القائمة

البحث عن المنتج

لغة

يشارك

الصفحة الرئيسية / أخبار / أخبار الصناعة / كيف يتم تصنيع مادة أكريلونتريل بوتادين ستايرين | دليل بلاستيك ABS
أخبار الصناعة

كيف يتم تصنيع مادة أكريلونتريل بوتادين ستايرين | دليل بلاستيك ABS

محتوى

كيف يتم تصنيع أكريلونتريل بوتادين ستايرين: عملية التصنيع الكاملة

يتم إنتاج أكريلونتريل بوتادين ستايرين (ABS) من خلال عملية تسمى مستحلب أو البلمرة الجماعية المستمرة ، حيث يتم ربط ثلاثة مونومرات - أكريلونيتريل، بوتادين، وستايرين - كيميائيًا في لدن حراري قوي ومقاوم للصدمات. والنتيجة هي واحدة من أكثر المواد البلاستيكية الهندسية استخدامًا في العالم، والتي توجد في كل شيء بدءًا من لوحات عدادات السيارة وحتى مكعبات LEGO. أقرب منافس هيكلي لها في العديد من التطبيقات الصناعية هو هندسة البلاستيك النايلون ، وخاصة النايلون 6 والنايلون 6/6، على الرغم من أن الاثنين يختلفان بشكل كبير في كيفية صنعهما وكيفية أدائهما.

لفهم كيفية تصنيع ABS، من المفيد معرفة ما يساهم به كل من مونومراته الثلاثة: يوفر الأكريلونيتريل مقاومة كيميائية وحرارية؛ يوفر البوتادين المتانة وقوة التأثير في درجات الحرارة المنخفضة؛ والستيرين يمنح المادة صلابتها وسطحها وسهولة معالجتها. النسب النسبية لهذه المكونات الثلاثة عادة ما تكون حولها 20-30% أكريلونيتريل، 5-30% بوتادين، 40-60% ستايرين - يمكن تعديلها لتخصيص خصائص البلاستيك النهائية لمتطلبات الاستخدام النهائي المحددة.

تتناول هذه المقالة الكيمياء والهندسة خطوة بخطوة وراء إنتاج ABS، وكيف يختلف عن المواد البلاستيكية الهندسية الأخرى بما في ذلك النايلون، وما هي العوامل التي تؤثر على جودة وأداء المادة النهائية.

المونومرات الخام الثلاثة ومن أين أتوا

يبدأ إنتاج ABS على مستوى المونومر. يتم اشتقاق كل مادة من المواد الخام الثلاثة من المواد الأولية البتروكيماوية وتتطلب سلسلة توريد مخصصة خاصة بها قبل دخولها إلى مفاعل بلمرة ABS.

أكريلونيتريل (AN)

يتم إنتاج الأكريلونيتريل بشكل أساسي من خلال عملية سوهيو (أموكسيدة SOHIO). ، حيث يتفاعل البروبيلين مع الأمونيا والأكسجين عبر محفز عند درجات حرارة تتراوح بين 400-510 درجة مئوية. تجاوزت الطاقة الإنتاجية العالمية للأكريلونيتريل 7 ملايين طن متري سنويا وفقًا لتقارير الصناعة الأخيرة (IHS Markit، 2023). في ABS، يكون محتوى الأكريلونيتريل مسؤولاً بشكل مباشر عن المقاومة الكيميائية للزيوت والشحوم والأحماض المخففة، كما أنه يرفع درجة حرارة انحراف الحرارة للجزء النهائي.

البيوتادين (BD)

البيوتاديين هو منتج ثانوي للتكسير البخاري للنافتا أو الإيثان المستخدم لإنتاج الإيثيلين. يتم استعادته وتنقيته من قطع C4 من مخرجات التكسير. الروابط المزدوجة للبيوتادين تجعله شديد التفاعل في بلمرة الجذور الحرة، ومرحلة مطاط البولي بيوتادين (PBR) التي يشكلها في ABS هي ما يمنح المادة صلابتها المميزة ومقاومتها للصدمات - حتى في درجات حرارة منخفضة مثل -40 درجة مئوية . يعد هذا الأداء في درجات الحرارة المنخفضة أحد المجالات التي يتفوق فيها نظام ABS على العديد من درجات بلاستيك النايلون الهندسي، والذي يمكن أن يصبح هشًا في البيئات الباردة ما لم يتم تعديله على وجه التحديد.

الستايرين (SM)

يتم إنتاج الستايرين عن طريق نزع الهيدروجين من إيثيل بنزين، والذي يتم تصنيعه من البنزين والإيثيلين. تبلغ سعة الستايرين العالمية تقريبًا 35-38 مليون طن متري سنويا (ICIS, 2023)، مما يجعلها واحدة من أكثر المواد الوسيطة البتروكيماوية وفرة في العالم. في ABS، الستايرين هو المونومر السائد من حيث الوزن وهو المسؤول عن صلابة المادة ولمعانها وقابلية المعالجة الممتازة في قولبة الحقن والبثق.

طريقتان أساسيتان لتصنيع ABS

هناك طريقان صناعيان رئيسيان لصنع ABS: بلمرة المستحلب و بلمرة الكتلة المستمرة (السائبة). . الطريقة الثالثة الأقل شيوعًا هي بلمرة التعليق. تنتج كل طريقة ABS بخصائص مورفولوجية مختلفة إلى حد ما، ويظل كلاهما قيد الاستخدام التجاري اليوم.

بلمرة المستحلب (الأكثر شيوعًا)

تعد بلمرة المستحلب هي العملية الصناعية الأكثر استخدامًا لإنتاج ABS وتمثل غالبية الإنتاج العالمي. ويتم إجراؤها على مرحلتين:

  1. المرحلة 1 - تخليق مادة البولي بوتادين اللاتكس: يتم استحلاب مونومر البيوتادين في الماء باستخدام مادة خافضة للتوتر السطحي ويتم بلمره باستخدام بادئ الجذور الحرة (عادةً الكبريتات أو أنظمة الأكسدة والاختزال) عند درجة حرارة 50-80 درجة مئوية لتكوين جزيئات لاتكس مطاطية من البولي بيوتادين. يتم التحكم في حجم الجسيمات بعناية، وعادةً ما يكون في نطاق 100-400 نانومتر لأن هذا يؤثر بشكل مباشر على خصائص تأثير ABS النهائي. تعطي الجزيئات الأصغر لمعانًا أعلى ولكن قوة تأثير أقل؛ تنتج الجزيئات الأكبر صلابة أعلى.
  2. المرحلة 2 - البلمرة المشتركة للكسب غير المشروع: يتم خلط لاتكس البولي بوتادين مع مونومرات أكريلونيتريل وستايرين، بالإضافة إلى بادئ إضافي ومستحلب. تتبلمر مونومرات الستايرين والأكريلونيتريل على أسطح جزيئات المطاط من خلال تطعيم الجذور الحرة، بالإضافة إلى تكوين سلاسل كوبوليمر SAN (ستايرين-أكريلونيتريل) مجانية في المحلول. والنتيجة هي بنية معقدة من مرحلتين: جزيئات مطاطية مطلية بطبقة SAN مطعمة، منتشرة في مصفوفة SAN مستمرة.
  3. المرحلة 3 - التخثر والتجفيف: يتم زعزعة استقرار اللاتكس عن طريق إضافة مواد التخثر (الأحماض أو الأملاح) لتسبب تلبد الجزيئات. يتم بعد ذلك غسل الكعكة الرطبة، ونزع الماء منها، وتجفيفها لإنتاج مسحوق أو فتات ABS، والذي يتم فيما بعد تركيبه وتكويره.

الميزة الرئيسية لبلمرة المستحلب هي التحكم الدقيق في حجم جزيئات المطاط وكثافة التطعيم، مما يسمح للمنتجين بضبط قوة التأثير ومظهر السطح. ومع ذلك، فإن هذه العملية تستهلك كميات كبيرة من المياه وتولد نفايات سائلة يجب معالجتها.

بلمرة الكتلة المستمرة (السائبة).

بلمرة الكتلة المستمرة - والمعروفة أيضًا باسم عملية بالجملة أو عملية المحلول - يذوب مطاط البولي بوتادين مباشرة في خليط من مونومرات الستايرين والأكريلونيتريل، بدون ماء. يخضع المطاط المذاب لانعكاس الطور مع استمرار البلمرة: ما يبدأ كمطاط في محلول مونومر يتحول إلى جزيئات مطاطية منفصلة منتشرة في مصفوفة SAN صلبة مع زيادة التحويل. يتم استخدام هذه العملية من قبل العديد من المنتجين الرئيسيين بما في ذلك إنيوس ستيرولوشن وترينسيو وتنتج ABS مع انخفاض مستويات المونومر المتبقية و better color consistency than emulsion-produced grades, making it well suited for medical and food-contact applications.

بالمقارنة مع بلمرة المستحلب، لا تولد العملية السائبة أي مياه صرف، ولكن من الصعب التحكم في مورفولوجيا جزيئات المطاط، وعادة ما تنتج ABS بقوة تأثير أقل قليلاً. يمزج العديد من المنتجين بين مستحلب ABS وSAN السائب لتحقيق مزيج من أداء التأثير والوضوح البصري.

البنية المجهرية التي تجعل نظام ABS يعمل

ما يميز ABS عن المواد البلاستيكية الأبسط مثل البوليسترين أو النايلون للأغراض العامة هو خصائصه مورفولوجيا على مرحلتين : مصفوفة زجاجية صلبة من كوبوليمر ستايرين أكريلونيتريل (SAN) مع جزيئات مطاطية منتشرة في جميع الأنحاء. عندما يحاول تأثير أو شرخ الانتشار عبر المادة، فإنه يواجه جزيئات المطاط، التي تعمل كممتص للطاقة. تتجويف جزيئات المطاط (تشكل فراغات داخلية صغيرة) وتسبب تشوهًا بلاستيكيًا - وهي آلية تسمى تشديد المطاط - الذي يبدد طاقة الكسر ويمنع الفشل الهش.

إن آلية تقوية المطاط هذه مفهومة جيدًا وتمت دراستها على نطاق واسع. وفقًا لباكنال (1977) والذي تم تأكيده لاحقًا من خلال العديد من دراسات TEM، فإن فعالية تقوية المطاط في ABS تعتمد على:

  • حجم جسيمات المطاط (النطاق الأمثل: 0.1-1.0 ميكرومتر)
  • درجة التطعيم بين المطاط ومصفوفة SAN
  • محتوى المطاط (عادة 15-25% من وزن ABS النهائي)
  • كثافة التشابك داخل الطور المطاطي
  • التوافق بين المطاط المطعم ومصفوفة SAN

هذه الهندسة الهيكلية الدقيقة هي أحد الأسباب التي تجعل ABS يفرض سعرًا أعلى من المواد البلاستيكية الأساسية ويتطلب معرفة تصنيعية أكثر تعقيدًا بكثير من بوليمرات التكثيف البسيطة مثل هندسة البلاستيك النايلون .

التركيب والتكوير والتكامل الإضافي

مسحوق ABS الخام أو الفتات من مفاعل البلمرة ليس منتجًا نهائيًا بعد. يجب أن تمر عبر أ خطوة مركبة ، حيث يتم خلطه مع مجموعة من المواد المضافة لتحقيق الخصائص النهائية المطلوبة. يتم ذلك عادةً على جهاز بثق مزدوج اللولب يعمل عند درجات حرارة ذوبان تبلغ 200-240 درجة مئوية .

الإضافات الشائعة التي يتم دمجها أثناء تركيب ABS ووظائفها
نوع المضافة التحميل النموذجي (%) وظيفة في ABS
المثبتات الحرارية 0.1-0.5 منع تدهور مطاط البوتادين في درجات حرارة المعالجة
مضادات الأكسدة 0.1-0.3 حماية ضد الأكسدة أثناء المعالجة والخدمة
مثبتات الأشعة فوق البنفسجية 0.2-1.0 تقليل الاصفرار والطباشير السطحية في التطبيقات الخارجية
مثبطات اللهب 10-20 احصل على تصنيفات يو ال 94 فولت-0 أو V-2 لعلب الإلكترونيات
مواد التشحيم 0.5-2.0 تحسين إطلاق القالب وتقليل لزوجة الذوبان
ملونات / أصباغ 0.1-3.0 توفير اللون دون الحاجة إلى الطلاء
تعزيز الألياف الزجاجية 10-30 زيادة الصلابة ودرجة حرارة انحراف الحرارة
معدّلات التأثير 2-10 مزيد من تعزيز تأثير درجات الحرارة المنخفضة للتطبيقات الصعبة

بعد التركيب، يتم بثق المزيج المنصهر من خلال قالب، ثم يتم تبريده في حمام مائي، ثم تقطيعه إلى كريات موحدة. هذه الكريات - التي يبلغ قطرها عادةً 2-4 مم - هي ما تشتريه المحولات (قوالب الحقن، والبثق، وقوالب النفخ) لتصنيع أجزائها. تضمن خطوة التكوير أيضًا مزيجًا متجانسًا: يتم تصحيح أي توزيع غير متساوٍ لجزيئات المطاط أو المواد المضافة من المفاعل أثناء الخلط عالي القص في جهاز البثق المزدوج اللولب.

ABS مقابل هندسة النايلون البلاستيكية: اختلافات التصنيع والملكية

ABS و هندسة البلاستيك النايلون (في المقام الأول النايلون 6، والنايلون 6/6، والنايلون 12) كلاهما عضوان مهمان في عائلة اللدائن الحرارية الهندسية، لكنهما مصنوعان من خلال كيمياء مختلفة تمامًا ويقدمان ملفات تعريف أداء متميزة. يعد فهم هذه الاختلافات أمرًا ضروريًا لاختيار المواد في تصميم المنتج.

ABS
  • مصنوعة من بلمرة إضافة الجذور الحرة (مستحلب أو سائب)
  • لا توجد منتجات ثانوية للتكثيف - ولا يتم إطلاق الماء أثناء البلمرة
  • هيكل غير متبلور - لا توجد نقطة انصهار حادة، ونافذة معالجة واسعة
  • امتصاص منخفض للرطوبة (<0.5% ASTM D570) — مستقر الأبعاد في البيئات الرطبة
  • درجة حرارة انحراف الحرارة (HDT): 80-100 درجة مئوية (شاغرة)، حتى 120 درجة مئوية (درجات ثابتة الحرارة)
  • تشطيب سطحي ممتاز وسهل الطلاء أو اللوحة أو الغراء
  • مقاومة كيميائية محدودة للكيتونات والإسترات والمذيبات المكلورة
هندسة النايلون البلاستيكية
  • يتم تصنيعه عن طريق بلمرة التكثيف (النمو التدريجي) - حيث يتم إطلاق الماء كمنتج ثانوي
  • هيكل شبه بلوري – نقطة انصهار حادة (220-265 درجة مئوية لـ PA66)
  • درجة حرارة الاستخدام المستمر الأعلى: 120-150 درجة مئوية (PA66 شاغرة)
  • امتصاص عالي للرطوبة (1-9% حسب الدرجة) — يؤثر على ثبات الأبعاد
  • مقاومة كيميائية فائقة للهيدروكربونات والوقود وزيوت التشحيم
  • مقاومة ممتازة للتعب ومقاومة التآكل - مفضلة للتروس والمحامل
  • يتطلب التجفيف قبل المعالجة (عادة 4-8 ساعات عند 80 درجة مئوية)

من الناحية العملية، يميل نظام ABS إلى الهيمنة على الإلكترونيات الاستهلاكية، والديكورات الداخلية للسيارات، ومساكن الأجهزة، والألعاب، حيث تعد جودة السطح، واستقرار الأبعاد، وسهولة العمليات الثانوية (الطلاء والطلاء) من الأولويات. بلاستيك نايلون هندسي ، وخاصة PA66 وPA6 المملوءة بالزجاج، تهيمن على مكونات السيارات الموجودة أسفل غطاء المحرك، وأغطية الأدوات الكهربائية، والتروس الصناعية - وهي التطبيقات التي تتطلب مقاومة أعلى للحرارة ومقاومة أفضل للتعرض للوقود والزيت.

هناك أيضًا فئة كبيرة من سبائك ABS/النايلون (مزيج ABS PA)، حيث يتم تجميع البوليمرين معًا مع المتوافقات لتحقيق توازن في المتانة والمقاومة الكيميائية والتشطيب السطحي الذي لا يمكن تحقيقه بواسطة أي من المادتين وحدهما. تُستخدم هذه السبائك في الأجزاء الخارجية للسيارات ومقابض الأدوات الكهربائية.

درجات ABS المتخصصة وكيف يختلف تصنيعها

إن نظام ABS القياسي الموصوف أعلاه هو مجرد نقطة البداية. يقدم المنتجون العشرات من الدرجات المتخصصة، والتي تتطلب كل منها تعديلات على عملية البلمرة أو التركيبة المركبة:

ABS عالي الحرارة

يتم تحقيق ذلك عن طريق استبدال بعض الستايرين بمونومرات ألفا ميثيل ستيرين (AMS) أو N- فينيل ماليميد (NPMI). تعمل هذه المونومرات ذات الحلقة الصلبة أو الضخمة على زيادة درجة حرارة التزجج لمصفوفة SAN من حوالي 105 درجة مئوية إلى 120-130 درجة مئوية ، توسيع قابليتها للاستخدام في التطبيقات الداخلية للسيارات. يتم وضع ABS عالي الحرارة بشكل متزايد كبديل مباشر لبعض درجات بلاستيك النايلون الهندسي في التطبيقات التي تتطلب ثبات الأبعاد عند درجة حرارة مرتفعة ولكن يجب تقليل امتصاص الرطوبة.

ABS مثبطات اللهب

يتم إنتاجه عن طريق تركيب ABS القياسي مع مثبطات اللهب المبرومة أو القائمة على الفوسفور وعوامل تآزر ثالث أكسيد الأنتيمون. مطلوب درجات ABS مثبطات اللهب للوفاء UL 94 V-0 بسمك جدار يبلغ 1.5 مم، وهو أمر إلزامي لمعظم العبوات الإلكترونية. تؤدي إضافة مثبطات اللهب عادةً إلى تقليل قوة التأثير بنسبة 15-25%، لذلك يتم تعديل محتوى المطاط وحجم الجسيمات في تركيبات FR-ABS غالبًا للتعويض.

الطلاء الكهربائي الصف ABS

مصمم للطلاء الكهربائي بالكروم ويتطلب تحكمًا محددًا للغاية في مورفولوجيا جزيئات المطاط. يتم حفر مرحلة مطاط البوتادين بشكل انتقائي بواسطة حمض الكروميك أثناء المعالجة المسبقة، مما يخلق سطحًا خشنًا صغيرًا يثبت الطبقة المعدنية. عادةً ما يكون ABS من فئة الطلاء الكهربائي محتوى بوتادين أعلى (20-25%) و carefully controlled particle size distribution. Parts must be molded under tightly controlled conditions — any sink marks, flow lines, or residual stress will show through the plated surface as defects.

ABS الشفاف (MABS)

ABS التقليدي معتم لأن الطور المطاطي له معامل انكسار مختلف عن مصفوفة SAN، مما يؤدي إلى تشتيت الضوء. تستبدل الدرجات الشفافة - التي تسمى أحيانًا MABS أو ABS-T - مطاط البيوتاديين بمطاط ميثيل ميتاكريلات بوتادين ستايرين (MBS)، الذي يتطابق معامل انكساره مع مصفوفة SAN. والنتيجة هي مادة مع نفاذية الضوء 85-90% التي لا تزال تتمتع بمقاومة جيدة للصدمات، وتستخدم في عبوات مستحضرات التجميل، وموزعات الإضاءة، والأجهزة الطبية.

ABS للطباعة ثلاثية الأبعاد (درجة FDM)

كانت ABS واحدة من أولى المواد المستخدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد لنمذجة الترسيب المنصهر (FDM) ولا تزال تستخدم على نطاق واسع على الرغم من المنافسة من PLA وPETG. يتم إنتاج ABS من فئة FDM من نفس البوليمر الأساسي ولكن يجب أن يفي بالمواصفات الصارمة لمؤشر تدفق الذوبان ( عادة 5-20 جم/10 دقائق عند 220 درجة مئوية/10 كجم )، ومحتوى الرطوبة (<0.1%)، وتوحيد الحبيبات قبل أن يتم بثقها في خيوط بأقطار 1.75 مم أو 2.85 مم مع تحمل ± 0.02 مم.

مراقبة الجودة أثناء تصنيع ABS

يخضع إنتاج ABS لمراقبة الجودة الصارمة في كل مرحلة، بدءًا من نقاء المونومر الخام وحتى اختبار الحبيبات النهائي. فيما يلي معايير الجودة الرئيسية التي يتم رصدها في تصنيع ABS الصناعي:

تم اختبار معايير الجودة الرئيسية في إنتاج ABS وطرق الاختبار القياسية المقابلة
الملكية طريقة الاختبار النطاق النموذجي لنظام ABS للأغراض العامة
مؤشر تدفق الذوبان (MFI) ISO 1133 / ASTM D1238 5-30 جم/10 دقائق (220 درجة مئوية، 10 كجم)
قوة تأثير إيزود (محززة) ISO 180 / ASTM D256 150-400 جول/م
قوة الشد عند الاستراحة ISO 527 / ASTM D638 38-50 ميجا باسكال
معامل الانثناء ISO 178 / ASTM D790 2000-2800 ميجا باسكال
درجة حرارة انحراف الحرارة (HDT) ISO 75 / ASTM D648 80-100 درجة مئوية عند 1.82 ميجا باسكال
محتوى الرطوبة كارل فيشر / الخسارة في التجفيف <0.2% (للمعالجة)
محتوى المونومر المتبقي تحليل مساحة الرأس GC <100 جزء في المليون إجمالي المركبات العضوية المتطايرة (درجات ملامسة الأغذية)
اللون (مؤشر الاصفرار) أستم E313 <10 (درجات بيضاء طبيعية)

يتميز حجم الجسيمات المطاطية وتوزيعها بالمجهر الإلكتروني للإرسال (TEM) أو تشتت الضوء الديناميكي (DLS) في مرحلة اللاتكس. يتم قياس درجة التطعيم - جزء SAN المرتبط كيميائيًا بجزيئات المطاط - عن طريق استخلاص المذيبات، وهي معلمة حاسمة لضمان التوافق الجيد بين مرحلتي المطاط والمصفوفة. كفاءة التطعيم أدناه حوالي 20-30% يؤدي عادةً إلى أداء تأثير رديء بسبب ضعف التصاق المصفوفة المطاطية.

الاعتبارات البيئية في إنتاج ABS

يواجه إنتاج ABS العديد من التحديات البيئية التي تعمل الصناعة على معالجتها:

  • سمية الأكريلونيتريل: يتم تصنيف الأكريلونيتريل على أنه مادة مسرطنة محتملة للإنسان (المجموعة 2A، IARC) ويتطلب ضوابط صارمة للانبعاثات في مصانع بلمرة ABS. عادة ما يتم تحديد حدود التعرض في مكان العمل عند 1-2 جزء في المليون TWA في معظم الولايات القضائية.
  • مياه الصرف الصحي الناتجة عن عملية المستحلب: يولّد مسار المستحلب كميات كبيرة من مياه الصرف الصحي المخثرة التي تحتوي على مواد خافضة للتوتر السطحي وعوامل تخثر ومونومرات نزرة تتطلب معالجة بيولوجية قبل التصريف.
  • إعادة التدوير: إن ABS قابل لإعادة التدوير من الناحية الفنية (رمز تعريف الراتنج رقم 7 أو في بعض الأحيان رقم 9 في أنظمة معينة)، ولكن تيارات النفايات البلاستيكية المختلطة تجعل عملية التجميع والفرز صعبة. يتم إعادة استخدام طحن ABS بعد الصناعة بشكل روتيني في التركيب، ولكن معدلات إعادة تدوير ABS بعد الاستهلاك تظل منخفضة على مستوى العالم.
  • تطوير ABS الحيوي: يجري تنفيذ برامج بحثية لإنتاج مادة الأكريلونيتريل ذات الأساس الحيوي من البروبان أو حمض 3-هيدروكسي بروبيونيك (bio-3-HPA)، الأمر الذي من شأنه أن يقلل من اعتماد ABS على البروبيلين المشتق من الحفريات. أعلنت العديد من الشركات بما في ذلك Asahi Kasei وINEOS عن برامج AN الحيوية على نطاق تجريبي اعتبارًا من عام 2023.
  • مقارنة مع البلاستيك النايلون الهندسي: ومن منظور البصمة الكربونية، هندسة البلاستيك النايلون (PA6، PA66) وABS لهما آثار كربونية مماثلة من المهد إلى البوابة - ما يقرب من 5 إلى 7 كجم من مكافئ ثاني أكسيد الكربون لكل كجم من البوليمر - على الرغم من أن الأرقام الدقيقة تختلف بشكل كبير مع مصدر الطاقة وكفاءة الإنتاج. يمكن الرجوع إلى قواعد بيانات LCA مثل ecoinvent 3.9 (2023) للحصول على قيم أكثر دقة.

كيف تتم معالجة ABS بعد التصنيع

بمجرد مغادرة كريات ABS خط التركيب، تتم معالجتها بواسطة المحولات النهائية إلى الأجزاء النهائية. طرق المعالجة الثلاث السائدة هي القولبة بالحقن، والبثق، والتشكيل الحراري، وكل منها تعمل على تعزيز سلوك معالجة الذوبان الممتاز لـ ABS.

صب الحقن

يمثل قولبة الحقن غالبية استهلاك ABS. يتم تجفيف ABS إلى درجة رطوبة أقل من 0.1% قبل المعالجة (عادةً لمدة 2-4 ساعات عند 80 درجة مئوية)، ثم يتم صهره في البرميل عند درجة حرارة 80 درجة مئوية. 200-240 درجة مئوية و injected into a steel mold under pressures of 50–150 MPa. Mold temperatures of 40–80°C are used depending on the required surface finish and cycle time. ABS shrinkage in the mold is typically 0.4-0.7% ، أقل بكثير من بلاستيك النايلون الهندسي (0.8-2.0%)، مما يبسط تصميم القالب ويعطي دقة أفضل للأبعاد.

البثق

يتم إنتاج صفائح وملف ABS عن طريق البثق أحادي اللولب أو اللولب المزدوج. تتراوح سماكة الصفائح من 0.5 مم إلى 10 مم وتستخدم على نطاق واسع في تطبيقات التشكيل الحراري بما في ذلك البطانات الداخلية للثلاجة، وأغطية الأمتعة، وأغطية المعدات الطبية. يتم استخدام بثق أنابيب ABS في أنظمة السباكة الخاصة بتصريف النفايات (DWV) في أمريكا الشمالية، حيث تتنافس أنابيب ABS مع الأنابيب البلاستيكية على أساس مرونة التركيب في درجات الحرارة المنخفضة.

التشكيل الحراري

يتم تشكيل ورقة ABS بالحرارة بسهولة عند درجات حرارة 150-175 درجة مئوية ، أقل بكثير من نافذة المعالجة لمعظم درجات بلاستيك النايلون الهندسي. يتم استخدام نظام ABS الحراري للألواح الداخلية للمركبات، وشاشات نقاط الشراء، والمبيتات كبيرة الحجم للمعدات الصناعية. يمكن سحب المادة إلى نسب عمق إلى قطر تصل إلى 1:1 دون حدوث مشكلات في عمليات التشكيل الماهرة.

سوق ABS العالمي وكبار المنتجين

تم تقييم سوق ABS العالمي بحوالي 25-27 مليار دولار أمريكي في عام 2022 و is projected to grow at a CAGR of 4–5% through 2028, driven by automotive lightweighting, consumer electronics demand, and 3D printing adoption (MarketsandMarkets, Grand View Research, 2023). Asia-Pacific dominates production, with China, South Korea, and Taiwan accounting for over 65% من قدرة ABS العالمية .

من بين أبرز منتجي ABS العالميين ما يلي:

  • INEOS Styrolution — أكبر منتج للستيرينات في العالم، مع عمليات ABS في ألمانيا وبلجيكا والولايات المتحدة الأمريكية
  • إل جي كيم - منتج رئيسي لـ ABS في كوريا الجنوبية، ويقوم بتوريد مصنعي المعدات الأصلية للسيارات والإلكترونيات على مستوى العالم
  • سابك - توفر سبائك ABS وABS المتخصصة لتطبيقات السيارات والتطبيقات الطبية
  • شركة تشي مي (تايوان) - أحد أكبر منتجي ABS في منطقة آسيا والمحيط الهادئ
  • صناعات توراي - تنتج سبائك بلاستيكية من النايلون ABS وABS/الهندسية للتطبيقات عالية الأداء
  • Trinseo — منتج ABS في أمريكا الشمالية وأوروبا يركز على الإلكترونيات والطب

في قطاع بلاستيك النايلون الهندسي، يشمل المنافسون الرئيسيون لـ ABS في مجالات التطبيق المتداخلة BASF (Ultramid PA6 وPA66)، وDuPont (Zytel Nylon)، وLanxess (Durethan)، وكلها تقدم درجات مملوءة بالزجاج تتحدى ABS المقوى على مقاومة الحرارة والصلابة.

أسئلة متكررة حول تصنيع ABS

ما الذي يعنيه ABS في البلاستيك؟

ABS لتقف على أكريلونتريل بوتادين ستايرين . وتشير كل كلمة إلى أحد المونومرات الثلاثة التي يصنع منها البوليمر: الأكريلونيتريل (A)، والبوتادين (B)، والستايرين (S). تُسمى المادة بالبوليمر الثلاثي لأنها تشتمل على ثلاث وحدات بناء كيميائية متميزة بدلاً من واحدة (البوليمر المتجانس) أو اثنين (البوليمر المشترك).

هل ABS لدن بالحرارة أم بالحرارة؟

ABS هو أ لدن بالحرارة . وهذا يعني أنه يصبح طريًا ويتدفق عند تسخينه فوق درجة حرارة التزجج (حوالي 105 درجة مئوية) ويعاد تجميده عند التبريد، دون الخضوع لأي تغيير كيميائي. يسمح هذا السلوك بإعادة معالجة ABS وإعادة تدويره. وهذا على النقيض من المواد المتصلبة بالحرارة مثل الإيبوكسي أو الراتنجات الفينولية، والتي تتشابك بشكل دائم أثناء المعالجة ولا يمكن إعادة صهرها.

ما هو الفرق بين مستحلب ABS وABS السائبة؟

يتم تصنيع مستحلب ABS عن طريق بلمرة المونومرات الثلاثة في نظام مستحلب مائي، مما يسمح بالتحكم الدقيق للغاية في حجم جزيئات المطاط وينتج ABS بقوة تأثير ممتازة. يقوم ABS السائب (الكتلة) بإذابة المطاط مباشرة في خليط المونومر بدون ماء، مما يعطي لون أفضل ومستويات أقل من المونومر المتبقية ولكن قوة التأثير أقل إلى حد ما. يتم إنتاج معظم ABS التجاري عن طريق بلمرة المستحلب، ولكن الدرجات السائبة مفضلة للتطبيقات الطبية وتطبيقات الاتصال الغذائي.

كيف يمكن مقارنة ABS ببلاستيك النايلون الهندسي من حيث القوة؟

يتمتع ABS للأغراض العامة بقوة شد تتراوح بين 38-50 ميجا باسكال ومعامل انثناء يتراوح بين 2000-2800 ميجا باسكال. شاغرة هندسة البلاستيك النايلون يتمتع (PA66) بقوة شد مماثلة (80 ميجا باسكال) ولكنه يتأثر بشكل كبير بالرطوبة، حيث ينخفض إلى 50-60 ميجا باسكال عند معايرته عند رطوبة نسبية 50٪. يصل النايلون المملوء بالزجاج (30% GF PA66) إلى قوة شد تبلغ 180-200 ميجا باسكال ومعامل انثناء يتراوح بين 9000-11000 ميجا باسكال، وهو ما يتجاوز بكثير معايير ABS. يصل ABS المملوء بالزجاج إلى 75-100 ميجا باسكال فقط من الشد و5000-7000 ميجا باسكال من معامل الانحناء، مما يجعله أضعف من النايلون المملوء بالزجاج المكافئ على أساس هيكلي.

لماذا يتحول ABS إلى اللون الأصفر مع مرور الوقت؟

يصفر ABS لأن الطور المطاطي البيوتاديين عرضة له الأكسدة الناجمة عن الأشعة فوق البنفسجية . تتفاعل الروابط المزدوجة في سلاسل البولي بيوتادين مع الأكسجين والأشعة فوق البنفسجية لتكوين منتجات تحلل ملونة (مجموعات الكربونيل والهيدروكسيل) التي تمتص في الطيف المرئي، مما يسبب تغير اللون الأصفر أو البني. تتم إضافة مثبتات الأشعة فوق البنفسجية (HALS - مثبتات الضوء الأميني المعوقة - وامتصاص الأشعة فوق البنفسجية) إلى ABS من الدرجة الخارجية لإبطاء هذه العملية. كما أن درجات ABS المقاومة للهب والمثبتة بالحرارة أكثر عرضة للاصفرار بسبب تفاعل أنظمة التثبيت مع الطور المطاطي عند درجات حرارة المعالجة.

هل يمكن إعادة تدوير ABS؟

نعم، يمكن إعادة تدوير ABS ميكانيكيًا. تتم إعادة معالجة طحن ABS بعد الصناعة بشكل روتيني في عمليات التركيب مع الحد الأدنى من فقدان الممتلكات إذا تم التحكم في الرطوبة ولم يكن التاريخ الحراري مفرطًا. تعد إعادة تدوير ABS بعد الاستهلاك أكثر صعوبة بسبب التلوث والاختلاط مع المواد البلاستيكية الأخرى وفقدان قوة التأثير بسبب تدهور مطاط البوتادين أثناء الخدمة. إن إعادة التدوير الكيميائي لـ ABS - وتقسيمه إلى المونومرات المكونة له - ممكن تقنيًا من خلال الانحلال الحراري ولكنه يظل مكلفًا ولم يتم تسويقه على نطاق واسع حتى الآن اعتبارًا من عام 2024.

ما هو الفرق بين ABS و HIPS؟

يتم تصنيع البوليسترين عالي التأثير (HIPS) من خلال آلية تقوية مطاطية مماثلة لـ ABS - مطاط البولي بوتادين المشتت في مصفوفة البوليسترين - ولكن بدون الأكريلونيتريل. نتيجة لذلك، يتمتع HIPS بقوة شد أقل (25-35 ميجا باسكال مقابل 38-50 ميجا باسكال لـ ABS)، ومقاومة كيميائية أقل، ودرجة حرارة انحراف حرارة أقل، ولكنه أرخص بكثير. يتم استخدام نظام HIPS عندما تكون التكلفة ذات أهمية قصوى (التغليف القابل للتصرف، وشاشات العرض في نقاط البيع)، في حين يفضل نظام ABS عندما يكون الأداء مهمًا.

ما هو دور كوبوليمر الكسب غير المشروع في ABS؟

يعمل كوبوليمر الكسب غير المشروع - سلاسل SAN المرتبطة كيميائيًا بسطح جزيئات مطاط البولي بوتادين - بمثابة المتوافق بين مرحلتي المطاط والمصفوفة . بدون التطعيم، ستكون جزيئات المطاط ببساطة غير متوافقة مع مصفوفة SAN وسوف تنسحب تحت الضغط بدلاً من أن تتشوه لامتصاص الطاقة. تربط قذيفة SAN المطعمة فعليًا بين المرحلتين، مما يضمن نقل الضغط بكفاءة من المصفوفة إلى جزيئات المطاط أثناء الاصطدام، مما يسمح بتشغيل آليات التجويف والجنون التي تبدد الطاقة.

كيف يتم استخدام ABS في صناعة السيارات؟

يستخدم نظام ABS على نطاق واسع في التطبيقات الداخلية للسيارات: لوحات العدادات، وألواح تزيين الأبواب، وأغطية الأعمدة، وأغطية المرايا الداخلية، وأغطية ظهر المقعد. يتم استخدام نظام ABS المطلي بالكهرباء في الديكورات الخارجية بما في ذلك محيط الشبكة ومقابض الأبواب وأغطية المرايا. يتم استخدام ABS مثبطات اللهب في علب الموصلات الكهربائية وأغطية صندوق المصاهر. في العديد من هذه التطبيقات، يتنافس نظام ABS بشكل مباشر مع هندسة البلاستيك النايلون (PA6، PA66)، مع إمكانية الاختيار وفقًا لمقاومة الحرارة المطلوبة، والتعرض للمواد الكيميائية، ومواصفات تشطيب السطح لكل جزء.

ماذا يحدث إذا لم يتم تجفيف ABS قبل المعالجة؟

يمتص ABS الرطوبة من الغلاف الجوي، وعادةً ما تصل إلى 0.2-0.3% من الرطوبة عند التوازن في ظل الظروف المحيطة. إذا تمت معالجتها دون تجفيف، تتبخر الرطوبة في البرميل الساخن وتتشكل علامات التباعد والشرائط الفضية والفقاعات السطحية على الجزء المصبوب. في الحالات الشديدة، يمكن أن يؤدي التحلل المائي لمصفوفة SAN إلى تقليل الوزن الجزيئي، مما يقلل بشكل دائم من قوة التأثير ولزوجة الذوبان. الممارسة القياسية هي تجفيف كريات ABS عند درجة حرارة 80 درجة مئوية لمدة 2-4 ساعات في مجفف إزالة الرطوبة إلى أقل من 0.1٪ رطوبة قبل المعالجة. تشبه متطلبات التجفيف هذه متطلبات بلاستيك النايلون الهندسي، ولكنها أقل تطلبًا منها، والتي يجب تجفيفها بشكل أكثر شمولاً (4-8 ساعات عند 80-90 درجة مئوية) بسبب ارتفاع امتصاص الرطوبة.

السابق:ما مدى قوة البولي كربونات؟ بيانات التأثير وقوة الشدالتالي:كيف يتم تصنيع التيفلون؟ عملية PTFE ومواد النايلون الجديدة

المنتجات الساخنة