Wat is ABS-kunststof? Cijfers, eigenschappen en reële grenzen

ABS is een van die materialen die er eenvoudig uitzien totdat een project van een vroege tekening naar daadwerkelijke productie gaat. Het is bekend, overal verkrijgbaar en gemakkelijk in grote lijnen te omschrijven: redelijk stijf, taai, gemakkelijk te kleuren en geschikt voor veel vorm- en geëxtrudeerde onderdelen. Die bekendheid is ook de reden dat specificaties soms bij één woord blijven: ABS.

 

Voor een vroeg concept kan dat voldoende zijn. Voor de productie is dat vaak niet het geval.

ABS staat voor acrylonitril-butadieen-styreen, maar de naam beschrijft eerder een materiaalfamilie dan één vaste formulering. Producenten passen de polymeerstructuur en -formulering aan om verschillende eigenschappen te benadrukken. Daarom wordt ABS onder andere verkocht in de kwaliteiten voor algemene- doeleinden, hoge-vloeiing, hoge-impact, hitte-platering, vlamvertrager- en extrusie.

 

De verschillen zijn niet alleen maar marketinglabels. Ze kunnen groot genoeg zijn om de manier waarop het materiaal wordt verwerkt en de prestaties van een voltooid onderdeel te veranderen.

 

Twee TAIRILAC-kwaliteiten vormen een nuttig voorbeeld. AE8000-H wordt geïdentificeerd als een extrusiekwaliteit, terwijl AG15A1-H een universele kwaliteit is. In datasheets van producenten van 22 mei 2020 rapporteren beide een treksterkte van 43 MPa. Als treksterkte het enige cijfer zou zijn dat wordt vergeleken, zou er weinig reden zijn om ze van elkaar te onderscheiden.

 

De rest van de gegevens vertelt een ander verhaal.

 

Eigendom	AE8000-H Extrusiekwaliteit	AG15A1-H Kwaliteit voor algemeen gebruik
Smeltstroomindex, 220 graden × 10 kg	5,4 g/10 min	22 g/10 min
Gekerfde Izod-inslag, 23 graden, 4 mm	41 kJ/m²	25 kJ/m²
Treksterkte, 23 graden	43 MPa	43 MPa
Buigmodulus, 23 graden	2050 MPa	2550 MPa
Vicat verwekingspunt, 50 N	94 graden	93 graden
HDT, 1,8 MPa, niet ontlaten	88 graden	86 graad

 

Bij dezelfde smelt{0}}stroomtestomstandigheid heeft de kwaliteit voor algemeen- gebruik grofweg vier keer de gerapporteerde MFI. De extrusiekwaliteit rapporteert ook een hogere Izod-impact en een lagere buigmodulus. Geen van beide cijfers is universeel beter; ze zijn simpelweg geformuleerd rond verschillende prioriteiten.

 

Dat is het eerste dat het waard is om te begrijpen over ABS. Een bekende materiaalnaam neemt de noodzaak niet weg om de kwaliteit te identificeren.

Zoeken naar ABS-eigenschappen levert vaak een verwarrende mix van waarden op. De ene bron kan een treksterkte van rond de 40 MPa laten zien, een andere geeft een breder bereik en een productieblad voor een bepaalde hars kan weer anders zijn.

Het grootste deel van de schijnbare tegenstrijdigheid komt voort uit het feit dat de bronnen verschillende vragen beantwoorden.

Een algemene referentie beschrijft ABS als een materiaalfamilie. Een materiaaldatabase kan gegevens van meerdere commerciële kwaliteiten combineren en daardoor een bereik weergeven. SpecialChem vermeldt momenteel bijvoorbeeld een treksterkte bij breuk van ongeveer 29,8–43 MPa en een buigmodulus van ongeveer 1,6–2,4 GPa. Deze cijfers zijn nuttig om het geschatte gebied te begrijpen dat door ABS wordt ingenomen, maar zijn niet voldoende om een ​​productiehars te specificeren.

Een datasheet met een naam als producent is veel nuttiger zodra een project serieus wordt, omdat het een daadwerkelijk cijfer identificeert en meestal de testmethode of -conditie vermeldt. Zelfs dan mogen cijfers alleen worden vergeleken als de omstandigheden compatibel zijn.

Smeltstroom is een goed voorbeeld. Een waarde gemeten bij 200 graden onder een belasting van 5 kg kan niet worden beschouwd als gelijkwaardig aan een waarde gemeten bij 220 graden onder 10 kg. Dezelfde voorzichtigheid is van toepassing op de slagsterkte, waarbij de Izod- en Charpy-methoden, de kerfconditie en de geometrie van het monster allemaal van invloed zijn op het resultaat. HDT verandert met toegepaste spanning en preparaatvoorbereiding. Gegloeide en niet-gegloeide waarden kunnen ook afzonderlijk worden gerapporteerd.

Dit is bij de aanschaf net zo belangrijk als bij het ontwerp. Een eigenschapsnummer kan gemakkelijk zijn oorspronkelijke testconditie verliezen als het van een harsgegevensblad naar een klantentekening, offerteblad of interne materiaallijst gaat. Zodra die context verdwijnt, kan een precies-getal verrassend dubbelzinnig worden.

De datum van de datasheet maakt ook deel uit van die context. Het AE8000-H-blad uit 2020 rapporteert 5,4 g/10 min bij 220 graden x 10 kg. De huidige online informatie van FCFC komt niet perfect overeen met dat historische blad: de gedetailleerde eigenschappentabel toont momenteel 6,0 g/10 min, terwijl een ander deel van dezelfde livepagina nog steeds 5,4 toont.

Voor materiaalonderwijs is dat een interessante illustratie van hoe gepubliceerde gegevens evolueren. Voor een productiespecificatie zou de reactie eenvoudiger moeten zijn: identificeer de producent en het type, en werk vanuit een actuele, versie-gecontroleerde datasheet in plaats van vanuit een nummer dat van een webpagina is gekopieerd.

ABS werkt goed in veel producten voor binnenshuis, omdat de eigenschappen ervan redelijk uitgebalanceerd zijn. Er doen zich vaak problemen voor wanneer een project van het materiaal vraagt ​​iets te doen dat buiten dat comfortabele bereik valt, vooral bij langdurige blootstelling aan UV-straling op de -termijn, agressieve chemicaliën of verhoogde temperaturen.

Blootstelling aan de buitenlucht

Onbeschermd ABS is normaal gesproken niet het eerste materiaal dat wordt gekozen bij langdurige weersinvloeden buitenshuis.

Het kwetsbare deel van de structuur is grotendeels de polybutadieenfase. Bij blootstelling aan UV kan fotooxidatie- leiden tot vergeling en verbrossing van het oppervlak. Het belangrijke punt is dat de zichtbare kleurverandering niet noodzakelijkerwijs het hele probleem is.

In een CSIRO-onderzoek naar een commerciële ABS-pijphars werd gebruik gemaakt van versnelde xenon-boogverwering om dit gedrag te onderzoeken. De onderzoekers observeerden al vroeg in het blootstellingsprogramma geel{2}}bruine verkleuring en rapporteerden een aanzienlijke vermindering van de slagvastheid, van 214 naar ongeveer 60 kJ/m². Na een blootstelling die overeenkomt met 12 maanden gesimuleerde natuurlijke verwering in hun testmodel, was de verkleuringsdiepte ongeveer 0,1 mm.

Het onderzoek is nuttig omdat het aantoont dat een relatief ondiep aangetast oppervlak een veel groter effect kan hebben op de impactprestaties dan de diepte doet vermoeden. Er mag geen vaste buitenlevensduur voor ABS van worden gemaakt. Het werk omvatte één hars, één testprogramma en één reeks milieuaannames. Het artikel bevat ook een inconsistente conversie van uur-naar-maand in één sectie, zodat de betwiste tijdconversie niet bruikbaar is als ontwerpcijfer.

Voor een echt product zijn de vragen praktischer. Staat het profiel permanent buiten of ziet u slechts af en toe zonlicht? Is kleurbehoud belangrijk? Is het onderdeel cosmetisch, structureel of beide? Is er een UV-gestabiliseerde ABS-kwaliteit beschikbaar, of zou ASA een geschikter uitgangspunt zijn?

ASA wordt gewoonlijk specifiek aangeboden voor weer-bestendige toepassingen, waardoor het een natuurlijke vergelijking is wanneer het buitenbeeld op lange- termijn en UV-prestaties de vereiste domineren. Dat betekent nog steeds niet dat elke ASA-klasse automatisch de voorkeur verdient boven elke ABS-klasse; de daadwerkelijke vergelijking hoort op klasniveau.

Chemicaliën

Chemische resistentie is een ander gebied waarop een generiek ABS-diagram tot nu toe alleen een project kan ondersteunen.

ABS heeft een bruikbare weerstand in veel normale omgevingen, maar aromatische en gehalogeneerde koolwaterstoffen, ketonen en esters behoren tot de oplosmiddelgroepen die gewoonlijk als problematisch worden beschouwd. Het werkelijke gedrag van een afgewerkt onderdeel hangt ook af van concentratie, temperatuur, contacttijd en mechanische belasting.

Dit wordt relevant bij toepassingen waarbij reinigingsvloeistoffen, lijmen, smeermiddelen of proceschemicaliën betrokken zijn. Een materiaal dat af en toe afvegen overleeft, gedraagt ​​zich mogelijk niet hetzelfde bij herhaalde blootstelling, onderdompeling of contact onder stress.

Om die reden is "chemische bestendigheid" op zichzelf geen bijzonder nuttige vereiste. Door de feitelijke chemische stof en de gebruikstoestand te benoemen, krijgt de leverancier iets dat kan worden gecontroleerd aan de hand van de harsgegevens of, waar nodig, kan worden getest.

Warmte

Thermische gegevens zijn gemakkelijk verkeerd te lezen omdat de cijfers op temperatuurlimieten lijken.

In de twee bovenstaande TAIRILAC-voorbeelden wordt niet-gegloeide HDT bij 1,8 MPa gerapporteerd als 88 graden en 86 graden. Hun Vicat-verzachtingstemperaturen liggen in een vergelijkbaar bereik. Het zou verleidelijk zijn om dat terug te brengen tot een simpele uitspraak als "ABS kan rond de 90 graden werken", maar dat is niet wat de tests aantonen.

HDT beschrijft vervorming onder een gespecificeerde belasting in een gedefinieerde test. Vicat meet een ander soort thermische respons. Geen van beide is een directe continue-gebruiks-temperatuurclassificatie voor een afgewerkt profiel.

Een lang component onder belasting kan ook worden beïnvloed door kruip, thermische cycli, montagespanning en de hoeveelheid dimensionale beweging die de toepassing kan verdragen. Een behuizing die kortstondig een hoge temperatuur bereikt en een lang profiel dat jarenlang recht moet blijven zijn verschillende problemen, ook al zijn beide van ABS gemaakt.

Als warmte ertoe doet, zijn een bedrijfsbereik en belastingstoestand nuttiger dan een algemene temperatuurlimiet.

De materiaalkeuze verandert opnieuw wanneer het onderdeel wordt geëxtrudeerd

Er is online een grote hoeveelheid ABS-informatie geschreven over spuitgieten, wat logisch is gezien de grote schaal waarop het materiaal wordt gebruikt voor behuizingen, deksels en gegoten structurele componenten. Profielextrusie stelt andere eisen aan de hars.

 

In een mal vult het materiaal een gesloten holte en wordt het ondersteund terwijl het afkoelt. Een geëxtrudeerd profiel verlaat de matrijs continu en moet controleerbaar blijven terwijl de dimensionering en koeling de uiteindelijke afmetingen bepalen. Zodra de sectie holle kamers, dunne vlakken, zware ribben of een asymmetrische wandverdeling bevat, beginnen materiaalgedrag en geometrie op elkaar in te werken op manieren die niet duidelijk zijn uit een basiseigenschappentabel.

 

Dit is één reden waarom een ​​spuitgegoten ABS-referentieonderdeel- niet voldoende is om in aanmerking te komen voor een kwaliteit voor lange extrusie.

 

Overweeg een relatief kleine gegoten behuizing en een hol profiel van 1,5-meter. Beide kunnen het label ABS dragen en beide kunnen vergelijkbare vereisten voor de sterkte bij kamertemperatuur hebben. De extrusie moet echter ook na het verlaten van de matrijs continu zijn vorm behouden. Ongelijke wanden kunnen met verschillende snelheden afkoelen, een zwaardere ribbe kan aan een aangrenzend cosmetisch oppervlak trekken en een asymmetrisch gedeelte kan de maatvoering moeilijker maken.

 

Op dat moment is de relevante vraag niet langer simpelweg of ABS voldoende trek- of slagsterkte heeft. Het cijfer moet met de sectie werken.

 

Dit is ook de reden waarom generieke uitspraken over "standaard ABS-wanddikte" of "normale ABS-extrusietolerantie" van beperkte waarde zijn. Een betekenisvolle tolerantie hangt af van de profielgeometrie, hars, gereedschap, koelopstelling, meetmethode en acceptatiecriteria. Dezelfde nominale tolerantie kan routine zijn op de ene sectie en onrealistisch op de andere.

 

Smeltstroomgegevens helpen een deel van het verwerkingsbeeld te beschrijven, maar mogen niet worden beschouwd als een universele drempelwaarde voor extrusie-. Uit de eerdere TAIRILAC-vergelijking blijkt dat één producent zijn extrusiekwaliteit opzettelijk op een veel lagere stroom zet dan zijn algemene -kwaliteit onder dezelfde testomstandigheden. Dat is een nuttig bewijs van hoe verschillende kwaliteiten kunnen worden geformuleerd, en niet een regel die op elke ABS-hars kan worden toegepast.

 

Voor een echt profiel is de tekening dus onderdeel van de materiële discussie. Een hars kan niet geheel los worden beoordeeld van de geometrie die het moet worden.

Materiaalvergelijkingen zijn nuttiger als ze beginnen met de reden waarom een ​​tweede materiaal in overweging wordt genomen.

Als de weerbestendigheid buitenshuis de discussie aangaat, hoort ASA op de shortlist omdat weersbestendigheid en kleurstabiliteit centraal staan ​​in de manier waarop ASA-kwaliteiten worden gepositioneerd.

Als transparantie, zeer hoge impactprestaties of een hogere thermische eis belangrijk worden, verdient polycarbonaat wellicht overweging.

Hard PVC kan een sterkere kandidaat zijn als het project al aansluit bij de specifieke balans van PVC op het gebied van stijfheid, chemisch gedrag, vlamprestaties, kosten en extrusie-eigenschappen.

Geen van deze vergelijkingen kan goed worden afgehandeld met een algemene tabel die één waarde geeft voor 'ABS', één voor 'PVC' en één voor 'PC'. Het zijn alle drie brede commerciële materiaalfamilies met gespecialiseerde kwaliteiten.

Vlamgedrag laat zien waarom dit belangrijk is. De twee eerder besproken TAIRILAC-kwaliteiten worden gerapporteerd als UL 94 HB bij een aangegeven dikte. Dat resultaat hoort bij die twee kwaliteiten bij die dikte; er wordt geen vlamclassificatie voor ABS als geheel vastgelegd. Hetzelfde principe is van toepassing bij het vergelijken van een bepaalde PVC- of PC-kwaliteit.

De nuttige volgorde is om eerst de vereiste te definiëren, vervolgens de materiaalfamilie te verfijnen en de werkelijke commerciële cijfers te vergelijken zodra de shortlist serieus wordt.

Voor projecten die zich nog in de bredere materiaalselectie-fase bevinden, kunnen onzeselectiegids voor extrusiemateriaalgaat dieper in op dat besluit.

Een tekening hoeft niet het gehele harsgegevensblad te reproduceren, maar moet wel voldoende informatie bevatten om de materiaalbehoefte reproduceerbaar te maken.

ISO 19062-1:2015 is de huidige gepubliceerde ISO-aanduidingsnorm voor ABS-vorm- en extrusiematerialen. De openbare beschrijving ervan maakt gebruik van vier kenmerkende eigenschappen: Vicat-verwekingstemperatuur, smeltmassastroomsnelheid, Charpy-kerfslagsterkte en trekmodulus. Ook wordt rekening gehouden met factoren als samenstelling, beoogde toepassing of verwerkingswijze, additieven, kleurstoffen, vulstoffen en versterking.

De oudere ISO 2580-1:2002 is ingetrokken en vervangen door ISO 19062-1.

ASTM D4673-23 biedt een ander classificatie- en lijntoewijzingssysteem voor ABS-vorm- en extrusiematerialen in de VS. Eén zin in de reikwijdte ervan is bijzonder nuttig: het systeem is bedoeld voor het aanduiden van materialen die worden gebruikt om onderdelen te vervaardigen, in plaats van voor het uitvoeren van de materiaalselectie zelf.

Dat onderscheid weerspiegelt wat er in de praktijk gebeurt. Een standaard kan twee partijen helpen een materiaal consistent te identificeren, maar kan niet beslissen of dat materiaal bij het onderdeel past.

Voor sommige projecten is de meest betrouwbare specificatie eenvoudigweg de producent en het exacte type. Anderen hebben extra controle nodig over de smeltstroom, impactprestaties, kleur, additieven, thermisch gedrag of blootstelling aan het milieu. Welke velden op de tekening thuishoren, hangt af van wat er daadwerkelijk voor zou zorgen dat het product faalt of onaanvaardbaar wordt.

Een profiel dat binnenshuis bij gematigde temperaturen wordt gebruikt, heeft mogelijk relatief weinig aanvullende informatie nodig. Een zichtbaar buitenprofiel dat wordt blootgesteld aan zonlicht, schoonmaakmiddelen en beperkingen aan de afmetingen heeft veel meer nodig.

Voordat een ABS-profiel wordt beoordeeld voor productie, is de nuttigste informatie meestal duidelijk: de doorsnedetekening, de beoogde omgeving, de bedrijfstemperatuur, UV-blootstelling, eventuele relevante chemicaliën, uiterlijke eisen en het verwachte productievolume. Deze invoer onthult veel meer dan een andere generieke ABS-eigenschapstabel.

Zodra de hars en de sectie redelijk gedefinieerd zijn, worden het drogen, de smeltconditie, het bewerken, het op maat maken en de procescontrole een aparte discussie. Deze onderwerpen komen aan bod in onzeGids voor ABS-extrusieproces.

Voor holle of geometrisch veeleisende profielen zijn onzeholle profiel extrusiegeleiderverklaart waarom wandverdeling en sectiegeometrie zo'n sterke invloed hebben op de maatvoering.

Als een huidige tekening alleen zegtABS, betekent dat niet noodzakelijkerwijs dat de materiële toelichting verkeerd is. Het betekent dat er mogelijk nog steeds beslissingen achter schuilgaan.

Het meesturen van de sectietekening samen met de servicevoorwaarden is meestal de snelste manier om erachter te komen welke van die beslissingen er daadwerkelijk toe doen.

Stuur ons uw tekening of projectvereisten