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El origen del acrilonitrilo butadieno estireno (ABS)
El acrilonitrilo-butadieno-estireno, conocido comúnmente como ABS, es un copolímero y un componente central en diversos sectores industriales y comerciales.
El ABS se produce a gran escala mediante copolimerización por injerto, en la que el estireno y el acrilonitrilo se polimerizan en presencia de polibutadieno.
Este proceso conduce a la formación del terpolímero ABS.
Alternativamente, el ABS también puede producirse mezclando mecánicamente copolímero de estireno-acrilonitrilo (SAN) con polibutadieno, dando lugar a lo que se conoce como polímeros de mezcla ABS.
El ABS transparente, por ejemplo, se produce añadiendo polimetilmetacrilato (PMMA).
Aproximadamente el 50% del ABS producido en Europa Occidental es consumido por las industrias automovilística y eléctrica, ya que el ABS es muy adecuado para el recubrimiento con metales y polímeros y se utiliza en diversas aplicaciones, como juguetes, piezas de automóvil y electrodomésticos.
Este termoplástico exhibe una notable versatilidad con una cristalinidad moderada, que define sus características esenciales, como una gran resistencia al impacto, tenacidad y resistencia al calor.
Esta composición única del ABS le permite pasar de ser robusto a poseer cierto grado de flexibilidad.
PROPERTIES | ABS | POLYSTYRENE (PS) | POLYETHYLENE (PE) |
|---|---|---|---|
| Impact strength | High | Low | Low |
| Heat resistance | Good | Bad | Bad |
| Chemical resistance | Moderate | Bad | Good |
| Surface hardness | High | Low | Low |
El ABS ofrece varias ventajas sobre otros polímeros. Comparado con el poliestireno y el polietileno, presenta una gran resistencia al impacto, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren durabilidad a largo plazo.
Además, el ABS demuestra una buena resistencia al calor, que es una propiedad valiosa para diversas aplicaciones de ingeniería. Además, en comparación con el poliestireno y el polietileno, el ABS tiene una mayor dureza superficial, lo que mejora la resistencia a los arañazos y la durabilidad general.
La cristalinidad del ABS
El ABS se caracteriza por una mezcla equilibrada de estructuras amorfas y cristalinas, lo que da lugar a una disposición molecular ordenada pero flexible.
La cristalinidad de un material indica hasta qué punto sus moléculas están dispuestas en una estructura ordenada y regular.
En los polímeros puros, este orden puede ser a menudo muy pronunciado, dando lugar a un alto grado de cristalinidad.
En cambio, el ABS presenta una cristalinidad moderada, lo que le permite poseer una combinación de resistencia, tenacidad y estabilidad dimensional.
Este nivel intermedio de cristalinidad se atribuye principalmente a la interacción de varios monómeros en el copolímero, cada uno de los cuales aporta propiedades diferentes a la mezcla global.
El Calorímetro diferencial de barrido (DSC) permite un análisis preciso de la cristalinidad de materiales como el ABS mediante el seguimiento de la energía térmica absorbida o liberada por el material durante cambios controlados de temperatura.
Este método permite identificar puntos de transición característicos, como la temperatura de fusión y el punto de reblandecimiento, y permite explorar las transiciones de fase dentro del material.
Empecemos por la resistencia: El ABS posee una impresionante resistencia a la tracción y al impacto.
Esto significa que, aunque los niños los dejen caer, los pisen o los sometan a diversas tensiones mecánicas, los bloques de construcción no se rompen ni astillan fácilmente.
Esta resistencia a la tensión mecánica garantiza que los ladrillos LEGO no sólo sean seguros de usar, sino también excepcionalmente duraderos.
El brillo duradero del color de los componentes de ABS, como los ladrillos LEGO, puede atribuirse a la estabilidad de sus cadenas poliméricas en la región cristalina.
Esta estructura impide la difusión del oxígeno y la luz ultravioleta que podrían degradar los pigmentos de color.
La configuración molecular del ABS contrarresta el proceso de fotooxidación, permitiendo que los ladrillos mantengan su color vibrante durante largos periodos.
Esta propiedad es crucial para los juguetes en los que la solidez del color desempeña un papel importante en la percepción visual y el atractivo.
Los estudios científicos indican que la estabilidad del color de los polímeros puede mejorarse aún más incorporando antioxidantes y estabilizadores UV a la matriz polimérica, lo que ralentiza el proceso de envejecimiento.
Además, la estabilidad dimensional del ABS desempeña un papel crucial en los ladrillos LEGO.
Unas dimensiones y un ajuste precisos son esenciales para montar y desmontar los ladrillos.
El ABS garantiza que los ladrillos mantengan su forma incluso después de innumerables ciclos de montaje y desmontaje, y que encajen siempre con precisión.
Un ladrillo LEGO debe proporcionar una potencia de embrague constante para garantizar que las creaciones que construyen los niños permanezcan estables e intactas.
El punto de fusión del acrilonitrilo-butadieno-estireno
El punto de fusión del ABS, que suele oscilar entre 190°C y 220°C, permite moldearlo en estructuras complejas resistentes al calor, ventajosas en la industria del automóvil. La temperatura de fusión suele medirse con un calorímetro diferencial dinámico.
Las propiedades termoplásticas del ABS permiten un moldeado preciso mediante procesos de moldeo por inyección, lo que da lugar a componentes de gran precisión y detalle. La estructura molecular del ABS favorece la conservación de las propiedades mecánicas incluso tras repetidos calentamientos y enfriamientos, lo que es esencial para los ciclos de producción en la fabricación de automóviles.
Además, la incorporación de aditivos como estabilizadores UV y modificadores de impacto ofrece la oportunidad de modificar selectivamente el rendimiento del material ABS en función de requisitos específicos. Esto garantiza que los componentes de ABS, como salpicaderos y parachoques, mantengan su funcionalidad y calidad estética incluso bajo una exposición prolongada a diversas condiciones climáticas y de funcionamiento.
La estabilidad térmica del ABS
La versatilidad y estabilidad térmica del ABS se atribuyen a su composición molecular, que proporciona un equilibrio eficaz entre fuerza, tenacidad y resistencia al calor.
La determinación de la estabilidad térmica del ABS puede realizarse eficazmente utilizando aparatos como el STA PT 1000 o un Chip-DSC (DSC).
Estos dispositivos permiten un análisis detallado de las características térmicas de los materiales, incluida la evaluación de su comportamiento durante la descomposición térmica.
Su adaptabilidad permite fabricar una gran variedad de formas, desde estructuras rígidas hasta ligeramente elásticas.
Estas propiedades lo hacen ideal para carcasas de aparatos eléctricos que deben ser resistentes tanto a los impactos físicos como a las altas temperaturas.
La estabilidad térmica del ABS, complementada con aditivos específicos, garantiza que mantenga su integridad estructural y su funcionalidad incluso durante un funcionamiento prolongado y en condiciones ambientales variables.
La temperatura de transición vítrea del acrilonitrilo-butadieno-estireno
El temperatura de transición vítrea (Tg) del ABS es de aproximadamente 105°C y es un parámetro crítico que determina su comportamiento bajo tensión térmica.
La Tg puede determinarse mediante varios métodos, entre ellos Análisis Termomecánico (TMA) y la Calorimetría Diferencial Dinámica (DSC).
Instrumentos como el DIL L75 o un TMA son capaces de evaluar y medir las propiedades mecánicas de un material, incluidas la resistencia y la deformabilidad.
Por debajo de la Tg, el ABS mantiene su estructura rígida, similar al vidrio, mientras que por encima de esta temperatura, pasa a un estado gomoso, más flexible.
Esta propiedad es especialmente relevante para aplicaciones en armarios eléctricos, donde se requiere que los materiales soporten fluctuaciones térmicas sin deformación significativa ni pérdida de resistencia.
La proximidad de la Tg a la temperatura de funcionamiento en muchas aplicaciones significa que el ABS conserva sus propiedades mecánicas en condiciones normales de funcionamiento, lo que lo convierte en un material óptimo para componentes electrónicos que requieren una combinación de estabilidad mecánica y resistencia térmica.
Diferentes tipos de ABS
En cuanto a los distintos tipos de ABS, las diferencias de cristalinidad y los aditivos añadidos garantizan una gama con propiedades físicas diferentes.
Por ejemplo:
- Juguetes:
A menudo se fabrican con un tipo de ABS conocido por su solidez cromática y resistencia mecánica.
- Tuberías y accesorios:
- A menudo se utiliza ABS, conocido por su resistencia química y durabilidad.
- Accesorios informáticos:
A menudo se utiliza un ABS más flexible por su durabilidad y estabilidad dimensional.
Aplicación: Caracterización de Polímeros Utilizando una Muestra de Acrilonitrilo-Butadieno-Estireno
En el análisis térmico, suele caracterizarse por su transición vítrea a ~100°C.
La temperatura de transición vítrea está influida por la cantidad de monómeros utilizados.
Por tanto, detectar la Tg es una buena forma de evaluar la calidad de las materias primas.
En este ejemplo, se midieron dos muestras diferentes de ABS utilizando el Chip-DSC 1 con una velocidad de calentamiento de 25 K/min.
Ambas curvas muestran el primer ciclo de calentamiento, y en ambos casos es evidente la transición vítrea típica del ABS a aproximadamente 100°C.
