ABS樹脂你真的懂嗎？從理論到實際全面學習
ABS，學名：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，英文名：Acrylonitrile Butadiene Styrene。常態(tài)為淺黃色或乳白色的粒料非結晶性樹脂，脂肪稍微比水多：1.02-1.08g/cm3。目前是產(chǎn)量最大、應用最廣泛的聚合物之一。
圖：ABS組成及字母含義
一、淺談ABS結構
A代表丙烯腈：丙烯腈提供硬度、耐熱性、耐酸堿鹽等化學腐蝕的性質；與丁二烯共聚可制得丁腈橡膠，其具有良好的耐油性，耐寒性，耐磨性，和電絕緣性能，并且在大多數(shù)化學溶劑，陽光和熱作用下，性能比較穩(wěn)定。丁腈橡膠中丙烯腈含量(%)有42～46、36～41、31～35、25～30、18～24等五種。丙烯腈含量越多，耐油性越好,但耐寒性則相應下降。
B代表丁二烯：為ABS樹脂提供低溫延展性和抗沖擊性、電性能,過多的丁二烯會降低樹脂的硬度、光澤及流動性；提高苯乙烯含量可增加強度，但伸長率降低，粘著性變差；苯乙烯含量為50％～70％的丁苯共聚物雖呈樹脂狀，但一般泛稱高苯乙烯橡膠；與苯乙烯共聚，可以制得丁苯橡膠，丁苯橡膠又包括：K樹脂、SBS、SBR等，具有很好的耐磨、耐熱、耐老化性能。
K樹脂（丁苯透明抗沖樹脂）：采用陰離子溶液聚合技術合成的一種嵌段共聚物，屬無定型聚合物,透明度高、光澤性好、耐沖擊,加工性能良好；
SBS（熱塑性彈性體）:兼有塑料和橡膠的特性，具有優(yōu)良的拉伸強度、彈性和電性能，永久變形小，屈撓和回彈性好，表面摩擦大。
SBR按生產(chǎn)方法分為，乳液聚合丁苯橡膠、溶液聚合丁苯橡膠和粉末丁苯橡膠
1）溶液聚合丁苯橡:具有耐磨、耐寒、生熱低、收縮性低、色澤好、灰分少、純度高以及硫化速度快等優(yōu)點，兼具有滾動阻力小，抗?jié)窕院湍湍バ阅軆?yōu)異等優(yōu)點；2）乳液聚合丁苯橡膠：加工性能均優(yōu)，硫化膠耐磨性能、拉伸強度、撕裂強度和耐老化性能較好；3）PSBR（粉末丁苯橡膠）：專為改性瀝青生產(chǎn)的一種粉末丁苯橡膠，它除了具有丁苯橡膠顯著改善瀝青的低溫性能特點外，粉末丁苯橡膠還能明顯改善瀝青的高溫性能；S代表苯乙烯：為ABS樹脂提供硬度、加工的流動性及產(chǎn)品表面的光潔度；與丙烯腈共聚，是AS樹脂，AS樹脂是一種堅硬、透明的材料。苯乙烯成份越多，AS樹脂越堅硬、透明并易于加工；丙烯腈越高（AS）化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性越好。如果，100%苯乙烯共聚，則為聚苯乙烯，為另外的一種通用塑料。PS有極高的透明度，透光率可達90%以上，電絕緣性能好，易著色，加工流動性好，剛性好及耐化學腐蝕性好等。
正因為ABS的各組分擁有著不一樣的性能，所以當ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）將PAN、PB、PS統(tǒng)一起來的時候，就兼具了韌，硬，剛相均衡的優(yōu)良力學性能與化學性能。其性能也隨著各組分含量不一樣，組合方式不同，呈現(xiàn)出不一樣的ABS。
ABS塑料常見問題解析
ABS常見的問題包括：應力問題、浮纖、電鍍缺陷、熔接線、起皮等。其中，電鍍注塑件四大常見問題：漏鍍（露塑）；結合力不良，粗糙針孔；掛具上鍍上鍍層；另外，還包括內應力問題、注塑起皮等。下面就一起來看看。
圖 ABS電鍍制件
ABS電鍍問題
1.漏鍍
是指注塑件局部未電鍍，使塑料表面外露，一般漏鍍可分為片狀漏鍍與針孔漏鍍兩種類型。片狀漏鍍，顧名思義，即漏鍍的區(qū)域呈片狀；針孔漏鍍是指化學鍍鎳后工件表面有很小的點狀漏鍍。在電鍍后這種缺陷很容易與麻點相混淆，兩者區(qū)別在于在這個點上有沒有金屬沉積，沒有金屬沉積的就是針孔漏鍍。
2.結合力不良
結合力的關鍵因素在于：選材、注塑件結構設計、注塑工藝、除油等。其中以選材為例：電鍍型ABS：電鍍型ABS塑料中丁二烯含量達22%～24%，鍍層結合力比非電鍍型ABS樹脂高不少。一定范圍內ABS塑料中丁二烯含量越高,鍍層的結合力就越好。丁二烯含量低于18%或高于24%都會導致塑件表面鍍層鉚合效應低，鍍層與塑件附著力差，所以選材很關健。
3.化學鎳粗糙，針孔造成上述缺陷的可能原因：鉻酸與硫酸的比例失調或偏低，粗化液中三價鉻含量偏高；粗化時間過短或過長，粗化溫度過低或過高；粗化液受到污染。長時間使用后，粗化液中溶解的丁二烯膠物過多，阻礙粗化。
解決方案：粗化液中鉻酸與硫酸的比例應控制在1∶1，且三價鉻含量不超過15 g/L；粗化溫度控制在62 ～ 68 ℃，時間5 ～ 10 min；粗化液受到污染后，應更換1/3鍍液并清缸處理。半年應更新1/3粗化液。
4.掛具上鍍上鍍層主要原因：鈀缸濃度偏高，化學鍍鎳反應過快，沒有及時清洗濾泵及更換槽液。解決方案：換粗化后各水洗槽、中和及活化槽；降低鈀缸藥品濃度，或縮短工件在鈀缸工序的生產(chǎn)時間；在使用掛具生產(chǎn)之前將掛具表面清洗干凈，必要時可以在粗化缸浸泡以徹底清除掛具表面吸附的雜質；縮短化學鍍鎳時間；延長粗化工序的生產(chǎn)時間。
ABS內應力問題
1.加工工藝(1)加工壓力過大、速度過快、充料太多、注射和保壓時間過長，都會造成內應力過大而開裂；(2)調節(jié)開模速度與壓力，防止快速強拉制件造成脫模開裂；(3)適當調高模具溫度，使制件易于脫模；適當調低料溫，防止分解；(4)預防由于熔接痕和塑料降解造成力學性能下降變低而出現(xiàn)開裂；(5)制件殘余應力，可通過在成型后立即進行退火熱處理來消除內應力而減少裂紋的生成。
模具方面(1)頂出要平衡，如頂桿數(shù)量、截面積要足夠，脫模斜度要足夠，型腔面要足夠光滑，這樣才防止由于外力導致頂出殘余應力集中而開裂；(2)制件結構不能太薄，過渡部分應盡量采用圓弧過渡，避免尖角、倒角造成應力集中；(3)盡量少用金屬嵌件，以防止嵌件與制件收縮率不同造成內應力加大；(4)對深底制件應設置適當?shù)拿撃＿M氣孔道，防止形成真空負壓；(5)主流道足夠大，使?jié)部诹衔磥淼眉肮袒瘯r脫模，這樣易于脫模。
PC/ABS注塑浮纖缺陷
如圖所示：問題部位所在的邊框A面均為較細的皮紋表面。當用手指在問題部位用力搓揉表面出現(xiàn)不同程度的拉絲或起皮，而內框即使換為同樣材料（材料和顏色均一致），其皮紋表面用力搓揉也不會出現(xiàn)拉絲或起皮，再搓揉光面表面也堅固如鐵。
圖 缺陷照片
原因分析以上現(xiàn)象是經(jīng)常接觸到的，到底Why？通過對皮紋表面和制件結構的觀察，筆者所在Team分析如下：
1.從皮紋表面觀察結果角度分析（顯微鏡60倍放大后觀察，圖2）
圖 顯微鏡60倍放大對比圖
分析認為，用力搓揉皮紋表面會產(chǎn)生熱量，導致材料表層與內部產(chǎn)生溫度梯度差異，由于材料狀態(tài)由玻璃態(tài)轉為高彈態(tài)甚至以上與機械外力的雙重作用使得表層與基體脫離，從而出現(xiàn)拉絲，尖銳的紋理則更容易出現(xiàn)該現(xiàn)象。
2.從模具結構方面觀察，熔體流動軌跡較為復雜
圖 熔體流動軌跡模擬圖
從上圖中可以看出，皮紋紋理差異很大。問題表面紋理較細，其圓度也較為尖銳，而中框表面紋理較粗。在熔體流出澆口以后，到達問題表面過程中，經(jīng)歷了較長的流動軌跡，經(jīng)歷了多處轉彎。分析認為，由于剪切的影響，不同程度地對材料產(chǎn)生損害而發(fā)生熱降解，對合金材料更有甚者會使材料出現(xiàn)相態(tài)分離，從而使得材料表面一旦受到外力摩擦就很容易出現(xiàn)缺陷。
總結：皮紋紋理比較尖銳是導致Angel Hair缺陷出現(xiàn)的主要原因，模具結構的限制致使材料所受剪切過大是Angel Hair出現(xiàn)的次要原因，從皮紋紋理的修正、在工藝上（如提高模溫、提高注射溫度、減低注射速度等手段）去規(guī)避模具結構的不良影響變得尤為重要，也是正確的優(yōu)化方向。
PC/ABS熔接線的改善方法
在PC/ABS注塑成型加工中，盡管熔接線的產(chǎn)生是不可避免的，但存在非常多種方法可以對其改善。如模具結構的有效配置，注塑工藝的合理調整，以及材料配方優(yōu)化設計等等。
據(jù)悉，橡膠相在熔接線兩側區(qū)域的團聚和取向是引起熔接線不良效應的主要原因，而調整PC/ABS組分間的粘度比和改善組分間的相容性是兩種有效方法。
下圖為PC/ABS熔接線位置橡膠相分散狀態(tài)的TEM照片，可見SAN分子量提高后，橡膠相的分散狀態(tài)有了很好的改善。另外，提高注塑溫度有利于降低熔體粘度，促進熔接線處分子間的擴散結合。然而對比圖1(a)和(b)發(fā)現(xiàn)溫度的提高并沒有進一步提高橡膠相更好地分散。這時，根據(jù)文獻報道，溫度升高引起的PC和SAN間相容性變差的因素便不可忽略。
(A)240℃，低分子量SAN
(B)240℃，高分子量SAN
(C)280℃，高分子量SAN
由此，不由我們思考通過改善PC/ABS合金組分間的相容性來改善橡膠相的分散狀態(tài)。圖2為添加相容劑后熔接線位置的TEM照片，可以看出PB粒子在基體相中分散均勻，且橡膠相在熔接線周圍剪切應力下基本沒有發(fā)生伸長形變。不難推測添加該相容劑后，PC/ABS熔接線帶來的不良效應將會大大降低。
熔接線的產(chǎn)生雖然不可完全避免，但充分地理解材料、工藝和模具對熔接線的作用，我們可以最小化熔接線效應。
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