Podstawowy powód, dla którego arkusz ABS (akrylonitryl-butadien-styren) jest znacznie mocniejszy niż arkusz PS (polistyren), leży w ich odrębnej strukturze molekularnej i mechanizmach hartowania.
Struktura molekularna: zasadnicza różnica między sztywnością a wytrzymałością
Polistyren-ogólnego przeznaczenia (GPPS) to homopolimer powstały w wyniku polimeryzacji monomerów styrenu. Jego łańcuchy molekularne zawierają nieporęczne grupy boczne pierścienia benzenowego, które zapewniają PS dużą sztywność i przezroczystość, ale także powodują podstawową wadę – łańcuchy molekularne poruszają się z trudem, co skutkuje twardością i kruchością, co czyni go podatnym na pękanie naprężeniowe pod wpływem uderzenia.
Natomiast ABS jest terpolimerem kopolimeryzowanym z trzech monomerów: akrylonitrylu (A), butadienu (B) i styrenu (S). To unikalne połączenie zapewnia uzupełniające się właściwości: akrylonitryl zapewnia stabilność chemiczną, sztywność i odporność na ciepło; butadien zapewnia-kauczukową wytrzymałość i odporność na uderzenia; i styren zapewniają dobrą przetwarzalność i połysk powierzchni. ABS łączy w sobie różne właściwości PS, SAN i PB, osiągając doskonałą równowagę pomiędzy wytrzymałością, twardością i sztywnością.
Hartowanie gumy: główny mechanizm odpowiedzialny za wysoką wytrzymałość i wytrzymałość ABS
Kluczem do wyjątkowej siły ABS jest jego specjalna struktura „morskiej-wyspy”. W ABS butadien występuje w postaci cząstek kauczuku polibutadienowego (PB), równomiernie rozproszonych w sztywnej, ciągłej matrycy składającej się z kopolimeru-styrenu i akrylonitrylu (SAN).
Kiedy arkusz ABS jest poddawany wpływowi zewnętrznemu, wewnętrznie zachodzą następujące procesy:
Rozpraszanie naprężeń: Rozproszone cząstki gumy skutecznie pochłaniają i rozpraszają energię uderzenia. Kiedy do materiału przykładane jest naprężenie rozciągające, wokół cząstek gumy zachodzą jednocześnie dwa rodzaje deformacji – jeden inicjuje deformację mikro-pęknięć (pęknięcia), a drugi wywołuje deformację pod wpływem ścinania. Te dwa mechanizmy współpracują ze sobą, aby znacznie poprawić wytrzymałość materiału.
Absorpcja energii: Dane pokazują, że dodanie tylko 5% -20% fazy gumowej do kruchej żywicy może zwiększyć udarność kilkukrotnie, a nawet kilkadziesiąt razy. W szczególności udarność PS wynosi tylko 13,1-21,0 J/m, podczas gdy udarność ABS może osiągnąć 180-419 J/m.
Mechanizm wzmacniający: Grupy nitrylowe w ABS (pochodzące z akrylonitrylu) sprawiają, że jest on mocniejszy niż czysty polistyren, jednocześnie zwiększając odporność chemiczną, zmęczenie, twardość i sztywność, a także zwiększając temperaturę ugięcia pod wpływem ciepła.
Wniosek
ABS jest mocniejszy niż PS zasadniczo ze względu na swoją unikalną strukturę terpolimerową i mechanizm hartowania gumy. PS, ograniczony przez sztywne łańcuchy molekularne pierścienia benzenowego, może zapewnić jedynie podstawową twardość i wytrzymałość, ale nie ma zdolności pochłaniania energii uderzenia. W przeciwieństwie do tego ABS osiąga idealne połączenie sztywności i wytrzymałości poprzez równomierne rozproszenie fazy kauczuku butadienowego w sztywnej matrycy, co zapewnia mu odporność na uderzenia i wydłużenie przy zerwaniu znacznie lepsze niż PS, przy jednoczesnym zachowaniu wystarczającej sztywności.
Jest to podstawowy powód, dla którego arkusze ABS są szeroko stosowane w dziedzinach o wysokich wymaganiach wytrzymałościowych, takich jak części samochodowe, bagaże i wykładziny lodówek.
