Vstřikování ABS: Komplexní průvodce 

Vstřikování ABS má dobrou odolnost proti nárazu a hladkou povrchovou úpravu a je oblíbenou metodou pro výrobu plastových dílů vysoké kvality v mnoha průmyslových odvětvích. Akrylonitrilbutadienstyren (ABS) je termoplast, který se velmi často používá při vstřikování díky své pevnosti, odolnosti a snadnému zpracování. Vstřikování plastů ABS je nákladově efektivní a spolehlivé při výrobě velkého množství výrobku pro hromadnou výrobu, včetně automobilových součástek, spotřební elektroniky a zdravotnických přístrojů. Základní plasty, jako je ABS, se skládají z akrylonitrilu pro chemickou odolnost, butadienu pro houževnatost a styrenu pro tuhost a lesklý vzhled, díky němuž se skvěle hodí pro vstřikování. K tomu přispívá i vynikající teplota tání (200 až 250 °C), výborná obrobitelnost a mírná tepelná odolnost. Nicméně lisování z ABS má své klady a zápory stejně jako každý materiál; včetně citlivosti na UV záření a mírné tepelné odolnosti atd.

Aby bylo možné vyrábět bezchybné výrobky pomocí procesu vstřikování plastů ABS, je třeba pečlivě zvážit všechny faktory související s chlazením vysušeného materiálu, řízením teploty, tloušťkou stěny, vstřikovacím tlakem a také s konstrukcí formy. Mezi další plasty, které výrobci kromě ABS používají, patří polypropylen (PP), polykarbonát (PC), polyethylen (PE), polyamid (nylon) a PET, přičemž každý z nich má své výhody. Výběr ABS nebo jeho alternativního materiálu závisí na pochopení vlastností daného materiálu.

Tento článek se podrobně zabývá hlavními vlastnostmi vstřikování ABS, způsobem zpracování jeho chemického složení, jeho výhodami a nevýhodami a porovnáním s jinými plasty. Čtenář na konci stránky získá podrobné znalosti o tom, proč je ABS stále vysoce preferovaným materiálem v současné výrobě.  

Co je vstřikování ABS? 

Proces zvaný vstřikování ABS pomáhá vyrábět odolné, lehké a nárazuvzdorné plastové díly z akrylonitrilbutadienstyrenu (ABS).Plast ABS se zahřívá, dokud se neroztaví, pak se vstřikuje do formy, ochlazuje a tuhne do požadovaného tvaru. Je známý tím, že je pevný, tepelně odolný a snadno se formuje, a používá se v automobilových součástkách, elektronice, hračkách a domácích spotřebičích. Jedná se o metodu, kterou je možné vyrábět hromadně ve stálé kvalitě a která poskytuje cenově dostupné a univerzální řešení pro mnoho odvětví. Pro lepší estetiku a funkčnost lze použít také leštěné, texturované nebo barevné díly z ABS.

Chemická struktura a složení ABS  

Systém ABS se skládá z:

• Akrylonitril (C₃H₃N) - poskytuje chemickou odolnost a tepelnou stabilitu.
• Butadien (C₄H₆) - zvyšuje houževnatost a odolnost proti nárazu.
• Styren (C₈H₈) - přispívá k tuhosti a lesklému povrchu.

Molekulární struktura

ABS je molekulární uspořádání s páteří dlouhého polymerního řetězce vyplněného částicemi butadienového kaučuku v akrylonitril-styrenové matrici. Kombinace těchto dvou vlastností je skvělá pro lisování plastů ABS. 

Chemické vlastnosti plastu ABS 

Některé z nejdůležitějších chemických vlastností ABS z něj činí oblíbený materiál pro vstřikování ABS.

• Snadné zpracování s bodem tání kolem 200-250 C.
• Je lehký a přitom pevný, jeho hustota je 1,04-1,07 g/cm³.
• Kyseliny, louhy a oleje jsou odolné, ale organická rozpouštědla, jako je aceton, je ovlivňují.
• Teploty: Dlouhodobé působení vysokých teplot však způsobuje degradaci materiálu. 

Povaha a fyzikální vlastnosti výlisků ABS 

ABS není termoplast s ostrým bodem tání jako většina ostatních plastů (tj. je amorfní), ale lze jej tavit. Namísto toho měkne v různém rozsahu teplot a docela dobře se hodí pro použití ve formách. Mezi klíčové fyzikální vlastnosti patří: 

• Vysoká rázová pevnost - odolává náhlým nárazům a namáhání.
• Dobrá rozměrová stabilita - zachovává si tvar za různých podmínek.
• Lesklý a hladký povrch - poskytuje estetický vzhled spotřebitelským výrobkům.
• Lze je přesně obrábět a tvarovat a také snadno řezat a vrtat.
  

Proces vstřikování plastů ABS 

Následují kroky procesu vstřikování plastů ABS. 

• Sušení materiálu - ABS pelety se suší, aby se odstranila vlhkost.
• Zahřátí na 200-250 °C a vtlačení pod vysokým tlakem do formy (tavení a vstřikování).
• Chlazení a tuhnutí - plast se ochladí ve formě, kde plast zaujme tvar formy.
• Vyhazování a povrchová úprava - ztuhlý výrobek se vyhazuje, ořezává, lakuje nebo pokovuje. 

Aplikace lisování ABS  

Vzhledem k univerzálnosti materiálu ABS je široce používán ve všech druzích průmyslu.

• Přístrojové desky, nárazníky a obložení interiéru tvoří automobilový průmysl.
• Obaly na notebooky, klávesnice, kryty na telefony atd.
• Výrobky pro domácnost: Kuchyňské spotřebiče, vysavače a hračky (např. kostky LEGO).
• Zdravotnické vybavení: Chirurgické nástroje a pouzdra pro diagnostické přístroje. 
  

Výhody a nevýhody vstřikování ABS 

Výhody 

• Plast ABS (zkratka pro akrylonitrilbutadienstyren) má vysokou odolnost proti nárazu, což znamená, že je pevný a odolný vůči nárazům, a proto se používá k výrobě odolných výrobků.
•  Snadno se tvaruje, řeže, vrtá a zpracovává - vynikající obrobitelnost.
• Dobrá chemická a tepelná odolnost - kyseliny, louhy a mírné teploty se na nich neprojevují tak jako na méně kvalitních litinových odlitcích.
• Hladká povrchová úprava - Vytváří lesklé, estetické díly vhodné pro spotřební výrobky.
• Protože je levnější než většina technických plastů, je ABS cenově výhodný.
• Pevný, ale lehký - vynikající materiál pro aplikace, které vyžadují pevnost bez zvětšení objemu.
•  Biologicky odbouratelný - ABS je recyklovatelný plastový materiál, který lze znovu zpracovat, protože je ekologicky šetrný.

Nevýhody 

• Dlouhodobé vystavení slunečnímu záření způsobuje žloutnutí a lámavost.
•  Hořlavý - pokud není upraven přísadami zpomalujícími hoření, snadno hoří.
• Díly z ABS jsou náchylné k deformaci - při nesprávném ochlazení se mohou smršťovat nebo deformovat.
• Nízká odolnost proti povětrnostním vlivům - náchylné k degradaci v extrémních venkovních podmínkách.
• ABS je náchylný k citlivosti na chemikálie, takže rozpouštědla, jako je aceton, ho rozpouštějí.
• Mírná tepelná odolnost - taví se při vysokých teplotách (100 °C), proto není vhodný pro použití v extrémně horkém prostředí.

Výroba vstřikovacích forem ABS má mnoho klíčových faktorů. 

Při výrobě plastových dílů z ABS vstřikováním je nutné vzít v úvahu mnoho proměnných a postupovat správným způsobem, aby bylo dosaženo vysoce kvalitní, silné a cenově dostupné výroby. Níže jsou uvedeny faktory, na které je třeba se zaměřit:

Výběr materiálu

• Pro dosažení požadované pevnosti, tepelné odolnosti a povrchové úpravy použijte vysoce kvalitní pryskyřici ABS. 
• Na základě požadavků na použití, jako je odolnost proti UV záření, nehořlavost nebo rázová houževnatost, však lze zvolit specifické třídy ABS.

Předúprava suchých pryskyřic ABS

Absorbují vlhkost, a proto jsou hygroskopické a musí být řádně vysušeny, jinak se mohou objevit vady, jako jsou bubliny a povrchové nedokonalosti.

Proces sušení

• Pelety ABS je vhodné sušit při teplotě 80-90 °C po dobu 2-4 hodin a připravit je k lisování.
• Hydrolýza oslabuje mechanické vlastnosti a vede k nekonzistentním výsledkům lisování, čemuž se předchází správným sušením.

 Řízení teploty

• Optimální tok a plnění formy probíhá při teplotě tání 200-250 °C.
• 50 - 80 °C Teplota formy zabraňuje deformacím, nerovnoměrnému smršťování a vadám.

Rychlost chlazení by měla být pomalá a rovnoměrná, aby se zlepšila rozměrová přesnost a mechanická pevnost.

 Rovnoměrná tloušťka stěny při návrhu plastových dílů z ABS

Proč je to důležité? 

• Pokud tloušťka stěny není jednotná, dochází k deformacím, propadům, pnutí materiálu a hromadění materiálu.
• Rozměrová nestabilita finálních dílů může být způsobena nerovnoměrným chlazením.

Doporučení k návrhu

• Nejlepších výsledků dosáhnete, když bude tloušťka striktně dodržena v rozmezí 1,2 až 3,5 mm.
• Postupné přechody mezi jednotlivými částmi zabrání vzniku namáhaných nebo slabých míst.
• Místo ostrých rohů používejte zaoblení, které vyrovnává napětí.

Vstřikovací tlak a rychlost

Optimální tlak by však měl být nastaven v rozmezí 50-150 MPa, aby bylo zajištěno úplné vyplnění formy bez vad.

Řízená rychlost

• Pak následují stopy po spálení, zvýšené vnitřní pnutí a degradace materiálu v důsledku příliš rychlého →.
• Chyby → krátké záběry (neúplné vyplnění), čáry svaru a nedostatečná přilnavost.

Správné nastavení tlaku a rychlosti zlepšuje kvalitu povrchu, pevnost a přesnost výlisků.

Konstrukce forem a větrání

Tím se zajistí, že nevzniknou vzduchové pasti, stopy po spálení a vady způsobené zachycenými plyny.

• Umístění šoupátek by mělo být optimalizováno pro plynulý tok materiálu bez napětí.
• Snížené riziko vzniku stop po toku a povrchových vad je způsobeno hladkým a rovnoměrným povrchem formy.
• Pokud se jedná o formu s více dutinami, musí být plnění a chlazení vyvážené, aby se dutiny plnily a chladily rovnoměrně.

 Smršťování a deformace

• Asi nejdůležitějším faktorem při navrhování forem pro ABS je jeho vysoká míra smrštění 0,4-0,7%, takže je třeba brát v úvahu změny velikosti po ochlazení.
• Důležité je postupné ochlazování, aby se zabránilo rozměrovému zkreslení nebo deformaci dílu.
• Výztužné konstrukce, jako jsou žebra a klíny, jsou správné, pokud pomáhají udržet tvar a stabilitu.

 Následné zpracování a dokončovací práce

• Díly z ABS mohou být lakované, pokovené, leštěné nebo laserem gravírované pro lepší vzhled.
• V tomto kroku je třeba zajistit hladké hrany a odstranit přebytečný materiál ořezáním, broušením a odjehlením.
• Chromování nebo UV povlak na povrchu činí řešení odolným a odolným vůči vlivům prostředí.
  

Vlastnosti materiálu ABS 

Obecné vlastnosti plastu ABS

Akrylonitrilbutadienstyren (ABS) je netoxický termoplast bez zápachu, který obvykle vypadá jako průsvitné nebo průhledné granule nebo prášek barvy slonové kosti. Hustota, která se pohybuje od 1,05 do 1,18 g/cm³, mu umožňuje být lehký, ale pevný. Stejně jako u ABS je míra smrštění 0,4% až 0,9% a zajišťuje dobrou rozměrovou stálost výlisků. Jeho modul pružnosti je 2 GPa a Poissonův poměr je 0,394, což znamená, že není ani příliš slabý, ani příliš tuhý. Absorbuje méně než 1% vlhkosti, jeho teplota tání se pohybuje mezi 217 °C a 237 °C a tepelný rozklad začíná nad 250 °C.

Mechanická pevnost plastu ABS 

ABS je všeobecně známý pro velmi vysokou rázovou pevnost a vynikající odolnost při nízkých teplotách. Odolnost proti opotřebení je dobrá, takže se hodí pro díly vyžadující neustálý pohyb nebo tření. Tento plast zajišťuje rozměrovou stabilitu výlisku, takže si zachovává svůj tvar. ABS má také střední odolnost proti olejům, a proto je přijatelnou alternativou pro aplikace s nízkou rychlostí a středním zatížením.

Tepelná odolnost a tepelná stabilita

Teplota tepelného ohybu (HDT) u ABS se pohybuje mezi 93 °C a 118 °C, což znamená, že jeho struktura se udržuje pouze při mírném zahřátí. Jeho tepelná odolnost se však může zhruba o 10 °C zlepšit, pokud je žíhán, což by zvýšilo jeho použitelnost pro aplikace náročnější na tepelný výkon.

Schopnosti elektrické izolace

Plast ABS je skvělým elektrickým izolantem, a proto je vhodným materiálem pro výrobu krytů elektroniky a elektrických součástí. Izolační vlastnosti jsou stabilní v různých teplotních, vlhkostních a frekvenčních podmínkách, takže má stálý výkon v různých situacích.

Odolnost vůči chemikáliím a životnímu prostředí

ABS je odolný vůči vodě, anorganickým solím, zásadám a široké škále kyselin a je vhodný pro použití v průmyslových a spotřebitelských aplikacích. Nedegraduje však při kontaktu s ketony, aldehydy nebo chlorovanými uhlovodíky, ale může dojít k praskání pod napětím při kontaktu s kyselinou octovou, rostlinným olejem atd.

Přes všechny své výhody má ABS jako polymer nízkou odolnost proti povětrnostním vlivům. Při vystavení ultrafialovému (UV) záření materiál slábne. Jeho studie naznačují, že po šesti měsících vystavení venkovnímu prostředí může jeho rázová pevnost klesnout téměř 50%, v závislosti na aplikaci počátečním obsahu pryskyřice to poukazuje na nutnost použití UV stabilizátorů nebo ochranného nátěru při venkovních aplikacích. 

Náklady na plast ABS a vstřikování plastů 

Náklady na plast ABS určují náklady na suroviny, náklady na zpracování a náklady na případné následné zpracování. Jedná se o náklady, které pravděpodobně vzniknou při procesu vstřikování ABS:

Náklady na suroviny

Cena pryskyřice ABS závisí na tržní ceně, dodávkách od výrobce, kvalitě a případných dalších vlastnostech, jako je například nehořlavost ABS, UV stabilita nebo vyšší pevnostní třídy ABS. Obecně lze říci, že cena standardní pryskyřice ABS je následující:

• $1,50 - $3,50 za kg pro standardní ABS granule.
• $3,00 - $5,00 za kg pro speciální ABS, které zahrnuje třídy ABS se zpomalovačem hoření, UV stabilizované nebo vysoce nárazové.
• Ze všech těchto typů je ABS dražší než polypropylen (PP), ale levnější než polykarbonát (PC) a nylon (PA).

Náklady na vstřikování plastů

Následují některé z faktorů, které ovlivňují náklady na vstřikování plastů ABS:

 Náklady na plísně

• Jednoduché formy: $3,000 - $10,000
• Složité formy s více dutinami: $10,000 - $50,000+
• Prototypové formy (malosériová výroba): $500 - $5000

 Výrobní náklady na díl

• Malé, jednoduché díly: $0.50 - $2.00 za kus
• Větší nebo složité díly: $2,00 - $10,00+ za kus
• Vysoký objem výroby: Náklady se snižují díky faktorům, jako jsou hromadné nákupy vstupů.

Náklady na zpracování

• Hodinové sazby strojů: $20 - $100 za hodinu (v závislosti na velikosti a typu stroje).
• Náklady na práci: Náklady na práci se liší podle regionu, ale pohybují se mezi 5 a 50 USD za hodinu.
• Náklady na energii: Protože ABS je třeba zahřát na teplotu 200-250 °C, je třeba vynaložit značné množství elektrické energie.

Další náklady 

• Lakování, pokovování a leštění: $0.50 - $5.00 za díl.
• Plýtvání materiálem a jeho opětovné zpracování: V závislosti na konkrétním případu se mohou zvýšit až na 5- 10% nákladů.
• Průřezové funkce: V závislosti na velikosti dílu a místě výroby.

Je ABS nákladově efektivní?

Klady: Náklady na suroviny jsou nízké, materiál se snadno obrábí a většinu šrotu lze recyklovat, takže je vhodný pro středně velké až velké objemy vynálezů.

Nevýhody: Jsou dražší než PP a PE, ale levnější než PC a nylon. Za nevýhodu lze považovat také vysoké náklady na formy, zejména pokud jde o malosériovou výrobu.

Obecně je vstřikování ABS ekonomické, odolné a snadno zpracovatelné, a proto mnoho průmyslových odvětví dává přednost tomuto materiálu.

Další plasty používané při vstřikování

Kromě plastu ABS se při vstřikování běžně používá mnoho dalších termoplastů. Každý materiál se však svými vlastnostmi liší od ostatních, takže jsou vhodné pro různé aplikace. Zde je srovnání nejběžnějších vstřikovacích plastů s ABS.

Polypropylen (PP) vs. ABS 

Výhody PP

• Vynikající chemická odolnost a odolnost proti vlhkosti.
• Cenově výhodná lehká a levná varianta.
• Má dobrou rázovou houževnatost, ale nižší než ABS.

Omezení PP

• Tepelná odolnost a tuhost jsou nižší než u ABS.
• Není tak pevný jako ABS v aplikacích s vysokým namáháním.
• Běžné použití: Obaly, automobilové díly, lékařské nádoby a zboží pro domácnost.

Polykarbonát (PC) vs. ABS 

Výhody počítače

• Někdy se používá pro vyšší odolnost proti nárazu - neprůstřelná skla a další druhy ochranných pomůcek.
• Vysoká tepelná odolnost a trvanlivost.
• Tento materiál může být průhledný a snadno se tónuje nebo barví.

Omezení počítače

• Dražší než ABS.
• Je náchylný k poškrábání a potřebuje nátěry, které ho zpevní.
• Běžné použití: Součásti automobilů, bezpečnostní přilby, čočky brýlí a elektrické kryty.

Polyethylen (PE) vs. ABS 

Výhody PE

• Vysoce odolné vůči chemikáliím, vodě a korozi.
• Má nízké třecí vlastnosti vhodné pro pohyblivé části.
• Extrémně pružné a lehké.

 Omezení tělesné výchovy

• Nižší tuhost a mechanická pevnost než u ABS.
• Špatná tepelná odolnost - taví se při nižších teplotách.
• Plastové tašky, láhve, trubky a nádoby na potraviny používají plast.

Polyethylentereftalát (PET) vs. ABS 

Výhody PET

• Je velmi lehký, přesto má vynikající bariérové vlastnosti proti vlhkosti a plynům.
• Vysoká rozměrová stabilita - dobře drží tvar.
• Dobrá chemická odolnost a recyklovatelnost.

Omezení PET

• Má nižší odolnost proti nárazu než ABS.
• Není tak tepelně odolný jako jiné technické plasty.
• Použití: Lahve na vodu, obaly na potraviny, oděvní vlákna a kosmetické nádoby.

Polyamid (PA/Nylon) vs. ABS 

Výhody nylonu

• Vysoká mechanická pevnost a vynikající houževnatost.
• Dobrá tepelná odolnost, takže je vhodný do prostředí s vysokými teplotami.
• Odolné proti opotřebení a tření, používané pro pohyblivé části.

 Omezení nylonu

• Absorbuje vlhkost, která ovlivňuje rozměrovou stabilitu.
• Dražší než ABS.
• Automobilové díly, převodovky, ložiska, průmyslové komponenty, elektrické konektory.

Výběr správného typu materiálu pro vstřikování

Skutečnosti, jako je mechanická pevnost, chemická odolnost, teplotní a cenová tolerance, ovlivňují, který plast si pro vstřikování vyberete. ABS představuje rovnováhu mezi pevností, odolností a cenovou dostupností, ale ostatní plasty, jako jsou PP, PC, PE, PET, Nylon, abychom jmenovali alespoň některé, mají pro některé aplikace výhodu samy o sobě. Tento přehled umožňuje výrobcům učinit nejlepší rozhodnutí pro jejich výrobky z hlediska výkonu. 

Závěr

Vstřikování ABS je vysoce univerzální, efektivní a levný způsob výroby vysoce kvalitních plastových dílů. Je ideálním materiálem pro automobilový průmysl, elektroniku, spotřební zboží a zdravotnické vybavení díky své dobré odolnosti proti nárazu, hladkému povrchu a dobré zpracovatelnosti. Pro dosažení nejlepších výsledků při vstřikování ABS musí výrobci věnovat zvláštní pozornost kontrole teploty, rovnoměrné tloušťce stěny, optimálnímu vstřikovacímu tlaku a dostatečně navrženým formám. Absorpce vlhkosti v ABS pryskyřicích také vyžaduje předběžnou úpravu, protože může způsobit vznik bublin a dalších defektů a špatné mechanické vlastnosti. Techniky následného zpracování, jako je lakování pokovování a povrchová úprava, mohou vést k mnohem vyšší trvanlivosti a konečnému vzhledu výlisků z ABS.

ABS je stále jedničkou v oboru plastů vstřikování plastů, ale PP, PC, PE, PET a nylon jsou dalšími lepšími volbami na základě potřeb aplikace. Polykarbonát má lepší rázovou odolnost než nylon a polypropylen je chemicky odolnější. O správné volbě materiálu rozhodují mechanické vlastnosti, náklady, otázky životního prostředí a zamýšlené použití. Celkově lze říci, že lisování plastů ABS zůstává hlavní silou v moderní výrobě, protože jeho dokonalá kombinace výkonu, ceny a výroby z něj činí ideální materiál. ABS je spolehlivý a běžně používaný termoplast při vstřikování plastů bez ohledu na jeho použití pro automobilový průmysl, domácnost nebo průmysl.

Časté dotazy o vstřikování ABS

1. Lze plast ABS použít pro venkovní použití?

Tato konkrétní forma synchronního bezkartáčového stejnosměrného motoru s minimálním napětím má nízkou odolnost proti UV záření a je náchylná ke křehnutí a změně barvy vlivem slunečního záření. Navzdory tomu mohou UV stabilizátory nebo nátěry zvýšit jeho odolnost i pro venkovní použití.

2. Jaké jsou výhody vstřikování ABS? 

ABS je tepelně odolný, extrémně pevný, ale lehký, má vysokou rázovou houževnatost, dobře se obrábí a snadno se opracovává jako hladký povrch. Navíc je stále lehký, ale pevný.

3. Odolává plast ABS chemikáliím?

Na ABS působí voda, kyseliny, zásady a někdy i organická rozpouštědla, jako je aceton. Může zlepšit stupeň schopnosti ABS odolávat chemikáliím.