Materiał ABS – co to jest? Właściwości i zastosowania

Widzisz w opisach produktów hasło „ABS” i zastanawiasz się, co to właściwie oznacza. Chcesz świadomie wybierać materiały, z których powstają obudowy elektroniki, części samochodowe czy elementy drukowane na drukarce 3D. Z tego tekstu dowiesz się, czym jest materiał ABS, jakie ma właściwości i gdzie sprawdza się najlepiej.

Co to jest materiał ABS?

ABS to tworzywo sztuczne z grupy termoplastów, czyli materiał, który w wysokiej temperaturze mięknie, a po ostudzeniu znów staje się twardy. Jego pełna nazwa to akrylonitryl-butadien-styren, często zapisywana też jako Acrylonitrile Butadiene Styrene. W chemii opisuje się go jako terpolimer akrylonitrylo-butadieno-styrenowy.

Materiał ABS powstaje z trzech monomerów: akrylonitrylu, butadienu i styrenu. W procesie polimeryzacji tworzy się z nich amorficzny polimer, czyli tworzywo bez uporządkowanej struktury krystalicznej. Dzięki temu tworzywo ABS jest dość łatwe do formowania i ma równomierne właściwości w całej objętości.

Budowa chemiczna

Każdy ze składników wpływa na inne cechy gotowego tworzywa. Akrylonitryl zwiększa twardość, sztywność oraz odporność na starzenie i wiele chemikaliów. Butadien odpowiada za elastyczność i wysoką udarność, czyli odporność na uderzenia. Styren poprawia płynięcie materiału w formie, jakość powierzchni oraz właściwości izolacyjne.

Producenci zmieniają proporcje tych trzech składników, tworząc różne odmiany ABS. Jedne są twardsze i sztywniejsze, inne bardziej elastyczne lub łatwiejsze w obróbce. Dlatego pod nazwami handlowymi, takimi jak Cycolac, Lustran czy Novodur, kryją się nieco inne parametry, choć wszystkie bazują na tym samym terpolimerze.

Struktura i podstawowe parametry

Typowy materiał ABS ma gęstość 1,05 g/cm³, czyli jest nieco cięższy niż woda, ale lżejszy od wielu tworzyw konstrukcyjnych. Zakres temperatur pracy ciągłej wynosi około -40 do +85°C. Dzięki temu dobrze sprawdza się zarówno w chłodnych pomieszczeniach, jak i we wnętrzach urządzeń nagrzewających się podczas pracy.

ABS jest tworzywem amorficznym, dlatego nie ma wyraźnej temperatury topnienia. Zamiast tego obserwuje się stopniowe zmiękczanie. Skurcz przetwórczy jest stosunkowo niewielki – 0,4–0,7% dla typów niewzmocnionych i 0,2–0,3% dla wersji wzmacnianych, na przykład włóknem szklanym. To ułatwia projektowanie form wtryskowych i przewidywanie wymiarów gotowych detali.

Jakie właściwości ma tworzywo ABS?

Czy tworzywo ABS jest wytrzymałe i bezpieczne w codziennym użytkowaniu. Odpowiedź najczęściej brzmi „tak”, ale wiele zależy od warunków pracy i konkretnej odmiany materiału. Warto przyjrzeć się osobno jego właściwościom mechanicznym, termicznym, chemicznym i estetyce.

Połączenie trzech monomerów daje ciekawą mieszankę cech. ABS łączy w sobie zalety tworzyw ogólnego zastosowania i termoplastów konstrukcyjnych, dlatego jest tak chętnie wybierany przez projektantów części technicznych.

Właściwości mechaniczne

Najbardziej znana cecha ABS to bardzo wysoka odporność na uderzenia. Element z tego tworzywa potrafi przyjąć spore obciążenie dynamiczne bez pękania. Dlatego z ABS robi się obudowy elektroniki, elementy wnętrz samochodów czy zabawki, które często spadają na podłogę.

Materiał ma też dobrą twardość powierzchniową i odporność na zarysowania, choć nie dorównuje tu najtwardszym tworzywom technicznym. Właściwie dobrana odmiana ABS może być także łatwo obrabiana skrawaniem, co ułatwia dopasowanie detali po wtrysku lub wycięciu z płyty.

Odporność termiczna i chemiczna

ABS zachowuje przydatne właściwości w szerokim zakresie temperatur otoczenia. Przy krótkotrwałych obciążeniach znosi nieco wyższe temperatury niż przy pracy ciągłej. Z drugiej strony, w okolicach 100°C tworzywo zaczyna się wyraźnie zmiękczać, co ogranicza stosowanie go w bardzo gorących środowiskach.

Pod względem chemicznym materiał ABS dobrze znosi działanie wielu ługów, rozcieńczonych kwasów, węglowodorów alifatycznych, olejów i tłuszczów. Nie jest natomiast odporny na mocne kwasy, estry i ketony. Na zewnątrz jego trwałość obniża promieniowanie UV, które prowadzi do przebarwień i kruchości, jeśli nie zastosuje się stabilizatorów lub dodatkowej powłoki.

ABS sprawdza się w temperaturach od -40 do +85°C, ale bez ochrony słabo znosi długotrwałe nasłonecznienie i promieniowanie UV.

Izolacyjność i wygląd powierzchni

Dzięki obecności styrenu tworzywo ABS ma dobre właściwości izolacyjne. Dlatego chętnie stosuje się je w obudowach urządzeń elektrycznych i elektronicznych, gdzie liczy się też bezpieczeństwo użytkownika. Oczywiście izolacyjność gotowego wyrobu zależy od grubości ścianek i konstrukcji detalów.

ABS łatwo barwi się w masie i pozwala uzyskać gładką, często błyszczącą powierzchnię. To duża zaleta przy produkcji elementów widocznych, na przykład paneli frontowych czy elementów dekoracyjnych we wnętrzach samochodów. Wymagający projektanci doceniają też możliwość metalizowania ABS w procesach galwanicznych, co daje efekt „metalowego” wyglądu na tworzywie.

Gdzie znajduje zastosowanie materiał ABS?

Tworzywo ABS jest obecne w motoryzacji, elektronice, budownictwie, medycynie, branży zabawkarskiej i w druku 3D. W wielu produktach użytkownik nawet nie zdaje sobie sprawy, że trzyma w ręku właśnie ten materiał. Czy można więc powiedzieć, że ABS to jeden z filarów współczesnego przemysłu tworzyw sztucznych.

Szerokie zastosowanie ABS wynika z kombinacji wytrzymałości, łatwego przetwórstwa i możliwości dopasowania właściwości do wymagań danego wyrobu.

Motoryzacja

W samochodach materiał ABS wykorzystuje się między innymi w deskach rozdzielczych, panelach drzwiowych, osłonach słupków, elementach konsoli i różnych osłonach technicznych. W niektórych modelach, jak historyczny Citroën Méhari, z ABS wykonano nawet znaczną część karoserii.

Producenci cenią ABS za odporność na uderzenia w niskich temperaturach, dobrą sztywność oraz możliwość formowania złożonych kształtów. Łatwo też łączy się go z innymi elementami, na przykład w procesie klejenia lub spawania tworzyw.

Elektronika i sprzęt AGD

Obudowy komputerów, telewizorów, monitorów, drukarek, routerów czy pilotów bardzo często powstają z ABS. Materiał dobrze chroni wrażliwą elektronikę przed uderzeniami i ma przyjemny w dotyku, estetyczny wygląd. Nie przewodzi prądu, co podnosi bezpieczeństwo użytkowania.

W sprzęcie AGD z ABS wykonuje się obudowy pralek, lodówek, odkurzaczy czy mikserów. Liczy się tu kombinacja odporności na uszkodzenia, łatwości czyszczenia i możliwości barwienia w dowolnym kolorze. Dzięki temu jeden typ surowca obsługuje wiele linii produktowych.

Zabawki, sport i przedmioty codzienne

Znane na całym świecie klocki duńskiej marki powstają właśnie z tworzywa ABS. Potrzebny był materiał twardy, trwały, zachowujący wymiary przez lata i jednocześnie bezpieczny dla dzieci. Podobne wymagania spełniają też inne zabawki oraz akcesoria sportowe, na przykład ochraniacze czy elementy sprzętu fitness.

ABS znajdziesz też w wielu drobnych przedmiotach codziennego użytku. To między innymi elementy biurowe, uchwyty, pokrętła, kasetony czy części mebli. W każdym z tych zastosowań liczy się nieco inny zestaw właściwości, ale baza materiałowa pozostaje ta sama.

Druk 3D i prototypowanie

W technologii druk 3D FDM ABS jest jednym z najpopularniejszych filamentów obok PLA. Rozgrzany materiał jest wytłaczany z dyszy i układany warstwa po warstwie, aż do zbudowania całego modelu. To wygodny sposób na szybkie prototypowanie elementów technicznych.

W trakcie druku z ABS powstają jednak opary, między innymi akrylonitrylu, który uznawany jest za prawdopodobny czynnik rakotwórczy. Dlatego zaleca się dobrą wentylację oraz stosowanie zamkniętych komór roboczych i filtrów powietrza.

Przykładowe produkty, w których często stosuje się ABS to między innymi:

• deski rozdzielcze i panele wnętrz samochodów,
• obudowy komputerów, telewizorów i sprzętu audio,
• klocki konstrukcyjne i inne zabawki dla dzieci,
• obudowy sprzętu AGD oraz drobne elementy meblowe,
• obudowy i uchwyty urządzeń medycznych,
• elementy prototypów wykonane w technologii druk 3D.

Jak przetwarza się tworzywo ABS?

Tworzywo ABS jest materiałem termoplastycznym, dlatego da się je wielokrotnie podgrzewać i formować. Stosuje się tu różne technologie: wtryskiwanie ABS, wytłaczanie, termoformowanie, druk 3D czy klejenie. Każda metoda ma swoje wymagania dotyczące temperatury i przygotowania surowca.

Właściwe parametry procesu wpływają na wygląd i trwałość gotowego wyrobu. Chodzi między innymi o temperaturę cylindra, dyszy, formy, a także o zawartość wilgoci w granulacie.

Wtryskiwanie i wytłaczanie

Najpopularniejsza metoda to wtryskiwanie ABS. Granulat suszy się zwykle przez 3–4 godziny w temperaturze 75–85°C, tak aby zawartość wilgoci spadła poniżej 0,10%. Następnie materiał podaje się do wtryskarki i uplastycznia w zakresie około 190–260°C.

Temperatura formy wtryskowej przeciętnie mieści się w przedziale 40–80°C. Dzięki niewielkiemu skurczowi da się osiągnąć całkiem dobrą powtarzalność wymiarową, nawet przy bardziej złożonych kształtach. Podobne temperatury stosuje się przy wytłaczaniu profili, rur czy płyt z ABS.

Druk 3D z ABS

Do druku 3D w technologii FDM używa się filamentu ABS nawiniętego na szpulę. Dysza drukarki ma zwykle temperaturę od 220 do 260°C, a stół roboczy jest podgrzewany, aby ograniczyć skurcz i odkształcenia. Zamknięta komora pomaga utrzymać stabilną temperaturę wokół modelu.

Aby wydruk z ABS się udał i nie powstawały pęknięcia lub odkształcenia, warto kontrolować kilka elementów procesu:

• dobór właściwej temperatury dyszy i stołu,
• stosowanie obudowy lub osłony komory druku,
• użycie odpowiedniego adhezyjnego podkładu na stole,
• ograniczenie przeciągów i gwałtownego chłodzenia modelu,
• stosowanie filtrów lub wyciągu oparów nad drukarką.

Klejenie i obróbka mechaniczna

Materiał ABS daje się łatwo łączyć na różne sposoby. Popularne jest klejenie specjalnymi klejami do tworzyw, na przykład cyjanoakrylowymi lub rozpuszczalnikowymi, które lekko rozpuszczają powierzchnię i tworzą mocne połączenie. Stosuje się też zgrzewanie, spawanie gorącym powietrzem czy ultradźwiękami.

Dzięki dobrej skrawalności detale z ABS można frezować, wiercić, gwintować czy szlifować. To przydatne przy produkcji krótkich serii, modyfikacji prototypów albo dopasowywaniu elementów po wtrysku lub termoformowaniu.

Dobrze wysuszony granulat ABS i prawidłowo dobrane temperatury procesu wtrysku ograniczają smugi, pęknięcia oraz wewnętrzne naprężenia w detalu.

Czy ABS jest bezpieczny i ekologiczny?

Wielu użytkowników pyta: czy tworzywo ABS jest bezpieczne. W codziennym użytkowaniu gotowe wyroby z tego materiału uznaje się za bezpieczne, jeśli zostały zaprojektowane zgodnie z normami i stosowane są w zalecanych warunkach. Inaczej wygląda to podczas przetwórstwa w wysokiej temperaturze.

Z punktu widzenia środowiska ABS nie ulega biodegradacji, ale może być poddawany recyklingowi materiałowemu. To zmniejsza ilość odpadów, choć wymaga odpowiedniego systemu zbiórki i segregacji.

Bezpieczeństwo użytkowania

Gotowe produkty z tworzywa ABS są stabilne chemicznie i w typowych temperaturach użytkowania nie uwalniają istotnych ilości szkodliwych substancji. Niektóre odmiany posiadają dopuszczenia do kontaktu z żywnością, co potwierdzają odpowiednie certyfikaty, na przykład FDA lub europejskie normy.

Podczas procesów takich jak wtryskiwanie czy druk 3D mogą wydzielać się opary akrylonitrylu i innych związków. W zakładach produkcyjnych stosuje się więc wentylację stanowiskową, a w domowych pracowniach druk 3D najlepiej prowadzić w dobrze wentylowanym pomieszczeniu, z użyciem obudowy i filtrów.

Recykling i wpływ na środowisko

Materiał ABS można poddawać recyklingowi mechanicznemu. Zużyte części mieli się, a następnie ponownie przetapia i przetwarza w procesach takich jak wytłaczanie czy wtryskiwanie. Dodatek recyklatu do świeżego tworzywa jest dziś w wielu branżach standardem.

Choć ABS nie jest materiałem biodegradowalnym, jego długowieczność ma też pozytywną stronę. Trwałe elementy z ABS nie wymagają częstej wymiany, co zmniejsza ilość odpadów w całym cyklu życia produktu. Ostateczny efekt zależy więc od konstrukcji wyrobu, sposobu użytkowania oraz tego, czy dany element trafi do recyklingu, czy na składowisko.