جدول المحتويات
أصل أكريلونيتريل بيوتاديين ستايرين الأكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS)
أكريلونيتريل بيوتاديين الستايرين، المعروف باسم ABS، هو بوليمر مشترك ومكون رئيسي في العديد من التطبيقات الصناعية والتجارية. يتم إنتاج ABS على نطاق صناعي عن طريق البلمرة المشتركة الكسب غير المشروع، حيث يتم بلمرة الستايرين والأكريلونيتريل في وجود البولي بيوتادين.
تؤدي هذه العملية إلى تكوين البوليمر ثلاثي البوليمر ABS. وبدلاً من ذلك، يمكن أيضًا إنتاج ABS عن طريق الخلط الميكانيكي للبوليمر المشترك الستايرين-أكريلونيتريل (SAN) مع البولي بيوتادين، مما ينتج عنه ما يسمى بالبوليمرات المخلوطة ABS. يتم إنتاج ABS الشفاف، على سبيل المثال، عن طريق إضافة بولي ميثيل ميثاكريليت (PMMA).
يتم استهلاك حوالي 50% من بوليمرات ABS المنتجة في أوروبا الغربية من قبل صناعات السيارات والصناعات الكهربائية، حيث أن ABS مناسب تمامًا للطلاء بالمعادن والبوليمرات. البوليمرات ويُستخدم في تطبيقات مختلفة مثل لعب الأطفال وقطع غيار السيارات والأجهزة المنزلية.
يتميز هذا البلاستيك الحراري بتنوع مذهل مع تبلور معتدل يميز ميزاته الأساسية، وقوته العالية في الصدمات، وصلابته ومقاومته للحرارة. تسمح هذه التركيبة الفريدة من ABS بالانتقال من المتانة إلى مرونة معينة.
EIGENSCHAFTEN | ABS | POLYSTYROL (PS) | POLYETHYLEN (PE) |
|---|---|---|---|
| Schlagzähigkeit | Hoch | Niedrig | Niedrig |
| Hitzebeständigkeit | Gut | Schlecht | Schlecht |
| Chemische Beständigkeit | Mäßig | Schlecht | Gut |
| Oberflächenhärte | Hoch | Gering | Gering |
يتميز ABS بالعديد من المزايا مقارنةً بالبوليمرات الأخرى. وبالمقارنة مع البوليسترين والبولي إيثيلين، فإنه يتميز بقوة صدمة عالية وبالتالي فهو مناسب للتطبيقات التي تتطلب عمر خدمة طويل.
كما يتميز ABS أيضًا بمقاومة جيدة للحرارة، وهي خاصية قيّمة لمختلف التطبيقات التقنية. بالإضافة إلى ذلك، يتميز ABS بصلابة سطح أعلى مقارنةً بالبوليسترين والبولي إيثيلين، مما يؤدي إلى مقاومة أفضل للخدش والمتانة العامة.
بلورة ABS
يتميز ABS بمزيج متوازن من الهياكل غير المتبلورة والبلورية، مما ينتج عنه ترتيب جزيئي مرتب ومرن في الوقت نفسه.
البلورة التبلور للمادة إلى مدى ترتيب جزيئاتها في بنية منتظمة ومرتبة. وفي حالة البوليمرات النقية، غالبًا ما يكون هذا الترتيب واضحًا للغاية، مما يؤدي إلى درجة عالية من التبلور.
ومن ناحية أخرى، يُظهر ABS تبلورًا معتدلًا، مما يتيح له مزيجًا من القوة والصلابة وثبات الأبعاد. ترجع هذه الدرجة المعتدلة من التبلور بشكل أساسي إلى تفاعل المونومرات المختلفة في البوليمر المشترك، والتي تساهم بخصائص مختلفة في الخليط الكلي.
A مسعر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) يسمح بتحليل تبلور مواد مثل ABS بدقة من خلال تتبع الطاقة الحرارية التي تمتصها المادة أو تطلقها أثناء زيادة درجة الحرارة المتحكم فيها. وتسمح هذه الطريقة بتحديد نقاط الانتقال المميزة مثل درجة حرارة الانصهار ونقطة التليين، وتدعم أيضًا البحث في التحولات الطورية في المادة.
لنبدأ بالقوة: يتميز ABS بقوة شد وصدمات مذهلة. وهذا يعني أنه حتى إذا قام الأطفال بإسقاطها أو الدوس عليها أو تعريضها لإجهاد ميكانيكي، فإن الطوب لن ينكسر أو يتشقق بسهولة. هذه المقاومة للإجهاد الميكانيكي تضمن أن
مكعبات ليجو ليست آمنة للاستخدام فحسب، بل إنها متينة للغاية.
يمكن تفسير التألق اللوني الدائم لمكونات بوليمرات ABS، مثل مكعبات ليغو، بثبات سلاسل البوليمر في المنطقة البلورية. يعيق هذا التركيب انتشار الأكسجين والأشعة فوق البنفسجية، مما قد يؤدي إلى تكسير الأصباغ الملونة.
يتصدى التكوين الجزيئي لمركب ABS لعملية الأكسدة الضوئية، مما يسمح للكتل البنائية بالاحتفاظ بلونها الزاهي على مدار فترات زمنية طويلة. هذه الخاصية ضرورية للألعاب، حيث يلعب ثبات اللون دورًا مهمًا في الإدراك البصري والجاذبية.
تشير الدراسات العلمية إلى أنه يمكن تحسين ثبات لون البوليمرات عن طريق مضادات الأكسدة ومثبتات الأشعة فوق البنفسجية، والتي تكون مدمجة في مصفوفة البوليمر وتبطئ عملية التقادم.
بالإضافة إلى ذلك، يلعب ثبات أبعاد ABS دورًا حاسمًا في مكعبات ليجو. تُعد الأبعاد الدقيقة ودقة الملاءمة أمرًا حاسمًا في تجميع المكعبات وتفكيكها.
يضمن ABS احتفاظ مكعبات ABS بشكلها حتى بعد عمليات التجميع والتفكيك التي لا حصر لها وتناسبها مع بعضها البعض بدقة دائمًا. يجب أن توفر مكعبات LEGO قوة تثبيت ثابتة لضمان ثبات وسلاسة الإبداعات التي يبنيها الأطفال.
درجة انصهار الأكريلونيتريل-بيوتاديين-ستايرين
وتسمح درجة انصهار ABS، التي تتراوح عادةً بين 190 درجة مئوية و220 درجة مئوية، بتشكيلها في هياكل معقدة مقاومة للحرارة ومفيدة لصناعة السيارات. يتم قياس درجة حرارة الانصهار عادةً باستخدام مسعر المسح التفاضلي.
تسمح خواص اللدائن الحرارية التي يتميز بها ABS بالتشكيل الدقيق عن طريق القولبة بالحقن، مما يتيح إنتاج المكونات بدقة عالية والاهتمام بالتفاصيل. يساعد التركيب الجزيئي للبلاستيك الحراري ABS في الحفاظ على خواصه الميكانيكية حتى بعد التسخين والتبريد المتكرر، وهو أمر ضروري لدورات الإنتاج في صناعة السيارات.
وبالإضافة إلى ذلك، فإن تضمين المواد المضافة مثل مثبتات الأشعة فوق البنفسجية ومعدِّلات الصدمات يوفر إمكانية تعديل أداء مادة ABS على وجه التحديد وفقًا لملف المتطلبات. ونتيجةً لذلك، تحتفظ مكونات ABS مثل لوحات العدادات والمصدات بوظائفها وجودة جماليتها حتى في ظل الضغط الطويل الأمد في ظروف الطقس والتشغيل المختلفة.
الاستقرار الحراري لـ ABS
ترجع براعة ABS وثباته الحراري إلى تركيبته الجزيئية التي توفر توازنًا فعالاً بين القوة والمتانة ومقاومة الحرارة.
يمكن تحديد الاستقرار الحراري لـ ABS بكفاءة باستخدام أجهزة مثل STA L82 أو رقاقة DSC (DSC) يمكن استخدامها. تسمح هذه الأجهزة بتحليل مفصل للخصائص الحرارية للمواد، بما في ذلك تقييم سلوكها أثناء التحلل الحراري.
تتيح قابليته للتكيف إمكانية إنتاج مجموعة متنوعة من الأشكال، بدءًا من الهياكل الصلبة إلى الهياكل المرنة قليلاً. هذه الخصائص تجعله مثاليًا لأغلفة الأجهزة الكهربائية التي تحتاج إلى مقاومة كل من الصدمات المادية ودرجات الحرارة المرتفعة. ويضمن الثبات الحراري الذي يتمتع به ABS، مدعومًا بإضافات خاصة، احتفاظه بسلامته الهيكلية ووظائفه حتى خلال فترات الاستخدام الطويلة وفي ظل ظروف بيئية متغيرة.
درجة حرارة التحول الزجاجي لأكريلونيتريل-بيوتاديين-ستايرين
درجة حرارة الانتقال درجة حرارة الانتقال الزجاجي (Tg) تبلغ درجة حرارة الانتقال الزجاجي (Tg) ل ABS حوالي 105 درجة مئوية، وهي معلمة حرجة تحدد سلوكها تحت الإجهاد الحراري.
يمكن تحديد Tg باستخدام عدة طرق، بما في ذلك التحليل الميكانيكي الحراري (TMA) ومسعر المسح التفاضلي (DSC). أدوات مثل DIL L75 أو TMA قادرة على تقييم وقياس الخواص الميكانيكية للمادة، بما في ذلك القوة والليونة.
تحت درجة حرارة أقل من Tg، يحتفظ ABS بهيكله الصلب الشبيه بالزجاج، بينما فوق درجة الحرارة هذه يتغير إلى حالة أكثر مرونة تشبه المطاط. هذه الخاصية مهمة بشكل خاص للاستخدام في العبوات الكهربائية، حيث يلزم وجود مواد يمكنها تحمل التقلبات الحرارية دون تشوه كبير أو فقدان القوة.
إن قرب درجة حرارة Tg من درجة حرارة التشغيل في العديد من التطبيقات يعني أن ABS يحتفظ بخصائصه الميكانيكية في ظروف التشغيل العادية، مما يجعله مادة مثالية للمكونات الإلكترونية التي تتطلب مزيجًا من الثبات الميكانيكي والمقاومة الحرارية.
أنواع مختلفة من ABS
فيما يتعلق بالأنواع المختلفة من ABS، فإن الاختلافات في التبلور والإضافات المضافة تضمن وجود مجموعة ذات خصائص فيزيائية مختلفة.
على سبيل المثال:
- الألعاب
- الأنابيب والتجهيزات:
ABS، الذي يبهر بمقاومته للمواد الكيميائية ومتانته.
- ملحقات الكمبيوتر:
ABS أكثر مرونة وغالباً ما يُستخدم لمتانته وثبات أبعاده.
التطبيق: توصيف البوليمرات باستخدام عينة أكريلونيتريل-بوتادين-ستايرين
في التحليل الحراري، غالبًا ما يتم تمييزه في التحليل الحراري من خلال انتقاله الزجاجي عند 100 درجة مئوية تقريبًا. تتأثر درجة حرارة الانتقال الزجاجي بكمية المونومرات المستخدمة. وبالتالي فإن الكشف عن Tg هو وسيلة جيدة لتقييم جودة المواد الخام.
في هذا المثال، تم قياس عينتين مختلفتين من ABS باستخدام Chip-DSC 1 بمعدل تسخين 25 كلفن/دقيقة. يُظهر كلا المنحنيين دورة التسخين الأولى وفي كلتا الحالتين يمكن التعرف على الانتقال الزجاجي النموذجي ل ABS عند 100 درجة مئوية تقريبًا.
