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Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS): Una mirada en profundidad


Tabla de Contenidos:

    1. Origen del Acrylonitrile-Butadiene-Styrene (ABS)
    2. La Cristalinidad del ABS
    3. El Punto de Fusión del Acrylonitrile-Butadiene-Styrene
    4. La Estabilidad Térmica del ABS
    5. La Temperatura de Transición Vítrea del Acrylonitrile-Butadiene-Styrene
    6. Diversos Tipos de ABS
    7. Aplicación: Caracterización de Polímeros Utilizando una Muestra de Acrylonitrile-Butadiene-Styrene

El origen del acrilonitrilo butadieno estireno (ABS)

Acrylonitrile-Butadiene-Styrene, comúnmente conocido como ABS, es un copolímero y un componente central en varios sectores industriales y comerciales. El ABS se produce a gran escala mediante la copolimerización por injerto, en la que el estireno y el acrilonitrilo se polimerizan en presencia de polibutadieno.

Este proceso conduce a la formación del terpolímero ABS. Alternativamente, el ABS también se puede producir mezclando mecánicamente el copolímero de estireno-acrilonitrilo (SAN) con polibutadieno, lo que da como resultado lo que se conoce como polímeros de mezcla de ABS. El ABS transparente, por ejemplo, se produce añadiendo polimetilmetacrilato (PMMA).

Aproximadamente el 50% del ABS producido en Europa Occidental se consume en las industrias automotriz y eléctrica, ya que el ABS es adecuado para recubrimientos con metales y polímeros y se utiliza en diversas aplicaciones como juguetes, piezas de automóviles y electrodomésticos.

Este termoplástico exhibe una versatilidad notable con una cristalinidad moderada, lo que define sus características esenciales, que incluyen una alta resistencia al impacto, tenacidad y resistencia al calor. Esta composición única del ABS le permite pasar de ser resistente a poseer un cierto grado de flexibilidad.

Alta
Resistencia a los golpes

Alta
Dureza

Alta
Resistencia al calor

Propiedades ABS Poliestireno (PS) Polietileno (PE)
Resistencia al impacto Alta Bajo Bajo
Resistencia al calor Bien Mal Mal
Resistencia química Moderado Mal Bien
Dureza de la superficie Alta Bajo Bajo

El ABS ofrece varias ventajas sobre otros polímeros. En comparación con el poliestireno y el polietileno, presenta una alta resistencia al impacto, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren durabilidad a largo plazo.

Además, el ABS muestra una buena resistencia al calor, lo cual es una propiedad valiosa en diversas aplicaciones de ingeniería. Además, en comparación con el poliestireno y el polietileno, el ABS tiene una mayor dureza superficial, lo que se traduce en una mejor resistencia a los arañazos y una mayor durabilidad en general.

La cristalinidad del ABS

El ABS se caracteriza por una mezcla equilibrada de estructuras amorfas y cristalinas, lo que da como resultado una disposición molecular ordenada pero flexible.

La cristalinidad de un material indica hasta qué punto sus moléculas están dispuestas en una estructura ordenada y regular. En los polímeros puros, este orden a menudo puede ser muy pronunciado, lo que conduce a un alto grado de cristalinidad.

En contraste, el ABS exhibe una cristalinidad moderada, lo que le permite poseer una combinación de resistencia, tenacidad y estabilidad dimensional. Este nivel intermedio de cristalinidad se atribuye principalmente a la interacción de varios monómeros en el copolímero, cada uno contribuyendo con diferentes propiedades a la mezcla en general.

Un Calorímetro Diferencial Dinámico (DSC) permite un análisis preciso de la cristalinidad de materiales como el ABS al seguir la energía térmica absorbida o liberada por el material durante cambios controlados de temperatura. Este método permite la identificación de puntos de transición característicos, como la temperatura de fusión y el punto de reblandecimiento, y respalda la exploración de transiciones de fase dentro del material.

Comencemos con la resistencia: el ABS posee una impresionante resistencia a la tracción y al impacto. Esto significa que incluso si los niños los dejan caer, los pisan o los someten a estrés mecánico de diversas formas, los bloques de construcción no se rompen ni astillan fácilmente. Esta resistencia al estrés mecánico garantiza que los ladrillos LEGO no solo sean seguros de usar, sino también excepcionalmente duraderos.

La brillantez del color duradera de los componentes de ABS, como los ladrillos LEGO, se debe a la estabilidad de sus cadenas de polímero en la región cristalina. Esta estructura impide la difusión de oxígeno y luz UV que podrían degradar los pigmentos de color.

La configuración molecular del ABS contrarresta el proceso de fotooxidación, permitiendo que los ladrillos mantengan su color vibrante durante períodos prolongados. Esta propiedad es crucial para los juguetes, donde la resistencia al desgaste del color juega un papel importante en la percepción visual y el atractivo.

Estudios científicos indican que la estabilidad del color de los polímeros se puede mejorar aún más mediante la incorporación de antioxidantes y estabilizadores UV en la matriz de polímero, lo que ralentiza el proceso de envejecimiento.

Además, la estabilidad dimensional del ABS desempeña un papel crucial en los ladrillos LEGO. Dimensiones precisas y un ajuste adecuado son esenciales para ensamblar y desmontar los ladrillos.

El ABS garantiza que los ladrillos mantengan su forma incluso después de innumerables ciclos de montaje y desmontaje, y que encajen de manera constante y precisa. Un ladrillo LEGO debe proporcionar una fuerza de agarre constante para garantizar que las creaciones que los niños construyen permanezcan estables e intactas.

Lego-Bausteine aus ABS

El punto de fusión del acrilonitrilo-butadieno-estireno

El punto de fusión del ABS, que suele oscilar entre 190°C y 220°C, le permite moldearse en estructuras resistentes al calor y complejas que son ventajosas en la industria automotriz. La temperatura de fusión suele medirse utilizando un Calorímetro Diferencial Dinámico.

Las propiedades termoplásticas del ABS permiten una conformación precisa a través de procesos de moldeo por inyección, lo que resulta en componentes con alta precisión y detalle. La estructura molecular del ABS respalda la retención de propiedades mecánicas incluso después de ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento, lo cual es esencial para los ciclos de producción en la fabricación de automóviles.

Además, la incorporación de aditivos como estabilizadores UV y modificadores de impacto brinda la oportunidad de modificar selectivamente el rendimiento del material del ABS según requisitos específicos. Esto garantiza que los componentes de ABS, como paneles de instrumentos y parachoques, mantengan su funcionalidad y calidad estética incluso después de una exposición prolongada a diversas condiciones climáticas y de funcionamiento.

Handschuhe aus ABS

La estabilidad térmica del ABS

La versatilidad y estabilidad térmica del ABS se atribuyen a su composición molecular, que proporciona un equilibrio efectivo entre resistencia, tenacidad y resistencia al calor.

La determinación de la estabilidad térmica del ABS se puede llevar a cabo de manera eficiente utilizando dispositivos como el STA PT 1000 o un Chip-DSC (DSC). Estos dispositivos permiten un análisis detallado de las características térmicas de los materiales, incluida la evaluación de su comportamiento durante la descomposición térmica.

Su adaptabilidad permite la producción de una variedad de formas, desde estructuras rígidas hasta ligeramente elásticas. Estas propiedades lo hacen ideal para envoltorios de electrodomésticos que necesitan ser resistentes tanto a impactos físicos como a altas temperaturas. La estabilidad térmica del ABS, complementada con aditivos específicos, asegura que mantenga su integridad estructural y funcionalidad incluso durante un funcionamiento prolongado y en condiciones ambientales variables.

Gehäuse von Haushaltsgroßgeräten aus ABS

La temperatura de transición vítrea del acrilonitrilo-butadieno-estireno

La Temperatura de Transición Vítrea (Tg) del ABS es aproximadamente de 105°C y es un parámetro crítico que determina su comportamiento bajo estrés térmico.

La Tg se puede determinar mediante varios métodos, incluyendo Análisis Termomecánico (TMA) y Calorimetría Diferencial Dinámica (DSC). Instrumentos como el DIL L75 o un TMA son capaces de evaluar y medir las propiedades mecánicas de un material, incluyendo la resistencia y la deformabilidad.

Por debajo de la Tg, el ABS mantiene su estructura rígida similar a la del vidrio, mientras que por encima de esta temperatura, se vuelve más flexible y gomoso. Esta propiedad es particularmente relevante para aplicaciones en envoltorios eléctricos donde se requiere que los materiales soporten fluctuaciones térmicas sin una deformación significativa o pérdida de resistencia.

La proximidad de la Tg a la temperatura de funcionamiento en muchas aplicaciones significa que el ABS conserva sus propiedades mecánicas bajo condiciones de funcionamiento normales, lo que lo convierte en un material óptimo para componentes electrónicos que requieren una combinación de estabilidad mecánica y resistencia térmica.

Material für 3D Druck aus ABS

Diferentes tipos de ABS

En cuanto a los distintos tipos de ABS, las diferencias de cristalinidad y los aditivos añadidos garantizan una gama con propiedades físicas diferentes. Por ejemplo:

  • Juguetes: A menudo fabricados con un tipo de ABS conocido por su resistencia al descoloramiento y su resistencia mecánica.

Spielzeugauto aus ABS

Armaturenbrett aus ABS

  • Tubos y accesorios: El ABS, conocido por su resistencia química y durabilidad, se utiliza con frecuencia.
  • Accesorios de computadora: A menudo se utiliza un ABS más flexible por su durabilidad y estabilidad dimensional.

Computerzubehör aus ABS

Aplicación: Caracterización de polímeros con una muestra de acrilonitrilo-butadieno-estireno

App. Nr. 02-011-010 Chip-DSC – Polymerprobe (ABS) – Charakterisierung von Polymeren

App. Nº 02-011-010 Chip-DSC – Muestra de polímero (ABS) – Caracterización de polímeros

En el análisis térmico, a menudo se caracteriza por su transición vítrea a ~100°C. La temperatura de transición vítrea está influenciada por la cantidad de monómeros utilizados. Detectar la Tg es, por lo tanto, una buena manera de evaluar la calidad de las materias primas.

En este ejemplo, se midieron dos muestras diferentes de ABS utilizando Chip-DSC 1 con una velocidad de calentamiento de 25 K/min. Ambas curvas muestran el primer ciclo de calentamiento y, en ambos casos, se evidencia la típica transición vítrea del ABS a aproximadamente 100°C.