Temeljni razlog, zakaj je plošča ABS (akrilonitril butadien stiren) veliko močnejša od plošče PS (polistiren), je v njihovih različnih molekularnih strukturah in mehanizmih utrjevanja.
Molekularna struktura: Bistvena razlika med togostjo in žilavostjo
Polistiren-za splošno uporabo (GPPS) je homopolimer, ki nastane s polimerizacijo monomerov stirena. Njegove molekularne verige nosijo zajetne stranske skupine benzenovega obroča, ki dajejo PS visoko togost in preglednost, prinašajo pa tudi temeljno napako – molekularne verige se premikajo s težavo, kar ima za posledico trdo in krhko lastnost, zaradi česar je nagnjen k pokanju zaradi napetosti ob udarcu.
V nasprotju s tem je ABS terpolimer, kopolimeriziran iz treh monomerov: akrilonitrila (A), butadiena (B) in stirena (S). Ta edinstvena kombinacija dosega komplementarne lastnosti: akrilonitril zagotavlja kemično stabilnost, togost in toplotno odpornost; butadien uvaja gumi-podobno žilavost in odpornost na udarce; stiren pa zagotavlja dobro predelovalnost in površinski sijaj. ABS združuje različne lastnosti PS, SAN in PB, s čimer doseže odlično ravnovesje žilavosti, trdote in togosti.
Kaljenje gume: glavni mehanizem za visoko trdnostjo in žilavostjo ABS-a
Ključ do izjemne trdnosti ABS je v njegovi posebni strukturi "morskega-otoka". V ABS butadien obstaja kot polibutadienski (PB) gumijasti delci, enakomerno razpršeni v togi neprekinjeni matriki, sestavljeni iz kopolimera stiren-akrilonitrila (SAN).
Ko je ABS plošča izpostavljena zunanjemu udarcu, se v notranjosti zgodijo naslednji procesi:
Odvajanje napetosti: razpršeni gumijasti delci učinkovito absorbirajo in razpršijo udarno energijo. Ko na material deluje natezna obremenitev, se okrog gumijastih delcev hkrati pojavita dve vrsti deformacij – ena sproži deformacijo mikro-praznine (craze), druga pa povzroči deformacijo zaradi strižnega popuščanja. Ta dva mehanizma delujeta skupaj in močno izboljšata žilavost materiala.
Absorpcija energije: Podatki kažejo, da lahko dodajanje samo 5%-20% gumijaste faze krhki smoli poveča udarno moč za nekajkrat ali celo desetkrat. Natančneje, udarna trdnost PS je le 13,1-21,0 J/m, medtem ko lahko ABS doseže 180-419 J/m.
Ojačevalni mehanizem: zaradi nitrilnih skupin v ABS (pridobljenem iz akrilonitrila) je močnejši od čistega polistirena, hkrati pa prispeva k kemični odpornosti, odpornosti proti utrujenosti, trdoti in togosti ter poveča temperaturo toplotne deformacije.
Zaključek
ABS je v osnovi močnejši od PS zaradi svoje edinstvene terpolimerne strukture in mehanizma utrjevanja gume. PS, omejen s svojimi togimi molekularnimi verigami benzenskega obroča, lahko zagotovi le osnovno trdoto in trdnost, nima pa sposobnosti absorbiranja energije udarca. Nasprotno pa ABS doseže popolno kombinacijo togosti in žilavosti z enakomerno razpršitvijo faze butadienskega kavčuka v togi matriki, kar mu daje odpornost na udarce in raztezek ob pretrganju, ki je veliko boljši od PS, hkrati pa ohranja zadostno togost.
To je temeljni razlog, zakaj se ABS plošče pogosto uporabljajo na področjih z visokimi zahtevami glede trdnosti, kot so avtomobilski deli, prtljaga in obloge hladilnikov.
