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A origem do acrilonitrilo butadieno estireno (ABS)
O acrilonitrilo butadieno-estireno, vulgarmente conhecido por ABS, é um copolímero e um componente essencial em várias aplicações industriais e comerciais. O ABS é produzido à escala industrial por copolimerização de enxerto, em que o estireno e o acrilonitrilo são polimerizados na presença de polibutadieno.
Este processo conduz à formação do terpolímero ABS. Em alternativa, o ABS também pode ser produzido através da mistura mecânica do copolímero de estireno-acrilonitrilo (SAN) com polibutadieno, resultando nos chamados polímeros de mistura ABS. O ABS transparente é produzido, por exemplo, através da adição de polimetacrilato de metilo (PMMA).
Cerca de 50% do ABS produzido na Europa Ocidental é consumido pelas indústrias automóvel e eléctrica, uma vez que o ABS é adequado para o revestimento com metais e polímeros. polímeros e é utilizado em várias aplicações, como brinquedos, peças para automóveis e electrodomésticos.
Este termoplástico apresenta uma versatilidade notável com uma cristalinidade moderada que caracteriza as suas caraterísticas essenciais, a sua elevada resistência ao impacto, a sua tenacidade e a sua resistência ao calor. Esta composição única do ABS permite-lhe passar da robustez a uma certa flexibilidade.
EIGENSCHAFTEN | ABS | POLYSTYROL (PS) | POLYETHYLEN (PE) |
|---|---|---|---|
| Schlagzähigkeit | Hoch | Niedrig | Niedrig |
| Hitzebeständigkeit | Gut | Schlecht | Schlecht |
| Chemische Beständigkeit | Mäßig | Schlecht | Gut |
| Oberflächenhärte | Hoch | Gering | Gering |
O ABS oferece várias vantagens em relação a outros polímeros. Comparado com o poliestireno e o polietileno, tem uma elevada resistência ao impacto e é, por isso, adequado para aplicações que requerem uma longa vida útil.
O ABS também tem uma boa resistência ao calor, o que é uma propriedade valiosa para várias aplicações técnicas. Além disso, o ABS tem uma dureza de superfície mais elevada em comparação com o poliestireno e o polietileno, o que resulta numa melhor resistência a riscos e durabilidade geral.
A cristalinidade do ABS
O ABS caracteriza-se por uma mistura equilibrada de estruturas amorfas e cristalinas, resultando num arranjo molecular ordenado mas flexível.
A cristalinidade de um material indica o grau em que as suas moléculas estão dispostas numa estrutura ordenada e regular. No caso dos polímeros puros, esta ordem pode ser frequentemente muito pronunciada, resultando num elevado grau de cristalinidade.
O ABS, por outro lado, apresenta uma cristalinidade moderada, o que lhe permite ter uma combinação de resistência, dureza e estabilidade dimensional. Este grau moderado de cristalinidade deve-se principalmente à interação dos diferentes monómeros no copolímero, que contribuem com diferentes propriedades para a mistura global.
A Calorímetro Exploratório Diferencial (DSC) permite que a cristalinidade de materiais como o ABS seja analisada com precisão através do rastreio da energia térmica que o material absorve ou liberta durante um aumento de temperatura controlado. Este método permite a identificação de pontos de transição caraterísticos, tais como a temperatura de fusão e o ponto de amolecimento, e também apoia a investigação de transições de fase no material.
Comecemos pela resistência: o ABS tem uma impressionante resistência à tração e ao impacto. Isto significa que, mesmo que as crianças os deixem cair, pisem ou os submetam a tensões mecânicas, os tijolos não se partem nem estilhaçam facilmente. Esta resistência ao stress mecânico garante que
As peças LEGO não são apenas seguras de utilizar, mas também particularmente duráveis.
O brilho duradouro das cores dos componentes ABS, como os tijolos LEGO, pode ser explicado pela estabilidade das suas cadeias de polímeros na região cristalina. Esta estrutura impede a difusão do oxigénio e da luz UV, que poderiam decompor os pigmentos de cor.
A configuração molecular do ABS contraria o processo de foto-oxidação, permitindo que os blocos de construção mantenham a sua cor brilhante durante longos períodos de tempo. Esta propriedade é essencial para os brinquedos, onde a solidez da cor desempenha um papel importante na perceção visual e na atratividade.
Estudos científicos mostram que a estabilidade da cor dos polímeros pode ser melhorada através de antioxidantes e estabilizadores de UV, que são incorporados na matriz do polímero e retardam o processo de envelhecimento.
Além disso, a estabilidade dimensional do ABS desempenha um papel decisivo para os tijolos LEGO. As dimensões exactas e a precisão do encaixe são cruciais para a montagem e desmontagem dos tijolos.
O ABS garante que as peças mantêm a sua forma mesmo após inúmeros processos de montagem e desmontagem e encaixam sempre com precisão. Uma peça LEGO deve oferecer uma força de fixação consistente para garantir que as criações que as crianças constroem permanecem estáveis e intactas.
Ponto de fusão do acrilonitrilo-butadieno-estireno
O ponto de fusão do ABS, que se situa normalmente entre 190°C e 220°C, permite-lhe ser moldado em estruturas complexas e resistentes ao calor, que são vantajosas para a indústria automóvel. A temperatura de fusão é normalmente medida utilizando um calorímetro diferencial de varrimento.
As propriedades termoplásticas do ABS permitem uma moldagem precisa por injeção, possibilitando a produção de componentes com elevada precisão e atenção aos detalhes. A estrutura molecular do ABS ajuda a manter as suas propriedades mecânicas mesmo após aquecimento e arrefecimento repetidos, o que é essencial para os ciclos de produção no fabrico de automóveis.
Além disso, a incorporação de aditivos, como estabilizadores de UV e modificadores de impacto, oferece a possibilidade de modificar especificamente o desempenho do material ABS, dependendo do perfil dos requisitos. Como resultado, os componentes em ABS, tais como painéis de instrumentos e para-choques, mantêm a sua funcionalidade e qualidade estética, mesmo sob tensão prolongada em diferentes condições climatéricas e de funcionamento.
A estabilidade térmica do ABS
A versatilidade e a estabilidade térmica do ABS devem-se à sua composição molecular, que proporciona um equilíbrio eficaz entre força, tenacidade e resistência ao calor.
A estabilidade térmica do ABS pode ser determinada de forma eficiente utilizando dispositivos como o STA L82 ou um chip DSC (DSC) pode ser utilizado. Estes dispositivos permitem uma análise detalhada das caraterísticas térmicas dos materiais, incluindo a avaliação do seu comportamento durante a decomposição térmica.
A sua adaptabilidade permite produzir uma variedade de formas, desde estruturas rígidas a estruturas ligeiramente elásticas. Estas propriedades tornam-no ideal para caixas de aparelhos eléctricos que necessitam de ser resistentes a impactos físicos e a temperaturas elevadas. A estabilidade térmica do ABS, complementada por aditivos especiais, garante que mantém a sua integridade estrutural e funcionalidade mesmo durante longos períodos de utilização e sob condições ambientais variáveis.
A temperatura de transição vítrea do acrilonitrilo-butadieno-estireno
A temperatura de transição vítrea (Tg) do ABS é de cerca de 105°C e é um parâmetro crítico que determina o seu comportamento sob tensão térmica.
A Tg pode ser determinada através de vários métodos, incluindo análise termomecânica (TMA) e calorimetria diferencial de varrimento (DSC). Instrumentos como o DIL L75 ou uma TMA são capazes de avaliar e medir as propriedades mecânicas de um material, incluindo a resistência e a ductilidade.
Abaixo da Tg, o ABS mantém a sua estrutura rígida, semelhante ao vidro, enquanto que acima desta temperatura muda para um estado mais flexível, semelhante à borracha. Esta propriedade é particularmente relevante para utilização em caixas eléctricas, onde são necessários materiais que possam suportar flutuações térmicas sem deformação significativa ou perda de resistência.
A proximidade da Tg à temperatura de funcionamento em muitas aplicações significa que o ABS mantém as suas propriedades mecânicas em condições normais de funcionamento, o que o torna um material ideal para componentes electrónicos que requerem uma combinação de estabilidade mecânica e resistência térmica.
Diferentes tipos de ABS
No que respeita aos diferentes tipos de ABS, as diferenças de cristalinidade e os aditivos adicionados garantem uma gama com propriedades físicas diferentes.
Por exemplo:
- Brinquedos:
- Tubos e acessórios:
ABS, que impressiona pela sua resistência química e durabilidade.
- Acessórios para computador:
Um ABS mais flexível que é frequentemente utilizado pela sua durabilidade e estabilidade dimensional.
Aplicação: Caracterização de polímeros utilizando uma amostra de acrilonitrilo-butadieno-estireno
Na análise térmica, é frequentemente caracterizado pela sua transição vítrea a ~ 100 °C. A temperatura de transição vítrea é influenciada pela quantidade de monómeros utilizados. A deteção da Tg é, por isso, uma boa forma de avaliar a qualidade das matérias-primas.
Neste exemplo, foram medidas duas amostras diferentes de ABS utilizando o Chip-DSC 1 com uma taxa de aquecimento de 25 K/min. Ambas as curvas mostram o primeiro ciclo de aquecimento e em ambos os casos é reconhecível a típica transição vítrea do ABS a cerca de 100 °C.
