أكريلونيتريل بوتادين ستايرين

أكريلونيتريل بوتادين ستايرين ( ABS ) ( صيغته الكيميائية (C₈H₈)ₓ·(C₄H₆)ᵧ·(C₃H₃N ) _₂ ) _هو بوليمر لدن_حراري ، _شائع الاستخدام منذ_{خمسينيات} القرن _{العشرين .} في درجة حرارة الغرفة، يكون مادة _صلبة غير متبلورة _، وليس له نقطة انصهار محددة، وذلك بسبب اختلاف أطوال سلاسل المونومر ودرجات التشابك المختلفة. تبلغ درجة حرارة التحول الزجاجي له حوالي 105 درجة مئوية (221 درجة فهرنهايت) . ^{[ 4 ]}  

مادة ABS هي بوليمر ثلاثي يُصنع عن طريق بلمرة الستايرين والأكريلونيتريل بوجود البولي بوتادين . تتراوح نسب المكونات من 15% إلى 35% أكريلونيتريل، ومن 5% إلى 30% بوتادين ، ومن 40% إلى 60% ستايرين. ينتج عن ذلك سلسلة طويلة من البولي بوتادين تتشابك مع سلاسل أقصر من بولي (ستايرين-كو-أكريلونيتريل). تتجاذب مجموعات النيتريل من السلاسل المتجاورة، نظرًا لقطبيتها، وتربط السلاسل معًا، مما يجعل ABS أقوى من البوليسترين النقي . يساهم الأكريلونيتريل أيضًا في مقاومة المواد الكيميائية، ومقاومة الإجهاد، والصلابة، والمتانة، مع زيادة درجة حرارة الانحراف الحراري . يمنح الستايرين البلاستيك سطحًا لامعًا غير منفذ، بالإضافة إلى الصلابة والمتانة وسهولة المعالجة. يُضفي البولي بوتادين، وهو مادة مطاطية ، صلابةً وليونةً في درجات الحرارة المنخفضة، على حساب مقاومة الحرارة والصلابة. ^{[ 2 ]} في معظم التطبيقات، يُمكن استخدام مادة ABS بين -20 و80 درجة مئوية (-4 و176 درجة فهرنهايت) ، حيث تتغير خصائصها الميكانيكية بتغير درجة الحرارة. ^{[ 5 ]} وتُكتسب هذه الخصائص من خلال تقوية المطاط ، حيث تتوزع جزيئات دقيقة من الإيلاستومر في جميع أنحاء المصفوفة الصلبة.  

يُوفر ABS خصائص ميكانيكية ممتازة، مثل مقاومة الصدمات والمتانة والصلابة، مقارنةً بالبوليمرات الشائعة الأخرى. ^{[ 2 ]} يُمكن إجراء تعديلات متنوعة لتحسين مقاومة الصدمات والمتانة ومقاومة الحرارة. يُمكن تعزيز مقاومة الصدمات بزيادة نسبة البولي بوتادين إلى الستايرين والأكريلونيتريل، على الرغم من أن ذلك يُؤدي إلى تغييرات في خصائص أخرى. لا تنخفض مقاومة الصدمات بسرعة عند درجات الحرارة المنخفضة. يتميز ABS بثبات ممتاز تحت الأحمال المحدودة. وبالتالي، يُمكن تحضيره بدرجات مختلفة عن طريق تغيير نسب مكوناته. يُمكن تصنيفه إلى فئتين رئيسيتين: ABS للبثق وABS للقولبة بالحقن، بالإضافة إلى ABS عالي ومتوسط ​​مقاومة الصدمات. بشكل عام، يتمتع ABS بخصائص مفيدة ضمن نطاق درجة حرارة من -20 إلى 80 درجة مئوية (-4 إلى 176 درجة فهرنهايت) . ^{[ 5 ]}  

بعض مكعبات الليغو مصنوعة من مادة ABS.

ألواح هيكل سيارة سيتروين ميهاري مصنوعة من مادة ABS.

أوليفيتي فالنتين ، صممه إيتوري سوتساس

تتأثر الخصائص النهائية إلى حد ما بظروف معالجة المادة حتى الوصول إلى المنتج النهائي. فعلى سبيل المثال، يُحسّن التشكيل في درجات حرارة عالية لمعان المنتج ومقاومته للحرارة، بينما تُحقق أعلى مقاومة للصدمات وقوة عند التشكيل في درجات حرارة منخفضة. ويمكن مزج الألياف (عادةً ألياف زجاجية) والمواد المضافة مع حبيبات الراتنج لزيادة قوة المنتج النهائي ورفع درجة حرارة التشغيل القصوى إلى 80 درجة مئوية (176 درجة فهرنهايت) . كما يمكن إضافة أصباغ، حيث أن اللون الأصلي للمادة الخام يتراوح بين العاجي الشفاف والأبيض. وتتأثر خصائص تقادم البوليمرات بشكل كبير بمحتوى البولي بوتادين، ومن الشائع إضافة مضادات الأكسدة إلى التركيبة. ومن العوامل الأخرى التعرض للأشعة فوق البنفسجية ، والتي تتوفر لها أيضًا مواد مضافة للحماية منها.  

تتميز بوليمرات ABS بمقاومتها للأحماض المائية والقلويات وحمض الهيدروكلوريك وحمض الفوسفوريك المركزين والزيوت الحيوانية والنباتية والمعدنية، إلا أنها تنتفخ بفعل حمض الخليك الجليدي ورابع كلوريد الكربون والهيدروكربونات العطرية ، وتتأثر بحمض الكبريتيك وحمض النيتريك المركزين . وهي قابلة للذوبان في الإسترات والكيتونات ( مثل الأسيتون ) والكلوروفورم وثنائي كلوريد الإيثيلين . [ 6 ^{] كما أنها} تُظهر مقاومة ضعيفة للمذيبات المكلورة والكحولات والألدهيدات. ^{[ 2 ]}

على الرغم من أن بلاستيك ABS يُستخدم بشكل أساسي للأغراض الميكانيكية، إلا أنه يتمتع أيضاً بخصائص كهربائية ثابتة نسبياً ضمن نطاق واسع من الترددات. ولا تتأثر هذه الخصائص كثيراً بدرجة الحرارة والرطوبة الجوية ضمن نطاق درجات الحرارة التشغيلية المقبولة. ^{[ 7 ]}

مادة ABS قابلة للاشتعال عند تعرضها لدرجات حرارة عالية، مثل حرارة نار الخشب. تنصهر ثم تغلي، وعندها تتصاعد الأبخرة لتشكل لهبًا شديدًا وحارقًا. ولأن مادة ABS النقية لا تحتوي على الهالوجينات ، فإن احتراقها لا ينتج عنه عادةً أي ملوثات عضوية ثابتة ، وأكثر نواتج احتراقها أو تحللها الحراري سميةً هي أول أكسيد الكربون وسيانيد الهيدروجين . ^{[ 8 ]} كما تتضرر مادة ABS بفعل أشعة الشمس؛ وقد تسبب ذلك في واحدة من أكثر عمليات سحب السيارات انتشارًا وتكلفةً في تاريخ الولايات المتحدة بسبب تدهور أزرار تحرير حزام الأمان. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

يمكن إعادة تدوير مادة ABS، على الرغم من أنها غير مقبولة في جميع مرافق إعادة التدوير. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

يُشتق ABS من الأكريلونيتريل والبيوتادين والستايرين . الأكريلونيتريل هو مونومر صناعي يُنتج من البروبيلين والأمونيا ؛ البيوتادين هو هيدروكربون بترولي يُستخلص من جزء C4 الناتج عن التكسير بالبخار ؛ مونومر الستايرين يُصنع عن طريق نزع الهيدروجين من الإيثيل بنزين ، وهو هيدروكربون يُستخلص من تفاعل الإيثيلين والبنزين .

بحسب الرابطة الأوروبية لتجارة البلاستيك PlasticsEurope، فإن الإنتاج الصناعي لـ 1 كجم (2.2 رطل) من راتنج ABS في أوروبا يستهلك في المتوسط ​​95.34 ميجا جول (26.48 كيلو واط ساعة ) ويُستمد من الغاز الطبيعي والبترول . ^{[ 17 ] [ 18 ]}    

يُصنع بلاستيك ABS بدرجات مختلفة، ولكن يُنصح باستخدام ABS المُصنّف للتشغيل الآلي لأجزاء ABS الهيكلية بدقة عالية. يتميز هذا النوع بسهولة تشكيله باستخدام التقنيات القياسية، بما في ذلك الخراطة، والحفر، والتفريز، والنشر. يمكن لحام أجزاء ABS معًا بتسخين أسطح الوصلة حتى تبدأ بالانصهار؛ ويمكن تعزيز هذه الوصلة بصهر قضيب رفيع من ABS. كما يمكن ربط أجزاء ABS كيميائيًا ببعضها البعض، وبأنواع أخرى من البلاستيك المشابه بدرجة كافية، باستخدام المذيبات. ^{[ 19 ]}

تم تسجيل براءة اختراع ABS في عام 1948 وتم طرحها في الأسواق التجارية من قبل شركة بورغ وارنر في عام 1954. ^{[ 20 ]}

يُعدّ ABS خفيف الوزن وقابلًا للتشكيل بالحقن والبثق، مما يجعله مفيدًا في تصنيع منتجات مثل أنظمة أنابيب الصرف الصحي والتهوية . كما تُصنع منه عادةً آلات موسيقية مثل آلات التسجيل البلاستيكية ، وآلات الأوبوا ، والكلارينيت ، والترومبون ، وبعض أجزاء آليات البيانو ، بالإضافة إلى أغطية مفاتيح لوحات مفاتيح الكمبيوتر. ^{[ 21 ]}

تشمل الاستخدامات الأخرى رؤوس مضارب الجولف (نظرًا لقدرتها الجيدة على امتصاص الصدمات)، ومكونات تزيين السيارات، وقضبان مصدات السيارات، والمناظير ، وأجهزة الاستنشاق ، وأجهزة التبخير ، ^{[ 22 ]} والخيوط الجراحية غير القابلة للامتصاص، وأطراف الأوتار الاصطناعية، وأنظمة توصيل الأدوية، وأنابيب القصبة الهوائية، ^{[ 13 ]} وأغلفة التجميعات الكهربائية والإلكترونية (مثل صناديق الكمبيوتر )، وخوذات الحماية، وقوارب التجديف في المياه البيضاء، وحواف الحماية للأثاث وألواح النجارة، وحقائب السفر وحقائب الحمل الواقية، وأغلفة الأقلام، وأجهزة المطبخ الصغيرة. وتُعد الألعاب، بما في ذلك مكعبات ليجو (التي تُصنع بشكل أساسي من مادة ABS منذ عام 1963 ^{[ 23 ]} ) ومكعبات كري-أو ، من التطبيقات الشائعة. ^{[ 24 ] [ 25 ]}

يُستخدم بلاستيك ABS المطحون إلى قطر متوسط ​​أقل من 1 ميكرومتر كمادة ملونة في بعض أحبار الوشم . ^{[ 26 ]} 

الطباعة ثلاثية الأبعاد

يُعدّ بلاستيك ABS، عند بثقه على شكل خيوط ، مادة شائعة الاستخدام في طابعات ثلاثية الأبعاد ، ^{[ 27 ]} نظرًا لرخص ثمنه وقوته وثباته العالي وإمكانية معالجته لاحقًا بطرق متنوعة (الصنفرة، والطلاء، واللصق، والتعبئة، والتنعيم الكيميائي). ومن المعروف أن ABS يتشوه عند استخدامه في طابعة ثلاثية الأبعاد نتيجة الانكماش الذي يحدث أثناء التبريد خلال عملية الطباعة. ويمكن تقليل هذا الانكماش بالطباعة داخل حاوية على سطح طباعة ساخن، أو باستخدام مادة لاصقة مثل عصا الغراء أو مثبت الشعر لضمان التصاق الطبقة الأولى من الطباعة جيدًا بسطح الطباعة، أو الطباعة باستخدام قاعدة داعمة في أسفل الطباعة لزيادة الالتصاق بسطح الطباعة. ^{[ 28 ]} يُستخدم ABS فقط في طابعات FFF/FDM ثلاثية الأبعاد، لأن طابعات الراتنج ثلاثية الأبعاد لا تستطيع صهر البلاستيك.

من بين الأشكال الخاصة لخيوط ABS، نجد ABS-ESD (التفريغ الكهروستاتيكي) و ABS-FR (المقاومة للحريق)، والتي تستخدم على وجه الخصوص لإنتاج المكونات الحساسة للكهرباء الساكنة والأجزاء الجاهزة المقاومة للحرارة.

أقلام

يُستخدم بلاستيك ABS أيضًا في صناعة قلم الحبر Lamy Safari نظرًا لصلابته وقوته النسبية . ^{[ 29 ]}

يُعدّ ABS مادةً مستقرةً ضد التحلل في ظل ظروف الاستخدام العادية ومعالجة البوليمرات. ويُعتبر التعرّض للمواد المسرطنة نتيجةً للاستخدام والمعالجة العاديين أقل بكثير من حدود التعرّض المسموح بها في مكان العمل. ^{[ 30 ]} مع ذلك، إذا وصلت درجة الحرارة إلى 400  درجة مئوية (750  درجة فهرنهايت)، فقد يتحلل ABS إلى مكوناته: البيوتادين ، والأكريلونيتريل ، والستايرين (وجميعها مواد مسرطنة للإنسان). ^{[ 30 ]} حتى في درجات الحرارة المحيطة، قد يكون من دواعي القلق تحديد تطبيقات هذا البلاستيك التي تحتوي على مثبطات حريق مضافة مثل ديكا بروموديفينيل إيثان ، والذي لا يزال معتمدًا للاستخدام في الولايات المتحدة على الأقل.

يمكن إنتاج الجسيمات متناهية الصغر (UFPs) في درجات حرارة منخفضة (كما هو الحال في الطباعة ثلاثية الأبعاد). ^{[ 31 ]} وقد أُثيرت مخاوف بشأن تركيزات الجسيمات متناهية الصغر المحمولة جوًا أثناء الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام مادة ABS، حيث رُبطت هذه الجسيمات بآثار صحية ضارة، قد ينتج بعضها عن انسداد الأنسجة في الكلى والرئتين والأمعاء بسبب تراكمها. ^{[ 32 ] [ 33 ]}

• حمض البوليلاكتيك (PLA) - نوع آخر من البلاستيك المستخدم في الطباعة ثلاثية الأبعاد
• ريتروبرايت – عملية لعكس اصفرار أغلفة بلاستيك ABS الأبيض

• مقارنة العديد من الخصائص الفيزيائية مع أنواع البلاستيك الأخرى
• مقارنة بين ABS و PLA للطباعة ثلاثية الأبعاد