Filament ABS Akrylonitryl-Butadien-Styren.

ABS to niesamowity materiał, jeśli chodzi o prototypowanie i druk 3D. Oferuje doskonałą elastyczność projektowania. Co więcej, ABS zapewnia dokładność wymiarową. Oznacza to, że produkty drukowane 3D mogą być wytwarzane z ogromną dokładnością i precyzją. Biorąc pod uwagę wszystkie wyżej wymienione właściwości, zrozumiane jest, dlaczego tworzywo ABS jest stosowane w wielu gałęziach przemysłu.

ABS jest preferowanym wyborem do zastosowań konstrukcyjnych ze względu na swoje właściwości fizyczne. Właściwości te obejmują wysoką sztywność, odporność na uderzenia, ścieranie i odkształcenia. ABS jest stosowany w obudowach elektronicznych, częściach samochodowych, produktach konsumenckich, łącznikach rurowych i zabawkach Lego.

Jak powstaje polimer ABS (Akrylonitryl-Butadien-Styren).

ABS jest polimerem, który powstaje przez polimeryzację styrenu i akrylonitrylu w obecności polibutadienu. Proporcje mogą się różnić od 15% do 35% akrylonitrylu, 5% do 30% butadienu i 40% do 60% styrenu. Wynikiem jest długi łańcuch polibutadienu przecięty krótszymi łańcuchami poli(styrenu-ko-akrylonitrylu). ABS jest tworzywem amorficznym o gęstości 1,05 g/cm³. Charakteryzuje się dużą udarnością, twardością oraz odpornością na zarysowania. Nie jest jednak odporny na działanie światła i promieniowania UV. Posiada dobre właściwości izolacyjne i zadowalającą odporność na działanie ługów, rozcieńczonych kwasów, węglowodorów alifatycznych, olejów i tłuszczów. ABS nie jest odporny na działanie kwasów, estrów oraz ketonów. ABS jest jednym z niewielu tworzyw sztucznych, które można pokrywać warstwami metalicznymi podczas obróbki galwanicznej. Zakres temperatur dla pracy ciągłej wynosi od -40 do +85 °C. Skurcz przetwórczy wynosi 0,4–0,7% dla typów niewzmocnionych i 0,2–0,3% dla typów wzmocnionych.

ABS oznacza Akrylonitryl-Butadien-Styren. Jest to tworzywo termoplastyczne odporne na uderzenia. Zawiera amorficzny polimer. ABS składa się z trzech monomerów: akrylonitrylu, butadienu i styrenu:

• Akrylonitryl: Jest to syntetyczny monomer. Produkowany jest z propylenu i amoniaku. Składnik ten przyczynia się do odporności chemicznej i stabilności cieplnej ABS.
• Butadien: Otrzymywany z acetylenu bądź wskutek katalitycznego odwodornienia butanu lub butenu. Składnik ten zapewnia wytrzymałość i udarność polimerowi ABS.
• Styren: Jest wytwarzany przez odwodornienie etylobenzenu. Zapewnia sztywność i przetwarzalność tworzywa ABS.

ABS wytwarzany jest metodą emulsyjną lub metodą ciągłej masy. Wzór chemiczny akrylonitrylo-butadieno-styrenu to (C₈H₈-C₄H₆-C₃H₃N) n. Naturalny materiał posiada kolor kości słoniowej i jest nieprzezroczysty. Można go łatwo zabarwić pigmentami lub barwnikami. Po połączeniu trzech monomerów akrylonitryl wykazuje przyciąganie polarne z pozostałymi dwoma składnikami, w wyniku czego powstaje wytrzymały i bardzo trwały produkt końcowy. Do procesu można dodać różne ilości każdego monomeru, aby jeszcze bardziej zróżnicować gotowy produkt.

Struktura molekularna ABS (Akrylonitrylo-Butadienowo-Styrenu).

Rys.1 Struktura molekularna monomerów Akronitrylu , Butadienu i Styrenu składników ABS.

Rys.2 Struktura molekularna ABS (Akronitryl, Butadien, Styren.

Filament ABS (Akrylonitryl-Butadien-Styren) do druku 3D.

ABS jest jednym z najpopularniejszych filamentów do druku 3D w technologii FDM. Przykładowe zastosowania to obudowy aparatury elektronicznej, sprzętu AGD, elementy samochodów, różnorakich sprzętów i urządzeń; galanteria ozdobna, zabawki, materiały biurowe i wiele innych.

Akrylonitryl w ABS zapewnia stabilność chemiczną i termiczną, podczas gdy butadien zwiększa wytrzymałość. Styren nadaje gotowemu polimerowi ładne, błyszczące wykończenie. ABS charakteryzuje się niską temperaturą topnienia, co umożliwia jego łatwe zastosowanie w procesie druku 3D. Ma również wysoką wytrzymałość na rozciąganie i jest bardzo odporny na uderzenia fizyczne i korozję chemiczną, dzięki czemu gotowy plastik jest w stanie wytrzymać intensywne użytkowanie i niekorzystne warunki środowiskowe. ABS można łatwo formować, szlifować i kształtować, a jego błyszczące wykończenie powierzchni jest wysoce kompatybilne z szerszą gamą farb i klejów. Tworzywa ABS łatwo przyjmują kolor, dzięki czemu gotowe produkty mogą być barwione w dokładnych odcieniach, aby spełnić precyzyjne specyfikacje projektu.

Rys.3  FIlamenty ABS:  Polymaker Filament PolyLite ABS Red  oraz OVERTURE Filament ABS.

Rys.4  Filamenty ABS: Miedziany filament ABS 702 Nebula oraz Niebieski Aquamarine Blue filament ABS 702 Nebula.

Dlaczego tworzywo ABS jest popularne jako filament?

ABS ma kilka cech, co czyni go idealnym tworzywem sztucznym do wielu zastosowań. Przyjrzyjmy się kilku godnym uwagi właściwościom, aby lepiej zrozumieć, co czyni go tak popularnym. Najważniejszą właściwością jest wytrzymałość i odporność na uderzenia. Ale to, co czyni ABS jeszcze bardziej interesującym, to fakt, że jego odporność na uderzenia można zwiększyć poprzez szereg modyfikacji. Zwiększając proporcje polibutadienu w stosunku do styrenu, możemy poprawić jego wytrzymałość i odporność na ciepło.
ABS jest materiałem termoplastycznym, co oznacza, że można go łatwo poddać recyklingowi. Okazuje się to ogromną zaletą dla wielu gałęzi przemysłu, ponieważ nowe produkty można wytwarzać w drodze recyklingu zużytych tworzyw ABS. Tworzywa ABS zwykle służą celom mechanicznym. Jednakże posiadają one również dobre właściwości izolacji elektrycznej, które są stałe w szerokim zakresie częstotliwości. Właściwości te pozostają nienaruszone w szerokim zakresie temperatury i wilgotność powietrza. ABS jest odporny na wodne kwasy, zasady, stężone kwasy fosforowe i solne, alkohole i oleje.

Kompozyt akrylonitryl-butadien-styren (ABS) wzmocniony poliwęglanem (PC) w druku 3D poprawia właściwości i zapewnia kontrolę nad drukiem 3D. Popularne jest stosowanie materiałów kompozytowych PC/ABS do opracowywania różnych produktów w procesie produkcyjnym druku 3D. Właściwości mechaniczne materiału zwiększają się wraz ze zwiększeniem udziału PC w materiale ABS i powodują wyższą wytrzymałość produktów wytwarzanych w procesie druku 3D.

Drukowanie 3D z filamentu ABS.

ABS jest obecnie jednym z najbardziej wszechstronnych materiałów dostępnych do druku 3D. ABS występuje w postaci filamentu, czyli długiego włókna nawiniętego na szpulę. Proces drukowania 3D stosowany w przypadku ABS to proces FDM (Fusion Deposition Modelling). Materiał jest podgrzewany i przeciskany przez cienką dyszę, aby zbudować projekt w warstwach o grubości ok 250 mikronów. Obiekty drukowane z ABS charakteryzują się wysoką wytrzymałością, elastycznością i trwałością. ABS Jest doskonałym materiałem do prototypowania, można go łatwo obrabiać, szlifować, sklejać i malować. Jednym z głównych konkurentów ABS do druku 3D jest PLA. W przeciwieństwie do ABS, PLA jest tworzywem sztucznym pochodzenia odnawialnego. Jest też biodegradowalny, podczas gdy ABS jest wyłącznie biokompatybilny. Jednakże, podobnie jak wiele materiałów z tworzyw sztucznych, ABS nadaje się do recyklingu.

Zamknięta komora robocza podczas druku obiektów z filamentu ABS.

Istotną kwestią związaną z drukowaniem za pomocą filamentu typu ABS jest korzystanie z drukarki 3D, która posiada zamykaną komorę roboczą. Termiczne przetwarzanie filamentu ABS wiąże się z wydzielaniem się związku chemicznego, znanego jako styren. Substancja ta jest uważana za potencjalnie niebezpieczną dla zdrowia. Istnieje inna przyczyna stosowania drukarki 3D z zamykaną komorą roboczą podczas druku przestrzennych struktur z ABS. Podczas druku tego materiału dochodzi do emisji mikrocząstek, których wdychanie nieść może za sobą negatywne konsekwencje zdrowotne. Zamkniętą komorę drukarki 3D warto również stosować, aby zapewnić stabilną temperaturę drukowanej części z kopolimeru ABS ograniczając w ten sposób naprężenia termiczne.

Jakie są właściwości polimeru ABS?

ABS to mocny i trwały polimer. Jest żywicą odporną chemicznie. Nie jest odporny na polarne rozpuszczalniki. Oferuje lepsze właściwości udarowe i nieco wyższą temperaturę odkształcenia cieplnego niż HIPS. Akrylonitryl-butadien-styren ma szerokie okno przetwarzania. Można go przetwarzać na większości maszyn. Może być formowany wtryskowo, rozdmuchowo lub wytłaczany. Ma niską temperaturę topnienia, dzięki czemu nadaje się do przetwarzania poprzez druk 3D na maszynie FDM. ABS zalicza się do żywic standardowych (PVC, polietylen, polistyren itp.) i żywic konstrukcyjnych (akryl, acetal nylonowy itp.). Często spełnia wymagania dotyczące właściwości przy rozsądnej cenie i opłacalności. Jest to idealny materiał do różnych zastosowań konstrukcyjnych. Dzieje się tak ze względu na jego szereg właściwości fizycznych, takich jak:

• Wysoka sztywność, dobra spawalność i właściwości izolacyjne.
• Dobra odporność na uderzenia, nawet w niskich temperaturach.
• Dobra odporność na ścieranie i odkształcenia.
• Wysoka stabilność wymiarowa (mocny mechanicznie i stabilny w czasie).
• Wysoka jasność powierzchni i doskonały wygląd powierzchni.

ABS wykazuje doskonałe właściwości mechaniczne. Jest twardy i wytrzymały z natury, dzięki czemu zapewnia dobrą udarność. Oferuje wysoki stopień jakości powierzchni. Oprócz tych właściwości akrylonitryl-butadien-styren wykazuje dobre właściwości elektroizolacyjne.

Właściwości chemiczne ABS

• Bardzo dobra odporność na rozcieńczone kwasy i zasady.
• Umiarkowana odporność na węglowodory alifatyczne.
• Słaba odporność na węglowodory aromatyczne, węglowodory halogenowane i alkohole.

Co się stanie, gdy ABS zmiesza się z tworzywami termoplastycznymi?

ABS można mieszać lub łączyć z innymi polimerami, aby pokonać niektóre z tych ograniczeń. Należą do nich PA, PBT i PC, żeby wymienić tylko kilka. To mieszanie z polimerami dodatkowo zwiększa zakres dostępnych właściwości, takich jak mechaniczne, termiczne... i inne.

ABS/PC to skrócona forma stosowana do określenia mieszanki akrylonitryl-butadien-styren/poliwęglan. Jest to stop termoplastyczny składający się z poliwęglanu i akrylonitrylo-butadieno-styrenu. Obydwa te polimery są szeroko stosowane samodzielnie. Mają bardzo specyficzne właściwości, ale także własne ograniczenia. Jednakże po połączeniu tworzą jeden z najczęściej stosowanych przemysłowych amorficznych tworzyw termoplastycznych o:

• Zwiększonej przetwarzalności.
• Dobrych właściwościach płynięcia, dobrej wytrzymałości sztywności.
• Dobrej odporności na ciepło

Ponadto do mieszanki ABS / PC można dodać dodatki w celu poprawy jej właściwości, takich jak odporność na ogień, promieniowanie UV i odporność na utlenianie. Aby poprawić wytrzymałość i sztywność mieszanki, dodaje się środki wzmacniające, takie jak włókna szklane, węglowe i wypełniacze mineralne. Mieszanki ABS/PC są powszechnie stosowane komercyjnie i  w przemyśle . Przykłady obejmują motoryzację, elektronikę, telekomunikację itp., które wymagają twardych, a jednocześnie lekkich, odpornych na ciepło i łatwych w obróbce materiałów.

Rys. 5 Filament PC-ABS: Polymaker Filament PolyLite PC-ABS Czarny.

Kluczowe właściwości ABS.

ABS jest idealnym materiałem do różnych zastosowań konstrukcyjnych, dzięki swoim kilku właściwościom fizycznym, takim jak:

• Wysoka sztywność.
• Dobra odporność na uderzenia, nawet w niskich temperaturach.
• Dobre właściwości izolacyjne.
• Dobra spawalność.
• Dobra odporność na ścieranie i odkształcenia.
• Wysoka stabilność wymiarowa (mocna mechanicznie i stabilna w czasie).
• Wysoka jasność powierzchni i doskonały wygląd powierzchni.

ABS wykazuje doskonałe właściwości mechaniczne, tj. jest twardy i wytrzymały, dzięki czemu zapewnia dobrą udarność. Akrylonitryl-butadien-styren zapewnia wysoką jakość powierzchni. Oprócz tych właściwości akrylonitryl-butadien-styren wykazuje dobre właściwości elektroizolacyjne.

Właściwości chemiczne ABS.

• Bardzo dobra odporność na rozcieńczone kwasy i zasady.
• Umiarkowana odporność na węglowodory alifatyczne.
• Słaba odporność na węglowodory aromatyczne, węglowodory halogenowane i alkohole.
• ABS można łatwo modyfikować zarówno poprzez dodatek dodatków, jak i zmianę proporcji trzech monomerów: akrylonitrylu, butadienu i styrenu. Stabilizatory termiczne, stabilizatory hydrolizy, smary, stabilizatory UV itp. są stosowane w gatunkach niewzmocnionych i wzmocnionych w celu zwiększenia określonych właściwości materiału.

 Właściwości mechaniczne ABS.

 Właściwości elektryczne ABS.

 Właściwości fizyczne ABS.

Czy ABS nadaje się do recyklingu?

Tworzywo ABS jest materiałem biokompatybilnym i nadającym się do recyklingu. Nie posiada własnego numeru plastikowego. Produkty wykonane z ABS podlegają recyklingowi nr 9. ABS w 100% nadaje się do recyklingu. ABS z recyklingu można mieszać z materiałem pierwotnym, aby wytwarzać produkty po niższych kosztach, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej jakości.

Czy ABS jest toksyczny?

ABS jest uważany za nietoksyczny i nieszkodliwy. Nie zawiera żadnych znanych substancji rakotwórczych. Nie są znane żadne niekorzystne skutki zdrowotne związane z narażeniem na jego działanie. Jest stabilny i nie wymywa się.