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熱塑彈性體材料在家電電器產(chǎn)品上的應(yīng)用
作者:管理員時間:2016-04-18瀏覽:1267

HIPS和ABS是最先用在家用電器上的塑料材料,由于HIPS和ABS樹脂價恪昂貴,國外逐步開發(fā)出適于做家用電器零部件用的PP(聚丙烯)改性材料,并以其成本低、重量輕、性能好等優(yōu)點部分取代HIPS和ABS樹脂在家用電器產(chǎn)品上應(yīng)用。

PP作為四大通用塑料材料之一,具有優(yōu)良的綜合性能、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、較好的成型加工性能和相對低廉的價格;但是它也存在著強度、模量、硬度低,耐低溫沖擊強度差,成型收縮大,易老化等缺點。因此,必須對其進行改性,以使其能夠適應(yīng)產(chǎn)品的需求。對PP材料的改性一般是通過添加礦物質(zhì)增強增韌、耐候改性、玻璃纖維增強、阻燃改性和超韌改性等幾個途徑,每一種改性PP在家用電器領(lǐng)域都有著大量應(yīng)用。本文將就改性PP在家用電器中的應(yīng)用現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢進行闡述。

礦物填充改性PP

礦物質(zhì)填充改性是最廣泛采用的改性途徑。向PP原料中添加碳酸鈣、滑石粉、硅灰石、玻璃微珠、云母粉等礦物質(zhì)。這些礦物質(zhì)不僅可以在一定程度上改善PP材料的機械性能和沖擊韌性,降低PP材料的成型收縮率以加強其尺寸穩(wěn)定性,并且由于礦物質(zhì)與PP基體在成本上的巨大差別,可以大幅度降低PP材料的成本。

目前,礦物填充改性PP在家電中的應(yīng)用部位主要包括:波輪洗衣機和滾筒洗衣機的內(nèi)桶、波輪和取衣口等部件;微波爐的密封條、揚聲器喇叭口、喇叭支架;冰箱的擱物架;電飯煲的外殼和底座等。

洗衣機的內(nèi)桶原來采用不銹鋼制作,20世紀90年代美國BASELL公司和韓國三星公司開始研究“利用改性PP來替代不銹鋼制作滾筒洗衣機內(nèi)桶”,并實現(xiàn)了商品化。此后,洗衣機企業(yè)開始大量使用此種改性料。這種材料的礦物質(zhì)添加量高達40%,其拉伸強度達33MPa,斷裂伸長率可達90%以上,缺口沖擊強度約為10kJ/m2。目前,這種改性PP除了用于制造洗衣機的內(nèi)桶以外,還被用于制造波輪和取衣口等部件,僅海爾集團每年的用量就在1700噸左右(每個洗衣機內(nèi)桶約重2公斤)。

微波爐的很多部件也采用礦物增強、增韌PP材料制造。例如,微波爐門體的密封條、微波爐揚聲器喇叭口、喇叭支架等。由于礦物質(zhì)的加入,可以在PP材料本身較高的耐熱溫度的基礎(chǔ)上,使其耐熱溫度進一步得到提高,以適應(yīng)微波爐對高溫的要求。

近年來,原材料價格的大幅度飆升,迫于成本壓力,許多注塑廠家都在考慮用聚苯乙烯替代ABS或用改性PP產(chǎn)品替代聚苯乙烯產(chǎn)品以降低成本,于是出現(xiàn)了大量的PP材料成功替代聚苯乙烯的例子。例如,選用礦物質(zhì)增強、增韌PP材料替代原來的聚苯乙烯材料注塑冰箱抽屜后,每噸原材料可以節(jié)約成本1500~2000元。由于用量很大,僅海爾集團一年大約就要消耗這種PP改性材料1000噸。另外,很多冰箱企業(yè)的冰箱臺面板也換用了礦物質(zhì)增強增韌PP材料,例如,科龍電器、美菱電器等公司。雖然PP改性材料的機械性能比聚苯乙烯稍差,存在扭曲變形、縮痕、剛性較差等問題,利用PP材料韌性好、MFR高的特性,將制品重新設(shè)計,在制品側(cè)面與頂面的交接部位增設(shè)實體加強筋,如此設(shè)計使制品剛度較差的問題基本得到解決,從而可以大量節(jié)約材料成本。

用于電飯煲上的塑料制件的PP改性材料主要分為高光澤類和耐熱類,電飯煲外殼要求具有較高的光澤度,而底座則要求材料較高的耐熱性。

電飯煲的外殼以前主要是由ABS制作,由于成本壓力,現(xiàn)在主要采用改性PP來替代ABS。電飯煲外殼材料要求具有高光澤、低收縮性能,可以通過礦物填充的方法改善收縮性,但是在礦物的選擇上要選擇對表面光澤影響小的玻璃微珠,硫酸鋇,碳酸鈣等,必要時也可以通過成核劑、潤滑劑、熒光劑等來改善表面光澤。

耐候改性PP

由于PP含有不穩(wěn)定的叔碳基團,經(jīng)光、熱、氧作用后,易發(fā)生老化降解而導(dǎo)致變色、強度下降等問題,從而限制了其在戶外制品上的應(yīng)用。因此,通過對PP進行耐候改性,可以大幅度提高PP材料在戶外惡劣氣候條件下的使用壽命。該改性料主要用于制造常年在露天使用的家用電器,尤其是用于制造空調(diào)器室外主機外殼,以替代傳統(tǒng)的金屬噴塑外殼。

空調(diào)器室外機外殼要經(jīng)受日曬、雨淋、嚴寒等不同氣候條件的考驗,且要滿足長期使用要求。采用塑料代替金屬噴塑技術(shù)最早是由日本住友和三菱化學(xué)株式會社合作于20世紀90年代初開發(fā)成功并投入使用的,這種技術(shù)克服了原來的金屬噴塑外殼所存在的制作工藝復(fù)雜、成本高、重量較大、容易生銹(可影響整機性能和使用壽命)等缺點,最終減輕了工人的勞動強度、降低了能耗、延長了使用壽命。除了空調(diào)器室外機外殼,空調(diào)室外機軸流風(fēng)葉和暖風(fēng)機出風(fēng)口等也用到耐候PP。近幾年,隨著空調(diào)器產(chǎn)量的增長,改性耐候PP在該產(chǎn)品市場的應(yīng)用也逐漸增多。

阻燃改性PP

為了避免火災(zāi),現(xiàn)在許多國家都要求家用電器產(chǎn)品中的電子、電氣元器件所用材料必須具有阻燃性。在阻燃PP中,有63%的要求達到UL94V-0級,23%要求達到UL94V-2級,12%為DIN4102B1級,1%為其他阻燃級別。PP的高結(jié)晶和易燃性使其達到電氣及其他行業(yè)所需要高阻燃級別困難,且成本增加較多,但隨著社會對塑料制品阻燃要求的提高,阻燃PP的比例會隨之增加,目前阻燃PP的年增長率為8%。

由于PP屬于易燃材料,因此目前市場上一般使用Br/Sb復(fù)合體系阻燃劑來對其進行阻燃改性。通過阻燃改性,PP產(chǎn)品能夠達到UL94V-0級,并且能耐650℃甚至750℃灼熱絲而不起燃。這種阻燃改性的PP材料一般被用于制作諸如電視機外殼、洗衣機控制盤座、線控器殼、冰箱蒸發(fā)皿、通風(fēng)道等具有潛在燃燒危險的部件。

玻纖增強改性PP

通常,PP材料的拉伸強度在20M~30MPa之間,彎曲強度在25M~50MPa之間,彎曲模量在800M~1500MPa之間。如果要想把PP用在工程結(jié)構(gòu)件上,就必須使用玻璃纖維進行增強。

一般來說,通過玻璃纖維增強的PP產(chǎn)品的機械性能能夠得到成倍甚至數(shù)倍的提高。具體來說,拉伸強度達到了65MPa~90MPa,彎曲強度達到了70MPa~120MPa,彎曲模量達到了3000MPa~4500MPa,這樣的機械強度完全可以與ABS及增強ABS產(chǎn)品相媲美,并且更耐熱。一般ABS和增強ABS的耐熱溫度在80℃~98℃之間,而玻璃纖維增強的PP材料的耐熱溫度可以達到135℃~145℃。它可以被用來制作冰箱、空調(diào)等制冷機器中的軸流風(fēng)扇和貫流風(fēng)扇,其成本要比ABS增強產(chǎn)品低很多。

此外,它也可以用于制造高轉(zhuǎn)速洗衣機的內(nèi)桶、波輪、皮帶輪以適應(yīng)其對機械性能的高要求,用于電飯煲底座和提手、電子微波烤爐等對耐溫要求較高的場所。

改性PP發(fā)展趨勢及展望

改性PP在家電行業(yè)中有非常好的應(yīng)用前景。一方面,中國已經(jīng)成為世界家用電器生產(chǎn)中心,而且擁有一批極有影響力的生產(chǎn)企業(yè),這些企業(yè)能夠主動選擇材料;另一方面,行業(yè)競爭也促使企業(yè)應(yīng)用性價比更合理的材料。從未來家電技術(shù)發(fā)展情況看,家用電器的人性化將更加突出,產(chǎn)品品種更加齊全,傳統(tǒng)家電將向小型化、大型化兩極方向發(fā)展。新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn),對PP改性也提出了更高的要求,改性PP將有4個主要發(fā)展趨勢:

1.高剛性、高光澤PP。這種產(chǎn)品將有可能在某些家電,特別是小家電產(chǎn)品中取代PS和ABS。

2.無鹵阻燃PP。歐盟RoHS法令的實施,各國對環(huán)境保護的重視,無鹵阻燃PP的研發(fā)緊迫,且市場前景廣闊。

3.長玻纖增強PP。普通的短玻纖增強PP,由于含有的玻纖短,易翹曲,沖擊強度低,受熱容易變形,長玻纖能夠克服短玻纖的上述缺陷,且制品具有較好的表面、較高的使用溫度、較高的沖擊強度,可應(yīng)用于冰箱以及耐熱性比較高的廚用電器等。

4.抗菌PP。這種塑料是一種自身具有殺菌、抑菌性能的新型功能高分子材料,可應(yīng)用于洗衣機內(nèi)膽、電冰箱內(nèi)塑料制件等,前景廣闊。

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