Un termoplastico molto diffuso, rinomato per la sua miscela di resistenza, rigidità e semplicità di lavorazione, è l'acrilonitrile butadiene stirene (ABS). L'ABS è vulnerabile alla fessurazione o alla rottura in condizioni di elevata sollecitazione, a causa dei limiti intrinseci della resistenza agli urti. Per ovviare a questo problema, i modificatori di tenacità vengono utilizzati per aumentare la resistenza agli urti dell'ABS.

Panoramica sui modificatori di durezza dell'ABS

Modificatori d'impatto e Modificatori di tenacità dell'ABS sono additivi realizzati appositamente per migliorare le caratteristiche meccaniche dell'ABS, in particolare la sua resistenza agli urti. Questi modificatori migliorano la capacità della matrice ABS di assorbire e dissipare l'energia durante gli urti, modificandone la struttura molecolare e la forma.

Meccanismi di aumento della tenacità

2.1 Tempra della gomma

La tempra della gomma è uno dei metodi più efficaci per aumentare la resistenza agli urti dell'ABS. Questo metodo prevede l'aggiunta di componenti elastomerici alla matrice ABS, come il polibutadiene (PBD) o l'etilene-propilene-diene monomero (EPDM). Nella matrice ABS, le particelle di gomma funzionano come assorbitori di energia, assorbendo efficacemente l'energia dell'impatto e riducendo le concentrazioni di sollecitazioni per bloccare la crescita delle crepe.

2.2 Controllo della morfologia delle fasi

La gestione della morfologia delle fasi all'interno della matrice ABS è un'ulteriore componente essenziale del miglioramento della tenacità. La distribuzione e le dimensioni delle particelle di gomma possono essere regolate per aumentare notevolmente la resistenza agli urti. Una volta ottenuta la morfologia di fase desiderata, per garantire un'efficace dissipazione dell'energia durante il processo si ricorre a metodi quali il melt compounding, il melt blending e la lavorazione reattiva.

Meccanismi di modifica dell'impatto

3.1 Snervamento da taglio e cavitazione

Le particelle di gomma nella matrice dell'ABS favoriscono la cavitazione e il cedimento a taglio durante l'impatto. Quando le sollecitazioni localizzate provocano la distorsione delle particelle di gomma e la creazione di vuoti all'interno della matrice, si verifica la cavitazione. L'energia dell'impatto viene efficacemente dissipata e lo sviluppo di cricche è impedito da questi vuoti che agiscono come zone di assorbimento dell'energia. D'altra parte, lo snervamento a taglio comporta una deformazione localizzata della matrice di ABS, che provoca la dissipazione dell'energia e impedisce il collasso catastrofico.

3.2 Deflessione della fessura e spinatura

Migliorando ulteriormente la resistenza all'impatto, i modificatori di tenacità dell'ABS supportano anche i meccanismi di deviazione e di fissaggio delle fratture. Ancorando il fronte di frattura, le particelle di gomma distribuite funzionano come barriere fisiche che impediscono la progressione della frattura. La frattura che si propaga può anche essere deviata dalle particelle di gomma, il che la porterebbe a cambiare rotta e a perdere energia lungo un percorso tortuoso.

Modificatori per migliorare e scegliere la durezza dell'ABS

4.1 Compatibilità dei materiali

La compatibilità dei materiali deve essere attentamente considerata nella scelta del modificatore di durezza giusto. Per garantire prestazioni ottimali, è necessario valutare variabili quali la temperatura di transizione vetrosa (Tg) del modificatore, la sua solubilità nell'ABS e la sua compatibilità con altri additivi.

4.2 Distribuzione e dimensione delle particelle

La resistenza agli urti è influenzata in modo sostanziale dalle dimensioni e dalla distribuzione delle particelle di gomma all'interno della matrice ABS. La tenacità aumenta grazie al trasferimento più efficiente delle sollecitazioni e alla dissipazione dell'energia causata dalle dimensioni ridotte delle particelle e dalla loro dispersione uniforme.

4.3 Condizioni per la concentrazione e la lavorazione

Anche la quantità di modificatore di tenacità presente e le condizioni di lavorazione del materiale durante il compounding o lo stampaggio hanno un effetto sulla sua resistenza agli urti. Per ottenere il giusto equilibrio tra il miglioramento della tenacità e le altre qualità meccaniche dell'ABS è necessario trovare la concentrazione e i parametri di lavorazione migliori.

Applicazioni e modifiche imminenti

I modificatori di tenacità dell'ABS sono utilizzati in diversi settori, come i prodotti di consumo, l'elettronica e l'automotive, per aumentare la resistenza agli urti. L'ABS è un'opzione consigliata per i componenti critici per la sicurezza, grazie alla sua capacità di resistere alle forze d'urto senza cedere.

La ricerca attuale si concentra sulla creazione di meccanismi di tempra innovativi, sulla ricerca di nuovi prodotti chimici modificanti e sul potenziamento degli attuali approcci di modifica, nell'ottica di un miglioramento continuo. L'obiettivo è quello di migliorare ulteriormente la resistenza agli urti dell'ABS e di affrontare particolari difficoltà in vari campi di applicazione.

I modificatori di tenacità dell'ABS sono essenziali per migliorare la resistenza agli urti dell'ABS modificando la forma e la struttura molecolare della sostanza. I modificatori di tenacità aumentano efficacemente la capacità del materiale di resistere alle pressioni d'urto attraverso la tempra della gomma, la gestione della morfologia delle fasi, la cavitazione, il cedimento a taglio, il crack pinning e i meccanismi di deflessione. L'equilibrio ideale tra la resistenza agli urti e le altre proprietà meccaniche dell'ABS può essere raggiunto selezionando, concentrando e lavorando con cura i modificatori di tenacità. Ulteriori miglioramenti nei metodi di modifica dell'ABS e un'espansione delle sue potenziali applicazioni in numerosi settori industriali sono previsti dalla ricerca e dallo sviluppo in corso in quest'area.