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[科普中国]-丙烯腈一丁二烯苯乙烯共聚物

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丙烯腈-丁二烯苯乙烯共聚物,英文名:Acrylonitrile butadiene Styrene copolymers,简称ABS。ABS是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。 ABS树脂是丙烯腈、1,3-丁二烯、苯乙烯的三元共聚物。可以在-25℃~60℃的环境下表现正常,而且有很好的成型性,加工出的产品表面光洁,易于染色和电镀。而且可与多种树脂配混成共混物。现在主要用于合金,塑料,以及ABS牌号。

简介丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,英文名:Acrylonitrile butadiene Styrene copolymers,简称ABS。ABS是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。 ABS树脂是丙烯腈、1,3-丁二烯、苯乙烯的三元共聚物。可以在-25℃~60℃的环境下表现正常,而且有很好的成型性,加工出的产品表面光洁,易于染色和电镀。而且可与多种树脂配混成共混物。主要用于合金,塑料,以及ABS牌号。

2017年10月27日,世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物在3类致癌物(国际癌症研究机构于2018年1月26日更新资料显示:3类致癌物为对人类是否致癌尚无足够证据确定)清单中1。

基本资料性能ABS塑胶原料树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,ABS是Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写)是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料结构2。

成分结构ABS树脂是丙烯腈(Acrylonitrile)、1,3-丁二烯(Butadiene)、苯乙烯(Styrene)三种单体的接枝共聚物。它的分子式可以写为

(C8H8·C4H6·C3H3N)x

,但实际上往往是含丁二烯的接枝共聚物与丙烯腈-苯乙烯共聚物的混合物,其中,丙烯腈占15%~35%,丁二烯占5%~30%,苯乙烯占40%~60%,乳液法ABS最常见的比例是A:B:S=22:17:61,而本体法ABS中B的比例往往较低,约为13%。ABS塑料的成型温度为180-250℃,但是最好不要超过240℃,此时树脂会有分解。

性能变化随着三种成分比例的调整,树脂的物理性能会有一定的变化:
1,3-丁二烯为ABS树脂提供低温延展性和抗冲击性,但是过多的丁二烯会降低树脂的硬度、光泽及流动性;
丙烯腈为ABS树脂提供硬度、耐热性、耐酸碱盐等化学腐蚀的性质;
苯乙烯为ABS树脂提供硬度、加工的流动性及产品表面的光洁度1。

理化性质物质性质丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物,A代表丙烯腈,B代表丁二烯,S代表苯乙烯。

该产品具有高强度、低重量的特点。不透明的,外观呈浅象牙色、无毒、无味,兼有韧、硬、刚的特性,燃烧缓慢,火焰呈黄色,有黑烟,燃烧后塑料软化、烧焦,发出特殊的肉桂气味,但无熔融滴落现象。 是常用的一种工程塑料。比重:1.05克/立方厘米、成型收缩率:0.4-0.7%、成型温度:200-240℃ 、干燥条件:80-90℃/2小时。

ABS树脂是微黄色固体,有一定的韧性,密度约为1.04~1.06 g/cm3。它抗酸、碱、盐的腐蚀能力比较强,也可在一定程度上耐受有机溶剂溶解。
ABS树脂电镀可以在-25℃~60℃的环境下表现正常,而且有很好的成型性,加工出的产品表面光洁,易于染色和电镀。因此它可以被用于家电外壳、玩具等日常用品。常见的乐高积木就是ABS制品。

ABS树脂可与多种树脂配混成共混物,如PC/ABS、ABS/PVC、PA/ABS、PBT/ABS等,产生新性能和新的应用领域,如:将ABS树脂和PMMA混合,可制造出透明ABS树脂。

化学特点(1)综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好。

(2)与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理。

(3)有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。

(4)流动性比HIPS差一点,比PMMA、PC等好,柔韧性好。

成型特性1、无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90℃,3小时。

2、宜取高料温,高模温,但料温过高易分解(分解温度为>270℃)。对精度较高的塑件,模温宜取50-60℃,对高光泽耐热塑件,模温宜取60-80℃。

3、如需解决夹水纹,需提高材料的流动性,采取高料温、高模温,或者改变入水位等方法。

4、如成形耐热级或阻燃级材料,生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物,导致模具表面发亮,需对模具及时进行清理,同时模具表面需增加排气位置。

5、强度较高,耐冲击能力强3。

用途综述ABS树脂是产量最大,应用最广泛的聚合物,它将PS,SAN,BS的各种性能有机地统一起来,兼具韧、硬、刚相均衡的优良力学性能。ABS工程塑料具有优良的综合性能,有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性,成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类,不溶于大部分醇类和烃类溶剂,而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。

ABS树脂保持了苯乙烯的优良电性能和易加工成型性,又增加了弹性、强度(丁二烯的特性)、耐热和耐腐蚀性(丙烯腈的优良性能),且表面硬度高、耐化学性好,同时通过改变上述三种组分的比例,可改变ABS的各种性能,故ABS工程塑料具有广泛用途,主要用于机械、电气、纺织、汽车和造船等工业。

ABS合金ABS的性能介于通用塑料与工程塑料之间,其抗冲击性能良好,基本不具有缺口敏感性,流动性优良,价格较便宜,因此应用广泛。但其耐热性和耐候性差,力学性能不够理想,故导致其应用受限。ABS可以通过乳液接枝法、乳液掺混法、乳液本体聚合法和连续本体聚合法等多种聚合方法获得。

PC和ABS的合金可以克服两种原料自身的缺点,发扬对方的优点,将两者共混后,其一可以提高ABS的耐热性、冲击和拉伸强度,其二可以降低聚碳酸酯熔体粘度,改善加工性能,降低了PC缺口敏感性,改善了PC应力开裂状况,降低了生产成本。特别是由于PC/ABS合金提供了更好的总体成本和优良的低温缺口冲击强度,使得PC/ABS合金得到迅速发展和应用,其发展速度超过了PC、ABS本身和PC的其它合金的发展速度。整体优越的耐热性、强度和加工性是PC/ABS合金得以迅速发展的原因,因此PC为连续相的PC/ABS合金具有更加广阔的应用市场。

PC/ABS合金的微观结构很复杂,其中兼有PC、SAN和接枝丁二烯橡胶三相。若PC含量较高,PC就成为连续相包围着SAN,SAN又包围接枝橡胶相,而接枝橡胶中又有可能包含SAN相。橡胶粒子在合金中作为应力集中中心而存在,受外力作用时它能诱发银纹和剪切带,而银纹和剪切带的产生与发展需要吸收能量,这两者产生越多,能量吸收越多,同时,橡胶粒子可抑制银纹增长并阻止银纹发展成为破坏性裂纹,故橡胶相的存在能提高材料的冲击强度。随合金中ABS含量增加,橡胶相含量也增加,合金的冲击强度也会因为前面述及的原因而上升;当ABS含量继续增加并超过50%时,共混体系的连续变成ABS,这一点不利于诱发剪切带,故导致冲击强度的下降。

选择PET为基体材料,ABS为增强材料,添加第三组分作为相容剂,以双螺杆挤出共混法或注塑成型法,制备出PET/ABS合金材料,ABS/PET 合金,能更广泛满足市场的需求。

PET与ABS是部分相容体系,对于不相容的合金获得优良综合性能的有效手段是改善界面相容性,已经有许多报道提出一些均聚物、嵌段共聚物或接枝聚合物都可以有效地用作高聚物相容剂。

也有研究者用熔融接枝方法制备了ABS-g-MMA反应型相容剂。用带有活性基团(羧基、酸酐和酯等)的乙烯基单体与ABS反应制备接枝共聚物,共混时活性基团能与PC所带的酯基发生化学反应形成化学键,达到增容目的。为保证共混合金的品质,实验中以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为接枝单体制备出ABS-g-MMA相容剂,此相容剂应用到PET/ABS合金体系以后能使合金性能显著提高3。

配方介绍配方1:

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配方2:

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ABS塑料阻燃ABS、增强ABS、增强阻燃ABS、耐热ABS、电镀ABS、PC/ABS合金,电镀PC/ABS。

本体工艺从环保和投资的观点看本体法是最佳期的ABS生产工艺,本体工艺的主要缺点是所生产的产品有局限性,如在高抗冲产品的生产上有局限性。

本体工艺与乳液工艺不同,乳液工艺在水相中进行,反应体系粘度较低,传热较好,而在本体工艺生产ABS树脂时,为了粘度容易控制,对橡胶含量控制在15%以内,最多不超过20%,而且普通本体工艺生产的ABS树脂中橡胶粒子较大,因此表面光泽差。大部分本体工艺采用3-5个连续反应器串联的反应器体系,反应器可以是搅拌槽式、塔式、管式或组合式。本体工艺在改进产品上取得的主要进展有如下几点:

⑴控制橡胶粒径小于1.5μm,改进光泽度;

⑵控制橡胶粒径和形态,改进抗冲性;

⑶增加橡胶相中的夹附量;

⑷使橡胶的粒子呈双峰分布;

⑸优选引发剂类型和浓度等;

⑹引入第四单体改性:如引入α-甲基苯乙烯生产耐热ABS树脂。

上述二种ABS生产方法,对年产5万吨的生产装置在生产胶含量为15%(wt)的ABS树脂时,本体工艺和乳液接枝本体SAN掺合工艺的总可变成本相同,总的现金成本则本体工艺较低。如果为了生产抗冲性能好的高胶含量的ABS产品,本体法ABS生产者必须外购买橡胶接枝的浓缩物,或者自己生产这种浓缩物用于本体ABS共混,后者实际上已经将本体工艺转变为乳液接枝本体SAN掺合工艺。所以仅有少数公司采用连续本体工艺直接得到ABS树脂产品,大部分仍然采用乳液接枝本体SAN掺合法生产ABS树脂。

三、ABS的特点:

1、综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好。

2、与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理。

3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。

4、流动性比HIPS差一点,比PMMA、PC等好,柔韧性好。

ABS的主要应用

用途:适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件。

ABS是20世纪40年代发展起来的通用热塑性工程塑料,一般来说汽车、器具和电子电器是ABS树脂三大应用领域,然而不同地区和国家ABS树脂的消费结构存在很大差异,在汽车领域中美国和西欧的消费比较高,约占22-24%,日本占15%左右,远东地区仅占5%,在器具方面日本占27%,西欧占24%,美国占20%,在电子电器领域远东地区所占比例高达50%左右,日本西欧约占23-26%,美国仅占10%左右。此外日本在杂品方面的应用比例高达28%,美国在建筑建材方面应用比例占13-16%。ABS树脂可以注塑、挤出或热成型。

ABS牌号9715A 吉化 16 用于汽车,家电,电子产品外壳配件,玩具,日用品等行业及产品。
0215A 吉化 20 用于汽车,家电,电子产品外壳配件,玩具,日用品等行业及产品。
750 大庆石化 4.5 具有易流动性,OA设备,杂货等。
301 兰化 1.3-2.3 适合于普通的各种机壳部件,家用电器,灯具,杂品。
510 辽宁华锦 2.5 用于汽车,家电,电子产品外壳配件,玩具,日用品等行业及产品。
757K 镇江奇美 4.2 电视机前壳,复印机外壳,电话机机壳,化妆品盒
707K 镇江奇美 1.9 电话机外壳,灯座,玩具,办公室用品,家电按钮。
757 台湾奇美 1.8 电视机前壳,复印机外壳,电话机机壳,化妆品盒
747原白 台湾奇美 0.8 安全帽,摩托车档板,鞋后跟,雪地运动用品等
747磁白 台湾奇美 1.2 超高强度,射出成型用。
777D 台湾奇美 6 超耐热性。
777B 台湾奇美 6.5 耐热性。
758 台湾奇美 透明性 好
765B 台湾奇美 4.2 难燃性,耐光性,耐热性。
750 南韩锦湖 4.5 家电制品、汽车零件。
GP-22 巴斯夫 13-23 家电制品、汽车零件。
121H 韩国LG 20 真空吸尘器,搅拌机3。

本词条内容贡献者为:

邱学农 - 副教授 - 济南大学