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改性聚丙烯材料在家电领域的应用(详细介绍)

时间:2020-10-15 14:00:09     来源:塑胶原料厂家   作者:东磊  浏览数:18

  HIPS和ABS是先用在家用电器上的塑料材料,由于HIPS和ABS树脂价恪昂贵,国外逐步开发出适于做家用电器零部件用的PP(聚丙烯)改性材料,并以其成本低、重量轻、性能好等优点部分取代HIPS和ABS树脂在家用电器产品上应用。

  PP作为四大通用塑料材料之一,具有优良的综合性能、良好的化学稳定性、较好的成型加工性能和相对低廉的价格;但是它也存在着强度、模量、硬度低,耐低温冲击强度差,成型收缩大,易老化等缺点。因此,必须对其进行改性,以使其能够适应产品的需求。对PP材料的改性一般是通过添加矿物质增强增韧、耐候改性、玻璃纤维增强、阻燃改性和超韧改性等几个途径,每一种改性PP在家用电器领域都有着大量应用。本文将就改性PP在家用电器中的应用现状、发展趋势进行阐述。


  矿物填充改性PP

  矿物质填充改性是最广泛采用的改性途径。向PP原料中添加碳酸钙、滑石粉、硅灰石、玻璃微珠、云母粉等矿物质。这些矿物质不仅可以在一定程度上改善PP材料的机械性能和冲击韧性,降低PP材料的成型收缩率以加强其尺寸稳定性,并且由于矿物质与PP基体在成本上的巨大差别,可以大幅度降低PP材料的成本。

  目前,矿物填充改性PP在家电中的应用部位主要包括:波轮洗衣机和滚筒洗衣机的内桶、波轮和取衣口等部件;微波炉的密封条、扬声器喇叭口、喇叭支架;冰箱的搁物架;电饭煲的外壳和底座等。

  洗衣机的内桶原来采用不锈钢制作,20世纪90年代美国BASELL公司和韩国三星公司开始研究“利用改性PP来替代不锈钢制作滚筒洗衣机内桶”,并实现了商品化。此后,洗衣机企业开始大量使用此种改性料。这种材料的矿物质添加量高达40%,其拉伸强度达33MPa,断裂伸长率可达90%以上,缺口冲击强度约为10kJ/m2。目前,这种改性PP除了用于制造洗衣机的内桶以外,还被用于制造波轮和取衣口等部件,仅海尔集团每年的用量就在1700吨左右(每个洗衣机内桶约重2公斤)。

  微波炉的很多部件也采用矿物增强、增韧PP材料制造。例如,微波炉门体的密封条、微波炉扬声器喇叭口、喇叭支架等。由于矿物质的加入,可以在PP材料本身较高的耐热温度的基础上,使其耐热温度进一步得到提高,以适应微波炉对高温的要求。

  近年来,原材料价格的大幅度飙升,迫于成本压力,许多注塑厂家都在考虑用聚苯乙烯替代ABS或用改性PP产品替代聚苯乙烯产品以降低成本,于是出现了大量的PP材料成功替代聚苯乙烯的例子。例如,选用矿物质增强、增韧PP材料替代原来的聚苯乙烯材料注塑冰箱抽屉后,每吨原材料可以节约成本1500~2000元。由于用量很大,仅海尔集团一年大约就要消耗这种PP改性材料1000吨。另外,很多冰箱企业的冰箱台面板也换用了矿物质增强增韧PP材料,例如,科龙电器、美菱电器等公司。虽然PP改性材料的机械性能比聚苯乙烯稍差,存在扭曲变形、缩痕、刚性较差等问题,利用PP材料韧性好、MFR高的特性,将制品重新设计,在制品侧面与顶面的交接部位增设实体加强筋,如此设计使制品刚度较差的问题基本得到解决,从而可以大量节约材料成本。


  用于电饭煲上的塑料制件的PP改性材料主要分为高光泽类和耐热类,电饭煲外壳要求具有较高的光泽度,而底座则要求材料较高的耐热性。

  电饭煲的外壳以前主要是由ABS制作,由于成本压力,现在主要采用改性PP来替代ABS。电饭煲外壳材料要求具有高光泽、低收缩性能,可以通过矿物填充的方法改善收缩性,但是在矿物的选择上要选择对表面光泽影响小的玻璃微珠,硫酸钡,碳酸钙等,必要时也可以通过成核剂、润滑剂、荧光剂等来改善表面光泽。


  耐候改性PP

  由于PP含有不稳定的叔碳基团,经光、热、氧作用后,易发生老化降解而导致变色、强度下降等问题,从而限制了其在户外制品上的应用。因此,通过对PP进行耐候改性,可以大幅度提高PP材料在户外恶劣气候条件下的使用寿命。该改性料主要用于制造常年在露天使用的家用电器,尤其是用于制造空调器室外主机外壳,以替代传统的金属喷塑外壳。

  空调器室外机外壳要经受日晒、雨淋、严寒等不同气候条件的考验,且要满足长期使用要求。采用塑料代替金属喷塑技术最早是由日本住友和三菱化学株式会社合作于20世纪90年代初开发成功并投入使用的,这种技术克服了原来的金属喷塑外壳所存在的制作工艺复杂、成本高、重量较大、容易生锈(可影响整机性能和使用寿命)等缺点,最终减轻了工人的劳动强度、降低了能耗、延长了使用寿命。除了空调器室外机外壳,空调室外机轴流风叶和暖风机出风口等也用到耐候PP。近几年,随着空调器产量的增长,改性耐候PP在该产品市场的应用也逐渐增多。


  阻燃改性PP

  为了避免火灾,现在许多国家都要求家用电器产品中的电子、电气元器件所用材料必须具有阻燃性。在阻燃PP中,有63%的要求达到UL94V-0级,23%要求达到UL94V-2级,12%为DIN4102B1级,1%为其他阻燃级别。PP的高结晶和易燃性使其达到电气及其他行业所需要高阻燃级别困难,且成本增加较多,但随着社会对塑料制品阻燃要求的提高,阻燃PP的比例会随之增加,目前阻燃PP的年增长率为8%。

  由于PP属于易燃材料,因此目前市场上一般使用Br/Sb复合体系阻燃剂来对其进行阻燃改性。通过阻燃改性,PP产品能够达到UL94V-0级,并且能耐650℃甚至750℃灼热丝而不起燃。这种阻燃改性的PP材料一般被用于制作诸如电视机外壳、洗衣机控制盘座、线控器壳、冰箱蒸发皿、通风道等具有潜在燃烧危险的部件。


  玻纤增强改性PP

  通常,PP材料的拉伸强度在20M~30MPa之间,弯曲强度在25M~50MPa之间,弯曲模量在800M~1500MPa之间。如果要想把PP用在工程结构件上,就必须使用玻璃纤维进行增强。

  一般来说,通过玻璃纤维增强的PP产品的机械性能能够得到成倍甚至数倍的提高。

  具体来说,拉伸强度达到了65MPa~90MPa,弯曲强度达70MPa~120MPa,弯曲模量达到了3000MPa~4500MPa,这样的机械强度完全可以与ABS及增强ABS产品相媲美,并且更耐热。一般ABS和增强ABS的耐热温度在80℃~98℃之间,而玻璃纤维增强的PP材料的耐热温度可以达到135℃~145℃。它可以被用来制作冰箱、空调等制冷机器中的轴流风扇和贯流风扇,其成本要比ABS增强产品低很多。

  此外,它也可以用于制造高转速洗衣机的内桶、波轮、皮带轮以适应其对机械性能的高要求,用于电饭煲底座和提手、电子微波烤炉等对耐温要求较高的场所。


  改性PP发展趋势及展望

  改性PP在家电行业中有非常好的应用前景。一方面,中国已经成为世界家用电器生产中心,而且拥有一批极有影响力的生产企业,这些企业能够主动选择材料;另一方面,行业竞争也促使企业应用性价比更合理的材料。从未来家电技术发展情况看,家用电器的人性化将更加突出,产品品种更加齐全,传统家电将向小型化、大型化两极方向发展。新产品的不断涌现,对PP改性也提出了更高的要求,改性PP将有4个主要发展趋势:

  1.高刚性、高光泽PP。这种产品将有可能在某些家电,特别是小家电产品中取代PS和ABS。

  2.无卤阻燃PP。RoHS法令的实施,各国对环境保护的重视,无卤阻燃PP的研发紧迫,且市场前景广阔。

  3.长玻纤增强PP。普通的短玻纤增强PP,由于含有的玻纤短,易翘曲,冲击强度低,受热容易变形,长玻纤能够克服短玻纤的上述缺陷,且制品具有较好的表面、较高的使用温度、较高的冲击强度,可应用于冰箱以及耐热性比较高的厨用电器等。

  4.抑菌PP。这种塑料是一种自身具有抑菌性能的新型功能高分子材料,可应用于洗衣机内胆、电冰箱内塑料制件等,前景广阔。

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