ABSプラスチックとは何ですか?グレード、特性および実際の制限

ABS は、プロジェクトが初期の図面から実際の生産に移るまでは単純に見える材料の 1 つです。これはよく知られており、広く入手可能であり、広範な用語で説明するのが簡単です。つまり、適度に硬く、丈夫で、着色が容易で、多くの成形部品や押し出し部品に適しています。この親しみやすさは、仕様が「ABS」という 1 つの単語で終わることがある理由でもあります。

 

初期のコンセプトであれば、それで十分かもしれません。実稼働環境では、そうでないこともよくあります。

ABS はアクリロニトリル ブタジエン スチレンの略ですが、この名前は 1 つの固定された配合ではなく、材料ファミリーを表しています。メーカーは、さまざまな特性を強調するためにポリマーの構造と配合を調整します。そのため、ABS は、汎用、高流動、高衝撃、耐熱、メッキ、難燃、押出グレードなどで販売されています。-

 

違いは単にマーケティング上のラベルだけではありません。それらは、材料の処理方法や完成した部品の性能を変えるほど大きくなる場合があります。

 

2 つの TAIRILAC グレードが有用な例です。 AE8000-H は押出グレードとして識別され、AG15A1-H は汎用グレードです。 2020 年 5 月 22 日付のメーカー データシートでは、両方とも 43 MPa の引張強度を報告しています。引張強さのみが比較される場合、それらを区別する理由はほとんどありません。

 

残りのデータは別のストーリーを伝えます。

 

財産	AE8000-H 押出グレード	AG15A1-H 汎用グレード
メルトフローインデックス、220度×10kg	5.4g/10分	22g/10分
ノッチ付きアイゾットインパクト、23度、4 mm	41kJ/㎡	25kJ/㎡
引張強さ、23度	43MPa	43MPa
曲げ弾性率、23度	2050MPa	2550MPa
ビカット軟化点、50 N	94度	93度
HDT、1.8MPa、未焼鈍	88度	86度

 

同じメルト フロー テスト条件では、汎用グレードは報告されている MFI の約 4 倍です。{{0}{1}}押出グレードでは、ノッチ付きアイゾット衝撃が高く、曲げ弾性率が低いことも報告されています。どちらのグレードが一般的に優れているというわけではありません。それらは単に異なる優先順位に基づいて定式化されているだけです。

 

これが ABS について理解する価値のある最初のことです。よく知られた材料名であってもグレードを識別する必要がなくなるわけではありません。

ABS プロパティを検索すると、混乱を招く値の組み合わせが生成されることがよくあります。あるソースは約 40 MPa の引張強度を示し、別のソースはより広い範囲を示し、特定の樹脂のプロデューサー シートはまた異なる場合があります。

明らかな矛盾のほとんどは、情報源が異なる質問に答えているという事実から来ています。

一般的な参考文献では、ABS を材料ファミリーとして説明しています。材料データベースは、複数の市販グレードのデータを組み合わせて、範囲を示す場合があります。たとえば、SpecialChem は現在、引張破断強度を約 29.8 ～ 43 MPa、曲げ弾性率を約 1.6 ～ 2.4 GPa とリストしています。これらの数値は、ABS が占めるおおよその領域を理解するのに役立ちますが、製造樹脂を特定するには十分ではありません。

名前付きプロデューサー データシートは、実際のグレードを特定し、通常はテスト方法や条件を記載しているため、プロジェクトが本格化すると非常に役立ちます。その場合でも、数値は条件が一致する場合にのみ比較する必要があります。

メルトフローが良い例です。 200度、5kgの荷重で測定した値を220度、10kgの荷重で測定した値と同等として扱うことはできません。同じ注意が衝撃強度にも当てはまります。衝撃強度では、アイゾット法とシャルピー法、ノッチの状態、試験片の形状がすべて結果に影響します。 HDT は、加えられた応力と試験片の準備によって変化します。アニール後の値とアニール前の値も個別に報告することもできます。

これはデザインと同様に購入においても重要です。特性番号は、樹脂のデータシートから顧客の図面、見積書、または内部材料リストに移されるにつれて、元のテスト条件を失いやすくなります。そのコンテキストが失われると、正確に見える数値が驚くほど曖昧になる可能性があります。-

データシートの日付もそのコンテキストの一部です。 2020 AE8000-H シートでは、220 度 × 10 kg で 5.4 g/10 分と報告されています。 FCFC の現在のオンライン情報は、その過去のシートと完全には一致していません。詳細な特性表は現在 6.0 g/10 分を示していますが、同じライブ ページの別の領域では依然として 5.4 と表示されています。

教材教育にとって、これは公開データがどのように進化するかを示す興味深い例です。製品仕様の場合、応答はより単純である必要があります。製造者とグレードを特定し、ウェブページからコピーした番号ではなく、現在のバージョン管理されたデータシートに基づいて作業します。-

ABS の特性は適度にバランスが取れているため、多くの屋内製品でうまく機能します。問題は、特に長期間の紫外線暴露、強力な化学薬品、または高温など、快適な範囲を超えて素材に何かをさせるプロジェクトの場合に発生する傾向があります。-

野外露出

保護されていない ABS は、通常、屋外で長期間の耐候性にさらされる場合に最初に選択される素材ではありません。

構造の脆弱な部分は主にポリブタジエン相です。 UV にさらされると、光酸化により表面が黄ばみ、脆化する可能性があります。-重要な点は、目に見える色の変化が必ずしも問題のすべてではないということです。

市販の ABS パイプ樹脂に関する CSIRO の研究では、加速キセノン アーク風化を使用してこの挙動を調査しました。{0}研究者らは、曝露プログラムの初期段階で黄-茶色の変色を観察し、耐衝撃性が 214 kJ/m² から約 60 kJ/m² に大幅に低下したことを報告しました。彼らのテストモデルで模擬自然風化に 12 か月相当する暴露を行った後、変色の深さは約 0.1 mm でした。

この研究は、比較的浅い劣化表面が、その深さが示唆するよりも衝撃性能にはるかに大きな影響を与える可能性があることを示しているため、有用です。 ABS の屋外耐用年数を固定化すべきではありません。この作業には、1 つの樹脂、1 つのテスト プログラム、および 1 つの環境仮定が含まれていました。この論文には、あるセクションに一貫性のない時間から月への変換も記載されているため、議論の余地のある時間変換は設計数値としては役に立ちません。

実際の製品の場合、質問はより実践的になります。プロファイルは常に屋外に置かれますか、それとも時折日光が当たるだけですか?色の保持は重要ですか?その部品は表面的なものですか、構造的なものですか、あるいはその両方ですか? UV-安定化 ABS グレードは利用可能ですか? それとも ASA が出発点としてより適切でしょうか?

ASA は通常、耐候性用途に特化して提供されているため、長期的な屋​​外の外観と UV 性能が要件の大半を占める場合、自然な比較となります。{0}{1}ただし、すべての ASA グレードがすべての ABS グレードよりも自動的に優先されるという意味ではありません。実際の比較は学年レベルで行われます。

化学薬品

耐薬品性も、一般的な ABS チャートでは現時点でしか対応できない分野です。

ABS は多くの通常の環境において有用な耐性を備えていますが、芳香族炭化水素、ハロゲン化炭化水素、ケトン、エステルは一般に問題があると認識されている溶媒グループの 1 つです。完成した部品の実際の挙動は、濃度、温度、接触時間、機械的応力にも依存します。

これは、洗浄液、接着剤、潤滑剤、またはプロセス化学薬品を含む用途に関係します。時々拭いても生き残る素材は、ストレスがかかった状態で繰り返し暴露、浸漬、または接触すると同じように動作しない可能性があります。

そのため、「耐薬品性」自体は特に有用な要件ではありません。実際の化学物質と使用条件に名前を付けることで、サプライヤーは樹脂データと照合してチェックしたり、必要に応じてテストしたりできる情報が得られます。

熱

熱データは数値が温度限界のように見えるため、誤解されやすいです。

上記の 2 つの TAIRILAC の例では、1.8 MPa でのアニーリングされていない HDT は 88 度および 86 度として報告されています。それらのビカット軟化温度は同様の範囲内にあります。これを「ABS は約 90 度で動作できる」といった単純なステートメントに落とし込みたくなるかもしれませんが、それはテストで確立されたものではありません。

HDT は、定義されたテストでの指定された荷重下の変形を記述します。 Vicat は別の種類の熱応答を測定します。どちらも、完成したプロファイルの直接的な連続使用温度評価ではありません。{2}

荷重がかかる長いコンポーネントは、クリープ、熱サイクル、組み立て応力、およびアプリケーションが許容できる寸法移動量によっても影響を受ける可能性があります。たとえ両方が ABS で作られていたとしても、一時的に高温に達するハウジングと、何年もまっすぐなままにしなければならない長いプロファイルは、別の問題です。

熱が重要な場合は、一般的な温度制限よりも動作範囲と負荷条件の方が役立ちます。

部品を押し出すと材料の選択が再び変わります

オンラインの ABS 情報の多くは射出成形に関して書かれていますが、この材料がハウジング、カバー、成形構造部品にどれほど広く使用されているかを考えると、これは当然のことです。異形押出では、樹脂に対してさまざまな要求が課せられます。

 

金型内では、材料は閉じたキャビティに充填され、冷却される間サポートされます。押し出されたプロファイルはダイから連続的に出てくるため、サイジングと冷却によって最終寸法が確立されるまで制御可能でなければなりません。断面に中空のチャンバー、薄い面、重いリブ、または非対称な壁の分布が含まれると、材料の挙動と形状は、基本的な特性テーブルからは明らかではない方法で相互作用し始めます。

 

これが、射出成形 ABS 基準部品では長尺押出成形品のグレードを認定するのに十分ではない理由の 1 つです。{0}

 

比較的小さな成形エンクロージャと 1.5- メートルの中空プロファイルを考えてみましょう。どちらも ABS とラベル付けされており、室温での強度要件は同様です。ただし、押出成形品は、ダイから出た後もその形状を継続的に維持する必要があります。不均一な壁は異なる速度で冷却される可能性があり、より重いリブは隣接する化粧表面を引っ張る可能性があり、非対称セクションは寸法制御をより困難にする可能性があります。

 

その時点で、関連する問題は、単に ABS が適切な引張強度または衝撃強度を持っているかどうかだけではなくなります。グレードはセクションと連動する必要があります。

 

これは、「標準 ABS 肉厚」または「通常の ABS 押し出し公差」に関する一般的な記述の価値が限られている理由でもあります。意味のある公差は、プロファイルの形状、樹脂、工具、冷却装置、測定方法、および許容基準によって異なります。同じ公称公差が、あるセクションでは日常的であり、別のセクションでは非現実的である可能性があります。

 

メルトフロー データは、加工状況の一部を説明するのに役立ちますが、普遍的な押出グレードのしきい値として扱うべきではありません。-前述の TAIRILAC の比較では、ある製造業者が同じ試験条件下で、自社の押出グレードをその汎用グレードよりもはるかに低い流量に意図的に配置していることがわかります。-これは、どのように異なるグレードを配合できるかを示す有用な証拠であり、すべての ABS 樹脂に適用できる規則ではありません。

 

したがって、実際のプロファイルの場合、図面は重要な議論の一部となります。樹脂は、その形状から完全に切り離して評価することはできません。

マテリアルの比較は、2 番目のマテリアルを検討する理由から始めるとより便利です。

屋外耐候性が議論の中心となっている場合、耐候性と色の安定性が ASA グレードの位置付けの中心となるため、ASA が最終候補リストに含まれます。

透明性、非常に高い衝撃性能、またはより高い熱要件が重要になる場合は、ポリカーボネートを検討する価値があるかもしれません。

プロジェクトがすでに PVC の剛性、化学的挙動、火炎性能、コスト、および押出特性のバランスに合わせて調整されている場合、硬質 PVC がより有力な候補となる可能性があります。

これらの比較はいずれも、「ABS」に 1 つの値、「PVC」に 1 つ、「PC」に 1 つの値を与える一般的なテーブルでは適切に解決できません。 3 つはすべて、特殊なグレードを備えた広範な商用材料ファミリーです。

炎の挙動は、これがなぜ重要なのかを示しています。前述の 2 つの TAIRILAC グレードは、規定の厚さで UL 94 HB として報告されています。この結果は、その厚さの 2 つのグレードに属します。 ABS 全体の火災分類を確立するものではありません。特定の PVC または PC グレードを比較する場合にも、同じ原則が当てはまります。

有益な順序は、最初に要件を定義し、次に材料ファミリーを絞り込み、候補リストが本格化したら実際の商用グレードを比較することです。

まだ広範な素材の選択段階にあるプロジェクトについては、{0}}押出材選択ガイドその決定について詳しく説明します。

図面には樹脂のデータシート全体を再現する必要はありませんが、材料要件を再現できるようにするのに十分な情報が含まれている必要があります。

ISO 19062-1:2015 は、ABS 成形および押出材料に関する現在発行されている ISO 指定規格です。その公開説明では、ビカット軟化温度、溶融質量流量、ノッチ付きシャルピー衝撃強度、および引張弾性率の 4 つの指定特性が使用されています。また、組成、使用目的または加工方法、添加剤、着色剤、充填剤、補強材などの要因も考慮されます。

古い ISO 2580-1:2002 は廃止され、ISO 19062-1 に置き換えられました。

ASTM D4673-23 は、米国における ABS 成形および押出材料の別の分類および線呼び出しシステムを提供します。その範囲内の 1 つの文が特に役立ちます。このシステムは、材料選択自体を実行するためではなく、部品の製造に使用される材料を呼び出すことを目的としています。

この違いは、実際に何が起こっているかを反映しています。規格は、双方が材料を一貫して識別するのに役立ちますが、その材料が部品に適合するかどうかを判断することはできません。

一部のプロジェクトでは、最も信頼できる仕様は単純に生産者と正確なグレードです。他の製品では、メルトフロー、衝撃性能、色、添加剤、熱挙動、または環境への曝露をさらに制御する必要があります。図面上のどのフィールドが属するかは、実際に製品が故障したり許容できなくなったりする原因によって異なります。

適度な温度の屋内で使用されるプロファイルには、比較的小さな追加情報が必要な場合があります。太陽光、洗浄剤、寸法の制約にさらされる目に見える屋外プロファイルには、さらに多くのことが必要です。

ABS プロファイルが生産用にレビューされる前に、最も有用な情報は通常、断面図、対象環境、動作温度、UV 曝露、関連する化学物質、外観要件、予想される生産量などの単純な情報です。これらの入力により、別の一般的な ABS プロパティ テーブルよりもはるかに多くのことが明らかになります。

樹脂とセクションが適切に定義されたら、乾燥、溶融状態、ツール、サイジング、プロセス制御については個別に検討する必要があります。それらの主題については、ABS押出プロセスガイド.

中空または幾何学的に要求の厳しいセクションの場合、中空異形押出ガイド壁の分布と断面形状が寸法制御に大きな影響を与える理由を説明します。

現在の図面にのみ記載されている場合ABS、それは必ずしも材料コールアウトが間違っていることを意味するわけではありません。つまり、その裏にはまだ決定が隠されている可能性があるということです。

通常、断面図を使用条件と一緒に送信することが、どの決定が実際に重要であるかを確認する最も簡単な方法です。

図面またはプロジェクトの要件をお送りください