Stampaggio ad iniezione di ABS: Una guida completa 

Lo stampaggio a iniezione dell'ABS ha una buona resistenza agli urti e una finitura superficiale liscia ed è un metodo privilegiato per la produzione di parti in plastica di alta qualità in numerosi settori. L'acrilonitrile butadiene stirene (ABS) è una termoplastica molto utilizzata nello stampaggio a iniezione per le sue caratteristiche di resistenza, durata e facilità di lavorazione. Lo stampaggio a iniezione di plastica ABS è conveniente e affidabile per produrre grandi quantità di prodotto per la produzione di massa, compresi i componenti automobilistici, l'elettronica di consumo e i dispositivi medici. Le plastiche di base come l'ABS sono composte da acrilonitrile per la resistenza chimica, butadiene per la tenacità e stirene per la rigidità e l'aspetto lucido che le rende ideali per lo stampaggio. Questo aspetto è ulteriormente rafforzato dall'eccezionale temperatura di fusione (tra 200 e 250°C), dall'eccellente lavorabilità e dalla moderata resistenza al calore. Tuttavia, lo stampaggio dell'ABS ha i suoi pro e i suoi contro, proprio come qualsiasi altro materiale, tra cui la sensibilità ai raggi UV e la moderata resistenza al calore, ecc.

Per produrre prodotti privi di difetti con il processo di stampaggio della plastica ABS, è necessario considerare attentamente tutti i fattori coinvolti nel raffreddamento del materiale essiccato, il controllo della temperatura, lo spessore delle pareti, la pressione di iniezione e la progettazione dello stampo. Tra le altre materie plastiche utilizzate dai produttori, oltre all'ABS, vi sono il polipropilene (PP), il policarbonato (PC), il polietilene (PE), la poliammide (Nylon) e il PET, ognuno con i suoi vantaggi. La scelta di un ABS o di un materiale alternativo dipende dalla comprensione delle proprietà del materiale in questione.

Questo articolo approfondisce le caratteristiche principali dello stampaggio a iniezione dell'ABS, le modalità di lavorazione della sua composizione chimica, i vantaggi e gli svantaggi e il confronto con altre materie plastiche. Il lettore terminerà la pagina con una conoscenza dettagliata del perché l'ABS sia ancora il materiale preferito nella produzione attuale.  

Che cos'è lo stampaggio a iniezione dell'ABS? 

Il processo chiamato stampaggio a iniezione dell'ABS consente di produrre parti in plastica durevoli, leggere e resistenti agli urti a partire dall'acrilonitrile butadiene stirene (ABS). La plastica ABS viene riscaldata fino alla fusione, quindi iniettata in uno stampo, raffreddata e solidificata nella forma desiderata. È noto per essere forte, resistente al calore e facile da modellare e viene utilizzato per componenti automobilistici, elettronica, giocattoli ed elettrodomestici. È un metodo che consente di produrre in serie con una qualità costante, offrendo una soluzione economica e versatile a molti settori. Inoltre, è possibile utilizzare parti in ABS lucidate, strutturate o colorate per migliorare l'estetica e la funzionalità.

Struttura chimica e composizione dell'ABS  

L'ABS è composto da:

• Acrilonitrile (C₃H₃N) - Fornisce resistenza chimica e stabilità al calore.
• Butadiene (C₄H₆) - Migliora la tenacità e la resistenza agli urti.
• Stirene (C₈H₈) - Contribuisce alla rigidità e alla finitura lucida.

Struttura molecolare

L'ABS è una disposizione molecolare con la spina dorsale di una lunga catena polimerica riempita di particelle di gomma butadiene nella matrice di acrilonitrile-stirene. La combinazione di queste due caratteristiche lo rende ideale per lo stampaggio di plastica ABS. 

Proprietà chimiche della plastica ABS 

Alcune delle principali proprietà chimiche dell'ABS lo rendono un materiale popolare per lo stampaggio a iniezione dell'ABS.

• Facile da lavorare, con un punto di fusione di circa 200-250 C.
• È leggero ma resistente, con una densità di 1,04-1,07 g/cm³.
• Gli acidi, gli alcali e gli oli sono resistenti, ma i solventi organici, come l'acetone, lo intaccano.
• Temperature: Resistente al calore fino a 80-100°C, ma l'esposizione prolungata a calore elevato degrada il materiale. 

Natura e caratteristiche fisiche dello stampaggio dell'ABS 

L'ABS non è un termoplastico con un punto di fusione elevato come la maggior parte delle altre materie plastiche (cioè è amorfo), ma può essere fuso. Al contrario, si ammorbidisce in un intervallo di temperature e si adatta abbastanza bene alle applicazioni di stampaggio. Le caratteristiche fisiche principali sono: 

• Alta resistenza agli urti - Resiste agli urti e alle sollecitazioni improvvise.
• Buona stabilità dimensionale - Mantiene la forma in condizioni diverse.
• Finitura lucida e liscia - Fornisce un aspetto estetico ai prodotti di consumo.
• Possono essere lavorati e stampati con precisione e sono anche facili da tagliare e forare.
  

Processo di stampaggio a iniezione della plastica ABS 

Di seguito sono riportate le fasi del processo di stampaggio a iniezione della plastica ABS. 

• Essiccazione del materiale - I pellet di ABS vengono essiccati per rimuovere l'umidità.
• Riscaldamento a 200-250°C e forzatura ad alta pressione in uno stampo (fusione e iniezione).
• Raffreddamento e solidificazione - La plastica si raffredda nello stampo dove ha preso la forma dello stampo.
• Espulsione e finitura - Il prodotto solidificato viene espulso, rifilato, verniciato o placcato. 

Applicazioni dello stampaggio dell'ABS  

Grazie alla sua versatilità, l'ABS è ampiamente utilizzato in tutti i settori industriali.

• Cruscotti, paraurti e rivestimenti interni costituiscono l'industria automobilistica.
• Custodie per computer portatili, tastiere, cover per telefoni, ecc.
• Prodotti per la casa: Elettrodomestici da cucina, aspirapolvere e giocattoli (ad esempio, mattoncini LEGO).
• Apparecchiature mediche: Strumenti chirurgici e alloggiamenti per dispositivi diagnostici. 
  

Vantaggi e svantaggi dello stampaggio a iniezione dell'ABS 

Vantaggi 

• La plastica ABS (acronimo di acrilonitrile butadiene stirene) ha un'elevata resistenza agli urti, il che significa che è robusta e resistente agli urti e quindi viene utilizzata per realizzare prodotti durevoli.
•  È facile da modellare, tagliare, forare e lavorare - Eccellente lavorabilità.
• Buona resistenza agli agenti chimici e al calore - Gli acidi, gli alcali e i riscaldamenti moderati non li danneggiano, come invece accade per le fusioni in ghisa meno pregiate.
• Finitura superficiale liscia - Produce pezzi lucidi ed estetici adatti ai prodotti di consumo.
• Essendo meno costoso della maggior parte dei tecnopolimeri, l'ABS è conveniente.
• Forte ma leggero - Un materiale eccellente per le applicazioni che richiedono resistenza senza ingombro.
•  Biodegradabile - L'ABS è un materiale plastico riciclabile che può essere rilavorato in quanto ecologico.

Svantaggi 

• L'esposizione prolungata alla luce solare provoca ingiallimento e fragilità.
•  Infiammabile - Se non modificato con additivi ritardanti di fiamma, brucia facilmente.
• I pezzi in ABS sono soggetti a deformazioni: quando i pezzi si raffreddano a una velocità impropria, possono ritirarsi o deformarsi.
• Bassa resistenza agli agenti atmosferici - Suscettibile di degradazione in condizioni esterne estreme.
• L'ABS è soggetto a sensibilità chimica, quindi solventi come l'acetone lo dissolvono.
• Resistenza al calore moderata - Si scioglie a temperature elevate (100°C), quindi non è adatto all'uso in ambienti estremamente caldi.

La produzione dello stampaggio a iniezione dell'ABS ha molti fattori chiave. 

Per produrre parti in plastica ABS stampate a iniezione, è essenziale prendere in considerazione molte variabili e lavorare nel modo giusto per ottenere una produzione di alta qualità, robusta e conveniente. Di seguito sono elencati i fattori su cui concentrarsi:

Selezione del materiale

• Per ottenere la forza, la resistenza al calore e la finitura superficiale richieste, utilizzare resina ABS di alta qualità. 
• Tuttavia, in base ai requisiti dell'applicazione, come la resistenza ai raggi UV, il ritardo di fiamma o la resistenza agli urti, si possono scegliere gradi specifici di ABS.

Pretrattamento delle resine ABS secche

Assorbono l'umidità, quindi sono igroscopici e devono essere asciugati correttamente, altrimenti si possono verificare difetti come bolle e imperfezioni superficiali.

Processo di essiccazione

• È consigliabile essiccare i pellet di ABS a 80-90°C per 2-4 ore in preparazione allo stampaggio.
• L'idrolisi indebolisce le proprietà meccaniche e porta a risultati di stampaggio incoerenti e si previene con una corretta essiccazione.

 Controllo della temperatura

• Il flusso ottimale e il riempimento dello stampo avvengono a 200-250°C di temperatura di fusione.
• 50-80°C Temperatura di stampaggio per evitare deformazioni, ritiri irregolari e difetti.

La velocità di raffreddamento deve essere lenta e uniforme per migliorare la precisione dimensionale e la resistenza meccanica.

 Spessore uniforme della parete nella progettazione di parti in plastica ABS

Perché è importante? 

• Quando lo spessore della parete non è costante, si verificano deformazioni, segni di affossamento, tensioni nel materiale e accumulo di materiale.
• L'instabilità dimensionale dei pezzi finali può essere causata da un raffreddamento non uniforme.

Raccomandazioni di progettazione

• I risultati migliori si ottengono quando lo spessore è strettamente coerente tra 1,2 e 3,5 mm.
• Le transizioni graduali da una sezione all'altra eviteranno punti di stress o aree deboli.
• Utilizzate gli angoli arrotondati invece di quelli acuti, in modo da uniformare le sollecitazioni.

Pressione e velocità di iniezione

Tuttavia, la pressione ottimale deve essere impostata tra 50-150 MPa per garantire un riempimento dello stampo completo e privo di difetti.

Velocità controllata

• Poi ci sono i segni di bruciatura, l'aumento delle sollecitazioni interne e la degradazione del materiale, dovuti alla → velocità eccessiva.
• Errori → scatti brevi (riempimento incompleto), linee di saldatura e mancanza di adesione.

La pressione e la velocità sono impostate correttamente per migliorare la finitura superficiale, la resistenza e la precisione dei pezzi stampati.

Progettazione e ventilazione degli stampi

Ciò garantisce che non vi siano trappole d'aria, bruciature e difetti causati da gas intrappolati.

• Il posizionamento della porta deve essere ottimizzato per garantire un flusso di materiale fluido e privo di tensioni.
• La riduzione del rischio di segni di scorrimento e di difetti superficiali è dovuta alle superfici lisce e uniformi dello stampo.
• Se lo stampo è a più cavità, il riempimento e il raffreddamento devono essere bilanciati per riempire e raffreddare le cavità in modo uniforme.

 Restringimento e deformazione

• La considerazione forse più importante nella progettazione di stampi per ABS è l'elevato tasso di ritiro, pari a 0,4-0,7%, per cui è necessario tenere conto delle variazioni dimensionali dopo il raffreddamento.
• È essenziale un raffreddamento graduale per evitare distorsioni dimensionali o deformazioni del pezzo.
• Le strutture di rinforzo, come le nervature e i tasselli, sono appropriate quando aiutano a mantenere la forma e la stabilità.

 Post-elaborazione e finitura

• Le parti in ABS possono essere verniciate, placcate, lucidate o incise al laser per migliorare l'aspetto estetico.
• Questa fase consiste nell'assicurare che i bordi siano lisci e nel rimuovere il materiale in eccesso mediante rifilatura, levigatura e sbavatura.
• La cromatura o il rivestimento UV sulla superficie rendono la soluzione durevole e resistente ai fattori ambientali.
  

Proprietà del materiale ABS 

Caratteristiche generali della plastica ABS

L'acrilonitrile butadiene stirene (ABS) è una termoplastica atossica e inodore che normalmente si presenta come granuli o polvere color avorio, traslucidi o trasparenti. La densità, che varia da 1,05 a 1,18 g/cm³, gli consente di essere leggero ma resistente. Come l'ABS, il tasso di ritiro va da 0,4% a 0,9% e garantisce una buona stabilità dimensionale dei pezzi stampati. Il suo modulo di elasticità è di 2 GPa e il suo rapporto di Poisson è di 0,394, il che significa che non è né troppo debole né troppo rigido. Assorbe meno di 1% di umidità, la sua temperatura di fusione è compresa tra 217°C e 237°C e la decomposizione termica inizia sopra i 250°C.

Resistenza meccanica della plastica ABS 

L'ABS è noto per l'elevata resistenza agli urti e l'eccellente durata alle basse temperature. La resistenza all'usura è buona, quindi è adatto a parti che richiedono un movimento o un attrito costante. Questa plastica garantisce la stabilità dimensionale di un pezzo stampato, in modo che mantenga la sua forma. Inoltre, l'ABS ha una moderata resistenza all'olio ed è quindi un'alternativa accettabile per le applicazioni con cuscinetti a bassa velocità e medio carico.

Resistenza al calore e stabilità termica

L'ABS ha una temperatura di deformazione termica (HDT) compresa tra 93°C e 118°C, il che indica che mantiene la sua struttura solo a temperature moderate. Tuttavia, la sua resistenza al calore può migliorare di circa 10°C se viene ricotto, il che ne aumenterebbe l'applicabilità per applicazioni che richiedono maggiori prestazioni termiche.

Capacità di isolamento elettrico

La plastica ABS è un ottimo isolante elettrico ed è quindi il materiale preferito per gli alloggiamenti dei componenti elettronici e per i componenti elettrici. Le proprietà isolanti sono stabili in varie condizioni di temperatura, umidità e frequenza, per cui le prestazioni sono costanti in situazioni diverse.

Resistenza chimica e ambientale

L'ABS è resistente all'acqua, ai sali inorganici, agli alcali e a un'ampia varietà di acidi ed è adatto all'uso in applicazioni industriali e di consumo. Tuttavia, non si degrada a contatto con chetoni, aldeidi o idrocarburi clorurati, ma può sviluppare cricche da stress a contatto con acido acetico, olio vegetale, ecc.

Pur con tutti i suoi vantaggi, l'ABS come polimero ha una scarsa resistenza agli agenti atmosferici. Il materiale si indebolisce se esposto ai raggi ultravioletti (UV). Gli studi indicano che dopo sei mesi di esposizione all'esterno, la sua resistenza all'urto può diminuire di quasi 50%, a seconda dell'applicazione e del contenuto iniziale della resina, il che indica la necessità di utilizzare stabilizzatori UV o rivestimenti protettivi nelle applicazioni esterne. 

Costo della plastica ABS e dello stampaggio a iniezione 

I fattori che determinano il costo della plastica ABS sono il costo delle materie prime, il costo della lavorazione e il costo di qualsiasi post-lavorazione necessaria. Questi sono i costi che possono essere sostenuti nel processo di stampaggio a iniezione dell'ABS:

Costo della materia prima

Il prezzo della resina ABS dipende dal prezzo di mercato, dalla fornitura del produttore, dalla qualità e da eventuali caratteristiche aggiuntive richieste, come l'ABS ignifugo, la stabilità ai raggi UV o i gradi di resistenza più elevati. In generale, il costo della resina ABS standard è il seguente:

• $1,50 - $3,50 al kg per i granuli ABS standard.
• $3,00 - $5,00 al kg per l'ABS speciale, che comprende i tipi di ABS ignifugo, stabilizzato ai raggi UV o ad alto impatto.
• Di tutti questi tipi, l'ABS è più costoso del polipropilene (PP) ma più economico del policarbonato (PC) e del nylon (PA).

Costi dello stampaggio a iniezione

Di seguito sono riportati alcuni dei fattori che influenzano il costo dello stampaggio a iniezione di plastica ABS:

 Costo della muffa

• Stampi semplici: $3.000 - $10.000
• Stampi complessi a più cavità: $10.000 - $50.000+
• Stampi per prototipazione (produzione di bassi volumi): $500 - $5.000

 Costo di produzione per pezzo

• Pezzi piccoli e semplici: $0,50 - $2,00 al pezzo
• Pezzi più grandi o complessi: $2,00 - $10,00+ al pezzo
• Alto volume di produzione: I costi diminuiscono grazie a fattori quali l'acquisto in blocco dei fattori produttivi.

Costi di elaborazione

• Tariffe orarie delle macchine: $20 - $100 all'ora (a seconda delle dimensioni e del tipo di macchina).
• Costo del lavoro: Varia a seconda della regione, ma il costo è compreso tra 5 e 50 USD all'ora.
• Costi energetici: Poiché l'ABS deve essere riscaldato a 200-250°C, comporta un notevole consumo di energia elettrica.

Costi aggiuntivi 

• Verniciatura, placcatura e lucidatura: $0,50 - $5,00 per pezzo.
• Spreco di materiale e ritrattamento: A seconda del caso specifico, il costo può aumentare fino a 5- 10%.
• trasversale: A seconda delle dimensioni del pezzo e del luogo di produzione.

L'ABS è conveniente?

Pro: Il costo delle materie prime è moderato e il materiale è facile da lavorare, mentre la maggior parte degli scarti può essere riciclata, rendendolo quindi adatto per l'invenzione di volumi medio-alti.

Contro: Più costoso di PP e PE, ma più economico di PC e Nylon. I costi elevati degli stampi possono essere considerati uno svantaggio, soprattutto quando si tratta di produzioni su piccola scala.

In generale, lo stampaggio a iniezione dell'ABS è economico, durevole e facile da lavorare: ecco perché molte industrie preferiscono questo materiale per la lavorazione.

Altre materie plastiche utilizzate nello stampaggio a iniezione

Oltre alla plastica ABS, molti altri materiali termoplastici sono comunemente utilizzati nello stampaggio a iniezione. Tuttavia, ogni materiale ha proprietà diverse dall'altro che lo rendono adatto a diverse applicazioni. Ecco un confronto tra le più comuni plastiche per lo stampaggio a iniezione e l'ABS.

Polipropilene (PP) vs. ABS 

Vantaggi del PP

• Eccellente resistenza chimica e all'umidità.
• Un'opzione leggera e a basso costo.
• Buona resistenza agli urti, ma inferiore a quella dell'ABS.

Limitazioni del PP

• La resistenza al calore e la rigidità sono inferiori a quelle dell'ABS.
• Non è resistente come l'ABS nelle applicazioni ad alta sollecitazione.
• Usi comuni: Imballaggi, parti di automobili, contenitori medici e articoli per la casa.

Policarbonato (PC) vs. ABS 

Vantaggi del PC

• A volte viene utilizzato per una maggiore resistenza agli urti - vetri antiproiettile e altri tipi di dispositivi di protezione.
• Elevata resistenza al calore e durata.
• Questo materiale può essere trasparente e facilmente colorato o colorabile.

Limitazioni del PC

• Più costoso dell'ABS.
• Incline a graffiarsi, necessita di rivestimenti per essere rinforzato.
• Usi comuni: Componenti automobilistici, caschi di sicurezza, lenti per occhiali e involucri elettrici.

Polietilene (PE) vs. ABS 

Vantaggi del PE

• Altamente resistente agli agenti chimici, all'acqua e alla corrosione.
• Ha proprietà di basso attrito adatte alle parti in movimento.
• Estremamente flessibile e leggero.

 Limiti della PE

• Rigidità e resistenza meccanica inferiori rispetto all'ABS.
• Scarsa resistenza al calore: si fonde alle basse temperature.
• I sacchetti di plastica, le bottiglie, i tubi e i contenitori per alimenti utilizzano la plastica.

Polietilene tereftalato (PET) vs. ABS 

Vantaggi del PET

• Molto leggero, ha eccellenti proprietà di barriera contro l'umidità e i gas.
• Elevata stabilità dimensionale: mantiene bene la forma.
• Buona resistenza chimica e riciclabilità.

Limitazioni della PET

• Ha una resistenza agli urti inferiore a quella dell'ABS.
• Non è resistente al calore come altri tecnopolimeri.
• Applicazioni: Bottiglie d'acqua, confezioni alimentari, fibre per abbigliamento e contenitori per cosmetici.

Poliammide (PA/Nylon) vs. ABS 

Vantaggi del nylon

• Elevata resistenza meccanica ed eccellente tenacità.
• Buona resistenza al calore, tale da renderlo adatto ad ambienti ad alta temperatura.
• Resistente all'usura e all'attrito, utilizzato per le parti in movimento.

 Limitazioni del nylon

• Assorbe l'umidità che influisce sulla stabilità dimensionale.
• Più costoso dell'ABS.
• Parti automobilistiche, ingranaggi, cuscinetti, componenti industriali, connettori elettrici.

Selezione del giusto tipo di materiale per lo stampaggio ad iniezione

Fattori come la forza meccanica, la resistenza chimica, la tolleranza alle temperature e ai costi influiscono sulla scelta della plastica da utilizzare per lo stampaggio a iniezione. L'ABS rappresenta un equilibrio tra forza, durata e convenienza, ma altre materie plastiche come PP, PC, PE, PET, Nylon, per citarne alcune, hanno un vantaggio per alcune applicazioni. Questa conoscenza consente ai produttori di prendere le decisioni migliori per i loro prodotti in termini di prestazioni. 

Conclusione

Lo stampaggio a iniezione dell'ABS è un metodo estremamente versatile, efficiente e a basso costo per produrre componenti in plastica di alta qualità. È un materiale ideale per l'industria automobilistica, elettronica, dei beni di consumo e delle apparecchiature mediche, grazie alla sua buona resistenza agli urti, alla finitura superficiale liscia e alla buona capacità di processo. Per ottenere i migliori risultati nello stampaggio dell'ABS, i produttori devono prestare particolare attenzione al controllo della temperatura, allo spessore uniforme delle pareti, alla pressione di iniezione ottimale e a stampi sufficientemente progettati. Anche l'assorbimento di umidità nelle resine ABS richiede un pre-trattamento, in quanto può generare bolle e altri difetti e proprietà meccaniche scadenti. Le tecniche di post-trattamento, come la verniciatura e la finitura superficiale, possono portare a una maggiore durata e a un aspetto più rifinito dei pezzi stampati in ABS.

L'ABS è ancora leader nel settore della plastica stampaggio a iniezionema PP, PC, PE, PET e Nylon sono altre scelte superiori in base alle esigenze applicative. Il policarbonato ha un impatto superiore a quello del nylon e il polipropilene è più resistente dal punto di vista chimico. Le proprietà meccaniche, il costo, le questioni ambientali e l'uso previsto determinano la scelta del materiale giusto. In generale, lo stampaggio della plastica ABS rimane una forza importante nella produzione moderna, poiché la sua perfetta combinazione di prestazioni, prezzo e produzione lo rende ideale. L'ABS è un materiale termoplastico affidabile e comunemente utilizzato nello stampaggio a iniezione, indipendentemente dalla sua applicazione nei mercati automobilistico, domestico o industriale.

Domande frequenti sullo stampaggio a iniezione dell'ABS

1. La plastica ABS può essere utilizzata per uso esterno?

Questa particolare forma di motore DC sincrono senza spazzole a minima tensione ha una scarsa resistenza ai raggi UV ed è soggetta a diventare fragile e scolorita dall'esposizione alla luce solare. Ciononostante, gli stabilizzatori UV o i rivestimenti possono migliorarne la durata per l'uso esterno.

2. Quali sono i vantaggi dello stampaggio a iniezione dell'ABS? 

L'ABS è resistente al calore, estremamente robusto ma leggero, ha un'elevata resistenza agli urti, offre una buona lavorabilità ed è facile da rifinire come superficie liscia. Inoltre, è ancora leggero ma robusto.

3. La plastica ABS resiste agli agenti chimici?

Acqua, acidi, alcali e talvolta solventi organici come l'acetone influiscono sull'ABS. Può migliorare la capacità dell'ABS di resistere agli agenti chimici.