Guía completa de material ABS: propiedades, aplicaciones y beneficios
El mes pasado, un cliente me preguntó por qué la carcasa del cargador de batería se agrietó después de seis meses. Miré las especificaciones del material que enviaron. ABS de uso general clasificado para 80 grados como máximo, pero la electrónica interna empujaba 95 grados durante los ciclos de carga. Nadie lo comprobó. Error clásico.
Escribo esto porque nuestro equipo de ventas sigue enviándome las mismas preguntas de diferentes clientes. Quizás poner todo en un solo lugar les ahorre a todos algo de tiempo.
Conceptos básicos del ABS
Acrilonitrilo Butadieno Estireno. Tres componentes, cada uno haciendo algo diferente. Acrilonitrilo para resistencia química. Butadieno para impacto. Estireno para rigidez y acabado superficial.
La relación entre estos tres determina las características del grado. Más butadieno significa mejor impacto pero material más suave. Más acrilonitrilo significa mejor resistencia química pero más difícil de procesar. Cada fabricante los equilibra de forma diferente, por lo que no se puede simplemente cambiar de proveedor y esperar resultados idénticos.
Aprendimos esto en 2019, tal vez en 2020, cuando las finanzas nos empujaron a cambiar de proveedor de ABS. Creo que ahorré alrededor del 8% en material. Las mismas especificaciones de la hoja de datos, la misma calificación de IMF, todo lo mismo en papel. Nos tomó casi un mes de ajustes en el proceso antes de que volviéramos a obtener piezas aceptables. El comportamiento del flujo fue completamente diferente. Nuestro ingeniero de procesos quería asesinar a alguien. En realidad creo que ese fue el proyecto que finalmente lo hizo renunciar unos meses después, aunque no estoy del todo seguro. De todos modos. Nunca más cambie de proveedor solo para ahorrar costos sin realizar pruebas exhaustivas primero.
Algunos clientes preguntan sobre el contenido de ABS reciclado. Sinceramente no somos fans. La resistencia al impacto disminuye, la consistencia del lote se pierde y el olor durante el procesamiento empeora notablemente. El año pasado tuve un lote de material triturado que olía a neumáticos quemados. El operador pensó que la máquina estaba en llamas. Resultó que el dueño anterior había procesado algo extraño y contaminó el flujo de triturado. Para los soportes internos nadie ve, está bien. Para todo lo demás, sólo material virgen.
Propiedades mecánicas
No voy a enumerar todas las propiedades de la hoja de datos. Puedes buscarlo tú mismo. Te diré lo que realmente importa cuando las cosas van mal.
Fuerza de impactoEs por eso que la mayoría de la gente elige ABS en lugar de alternativas más baratas como HIPS o PP. El ABS sobrevive a caídas, manipulación brusca y el tipo de abuso que ocurre durante el envío y la instalación. Un cliente cambió de ABS a PP para ahorrar dinero en la carcasa de su equipo. Seis meses después regresaron porque la tasa de fallas en el campo debido a carcasas agrietadas estaba consumiendo todos sus ahorros y algo más.
Resistencia a la tracciónalrededor de 40-50 MPa es adecuado para la mayoría de las aplicaciones de gabinetes. Si necesita más que eso, el ABS probablemente no sea su material de todos modos. Mire las opciones de PC o de vidrio.
El número que causa más dolores de cabeza en términos de producción es el de las IMF.Índice de flujo de fusión. La hoja de datos dice 22, el lote real podría estar entre 19 y 26. Ahora hacemos un seguimiento del material entrante en cada envío porque nos han quemado demasiadas veces. Algunos proveedores son más estrictos que otros. Las calificaciones coreanas y japonesas tienden a ser más consistentes. Algunas de las opciones nacionales más económicas... digamos que obtienes lo que pagas. He visto a competidores enviar piezas con marcas de flujo visibles porque no se molestaron en comprobar el material entrante. Su cliente eventualmente se convierte en nuestro cliente, pero no es así como quiero ganar negocios.
El rendimiento de temperatura es donde el ABS tiene límites claros. La transición vítrea alrededor de 105 grados significa un uso práctico continuo hasta quizás 85 grados para grados estándar. Los grados-resistentes al calor aumentan este precio, pero cuestan más. El error que veo constantemente: los ingenieros diseñan basándose en la temperatura ambiente sin tener en cuenta la generación interna de calor. La electrónica genera calor. Los motores generan calor. Las fuentes de alimentación generan calor. Cuando lo suma todo, su aplicación de "ambiente de 40 grados" en realidad se está ejecutando a 75 grados o más dentro del gabinete.
Grados retardantes de llama
Aquí es donde paso la mayor parte de mi tiempo explicando cosas a los clientes, así que entraré en más detalles aquí.
UL 94 es el estándar al que todos hacen referencia. V-0, V-1, V-2, 5VA. La mayoría de las aplicaciones de alojamiento de baterías requieren un mínimo de V-0. Algunas especificaciones automotrices requieren 5VA. El problema es que las clasificaciones UL dependen del espesor y la mayoría de las personas no se dan cuenta de esto hasta que ya han pedido las herramientas.
Un material con clasificación V-0 a 1,5 mm podría alcanzar solo V-1 a 1,2 mm. La Tarjeta Amarilla de UL especifica exactamente qué espesores se probaron. Si el grosor de su pared no coincide, no puede asumir que se aplica la misma clasificación. He visto proyectos retrasados tres meses porque alguien diseñó paredes de 1,2 mm asumiendo que la clasificación V-0 se trasladaría de los datos de prueba de 1,5 mm. No funciona de esa manera.
La industria se ha alejado en gran medida de los retardantes de llama bromados debido a las regulaciones ambientales, especialmente para cualquier producto que vaya a Europa. Las formulaciones actuales de FR-ABS utilizan sistemas minerales o a base de fósforo-. El rendimiento actual se acerca al de las antiguas versiones bromadas, pero las primeras generaciones tenían una resistencia al impacto notablemente menor. Si está reemplazando un diseño antiguo que usaba FR-ABS bromado, obtenga muestras y pruébelas. No asuma equivalencia.
Para aplicaciones de baterías específicamente, algunos clientes ahora preguntan sobre la prueba de fuga térmica UL 2596. Este es un estándar diferente de UL 94 y no todos los grados FR-ABS se han probado según él. Si su producto final necesita esta certificación, confírmela con su proveedor de materiales antes de comprometerse con una calidad. El año pasado tuvimos un proyecto en el que el cliente asumió que su FR-ABS pasaría la prueba de fuga térmica porque tenía clasificación V-0. No pasó. Prueba diferente, requisitos diferentes. Tuvieron que cambiar a una mezcla de PC/ABS a un costo mayor y retrasar el lanzamiento.
¿Qué grados de FR-ABS utilizamos realmente? Principalmente SABIC y LG Chem. SABIC fluye mejor en geometrías complejas, menos disparos cortos y problemas en las líneas de soldadura. LG tiene una buena relación calidad-precio, pero la inspección entrante no-negociable. Rechazamos tres lotes el año pasado, todos para MFI fuera de especificaciones. Los reemplazaron sin discutir, tan claramente que lo sabían. Para piezas realmente críticas en las que no podemos permitirnos ninguna variación del proceso, SABIC. Para trabajos de gran volumen sensibles al costo-donde podemos gestionar la variabilidad, LG. Chimei es más barato que ambos pero no me encanta su soporte técnico. Cuando algo sale mal, usted quiere un proveedor que conteste el teléfono.
Oh, una cosa que olvidé mencionar antes sobre la transición libre de halógenos-. Algunas de las formulaciones FR bromadas más antiguas tenían una resistencia al impacto notablemente mejor. Los sistemas más nuevos basados en fósforo-han cerrado en su mayoría esa brecha, pero si está reemplazando un diseño heredado que usaba la química anterior, realice pruebas exhaustivas. Un cliente asumió la equivalencia y su tasa de aprobación de la prueba de caída pasó del 99% a quizás el 92%. No es un desastre, pero definitivamente se nota. Terminé teniendo que ajustar ligeramente el grosor de la pared para compensar.
Donde el ABS funciona bien
Cajas para electrónica de consumosigue siendo la aplicación más importante. Mandos a distancia, teclados, monitores, pequeños electrodomésticos. Buena resistencia al impacto, buen acabado superficial, buena absorción de pintura y textura, costos razonables. Este es territorio de materias primas y el ABS domina por buenas razones.
Carcasas de módulos de bateríaestán creciendo rápidamente. 18650 soportes, pequeños paquetes de herramientas eléctricas, gabinetes para baterías de UPS y estuches para baterías de bicicletas eléctricas-. El espesor de la pared suele ser de 1,5 a 2,5 mm, se requieren calidades FR y los volúmenes van desde prototipos hasta millones al año. Éste es cada vez más nuestro negocio principal.
Piezas interiores de automóvilescomo componentes del tablero, rejillas de ventilación y molduras. Las mezclas de PC/ABS son comunes aquí por su mayor resistencia al calor. Sin embargo, los requisitos de la cadena de suministro automotriz son exigentes. Certificación IATF 16949, trazabilidad completa, documentación PPAP. Si aún no estás en el sector automotriz, el proceso de calificación lleva un mínimo de un año y cuesta dinero real.
Donde el ABS no funciona
Seré directo sobre esto porque les ahorra tiempo a todos.
- Aplicaciones en exteriores sin protección UV.El ABS se vuelve amarillo y quebradizo con la exposición a los rayos UV. Para uso en exteriores, píntelo, use una capa protectora estabilizada contra los rayos UV-o elija ASA en su lugar. Hemos tenido clientes que insisten en utilizar ABS sin pintar para carcasas de equipos para exteriores a pesar de nuestras advertencias. Un año después, las piezas lucían terribles y trataron de culparnos. Les envié la cadena de correo electrónico donde lo recomendamos. Esa conversación no fue bien, pero no acepto responsabilidad por las decisiones que desaconsejamos explícitamente.
- Ambientes de alta temperatura.Por encima de los 85 grados continuos, el ABS estándar se ablanda y se deforma. Los grados-resistentes al calor ayudan, pero tienen límites. Por encima de los 100 grados continuos, se trata de PC, PA o materiales especiales. Un proyecto de 2021 aproximadamente involucró carcasas para equipos que se ubican en gabinetes exteriores en el Medio Oriente. Las temperaturas de verano dentro de esos gabinetes alcanzan fácilmente los 70 grados. Recomendamos un grado-resistente al calor, pero el encargado de compras del cliente dijo que era demasiado caro y el ingeniero desestimó la decisión. Los reclamos de garantía comenzaron ese primer verano. Terminamos asumiendo el costo de cambiar de material porque la relación importaba más que tener razón. Lección cara. He oído que reasignaron al encargado de compras a otra cosa. Pequeño consuelo.
- Grandes gabinetes estructurales para baterías.Las grandes carcasas para paquetes de baterías de vehículos eléctricos que contienen varios módulos necesitan aluminio, compuestos o PA rellenos de vidrio-. Los requisitos de gestión térmica, cargas estructurales y requisitos de seguridad en caso de colisión superan lo que el ABS puede ofrecer. Ésta no es nuestra especialidad y no pretendo lo contrario. Nos centramos en carcasas de nivel de módulo-y gabinetes más pequeños donde el ABS tiene sentido.
- Exposición química a ciertos solventes.La acetona disuelve el ABS. Lo mismo ocurre con MEK y algunos otros disolventes industriales comunes. Conozca su entorno operativo.
Consideraciones de diseño
No soy diseñador de moldes, ese es el trabajo de nuestro equipo de herramientas, así que esta sección será breve. Hay conceptos básicos que todo diseñador de productos debería conocer, pero el verdadero trabajo de DFM ocurre cuando nos envía archivos y nuestros ingenieros los revisan.
Grosor de la paredmínimo alrededor de 1,0-1,2 mm para ABS, rango práctico de 1,5-3,0 mm para la mayoría de las aplicaciones. Más importante que el espesor absoluto es mantenerlo uniforme. Las grandes variaciones de espesor provocan marcas de hundimiento, deformaciones y tensiones internas. Si necesita una sección gruesa para darle resistencia, quítele el corazón y agregue nervaduras. Estoy seguro de que existe una fórmula para la relación óptima entre el espesor de las nervaduras y el espesor de la pared, algo así como 50-60%. Nuestros ingenieros de moldes sabrían los números exactos.
Ángulos de salidamínimo 0,5 grados para superficies texturizadas, 1 grado o más para superficies lisas. Las partes profundas necesitan más. Tuvimos un proyecto hace un par de años, alguien diseñó un ángulo de 0,5 grados en una carcasa muy profunda, tal vez de 150 mm aproximadamente. Retrabajo completo del molde. No recuerdo exactamente cuánto costó la reparación, pero fue sustancial.
Ubicación de la puerta y líneas de soldadura.son realmente territorio del diseñador de moldes. Sé que las líneas de soldadura reducen la resistencia, tal vez entre un 75 y un 80% de lo normal, eso es lo que dicen los libros de texto de todos modos. Probablemente varía dependiendo de las condiciones del proceso. El trabajo del diseñador de moldes es colocar puertas donde las líneas de soldadura terminan en algún lugar que no sea crítico. Si el diseñador de piezas piensa en esto temprano, ayuda, pero honestamente la mayoría no lo hace y lo descubrimos durante la revisión de DFM.
Envíenos su archivo 3D si desea comentarios reales. Los consejos genéricos sólo llegan hasta cierto punto.
Problemas de calidad que vemos con más frecuencia
Humedad.El ABS absorbe agua del aire. Procese material húmedo y obtendrá marcas de separación, rayas plateadas y propiedades degradadas. El límite de especificación suele ser un máximo de 0,1 % de humedad. Secamos todo antes de moldear, mínimo 2-4 horas a 80 grados dependiendo de la condición inicial. El problema de calidad más común que vemos en las piezas de otros proveedores son los defectos relacionados con la humedad. O no secaron el material adecuadamente o lo dejaron reposar demasiado tiempo después del secado.
Variación de lotes.Variación de las IMF ya mencionada. También combinación de colores para compuestos pigmentados. Medimos el material entrante comparándolo con muestras maestras. Delta E inferior a 1,0 para piezas de apariencia. Algunos lotes de algunos proveedores se salen del rango aceptable. Sin una inspección entrante, esos lotes defectuosos se convierten en piezas defectuosas que se convierten en quejas de los clientes.
Violaciones de la ventana de proceso.El ABS es indulgente, pero no infinitamente. Temperatura demasiado alta, el material se degrada. Demasiado bajo, flujo deficiente y líneas de soldadura débiles. Velocidad de inyección demasiado alta, chorros y quemaduras. Tiros demasiado bajos y cortos. La mayoría de los moldeadores lo saben, pero los problemas surgen cuando alguien ajusta los parámetros para alcanzar los objetivos de tiempo de ciclo sin comprender las consecuencias.
Trabajando con nosotros
Estamos ubicados en Dongguan y utilizamos alrededor de 40 máquinas de moldeo por inyección con una capacidad de 80 a 1000 toneladas. El foco principal son las cajas electrónicas y las carcasas de baterías. Certificación IATF 16949 desde 2022. Instalación registrada por UL.
Para cotizar, necesitamos CAD 3D (se prefiere el formato STEP), especificaciones de materiales o requisitos de rendimiento, estimación de volumen anual, requisitos de acabado de superficie y cualquier necesidad de certificación.
El plazo de entrega típico para herramientas nuevas es de 6 a 8 semanas para moldes de grado de producción. El tiempo de entrega de muestras de las herramientas existentes es de 2 a 3 semanas, según el cronograma.
El precio depende de demasiadas variables como para poner números aquí. Complejidad de la pieza, calidad del material, volumen, requisitos de acabado superficial, operaciones secundarias. Envíenos sus archivos y le cotizaremos correctamente dentro de una semana.
Póngase en contacto a través del sitio web en dachangplastic.com o envíe un correo electrónico directamente a nuestro equipo de ventas. Respondemos a consultas serias dentro de un día hábil.
Pensamientos finales
El ABS ha existido desde siempre porque funciona. Buen equilibrio de propiedades, fácil de procesar y costo razonable. Para gabinetes y carcasas sigue siendo la opción predeterminada por una buena razón.
Los problemas con los que me enfrento provienen principalmente de errores en la selección de materiales cometidos desde el principio. Alguien elige ABS porque es lo que usó la última vez, sin comprobar si realmente encaja en este proyecto. Luego, aparecen problemas en la producción o, peor aún, en el campo después de enviar miles de unidades. El proyecto de gabinete de Oriente Medio que mencioné antes es un ejemplo perfecto. Solucionar los problemas siempre es más caro que prevenirlos.
Si no está seguro de si el ABS es adecuado para su aplicación, pregunte. Envía un correo electrónico, describe lo que estás intentando hacer, te diremos si ABS tiene sentido o si deberías considerar algo más. Preferimos orientarle hacia el material correcto desde el principio que ocuparnos de los problemas de garantía más adelante. Eso no es altruismo, es simplemente un buen negocio.
Una cosa más. Si está leyendo esto tratando de averiguar si su proveedor actual está haciendo las cosas bien, los problemas de calidad que describí en este artículo, defectos de humedad, material inconsistente, control deficiente del proceso, son más comunes de lo que piensa. Muchas tiendas toman atajos. Las piezas se ven bien en la inspección visual, pero las propiedades no están ahí. Si tiene fallas en el campo y su proveedor sigue diciéndole que las piezas cumplen con las especificaciones, tal vez busque una segunda opinión.