מכן (צביעה, ציפוי גלווני, עיבוד שבבי)
✓ זמינות רחבה בדרגות וצבעים רבים
✓ ניתן למיחזור (קוד שרף #7 או #9)

מגבלות עיקריות

✗ עמידות בינונית בחום מגבילה יישומים בטמפרטורות גבוהות
✗ עמידות UV גרועה ללא מייצבים (הצהבה, שבירות)
✗ רגיש לסדיקת מאמץ סביבתית עם כימיקלים מסוימים
✗ דליק ללא תוספים מעכבי בעירה
✗ אינו מתאים למגע עם מזון ללא דרגות ייעודיות העומדות בתקני FDA
✗ עמידות כימית נמוכה מפלסטיקי הנדסה כמו PA או POM
✗ רכיב הבוטדיאן רגיש לפירוק חמצוני עם הזמן

שיקולי סביבה ובטיחות

בריאות ובטיחות

נחשב בדרך כלל בטוח לשימוש צרכני במוצרים מוגמרים
פליטות בעיבוד: אדי סטירן ואקרילוניטריל בעת חימום – נדרש איוורור נאות
הדפסת תלת-ממד: פולטת חלקיקים אולטרה-דקים ו-VOC – השתמשו באזורים מאווררים היטב או במעטפות עם סינון
אינו מומלץ למגע עם מזון אלא אם כן הוסמך במיוחד
אינו רעיל במצב מוצק בתנאים רגילים

מיחזור וקיימות

קוד מיחזור: #7 (אחר) או לעיתים #9
ניתן למיחזור אך דורש הפרדה מפלסטיקים אחרים
ניתן למחזר מכנית (טחינה ועיבוד מחדש)
התכונות נפגעות עם מחזורי עיבוד חוזרים
שוק גדל של ABS ממוחזר לאחר צריכה
יצרנים מסוימים מציעים חלופות ABS ביולוגיות או מתחדשות חלקית

סילוק

אינו מתכלה ביולוגית בתנאי סביבה טיפוסיים
אין לשרוף אותו ללא בקרות פליטה נאותות
יציב במטמנה אך מתמיד בסביבה
שיטות מיחזור כימי נמצאות בפיתוח

תקנים ומפרטים

תקני תעשייה

ASTM D4673: מערכת סיווג סטנדרטית לפלסטיק ABS
ISO 2580: חומרי יציקה ושחול ABS לשימוש כללי
UL 94: סיווג דליקות (דרגות HB, V-2, V-1, V-0 זמינות)
FDA CFR 21: דרגות ספציפיות מאושרות ליישומי מגע עם מזון
תואם RoHS: הרכבים זמינים לאלקטרוניקה

שיטות בדיקה

ASTM D638: תכונות מתיחה
ASTM D256: עמידות בפגיעה לפי Izod
ASTM D648: טמפרטורת עיוות בחום
ASTM D785: קשיות Rockwell
ASTM D570: ספיגת מים

אחסון וטיפול

אחסון חומר

אחסנו בתנאים קרירים ויבשים (מתחת ל-30°C)
הגנו מפני אור שמש ישיר וחשיפה ל-UV
שמרו אטום כדי למנוע ספיגת לחות
תכולת לחות אופיינית לפני עיבוד: <0.1%
ייבוש מוקדם מומלץ: 70–80°C למשך 2–4 שעות לפני העיבוד

חיי מדף

בלתי מוגבלים באחסון נכון
צבע ותוספים עלולים להידרדר לאורך תקופות ממושכות (שנים)
מייצבי UV מאבדים מיעילותם עם הגיל

חומרים קשורים וחלופות

תרמופלסטים דומים:

תערובות PC/ABS: עמידות חום גבוהה יותר, עמידות טובה יותר בפגיעה בטמפרטורות גבוהות
ASA (אקרילוניטריל סטירן אקרילט): דומה ל-ABS אך עם עמידות UV טובה יותר
SAN (סטירן אקרילוניטריל): שקיפות גבוהה יותר אך עמידות נמוכה יותר בפגיעה
HIPS (פוליסטירן בעל עמידות פגיעה גבוהה): עלות נמוכה יותר אך תכונות נחותות
פוליפרופילן (PP): עמידות כימית טובה יותר, עלות נמוכה יותר, עיבוד שונה

סיווג חומר: טרפולימר תרמופלסטי אמורפי

מספר CAS: 9003-56-9

שמות מסחריים נפוצים: Cycolac®, Magnum®, Terluran®, Lustran®, Novodur®

אבחון בעיות עיטור וסימון של ABS

תסמין	סיבה סבירה	תיקון
הסימן כהה מהמיועד, עם הילה חומה	ABS מתפחם בקלות — אנרגיה עודפת	הגבירו מהירות או קצרו את רוחב הפולס. ABS נמצא בקצה ההפוך של הסקאלה מפוליאולפינים; הסיכון הוא סימון יתר.
הצהבת משטח הרחק מהסימן	החום מתפשט, או שפאזת הבוטדיאן מתפרקת	הפחיתו אנרגיה בכל מעבר. פאזת הגומי היא המרכיב הפחות יציב תרמית.
דהיית צבע או היווצרות אבקה בחוץ	התקפת אולטרה-סגול על פאזת הבוטדיאן	ל-ABS עמידות טבועה גרועה בפגעי מזג אוויר. קבעו דרגה מיוצבת UV, ציפוי או ASA לשימוש חוץ.
הידבקות לא עקבית של צבע או ציפוי גלווני	חומר שחרור, או פיזור בוטדיאן המשתנה על פני השטח	ABS נצבע ומצופה היטב בקנה מידה של פולימרים, ולכן בררו תחילה זיהום ותנאי יציקה.
בועות או פסי זרימה ביציקה	ייבוש לא מספק — ABS הוא היגרוסקופי	יבשו לפי מפרט הספק. לחות משפיעה גם על עקביות הסימון.
סדקי ממס לאחר ניקוי	ABS מותקף על ידי ממסים רבים, במיוחד תחת מאמץ	הסמיכו את כימיית הניקוי מול דגימות מאומצות. איזופרופנול וממסים חזקים ממנו הם אשמים שכיחים.
ניגודיות הסימון משתנה בין דרגות מעכבות בעירה לדרגות סטנדרטיות	חבילת ה-FR משנה את הבליעה ואת התנהגות הפחם	הסמיכו כל דרגה בנפרד ולא מתוך הסקה משרף הבסיס.

עיטור ABS בפועל

ABS הוא אחד התרמופלסטים ההנדסיים השיתופיים יותר לעיטור, וזו סיבה מרכזית לכך שהוא ממשיך להיות מפורט כל כך הרבה:

הוא מסומן היטב ללא תוסף. תכולת הסטירן והאקרילוניטריל הארומטית מתפחמת בקלות תחת לייזר סיב ונותנת ניגודיות כהה חזקה בדרגות בהירות. המאמץ ההנדסי מושקע בריסון האנרגיה ולא במציאתה.
הוא נצבע ומצופה גלוונית היטב באופן יוצא דופן. ABS הוא התרמופלסט הקלאסי לציפוי גלווני, משום שפאזת הבוטדיאן ניתנת לחריטה סלקטיבית ליצירת אחיזה מכנית. זהו מבדל אמיתי מול רוב השרפים האחרים.
אנרגיית פני השטח בינונית ולא נמוכה, ולכן הטיפול המקדים עוסק לרוב בניקוי ובעקביות ולא בהעלאת אנרגיית פני שטח מאפס כמו בפוליפרופילן.
הדבקת ממס זמינה. בשונה מפוליאולפינים, ניתן לרתך ABS בממס, דרך חיבור בעלות נמוכה כאשר הכימיה מקובלת.
עמידות בפגעי מזג אוויר היא החולשה. פאזת הבוטדיאן פגיעה להתקפת אולטרה-סגול, וגורמת להצהבה, להיווצרות אבקה על פני השטח ולשבירות בחוץ. ליישומי חוץ התשובה היא בדרך כלל דרגה מיוצבת, ציפוי, או ASA במקום זאת.

מונחים וקריאה קשורים

יישום בייצור

The Sabreen Group מספקת תמיכה הנדסית עצמאית בסימון, בצביעה ובהידבקות של ABS. אם אתם מגדירים תהליך, מסמיכים חומר או מטפלים בתקלת ייצור, צוות שירותי ההנדסה שלנו יכול לסייע. צרו קשר כדי לדון ביישום שלכם.

שאלות נפוצות

האם ABS זקוק לתוסף לייזר כדי להיות מסומן?

לא. תכולת הסטירן והאקרילוניטריל הארומטית מתפחמת בקלות, ולכן ABS נותן ניגודיות כהה חזקה תחת לייזר סיב ללא כל תוסף. הבעיה ההנדסית הפוכה לזו של פוליאולפינים: יש לרסן אנרגיה, כי הספק עודף יוצר הילה חומה ופוגע בפאזת הבוטדיאן סביב הסימן.

מדוע ABS מצהיב ומתקמח בחוץ?

פאזת גומי הבוטדיאן פגיעה להתקפת אולטרה-סגול, הגורמת להצהבה, להיווצרות אבקה על פני השטח ולשבירות בסופו של דבר. זה טבוע בפולימר ואינו כשל עיבוד. לשירות חוץ התשובות המעשיות הן דרגה מיוצבת UV, ציפוי מגן, או מעבר ל-ASA, המחליף את פאזת הבוטדיאן בגומי אקרילט עמיד בפגעי מזג אוויר.

מדוע ABS הוא הבחירה הסטנדרטית לחלקי פלסטיק מצופים גלוונית?

משום שפאזת הבוטדיאן ניתנת לחריטה סלקטיבית, ומשאירה חללים מיקרוסקופיים המספקים אחיזה מכנית לשכבה המצופה. מעט תרמופלסטים אחרים מציעים מנגנון שווה ערך, ולכן ABS ותערובות ABS שולטים בציפוי דקורטיבי על פלסטיק למרות מגבלותיהם במקומות אחרים.

האם דרגות ABS מעכבות בעירה מסומנות באותו אופן כדרגות סטנדרטיות?

לא. חבילת מעכב הבעירה משנה גם את הבליעה וגם את התנהגות הפחם, לעיתים במידה ניכרת, ולכן מתכון שפותח על ABS סטנדרטי עשוי לתת ניגודיות שונה לחלוטין בגרסת ה-FR של אותה דרגה. הסמיכו כל דרגה בנפרד ולא מתוך הסקה משרף הבסיס, והתייחסו לשינוי חבילת FR כמחייב הסמכה מחדש.

מה מגביל את ABS בשירות?

עמידות כימית, עמידות בפגעי מזג אוויר וטמפרטורה. ממסים רבים תוקפים אותו, במיוחד תחת מאמץ שיורי, ולכן יש להסמיך כימיית ניקוי מול דגימות מאומצות ולא מול דגימות שטוחות. טמפרטורת השירות הרציפה צנועה בהשוואה לארומטים ההנדסיים, וחשיפה בחוץ דורשת ייצוב. בתוך המגבלות האלה הוא קשיח, יציב ממדית, קל ליציקה וקל לעיטור.

בקשו הצעת מחיר ללא עלות

Scott Sabreen — נשיא ומהנדס ראשי, עם למעלה מ-30 שנות מומחיות. צרו קשר עוד היום כדי לדון ביישום שלכם ובפתרונות SABREEN, ללא עלות וללא התחייבות. הביאו אלינו את האתגרים הקשים ביותר שלכם.

טלפון: +1 972-820-6777

צרו קשר ←

אקרילוניטריל בוטדיאן סטירן (ABS)