הסיבה הבסיסית לכך שגיליון ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) חזק בהרבה מגיליון PS (פוליסטירן) נעוץ במבנים המולקולריים המובהקים שלהם ובמנגנוני ההתקשות שלהם.
מבנה מולקולרי: ההבדל המהותי בין קשיחות וקשיחות
פוליסטירן למטרות כלליות-(GPPS) הוא הומופולימר שנוצר על ידי פילמור של מונומרים סטירן. השרשראות המולקולריות שלו נושאות קבוצות צד מגושמות של טבעות בנזן, המעניקות ל-PS קשיחות ושקיפות גבוהות, אך גם מביאות לפגם מהותי - השרשראות המולקולריות זזות בקושי, וכתוצאה מכך מאפיין קשה ושביר, מה שהופך אותו לנטייה להיסדק בעת פגיעה.
לעומת זאת, ABS הוא טרפולימר קופולימר משלושה מונומרים: אקרילוניטריל (A), בוטאדיאן (B) וסטירן (S). שילוב ייחודי זה משיג תכונות משלימות: אקרילוניטריל מספק יציבות כימית, קשיחות ועמידות בחום; בוטאדיאן מציג גומי-כמו קשיחות ועמידות בפני פגיעות; וסטירן מבטיח יכולת עיבוד טובה ומבריק פני השטח. ABS משלב מאפיינים שונים של PS, SAN ו-PB, ומשיג איזון מצוין של קשיחות, קשיחות ונוקשות.
הקשחת גומי: מנגנון הליבה מאחורי החוזק והקשיחות הגבוהים של ABS
המפתח לחוזק יוצא הדופן של ABS טמון במבנה ה"ים-אי" המיוחד שלו. ב-ABS, בוטאדיאן קיים כחלקיקי גומי פוליבוטדין (PB) המפוזרים באופן אחיד במטריצה רציפה קשיחה המורכבת מקופולימר סטירן-אקרילוניטריל (SAN).
כאשר יריעת ABS נתונה להשפעה חיצונית, התהליכים הבאים מתרחשים באופן פנימי:
פיזור מתח: חלקיקי הגומי המפוזרים סופגים ומפזרים ביעילות אנרגיית השפעה. כאשר מתח מתיחה מופעל על החומר, שני סוגים של עיוות מתרחשים בו-זמנית סביב חלקיקי הגומי - האחד יוזם עיוות מיקרו-ריק (שיגעון), והשני גורם לעיוות מניב גזירה. שני המנגנונים הללו פועלים יחד כדי לשפר מאוד את קשיחות החומר.
ספיגת אנרגיה: הנתונים מראים שהוספת רק 5%-20% פאזת גומי לשרף שביר יכולה להגביר את חוזק ההשפעה פי כמה או אפילו עשרות מונים. באופן ספציפי, חוזק ההשפעה של PS הוא רק 13.1-21.0 J/m, בעוד של ABS יכול להגיע ל-180-419 J/m.
מנגנון חיזוק: קבוצות הניטריל ב-ABS (שמקורו באקרילוניטריל) הופכות אותו לחזק יותר מפוליסטירן טהור, ובמקביל תורמות לעמידות כימית, עמידות בפני עייפות, קשיות וקשיחות, כמו גם להגברת טמפרטורת הטיית החום.
מַסְקָנָה
ABS חזק יותר מ-PS ביסודו בגלל מבנה הטרפולימר הייחודי שלו ומנגנון ההקשחה הגומי. PS, המוגבלת על ידי שרשראות מולקולריות של טבעת בנזן קשיחה, יכולה לספק רק קשיות וחוזק בסיסיים, אך חסרה את היכולת לספוג אנרגיית השפעה. לעומת זאת, ABS משיגה שילוב מושלם של קשיחות וקשיחות על ידי פיזור אחיד של שלב גומי הבוטאדיאן במטריצה קשיחה, נותן לו עמידות בפני פגיעות והתארכות בשבירה עדיפים בהרבה מ-PS תוך שמירה על קשיחות מספקת.
זוהי הסיבה הבסיסית לכך שיריעות ABS נמצאות בשימוש נרחב בתחומים עם דרישות חוזק גבוהות כגון חלקי רכב, מזוודות ומשטחי מקרר.
