La resina de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) tiene propiedades equilibradas como alta resistencia, tenacidad y versatilidad. En este artículo se analizan sus propiedades fundamentales, clasificaciones, características de rendimiento y técnicas de procesamiento.
Qué es el plástico ABS?
La resina ABS es un copolímero ternario compuesto de acrilonitrilo (A), butadieno (B) y estireno (S), junto con sus variantes modificadas. Los plásticos fabricados con resina ABS se denominan comúnmente plásticos ABS. Este material combina la rigidez, resistencia química y resistencia al calor del poliacrilonitrilo; la procesabilidad y estética del poliestireno; y la resistencia al impacto y el rendimiento a bajas temperaturas del polibutadieno.
La resina ABS suele presentarse en forma de gránulos o polvo de color amarillo pálido. No es tóxica, es inodora, ligera (con una densidad de 1,04-1,07 g/cm³) y ofrece una excelente resistencia al impacto, un buen comportamiento a bajas temperaturas y resistencia química. También presume de estabilidad dimensional, alto brillo superficial y facilidad de recubrimiento y coloración. Sin embargo, el ABS tiene algunas limitaciones: es inflamable, tiene una temperatura de deflexión térmica relativamente baja y presenta poca resistencia a la intemperie.
Tipos y rendimiento del ABS
La resina ABS puede adaptarse a una amplia gama de composiciones y estructuras para satisfacer necesidades específicas de rendimiento.
| Tipos | Ventaja | Desventaja | Aplicación |
| ABS de uso general | Buenas propiedades mecánicas, rentable | Poca resistencia al calor y a la intemperie | Electrodomésticos, juguetes, material de oficina, etc. |
| ABS de alto impacto | Muy alta resistencia al impacto, mayor tenacidad | Mayor coste, mayor dificultad de procesamiento | Piezas de automóvil, cascos de seguridad, equipamiento deportivo, etc. |
| ABS de alto caudal | Gran fluidez, llena fácilmente moldes complejos | Posible reducción de la resistencia mecánica | Piezas de precisión, productos de paredes finas, estructuras de dispositivos electrónicos, etc. |
| ABS ignífugo | Mayor resistencia a las llamas, mayor seguridad | Mayor coste, puede afectar a algunas propiedades mecánicas | El aumento del coste puede afectar a algunas propiedades mecánicas |
| ABS chapado | Alto acabado superficial, apto para metalizado | Coste más elevado, requisitos de transformación específicos | Piezas metálicas decorativas, revestimientos interiores y exteriores de automóviles, paneles decorativos para electrónica, etc. |
Propiedades mecánicas
La resistencia a la tracción del ABS varía significativamente según el grado, oscilando normalmente entre 33 y 52 MPa. El ABS es famoso por su excepcional resistencia al impacto. Los grados de ABS de alto impacto pueden alcanzar una resistencia al impacto Izod entallada de aproximadamente 400 J/m a temperatura ambiente, conservando valores superiores a 120 J/m incluso a -40°C. Esto se debe a la estructura bifásica del ABS: una fase continua de resina con una fase dispersa de resina. Esto se debe a la estructura bifásica del ABS: una fase de resina continua con partículas de caucho dispersas. Estas partículas de caucho absorben la energía del impacto, impidiendo la propagación de grietas y mejorando la tenacidad.
La resistencia al impacto depende de factores como el contenido de caucho, el grado de injerto y el tamaño de las partículas. Un mayor contenido de caucho (normalmente 25 - 40% en masa) aumenta significativamente la resistencia al impacto, pero un exceso de caucho puede reducir otras propiedades mecánicas, como la resistencia a la tracción y el módulo elástico.
El ABS también presenta una excelente resistencia a la fluencia. Por ejemplo, las muestras de tubos de ABS sometidas a 7,2 MPa a temperatura ambiente muestran cambios dimensionales insignificantes incluso después de dos años y medio. Aunque no es adecuado como material autolubricante, la buena estabilidad dimensional del ABS lo hace viable para cojinetes de carga media por su decente resistencia al desgaste.
Propiedades eléctricas
La resina ABS ofrece un aislamiento eléctrico fiable en una amplia gama de frecuencias, con una influencia mínima de la temperatura o la humedad. Sus propiedades eléctricas se resumen en la Tabla.
| Propiedad | 60 Hz | 10³Hz | 10⁹Hz |
| Pérdida dieléctrica (23°C) | 3.73 – 4.01 | 2.75 – 2.96 | 2.44 – 2.85 |
| Factor de pérdida dieléctrica (23°C) | 0.004 – 0.007 | 0.006 – 0.008 | 0.008 – 0.010 |
| Resistividad volumétrica (Ω-cm) | (1.05 - 3.60) × 10¹⁶ | (1.05 - 3.60) × 10¹⁶ | (1.05 - 3.60) × 10¹⁶ |
| Resistividad superficial (s) | 66 – 82 | 66 – 82 | 66 – 82 |
| Tensión de ruptura (kV/mm) | 14 – 15 | 14 – 15 | 14-15 |
Propiedades térmicas
La temperatura de deformación por calor (HDT) del ABS bajo una carga de 1,82 MPa es de aproximadamente 93°C, pero puede aumentar entre 6 y 10°C con el recocido. Debido a su estructura amorfa, el ABS presenta una respuesta tensión-temperatura estable, con un aumento de la HDT de sólo 4-8°C cuando la carga desciende a 0,45 MPa. Los grados de ABS resistentes al calor pueden alcanzar una HDT de unos 115°C. La temperatura de fragilidad del ABS es de -7 °C, pero conserva una resistencia considerable a -40 °C. Los productos de ABS suelen utilizarse en una gama de temperaturas de -40°C a 100°C.
El coeficiente lineal de dilatación térmica del ABS oscila entre 6,4×10-⁵/°C y 11,0×10-⁵/°C, un valor relativamente bajo entre los termoplásticos. Sin embargo, el ABS tiene menor estabilidad térmica que otros plásticos técnicos, se descompone a 260°C y libera compuestos volátiles tóxicos. También es inflamable y carece de propiedades autoextinguibles.
Propiedades químicas
La resina ABS demuestra una buena resistencia química, en gran parte debido a sus grupos nitrilo, que la hacen resistente a ácidos diluidos, álcalis y sales. Sin embargo, se disuelve en cetonas, aldehídos, ésteres e hidrocarburos clorados. Aunque es insoluble en la mayoría de alcoholes como el etanol, el ABS se ablanda en metanol al cabo de varias horas. El contacto prolongado con disolventes de hidrocarburos puede provocar hinchazón. Bajo tensión, el ABS es susceptible al agrietamiento por tensión de productos químicos como el ácido acético y los aceites vegetales. Tabla 1-4 (placeholder: insert chemical resistance table here) detalla los cambios de masa y aspecto tras una exposición prolongada a diversos productos químicos.
Tipos de resinas ABS modificadas
A pesar de sus numerosas ventajas, el ABS presenta limitaciones como plástico de ingeniería, entre las que destacan su resistencia insuficiente, su baja temperatura de deflexión térmica, su escasa resistencia a la intemperie, su falta de propiedades autoextinguibles y su opacidad. Para solucionar estos problemas, se han desarrollado diversas variantes modificadas del ABS, como el ABS reforzado, el ABS ignífugo, el ABS transparente y las resinas ASA, ACS y MBS.
ABS reforzado
La adición de 20 - 40% (en masa) de fibra de vidrio mejora significativamente la resistencia a la tracción, la resistencia a la flexión y el módulo del ABS, al tiempo que aumenta el HDT y reduce el coeficiente de expansión térmica para mejorar la estabilidad dimensional. Sin embargo, la resistencia al impacto disminuye con un mayor contenido de fibra de vidrio. Tabla 2-1 (marcador de posición: insertar aquí tabla de propiedades del ABS reforzado) resume el rendimiento del ABS reforzado con fibra de vidrio.
ABS ignífugo
El ABS es intrínsecamente inflamable, pero puede fabricarse ABS ignífugo incorporando retardantes de llama orgánicos de bajo peso molecular y sinergistas. Esta variante es ideal para aplicaciones electrónicas y eléctricas que requieren resistencia a la llama y buena resistencia mecánica, como carcasas de televisores y radomos.
ABS transparente
El ABS estándar es opaco, pero el ABS transparente puede conseguirse incorporando metacrilato de metilo a los componentes de acrilonitrilo, butadieno y estireno mediante copolimerización por injerto. El ABS transparente ofrece una gran transparencia, una excelente resistencia a los disolventes y una gran resistencia al impacto.
Resina ASA
La resina ASA (acrilonitrilo-estireno-acrilato) es un copolímero ternario fabricado por injerto de acrilonitrilo y estireno en caucho acrílico. También conocida como resina AAS, la ASA destaca por su resistencia a la intemperie, al impacto, a la temperatura y a los productos químicos. Se utiliza ampliamente en componentes de automoción como paneles de carrocería, depósitos de combustible, rejillas de radiador y cubiertas de faros traseros. La tabla enumera las prestaciones de la resina ASA.
| Densidad (g/cm³) | 1.07 |
| Resistencia a la tracción (MPa) | 52 |
| Módulo elástico (GPa) | 2.6 |
| Elongación(%) | 15 |
| Resistencia a la flexión (MPa) | 85 |
| Temperatura de desviación del calor/℃ | 88 |
| Dureza(R) | 85 |
Resina ACS
La resina ACS (acrilonitrilo-polietileno-estireno clorado) es un copolímero ternario formado por injerto de acrilonitrilo y estireno en polietileno hidrogenado. Ofrece una excelente resistencia a la intemperie y retardancia de la llama. En la tabla se detallan las prestaciones de la resina ACS.
| Densidad (g/cm³) | 1.07 |
| Resistencia a la tracción (MPa) | 32 |
| Elongación(%) | 40 |
| Temperatura de deflexión térmica /℃ | 86 |
| Índice de contracción de moldeo (%) | 0.4 |
Resina MBS
La resina MBS (metacrilato de metilo-butadieno-estireno) es un copolímero de injerto de metacrilato de metilo, butadieno y estireno. Sustituyendo el acrilonitrilo por metacrilato de metilo se obtiene un material transparente con una transmitancia luminosa de hasta 90%. El MBS conserva una buena resistencia al impacto y tenacidad a -40°C, junto con resistencia a los ácidos inorgánicos, álcalis, sales y aceites, aunque es menos resistente a las cetonas, hidrocarburos aromáticos, hidrocarburos alifáticos e hidrocarburos clorados. La tabla resume el rendimiento de la resina MBS de Shanghai Pen Chemical Factory.
| Densidad (g/cm³) | 1.10-1.14 |
| Resistencia a la tracción (MPa) | 40 |
| Resistencia a la flexión (MPa) | 40 |
| Temperatura de desviación del calor/℃ | 75-80 |
| Índice de contracción de moldeo (%) | 0.4-0.6 |
Propiedades de transformación y tecnología de los plásticos ABS
Propiedades de flujo
La resina ABS tiene un índice de fluidez (MFR) que suele oscilar entre 0,02 y 1 g/min (200°C, 5 kg), con algunos grados fuera de este rango. Un MFR más alto indica una mejor fluidez. El ABS con un MFR inferior a 0,1 g/min es adecuado para la extrusión, mientras que un MFR superior a 0,1 g/min es ideal para el moldeo por inyección. Como fluido pseudoplástico, el ABS presenta un comportamiento de cizallamiento-adelgazamiento, lo que permite ajustar la viscosidad mediante la velocidad de cizallamiento. Para obtener un producto de calidad constante, trabaje con índices de cizallamiento en los que la viscosidad sea menos sensible a las fluctuaciones. El ABS tiene una viscosidad de fusión moderada, menos fluida que la poliamida pero más que el policarbonato, con una velocidad de enfriamiento y solidificación relativamente rápida.
Propiedades térmicas
Como polímero amorfo, el ABS carece de un punto de fusión definido, con una temperatura de transición vítrea (Tg) de unos 115°C. Las temperaturas de procesado deben superar esta temperatura, normalmente por debajo de 250°C, para evitar la descomposición, que se produce por encima de 260°C, liberando volátiles tóxicos. Las temperaturas de procesado recomendadas son:
- Moldeo por inyección: 160-230°C
- Extrusión: 160-195°C
- Moldeo por soplado: 200-240°C
- Conformado al vacío: 140-180°C
El intervalo de temperaturas entre la temperatura de flujo y la de descomposición determina la facilidad de procesamiento. La temperatura de fusión relativamente baja del ABS (160-190°C) y su amplia ventana de procesamiento facilitan su transformación. Sin embargo, las altas temperaturas de procesado requieren tiempos de permanencia más cortos para evitar reacciones químicas. La adición de estabilizadores térmicos puede ampliar la ventana de procesamiento y prolongar los tiempos de permanencia permitidos. Debido a su escasa estabilidad térmica, hay que minimizar el tiempo de permanencia y limpiar el barril de la máquina después del procesado.
Características de secado
Los grupos ciano polares del ABS provocan una mayor absorción de agua (0,3%-0,8%, menos de 1%) en comparación con el poliestireno, pero menos que la poliamida. El presecado es esencial antes del procesado para reducir el contenido de humedad por debajo de 0,1%. Se debe secar a aproximadamente 80°C durante 2-4 horas, utilizando métodos como el secado por aire circulante (70-80°C, 4+ horas) o el secado en estufa convencional (80-100°C, 2 horas, espesor de la capa de gránulos <50 mm).
Moldeo por inyección
El ABS se procesa normalmente con tornillos moldeo por inyección máquinas con un tornillo de cabeza única, equidistante, gradual y de rosca completa (relación longitud-diámetro de 20, relación de compresión de 2,0-2,5). Las boquillas abiertas o extendidas son preferibles a las boquillas autoblocantes para evitar la reducción del caudal o la decoloración del material.
Las temperaturas de inyección varían según el grado:
- Grados de uso general y de alto impacto: 200-260°C (más bajo para evitar la descomposición)
- Grados de resistencia al calor y chapado: 220-270°C (más alta para un mejor llenado del molde o rendimiento de la galvanoplastia)
- Grados ignífugos: 190-240°C
Se necesitan presiones de inyección más altas para piezas de paredes finas, largos recorridos de flujo, pequeñas compuertas o grados resistentes al calor/retardantes de llama, mientras que para piezas de paredes gruesas con grandes compuertas bastan presiones más bajas. Para minimizar la tensión interna, la presión de mantenimiento no debe ser excesiva. Las temperaturas del molde suelen ser de 50°C, pero pueden elevarse a 70°C para mejorar el acabado superficial, reducir las líneas de soldadura y minimizar la deformación. La tabla enumera las condiciones de transformación de distintos grados de ABS.
| Parámetro | Tipo general | Tipo de alto empuje | Nuevo tipo | Una etapa |
| Velocidad de rotación (r/min) | 30-60 | 30-60 | 30-60 | 20-60 |
| Temp. boquilla (°C) | 180-190 | 190-200 | 190-200 | 190-210 |
| Temp. boquilla (°C) Después | 180-200() | 180-200 | 190-200 | 200-210 |
| Temp. motor (°C) Media | 210-230 | 210-230 | 220-240 | 230-250 |
| Temp. motor (°C) Delantero | 200-210 | 200-210 | 200-220 | 210-230 |
| Temperatura de ignición (°C) | 50-70 | 50-80 | 60-85 | 40-80 |
| Presión principal (MPa) | 70-90 | 70-120 | 85-120 | 70-120 |
| Presión de funcionamiento (MPa) | 50-70 | 50-70 | 50-80 | 50-70 |
| Tiempo de inyección (s) | 3-5 | 3-5 | 3-5 | 1-4 |
| Tiempo de mantenimiento (s) | 15-30 | 15-30 | 15-30 | 20-50 |
| Tiempo de enfriamiento (s) | 15-30 | 15-30 | 15-30 | 15-30 |
| Ciclo total (s) | 40-70 | 40-70 | 40-70 | 40-90 |
Extrusión
La extrusión de ABS utiliza extrusoras monohusillo de uso general (relación longitud-diámetro de 18-20, relación de compresión de 2,5-3,0), con tornillos de compresión gradual o abrupta. La moderada viscosidad de la masa fundida elimina la necesidad de enfriar el tornillo. La extrusión produce perfiles de ABS como tubos, varillas y láminas. La mesa se detallan las condiciones de transformación de los tubos y las varillas de ABS, respectivamente.
| Parámetro | Valor general |
| Diámetro exterior del eje (mm) | 32.5 |
| Diámetro interior del eje (mm) | 25.5 |
| Temperatura (°C) Rango Inferior | 160-165 |
| Temperatura (°C) Rango Superior | 170-175 |
| Temperatura (°C) Pico | 175-180 |
| Temperatura de ignición (°C) | 175-180 |
| Temperatura de funcionamiento (°C) | 190-195 |
| Velocidad de rotación (r/min) | 10.5 |
| Diámetro interior (mm) | 33 |
| Diámetro exterior (mm) | 26 |
| Recta plana Longitud exterior (mm) | 50 |
| Ratio de posición | 1.02 |
| Peso fijo exterior Diámetro interior (mm) | 33 |
| Longitud fija exterior (mm) | 250 |
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