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L'origine dell'acrilonitrile butadiene stirene (ABS)
L’acrilonitrile butadiene stirene, comunemente noto come ABS, è un copolimero e un componente chiave in diverse applicazioni industriali e commerciali. L’ABS viene prodotto su scala industriale tramite copolimerizzazione ad innesto, in cui lo stirene e l’acrilonitrile vengono polimerizzati in presenza di polibutadiene.
Questo processo porta alla formazione del terpolimero ABS. In alternativa, l’ABS può essere prodotto anche mescolando meccanicamente il copolimero stirene-acrilonitrile (SAN) con il polibutadiene, ottenendo i cosiddetti polimeri ABS blend. L’ABS trasparente viene prodotto, ad esempio, aggiungendo polimetilmetacrilato (PMMA).
Circa il 50% dell’ABS prodotto in Europa occidentale viene consumato dall’industria automobilistica ed elettrica, in quanto l’ABS si presta bene al rivestimento con metalli e polimeri. polimeri e viene utilizzato in varie applicazioni come giocattoli, parti di automobili ed elettrodomestici.
Questa termoplastica presenta una sorprendente versatilità con una moderata cristallinità che ne caratterizza le caratteristiche essenziali, l’elevata forza d’impatto, la tenacità e la resistenza al calore. La composizione unica dell’ABS gli permette di passare dalla robustezza a una certa flessibilità.
EIGENSCHAFTEN | ABS | POLYSTYROL (PS) | POLYETHYLEN (PE) |
|---|---|---|---|
| Schlagzähigkeit | Hoch | Niedrig | Niedrig |
| Hitzebeständigkeit | Gut | Schlecht | Schlecht |
| Chemische Beständigkeit | Mäßig | Schlecht | Gut |
| Oberflächenhärte | Hoch | Gering | Gering |
L’ABS offre diversi vantaggi rispetto ad altri polimeri. Rispetto al polistirene e al polietilene, ha un’elevata resistenza agli urti ed è quindi adatto alle applicazioni che richiedono una lunga durata.
L’ABS ha anche una buona resistenza al calore, una proprietà preziosa per diverse applicazioni tecniche. Inoltre, l’ABS ha una durezza superficiale maggiore rispetto al polistirene e al polietilene, che si traduce in una migliore resistenza ai graffi e in una maggiore durata generale.
La cristallinità dell'ABS
L’ABS è caratterizzato da una miscela equilibrata di strutture amorfe e cristalline, che si traduce in una disposizione molecolare ordinata ma flessibile.
La cristallinità di un materiale indica la misura in cui le sue molecole sono disposte in una struttura ordinata e regolare. Nel caso dei polimeri puri, questo ordine può essere spesso molto pronunciato, con un conseguente alto grado di cristallinità.
L’ABS, invece, presenta una cristallinità moderata, che gli permette di avere una combinazione di resistenza, tenacità e stabilità dimensionale. Questo moderato grado di cristallinità è dovuto principalmente all’interazione tra i diversi monomeri del copolimero, che contribuiscono con proprietà diverse alla miscela complessiva.
A Calorimetro Differenziale a Scansione (DSC) permette di analizzare con precisione la cristallinità di materiali come l’ABS, rilevando l’energia termica che il materiale assorbe o rilascia durante un aumento controllato della temperatura. Questo metodo permette di identificare i punti di transizione caratteristici come la temperatura di fusione e il punto di rammollimento, oltre a supportare la ricerca sulle transizioni di fase nel materiale.
Iniziamo dalla resistenza: l’ABS ha un’impressionante resistenza alla trazione e agli urti. Ciò significa che anche se i bambini li fanno cadere, li calpestano o li sottopongono a sollecitazioni meccaniche, i mattoncini non si rompono né si scheggiano facilmente. Questa resistenza alle sollecitazioni meccaniche garantisce che
I mattoncini LEGO non sono solo sicuri da usare, ma anche particolarmente resistenti.
La brillantezza duratura dei colori dei componenti in ABS, come i mattoncini LEGO, si spiega con la stabilità delle catene polimeriche nella regione cristallina. Questa struttura ostacola la diffusione dell’ossigeno e dei raggi UV, che potrebbero degradare i pigmenti colorati.
La configurazione molecolare dell’ABS contrasta il processo di foto-ossidazione, permettendo ai blocchi di costruzione di mantenere il loro colore brillante per lunghi periodi di tempo. Questa proprietà è essenziale per i giocattoli, dove la solidità del colore gioca un ruolo importante nella percezione visiva e nell’attrattiva.
Studi scientifici dimostrano che la stabilità del colore dei polimeri può essere ulteriormente migliorata da antiossidanti e stabilizzatori UV, che sono incorporati nella matrice polimerica e rallentano il processo di invecchiamento.
Inoltre, la stabilità dimensionale dell’ABS gioca un ruolo decisivo per i mattoncini LEGO. Le dimensioni esatte e la precisione di adattamento sono fondamentali per l’assemblaggio e lo smontaggio dei mattoncini.
L’ABS garantisce che i mattoncini mantengano la loro forma anche dopo innumerevoli processi di montaggio e smontaggio e si incastrino sempre con precisione. Un mattoncino LEGO deve offrire una forza di serraggio costante per garantire che le creazioni dei bambini rimangano stabili e intatte.
Il punto di fusione di acrilonitrile-butadiene-stirene
Il punto di fusione dell’ABS, che è tipicamente compreso tra 190°C e 220°C, consente di stamparlo in strutture complesse e resistenti al calore, vantaggiose per l’industria automobilistica. La temperatura di fusione viene solitamente misurata con un calorimetro a scansione differenziale.
Le proprietà termoplastiche dell’ABS consentono una modellazione precisa tramite stampaggio a iniezione, permettendo di produrre componenti con grande precisione e attenzione ai dettagli. La struttura molecolare dell’ABS aiuta a mantenere le sue proprietà meccaniche anche dopo ripetuti riscaldamenti e raffreddamenti, il che è essenziale per i cicli di produzione nel settore automobilistico.
Inoltre, l’incorporazione di additivi come stabilizzatori UV e modificatori d’impatto offre la possibilità di modificare in modo specifico le prestazioni del materiale ABS in base al profilo dei requisiti. Di conseguenza, i componenti in ABS come cruscotti e paraurti mantengono la loro funzionalità e qualità estetica anche se sottoposti a stress a lungo termine in diverse condizioni climatiche e operative.
La stabilità termica dell'ABS
La versatilità e la stabilità termica dell’ABS sono dovute alla sua composizione molecolare, che offre un equilibrio efficace tra forza, tenacità e resistenza al calore.
La stabilità termica dell’ABS può essere determinata in modo efficiente utilizzando dispositivi come lo STA L82 o un chip DSC (DSC) . Questi dispositivi consentono un’analisi dettagliata delle caratteristiche termiche dei materiali, compresa la valutazione del loro comportamento durante la decomposizione termica.
La sua adattabilità permette di realizzare una varietà di forme, da strutture rigide a strutture leggermente elastiche. Queste proprietà lo rendono ideale per le custodie degli apparecchi elettrici che devono essere resistenti sia agli urti fisici che alle alte temperature. La stabilità termica dell’ABS, completata da speciali additivi, fa sì che mantenga la sua integrità strutturale e la sua funzionalità anche durante lunghi periodi di utilizzo e in condizioni ambientali variabili.
La temperatura di transizione vetrosa dell'acrilonitrile-butadiene-stirene
La temperatura di transizione vetrosa (Tg) dell’ABS è di circa 105°C ed è un parametro critico che ne determina il comportamento sotto stress termico.
La Tg può essere determinata con diversi metodi, tra cui analisi termomeccanica (TMA) e la calorimetria a scansione differenziale (DSC). Strumenti come il DIL L75 o il TMA sono in grado di valutare e misurare le proprietà meccaniche di un materiale, tra cui la resistenza e la duttilità.
Al di sotto della Tg, l’ABS mantiene la sua struttura rigida, simile al vetro, mentre al di sopra di questa temperatura passa a uno stato più flessibile, simile alla gomma. Questa proprietà è particolarmente importante per l’utilizzo nelle custodie elettriche, dove sono richiesti materiali in grado di resistere alle fluttuazioni termiche senza subire deformazioni significative o perdite di resistenza.
La vicinanza della Tg alla temperatura di esercizio in molte applicazioni fa sì che l’ABS mantenga le sue proprietà meccaniche in condizioni operative normali, rendendolo un materiale ottimale per i componenti elettronici che richiedono una combinazione di stabilità meccanica e resistenza termica.
Diversi tipi di ABS
Per quanto riguarda i diversi tipi di ABS, le differenze di cristallinità e gli additivi aggiunti garantiscono una gamma con diverse proprietà fisiche.
Ad esempio:
- Giocattoli:
- Tubi e raccordi:
ABS, che convince per la sua resistenza chimica e la sua durata.
- Accessori per computer:
Un ABS più flessibile che viene spesso utilizzato per la sua durata e stabilità dimensionale.
Applicazione: Caratterizzazione dei polimeri utilizzando un campione di acrilonitrile-butadiene-stirene
Nell’analisi termica, viene spesso caratterizzato dalla sua transizione vetrosa a ~ 100 °C. La temperatura di transizione vetrosa è influenzata dalla quantità di monomeri utilizzati. Il rilevamento della Tg è quindi un buon modo per valutare la qualità delle materie prime.
In questo esempio, due diversi campioni di ABS sono stati misurati utilizzando il Chip-DSC 1 con una velocità di riscaldamento di 25 K/min. Entrambe le curve mostrano il primo ciclo di riscaldamento e in entrambi i casi è riconoscibile la tipica transizione vetrosa dell’ABS a circa 100°C.
