Основная причина, по которой лист АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол) намного прочнее листа ПС (полистирол), заключается в их различных молекулярных структурах и механизмах упрочнения.
Молекулярная структура: существенная разница между жесткостью и прочностью
Полистирол общего-назначения (GPPS) — это гомополимер, образующийся в результате полимеризации мономеров стирола. Его молекулярные цепи несут объемистые боковые группы бензольного кольца, которые придают PS высокую жесткость и прозрачность, но также имеют фундаментальный дефект – молекулярные цепи движутся с трудом, что приводит к твердости и хрупкости, что делает его склонным к растрескиванию под напряжением при ударе.
Напротив, АБС представляет собой терполимер, сополимеризованный из трех мономеров: акрилонитрила (А), бутадиена (Б) и стирола (S). Эта уникальная комбинация обеспечивает взаимодополняющие свойства: акрилонитрил обеспечивает химическую стабильность, жесткость и термостойкость; бутадиен придает каучуку-прочность и ударопрочность; и стирол обеспечивает хорошую технологичность и блеск поверхности. ABS объединяет различные свойства PS, SAN и PB, обеспечивая превосходный баланс прочности, твердости и жесткости.
Упрочнение резины: основной механизм высокой прочности и ударной вязкости ABS
Ключом к исключительной прочности ABS является его особая структура «морского-острова». В АБС-пластике бутадиен существует в виде частиц полибутадиенового (ПБ) каучука, равномерно диспергированных в жесткой непрерывной матрице, состоящей из сополимера стирола-акрилонитрила (САН).
Когда лист АБС подвергается внешнему воздействию, внутри происходят следующие процессы:
Рассеивание напряжения: диспергированные резиновые частицы эффективно поглощают и рассеивают энергию удара. Когда к материалу прикладывается растягивающее напряжение, вокруг резиновых частиц одновременно возникают два типа деформации: один инициирует деформацию микропустот (крейзов), а другой вызывает деформацию, поддающуюся сдвигу. Эти два механизма работают вместе, значительно улучшая прочность материала.
Поглощение энергии: данные показывают, что добавление всего лишь 5–20% каучуковой фазы к хрупкой смоле может увеличить ударную вязкость в несколько или даже десятки раз. В частности, ударная вязкость ПС составляет всего 13,1-21,0 Дж/м, тогда как у АБС может достигать 180-419 Дж/м.
Механизм упрочнения: нитрильные группы в АБС-пластике (полученном из акрилонитрила) делают его более прочным, чем чистый полистирол, а также способствуют химической стойкости, усталостной стойкости, твердости и жесткости, а также повышению температуры теплового отклонения.
Заключение
ABS прочнее PS в основном из-за своей уникальной структуры терполимера и механизма упрочнения резины. PS, ограниченный жесткими молекулярными цепями бензольного кольца, может обеспечить только базовую твердость и прочность, но не обладает способностью поглощать энергию удара. Напротив, ABS обеспечивает идеальное сочетание жесткости и прочности за счет равномерного распределения фазы бутадиенового каучука в жесткой матрице, что придает ему ударопрочность и удлинение при разрыве, намного превосходящие PS, сохраняя при этом достаточную жесткость.
Это основная причина, по которой листы АБС широко используются в областях с высокими требованиями к прочности, таких как автомобильные детали, багаж и обшивка холодильников.
