Guida completa al materiale ABS: proprietà, applicazioni e vantaggi

Il mese scorso un cliente mi ha chiesto perché l'alloggiamento del caricabatteria si era rotto dopo sei mesi. Ho guardato le specifiche del materiale che hanno inviato. L'ABS per uso generale è valutato per un massimo di 80 gradi, ma l'elettronica interna spingeva fino a 95 gradi durante i cicli di ricarica. Nessuno ha controllato. Errore classico.

 

Scrivo questo perché il nostro team di vendita continua a inoltrarmi le stesse domande da clienti diversi. Forse mettere tutto in un unico posto fa risparmiare tempo a tutti.

Nozioni di base sull'ABS

Acrilonitrile Butadiene Stirene. Tre componenti, ognuno dei quali fa qualcosa di diverso. Acrilonitrile per resistenza chimica. Butadiene per l'impatto. Stirene per rigidità e finitura superficiale.

Il rapporto tra questi tre determina le caratteristiche del grado. Più butadiene significa un impatto migliore ma un materiale più morbido. Più acrilonitrile significa migliore resistenza chimica ma più difficile da lavorare. Ogni produttore li bilancia in modo diverso, motivo per cui non è possibile semplicemente scambiare i fornitori e aspettarsi risultati identici.

Alcuni clienti chiedono informazioni sul contenuto di ABS riciclato. Onestamente non siamo fan. La resistenza agli urti diminuisce, la consistenza del lotto va fuori dalla finestra e l'odore durante la lavorazione è notevolmente peggiore. L'anno scorso avevo un lotto di materiale rimacinato che puzzava di pneumatici bruciati. L'operatore pensava che la macchina fosse in fiamme. Si è scoperto che il precedente proprietario aveva elaborato qualcosa di strano e aveva contaminato il flusso di rimacinato. Per le parentesi interne nessuno vede, va bene. Per il resto solo materiale vergine.

Proprietà meccaniche

Non elencherò tutte le proprietà dalla scheda tecnica. Puoi verificarlo tu stesso. Ti dirò cosa conta davvero quando le cose vanno male.

Le prestazioni in termini di temperatura sono quelle in cui l'ABS ha limiti chiari. La transizione vetrosa intorno ai 105 gradi significa un uso pratico e continuo fino a circa 85 gradi per le qualità standard. I gradi resistenti al calore- aumentano questo valore, ma costano di più. L'errore che vedo costantemente: gli ingegneri progettano in base alla temperatura ambiente senza tenere conto della generazione di calore interno. L'elettronica genera calore. I motori generano calore. Gli alimentatori generano calore. Quando sommi tutto, la tua applicazione "ambiente a 40 gradi" funziona effettivamente a 75 gradi o più all'interno dell'involucro.

Gradi ignifughi

È qui che passo la maggior parte del mio tempo a spiegare le cose ai clienti, quindi entrerò più nel dettaglio qui.

UL 94 è lo standard a cui tutti fanno riferimento. V-0, V-1, V-2, 5VA. La maggior parte delle applicazioni per l'alloggiamento delle batterie richiedono un minimo di V-0. Alcune specifiche automobilistiche richiedono 5 VA. Il problema è che le classificazioni UL dipendono dallo spessore e la maggior parte delle persone non se ne rende conto finché non ha già ordinato l'attrezzatura.

Un materiale classificato V-0 a 1,5 mm potrebbe raggiungere solo V-1 a 1,2 mm. La Yellow Card UL specifica esattamente quali spessori sono stati testati. Se lo spessore della tua parete non corrisponde, non puoi presumere che si applichi la stessa valutazione. Ho visto progetti ritardati di tre mesi perché qualcuno ha progettato muri da 1,2 mm presumendo che la valutazione V-0 sarebbe stata trasferita dai dati di test di 1,5 mm. Non funziona in questo modo.

L’industria si è in gran parte allontanata dai ritardanti di fiamma bromurati a causa delle normative ambientali, soprattutto per tutto ciò che è destinato all’Europa. Le attuali formulazioni di FR-ABS utilizzano sistemi a base di fosforo-o minerali. Le prestazioni sono ora vicine a quelle delle vecchie versioni bromurate, ma le prime generazioni avevano una resistenza agli urti notevolmente inferiore. Se stai sostituendo un vecchio progetto che utilizzava FR-ABS bromurato, procurati campioni e testalo. Non dare per scontato l'equivalenza.

Per le applicazioni specifiche delle batterie, alcuni clienti ora chiedono informazioni sui test di fuga termica UL 2596. Si tratta di uno standard diverso da UL 94 e non tutti i gradi FR-ABS sono stati testati rispetto ad esso. Se il tuo prodotto finale necessita di questa certificazione, confermalo con il tuo fornitore di materiali prima di impegnarti in una qualità. L'anno scorso abbiamo avuto un progetto in cui il cliente presumeva che il suo FR-ABS avrebbe superato il test di instabilità termica perché era classificato V-0. Non è passato. Test diversi, requisiti diversi. Hanno dovuto passare a una miscela PC/ABS a costi più elevati e ritardare il lancio.

Quali qualità di FR-ABS utilizziamo effettivamente? Principalmente SABIC e LG Chem. SABIC scorre meglio in geometrie complesse, con meno riprese brevi e problemi sulla linea di saldatura. LG ha un buon rapporto qualità-prezzo, ma l'ispezione in entrata non è-negoziabile. L'anno scorso abbiamo rifiutato tre lotti, tutti per MFI fuori specifica. Li hanno sostituiti senza discutere così chiaramente che lo sapevano. Per le parti veramente critiche per le quali non possiamo permetterci alcuna variazione del processo, SABIC. Per lavori ad alto volume sensibili ai costi-dove possiamo gestire la variabilità, LG. Chimei è più economico di entrambi ma non amo il loro supporto tecnico. Quando qualcosa va storto, vuoi un fornitore che risponda al telefono.

Oh, ho dimenticato di menzionare una cosa prima riguardo alla transizione senza alogeni-. Alcune delle vecchie formulazioni FR bromurate avevano una resistenza agli urti notevolmente migliore. I nuovi sistemi basati sul fosforo- hanno in gran parte colmato questa lacuna, ma se stai sostituendo un progetto legacy che utilizzava la vecchia chimica, esegui test approfonditi. Un cliente ha ipotizzato l'equivalenza e il tasso di superamento del test di caduta è passato dal 99% a forse il 92%. Non un disastro ma sicuramente evidente. Alla fine ho dovuto regolare leggermente lo spessore della parete per compensare.

Dove l'ABS non funziona

Sarò diretto su questo perché fa risparmiare tempo a tutti.

• Applicazioni esterne senza protezione UV.L'ABS ingiallisce e diventa fragile con l'esposizione ai raggi UV. Per l'uso all'aperto, dipingilo, utilizza uno strato protettivo stabilizzato ai raggi UV-oppure scegli ASA. Nonostante i nostri avvertimenti, alcuni clienti hanno insistito sull'uso dell'ABS non verniciato per gli alloggiamenti delle attrezzature da esterno. Un anno dopo le parti sembravano terribili e hanno cercato di incolpare noi. Ho inviato loro la catena di e-mail in cui lo sconsigliavamo. Quella conversazione non è andata bene ma non mi assumo la responsabilità di decisioni che abbiamo esplicitamente sconsigliato.
   
• Ambienti ad alta temperatura.Al di sopra di 85 gradi continui, l'ABS standard si ammorbidisce e si deforma. I gradi resistenti al calore-aiutano ma hanno dei limiti. Al di sopra di 100 gradi continui stai guardando PC, PA o materiali speciali. Un progetto del 2021 circa riguardava alloggiamenti per apparecchiature destinate agli armadietti da esterno in Medio Oriente. Le temperature estive all'interno di quegli armadietti raggiungono facilmente i 70 gradi. Abbiamo consigliato il grado-resistente al calore, l'addetto agli acquisti del cliente ha detto che era troppo costoso e ha ignorato l'ingegnere. Le richieste di garanzia sono iniziate quella prima estate. Abbiamo finito per sostenere i costi del cambio di materiale perché il rapporto contava più che avere ragione. Lezione costosa. Ho sentito che l'addetto agli acquisti è stato riassegnato a qualcos'altro. Piccola consolazione.
   
• Involucri strutturali per batterie di grandi dimensioni.I grandi alloggiamenti per i pacchi batteria dei veicoli elettrici che contengono più moduli, quelli necessitano di alluminio o materiali compositi o PA riempito di vetro-. I requisiti di gestione termica, i carichi strutturali e i requisiti di sicurezza in caso di incidente superano ciò che l'ABS può offrire. Questa non è la nostra specialità e non farò finta del contrario. Ci concentriamo su alloggiamenti a livello di modulo-e involucri più piccoli in cui l'ABS ha senso.
   
• Esposizione chimica a determinati solventi.L'acetone dissolve l'ABS. Lo stesso vale per il MEK e alcuni altri comuni solventi industriali. Conosci il tuo ambiente operativo.

Considerazioni sulla progettazione

Non sono un progettista di stampi, questo è il lavoro del nostro team di utensili, quindi questa sezione sarà breve. Ci sono nozioni di base che ogni progettista di prodotto dovrebbe conoscere, ma il vero lavoro DFM avviene quando ci invii file e i nostri ingegneri li esaminano.

Inviaci il tuo file 3D se desideri un feedback reale. I consigli generici vanno solo così lontano.

Problemi di qualità che vediamo più spesso

Umidità.L'ABS assorbe l'acqua dall'aria. Lavorando materiale bagnato si ottengono segni di allargamento, striature argentate, proprietà degradate. Il limite delle specifiche è in genere pari allo 0,1% massimo di umidità. Asciugiamo tutto prima dello stampaggio, minimo 2-4 ore a 80 gradi a seconda delle condizioni iniziali. Il problema di qualità più comune che riscontriamo per le parti di altri fornitori sono i difetti legati all'umidità. O non hanno asciugato bene il materiale oppure lo hanno lasciato riposare troppo a lungo dopo l'asciugatura.

Variazione del lotto.Variazione IFM già menzionata. Anche la corrispondenza dei colori per composti pigmentati. Misuriamo il materiale in entrata confrontandolo con campioni principali. Delta E inferiore a 1,0 per le parti estetiche. Alcuni lotti di alcuni fornitori esulano dall'intervallo accettabile. Senza l'ispezione in entrata, i lotti difettosi diventano parti difettose che diventano reclami dei clienti.

Violazioni della finestra di processo.L'ABS è indulgente ma non infinitamente così. Temperatura troppo alta, il materiale si degrada. Troppo basso, flusso scarso e linee di saldatura deboli. Velocità di iniezione troppo elevata, getti e bruciature. Colpi troppo bassi e corti. La maggior parte degli stampatori lo sa, ma si verificano problemi quando qualcuno regola i parametri per raggiungere gli obiettivi di tempo ciclo senza comprenderne le conseguenze.

Lavorare con noi

Pensieri conclusivi

L'ABS esiste da sempre perché funziona. Buon equilibrio di proprietà, facile da lavorare, il costo è ragionevole. Per le custodie e gli involucri è ancora la scelta predefinita per una buona ragione.

I problemi con cui mi occupo derivano principalmente da errori di selezione del materiale commessi all'inizio. Qualcuno sceglie l'ABS perché è quello che ha usato l'ultima volta, senza verificare se è effettivamente adatto a questo progetto. Quindi i problemi si presentano in produzione o, peggio, sul campo dopo la spedizione di migliaia di unità. Il progetto del gabinetto del Medio Oriente di cui ho parlato prima è un esempio perfetto. Risolvere i problemi è sempre più costoso che prevenirli.

Se non sei sicuro che l'ABS sia adatto alla tua applicazione, chiedi. Invia un'e-mail, descrivi cosa stai cercando di fare, ti diremo se l'ABS ha senso o se dovresti considerare qualcos'altro. Preferiamo indirizzarti subito verso il materiale giusto piuttosto che affrontare i problemi di garanzia in un secondo momento. Questo non è altruismo, è solo un buon affare.

Ancora una cosa. Se stai leggendo questo articolo cercando di capire se il tuo attuale fornitore sta facendo le cose bene, i problemi di qualità che ho descritto in questo articolo, difetti di umidità, materiale incoerente, scarso controllo del processo, sono più comuni di quanto pensi. Molti negozi risparmiano. Le parti sembrano a posto all'ispezione visiva ma le proprietà non sono presenti. Se riscontri guasti sul campo e il tuo fornitore continua a dirti che le parti sono conformi alle specifiche, forse chiedi una seconda opinione.