Полное руководство по материалу ABS: свойства, применение и преимущества
В прошлом месяце клиент спросил меня, почему корпус зарядного устройства треснул через шесть месяцев. Я посмотрел спецификацию материала, которую они прислали. ABS общего назначения рассчитана на максимальную температуру 80 градусов, но внутренняя электроника во время циклов зарядки нажимала на 95 градусов. Никто не проверял. Классическая ошибка.
Я пишу это потому, что наш отдел продаж продолжает присылать мне одни и те же вопросы от разных клиентов. Возможно, размещение всего в одном месте сэкономит всем время.
Основы АБС
Акрилонитрил-бутадиен-стирол. Три компонента, каждый из которых делает что-то свое. Акрилонитрил для химической стойкости. Бутадиен для воздействия. Стирол для жесткости и качества поверхности.
Соотношение между этими тремя и определяет характеристики сорта. Больше бутадиена означает лучшую ударопрочность, но более мягкий материал. Больше акрилонитрила означает лучшую химическую стойкость, но труднее обрабатывать. Каждый производитель балансирует их по-своему, поэтому вы не можете просто поменять поставщиков и ожидать одинаковых результатов.
Мы узнали об этом еще в 2019, а может, и в 2020 году, когда финансы подтолкнули нас к смене поставщиков АБС. Думаю, сэкономили около 8% на материале. Те же технические характеристики, тот же рейтинг MFI, все то же самое на бумаге. Нам потребовался почти месяц корректировок процесса, прежде чем мы снова получили приемлемые детали. Поведение потока было совершенно иным. Наш инженер-технолог хотел кого-то убить. На самом деле я думаю, что именно этот проект заставил его, наконец, уйти несколько месяцев спустя, хотя я не совсем уверен. В любом случае. Никогда больше не меняйте поставщиков только ради экономии средств без предварительного тщательного тестирования.
Некоторые клиенты спрашивают о содержании переработанного АБС-пластика. Честно говоря, мы не фанаты. Ударная вязкость падает, консистенция партии теряется, а запах при обработке заметно ухудшается. В прошлом году у меня была одна партия перемолотого материала, которая пахла горящими шинами. Оператор подумал, что машина загорелась. Оказалось, что предыдущий владелец обработал что-то странное, и это загрязнило поток измельчения. Внутренние скобки никто не видит, и ладно. Во всем остальном только первичный материал.
Механические свойства
Я не буду перечислять все свойства из таблицы. Вы можете посмотреть это сами. Я скажу вам, что на самом деле имеет значение, когда что-то идет не так.
Ударная вязкостьВот почему большинство людей предпочитают ABS более дешевым альтернативам, таким как HIPS или PP. ABS выдерживает падения, грубое обращение и другие нарушения, которые случаются во время транспортировки и установки. Наши клиенты перешли с АБС на ПП, чтобы сэкономить на размещении оборудования. Шесть месяцев спустя они вернулись, потому что частота отказов в эксплуатации из-за треснувших корпусов съедала все их сбережения, а затем и некоторые.
Предел прочностиоколо 40-50 МПа достаточно для большинства применений в корпусах. Если вам нужно нечто большее, ABS, вероятно, в любом случае не ваш материал. Посмотрите на ПК или стеклянные варианты.
Число, вызывающее наибольшую производственную головную боль, — это MFI.Индекс текучести расплава. В таблице данных указано 22, фактическая партия может быть где-то от 19 до 26. Сейчас мы отслеживаем входящий материал при каждой поставке, потому что нас слишком много раз сжигали. Некоторые поставщики более жесткие, чем другие. Корейские и японские оценки, как правило, более стабильны. Некоторые из более дешевых отечественных вариантов... скажем так, вы получаете то, за что платите. Я видел, как конкуренты отправляли детали с видимыми следами текучести, потому что они не удосужились проверить входящий материал. Их клиент в конечном итоге становится нашим клиентом, но на самом деле я не хочу выигрывать в бизнесе таким образом.
Температурные характеристики – это то, где ABS имеет четкие пределы. Переход стекла около 105 градусов означает практическое непрерывное использование при температуре до 85 градусов для стандартных марок. Жаростойкие-сорта повышают этот показатель, но стоят дороже. Ошибку, которую я вижу постоянно: инженеры проектируют, исходя из температуры окружающей среды, без учета внутреннего тепловыделения. Электроника выделяет тепло. Двигатели выделяют тепло. Источники питания выделяют тепло. К тому времени, как вы все это сложите, ваше приложение «окружающая среда 40 градусов» фактически работает при температуре 75 градусов или выше внутри корпуса.
Огнестойкие марки
Именно здесь я провожу большую часть своего времени, объясняя вещи клиентам, поэтому здесь я расскажу более подробно.
UL 94 — это стандарт, на который ссылаются все. В-0, В-1, В-2, 5ВА. Для большинства применений в корпусах батарей требуется минимум V-0. Некоторые автомобильные характеристики требуют 5ВА. Проблема в том, что рейтинги UL зависят от толщины, и большинство людей не осознают этого, пока не заказали инструменты.
Материал с рейтингом V-0 при толщине 1,5 мм может достичь только V-1 при толщине 1,2 мм. Желтая карта UL точно указывает, какая толщина была протестирована. Если толщина вашей стены не совпадает, вы не можете предполагать, что применяется тот же рейтинг. Я видел, как проекты задерживались на три месяца из-за того, что кто-то проектировал стены толщиной 1,2 мм, предполагая, что рейтинг V-0 будет перенесен из тестовых данных толщиной 1,5 мм. Это не работает таким образом.
Промышленность в основном отказалась от бромированных антипиренов из-за экологических норм, особенно для всего, что идет в Европу. В современных составах FR-ABS используются системы на основе фосфора- или минеральных веществ. Производительность сейчас близка к старым бромированным версиям, но ранние поколения имели заметно меньшую ударную вязкость. Если вы заменяете старую конструкцию, в которой использовался бромированный FR-ABS, возьмите образцы и протестируйте. Не предполагайте эквивалентность.
В частности, что касается аккумуляторов, некоторые клиенты теперь спрашивают об испытаниях на термический разгон по стандарту UL 2596. Этот стандарт отличается от UL 94, и не все марки FR-ABS были протестированы на его соответствие. Если ваш конечный продукт нуждается в этой сертификации, подтвердите это у своего поставщика материалов, прежде чем переходить к определенной категории. В прошлом году у нас был проект, в котором заказчик предполагал, что его FR-ABS пройдет испытания на термический разгон, поскольку он имел рейтинг V-0. Это не прошло. Другой тест, другие требования. Им пришлось перейти на смесь PC/ABS по более высокой цене и отложить запуск.
Какие марки FR-ABS мы на самом деле используем? В основном SABIC и LG Chem. SABIC лучше работает со сложной геометрией, с меньшим количеством коротких всплесков и проблем с линиями сварки. LG — хорошее соотношение цены и качества, но входной контроль не-обсуждается. В прошлом году мы отбраковали у них три партии, все для MFI, не соответствующие техническим требованиям. Они заменили их без споров, так ясно, что знали. Для действительно важных деталей, где мы не можем позволить себе никаких изменений в процессе, SABIC. Для чувствительных к затратам-больших объемов работ, где мы можем управлять изменчивостью, LG. Chimei дешевле обоих, но мне не нравится их техническая поддержка. Если что-то пойдет не так, вам нужен поставщик, который возьмет трубку.
Да, я забыл упомянуть одну вещь о безгалогенном-переходе. Некоторые из старых бромированных составов FR имели заметно лучшую ударную вязкость. Новые системы на основе фосфора-в основном закрыли этот пробел, но если вы заменяете устаревшую конструкцию, в которой использовался старый химический состав, тщательно проверьте. У нас был клиент, предполагающий эквивалентность, и его процент прохождения испытаний на падение увеличился с 99% до, возможно, 92%. Не катастрофа, но определенно заметно. В итоге пришлось немного отрегулировать толщину стенок, чтобы компенсировать это.
Где ABS работает хорошо
Корпуса для бытовой электроникиостаются крупнейшим приложением. Пульты дистанционного управления, клавиатуры, мониторы, мелкая бытовая техника. Хорошая ударопрочность, приятная поверхность, хорошо переносит краску и текстуру, разумная цена. Это сырьевая территория, и ABS доминирует по веским причинам.
Корпуса аккумуляторных модулейбыстро растут. 18650 держатели, небольшие аккумуляторы для электроинструментов, аккумуляторные отсеки для ИБП, чехлы для аккумуляторов для электронных-велосипедов. Толщина стенок обычно 1,5-2,5 мм, требуются огнестойкие марки, объемы от прототипа до миллионов в год. Это все больше становится нашим основным бизнесом.
Детали салона автомобилянапример, компоненты приборной панели, вентиляционные отверстия, детали отделки. Здесь распространены смеси ПК/АБС из-за более высокой термостойкости. Однако требования к цепочке поставок автомобильной отрасли весьма высоки. Сертификация IATF 16949, полная отслеживаемость, документация PPAP. Если вы еще не занимаетесь автомобилестроением, процесс квалификации занимает минимум год и стоит реальных денег.
Где не работает АБС
Я буду говорить об этом прямо, потому что это экономит всем время.
- Наружное применение без защиты от ультрафиолета.ABS желтеет и становится хрупким под воздействием ультрафиолета. При использовании на открытом воздухе либо покрасьте его, либо используйте защитный слой,-стабилизированный УФ-излучением, либо выберите вместо него ASA. У нас были клиенты, которые настаивали на использовании неокрашенного АБС-пластика для корпусов наружного оборудования, несмотря на наши предупреждения. Год спустя детали выглядели ужасно, и нас пытались обвинить. Отправил им цепочку электронных писем, в которой мы не рекомендовали этого делать. Этот разговор прошел не очень хорошо, но я не беру на себя ответственность за решения, против которых мы прямо советовали.
- Среда с высокой температурой.При непрерывной температуре выше 85 градусов стандартный ABS размягчается и деформируется. Жаропрочные-сорта помогают, но имеют ограничения. При непрерывной температуре выше 100 градусов вы смотрите на ПК, ПА или специальные материалы. Один из проектов 2021 года или около того включал корпуса для оборудования, входящего в уличные шкафы на Ближнем Востоке. Летняя температура внутри этих шкафов легко достигает 70 градусов. Мы рекомендовали жаростойкую-марку, но специалист по закупкам клиента сказал, что это слишком дорого, и отклонил решение инженера. Гарантийные претензии начались тем же летом. В итоге мы поглотили затраты на смену материалов, потому что отношения значили больше, чем правильность. Дорогой урок. Я слышал, что закупщика перевели на другую работу. Маленькое утешение.
- Большие структурные корпуса для аккумуляторных батарей.Большие корпуса для аккумуляторных блоков электромобилей, вмещающие несколько модулей, требуют алюминия, композитов или полиамида,-наполненного стеклом. Требования к терморегулированию, структурным нагрузкам и требованиям безопасности при столкновении превышают возможности ABS. Это не наша специальность, и я не буду притворяться иначе. Мы уделяем особое внимание корпусам уровня-модулей и корпусам меньшего размера, для которых имеет смысл использовать ABS.
- Химическое воздействие некоторых растворителей.Ацетон растворяет АБС. То же самое касается МЕК и некоторых других распространенных промышленных растворителей. Знайте свою рабочую среду.
Рекомендации по проектированию
Я не разработчик пресс-форм, это работа нашей команды по инструментам, поэтому я буду краток в этом разделе. Есть основы, которые должен знать каждый дизайнер продукта, но настоящая работа DFM происходит, когда вы отправляете нам файлы, и наши инженеры их проверяют.
Толщина стенкиминимум около 1,0–1,2 мм для ABS, практический диапазон 1,5–3,0 мм для большинства применений. Более важным, чем абсолютная толщина, является сохранение ее однородности. Большие различия в толщине приводят к появлению вмятин, короблению и внутреннему напряжению. Если вам нужна толстая секция для прочности, вырежьте из нее сердцевину и добавьте ребра. Я уверен, что существует формула оптимального соотношения толщины ребер к толщине стенки, что-то вроде 50-60%? Наши инженеры по пресс-формам знают точные цифры.
Углы уклонаминимум 0,5 градуса для текстурированных поверхностей, 1 градус и более для гладких. Глубокие части требуют большего. Пару лет назад у нас был проект: кто-то спроектировал осадку 0,5 градуса для очень глубокого корпуса, может быть, 150 мм или около того. Полная доработка формы. Точно не помню, сколько стоил ремонт, но он был существенный.
Расположение ворот и линии сваркина самом деле это территория дизайнера пресс-форм. Я знаю, что линии сварки снижают прочность, может быть, до 75-80% от нормальной, во всяком случае, так говорят в учебниках. Вероятно, варьируется в зависимости от условий процесса. Задача проектировщика пресс-формы заключается в том, чтобы поставить затворы там, где линии сварки оказываются в некритическом месте. Если проектировщик детали подумает об этом заранее, это поможет, но, честно говоря, большинство этого не делает, и мы выясняем это во время проверки DFM.
Отправьте нам свой 3D-файл, если хотите получить реальную обратную связь. Общие советы заходят так далеко.
Проблемы с качеством, которые мы видим чаще всего
Влага.ABS поглощает воду из воздуха. Обработайте влажный материал, и вы получите разводы, серебряные полосы, ухудшение свойств. Предел технических характеристик обычно составляет максимум 0,1 %. Перед формовкой все сушим, минимум 2-4 часа при температуре 80 градусов в зависимости от исходного состояния. Самая распространенная проблема качества, которую мы наблюдаем в запчастях других поставщиков, — это дефекты, связанные с влажностью. Либо материал сушили неправильно, либо оставляли его слишком долго после высыхания.
Пакетная вариация.Уже упоминавшаяся вариация MFI. Также подбор цвета пигментированных составов. Мы измеряем поступающий материал по эталонным образцам. Дельта E менее 1,0 для деталей внешнего вида. Некоторые партии от некоторых поставщиков выходят за пределы допустимого диапазона. Без входного контроля эти плохие партии превращаются в плохие детали и становятся жалобами клиентов.
Нарушения окна процесса.АБС прощает ошибки, но не до бесконечности. Слишком высокая температура, материал разрушается. Слишком низко, плохая текучесть и слабые линии сварки. Слишком высокая скорость впрыска, струи и горение. Слишком низко, короткие удары. Большинство формовщиков знают об этом, но проблемы случаются, когда кто-то корректирует параметры для достижения целевого времени цикла, не понимая последствий.
Работа с нами
Мы находимся в Дунгуане и имеем около 40 термопластавтоматов производительностью от 80 до 1000 тонн. Основное внимание уделяется электронным корпусам и корпусам для батарей. Сертификат IATF 16949 с 2022 года. Объект зарегистрирован в UL.
Для предложения нам необходимы 3D CAD (предпочтительный формат STEP), спецификация материалов или требования к производительности, годовая оценка объема, требования к качеству поверхности и любые требования к сертификации.
Типичное время изготовления новой оснастки для пресс-форм промышленного класса составляет 6-8 недель. Срок изготовления образца из существующего инструмента составляет 2-3 недели в зависимости от графика.
Цены зависят от слишком большого количества переменных, чтобы приводить здесь цифры. Сложность детали, марка материала, объем, требования к качеству поверхности, второстепенные операции. Отправьте нам свои файлы, и мы рассчитаем стоимость в течение недели.
Свяжитесь с нами через веб-сайт dachangplastic.com или напишите по электронной почте непосредственно нашему отделу продаж. На серьезные запросы мы отвечаем в течение одного рабочего дня.
Заключительные мысли
АБС существует всегда, потому что она работает. Хороший баланс свойств, легкость в обработке, разумная стоимость. Для корпусов и корпусов это по-прежнему выбор по умолчанию по уважительной причине.
Проблемы, с которыми я сталкиваюсь, в основном возникают из-за ошибок в выборе материала, допущенных на раннем этапе. Кто-то выбирает ABS, потому что именно его использовали в прошлый раз, не проверив, действительно ли он подходит для этого проекта. Затем проблемы проявляются в производстве или, что еще хуже, в полевых условиях после отгрузки тысяч единиц. Проект кабинета министров на Ближнем Востоке, о котором я упоминал ранее, является прекрасным примером. Исправлять проблемы всегда дороже, чем их предотвращать.
Если вы не уверены, подходит ли ABS для вашего применения, спросите. Отправьте электронное письмо, опишите, что вы пытаетесь сделать, и мы скажем вам, имеет ли смысл ABS или вам следует подумать о чем-то другом. Мы предпочитаем заранее направить вас к правильному материалу, чем потом решать проблемы с гарантией. Это не альтруизм, это просто хороший бизнес.
Еще одна вещь. Если вы читаете это, пытаясь выяснить, правильно ли поступает ваш нынешний поставщик, проблемы с качеством, которые я описал в этой статье, дефекты влаги, несовместимый материал, плохой контроль процесса — они встречаются чаще, чем вы думаете. Многие магазины срезают углы. При визуальном осмотре детали выглядят нормально, но свойств нет. Если у вас случаются сбои на месте, а ваш поставщик продолжает говорить вам, что детали соответствуют техническим характеристикам, возможно, обратитесь к другому мнению.