家電用改性PP塑料材料現狀及展望

2022-03-02 07:01:51 字數 3307 閱讀 2019

hips和abs是最先用在家用電器上的塑料材料,由於hips和abs樹脂價恪昂貴,國外逐步開發出適於做家用電器零部件用的pp(聚丙烯)改性材料,並以其成本低、重量輕、效能好等優點部分取代hips和abs樹脂在家用電器產品上應用。

pp作為四大通用塑料材料之一,具有優良的綜合性能、良好的化學穩定性、較好的成型加工效能和相對低廉的**;但是它也存在著強度、模量、硬度低,耐低溫衝擊強度差,成型收縮大,易老化等缺點。因此,必須對其進行改性,以使其能夠適應產品的需求。對pp材料的改性一般是通過新增礦物質增強增韌、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在家用電器領域都有著大量應用。

本文將就改性pp在家用電器中的應用現狀、發展趨勢進行闡述。

礦物填充改性pp

礦物質填充改性是最廣泛採用的改性途徑。向pp原料中新增碳酸鈣、滑石粉、矽灰石、玻璃微珠、雲母粉等礦物質。這些礦物質不僅可以在一定程度上改善pp材料的機械效能和衝擊韌性,降低pp材料的成型收縮率以加強其尺寸穩定性,並且由於礦物質與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在家電中的應用部位主要包括:波輪洗衣機和滾筒洗衣機的內桶、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。

洗衣機的內桶原來採用不鏽鋼製作,20世紀90年代美國basell公司和南韓三星公司開始研究「利用改性pp來替代不鏽鋼製作滾筒洗衣機內桶」,並實現了商品化。此後,洗衣機企業開始大量使用此種改性料。這種材料的礦物質新增量高達40%,其拉伸強度達33mpa,斷裂伸長率可達90%以上,缺口衝擊強度約為10kj/m2。

目前,這種改性pp除了用於製造洗衣機的內桶以外,還被用於製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(每個洗衣機內桶約重2公斤)。

微波爐的很多部件也採用礦物增強、增韌pp材料製造。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。由於礦物質的加入,可以在pp材料本身較高的耐熱溫度的基礎上,使其耐熱溫度進一步得到提高,以適應微波爐對高溫的要求。

近年來,原材料**的大幅度飆公升,迫於成本壓力,許多注塑廠家都在考慮用聚苯乙烯替代abs或用改性pp產品替代聚苯乙烯產品以降低成本,於是出現了大量的pp材料成功替代聚苯乙烯的例子。例如,選用礦物質增強、增韌pp材料替代原來的聚苯乙烯材料注塑冰箱抽屜後,每噸原材料可以節約成本1500~2000元。由於用量很大,僅海爾集團一年大約就要消耗這種pp改性材料1000噸。

另外,很多冰箱企業的冰箱臺面板也換用了礦物質增強增韌pp材料,例如,科龍電器、美菱電器等公司。雖然pp改性材料的機械效能比聚苯乙烯稍差,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,將製品重新設計,在製品側面與頂面的交接部位增設實體加強筋,如此設計使製品剛度較差的問題基本得到解決,從而可以大量節約材料成本。

用於電飯煲上的塑料製件的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製作,由於成本壓力,現在主要採用改性pp來替代abs。電飯煲外殼材料要求具有高光澤、低收縮效能,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、螢光劑等來改善表面光澤。

耐候改性pp

由於pp含有不穩定的叔碳基團,經光、熱、氧作用後,易發生老化降解而導致變色、強度下降等問題,從而限制了其在戶外製品上的應用。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。該改性料主要用於製造常年在露天使用的家用電器,尤其是用於製造空調器室外主機外殼,以替代傳統的金屬噴塑外殼。

空調器室外機外殼要經受日曬、雨淋、嚴寒等不同氣候條件的考驗,且要滿足長期使用要求。,這種技術克服了原來的金屬噴塑外殼所存在的製作工藝複雜、成本高、重量較大、容易生鏽(可影響整機效能和使用壽命)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。除了空調器室外機外殼,空調室外機軸流風葉和暖風機出風口等也用到耐候pp。

近幾年,隨著空調器產量的增長,改性耐候pp在該產品市場的應用也逐漸增多。

阻燃改性pp

為了避免火災,現在許多國家都要求家用電器產品中的電子、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的高結晶和易燃性使其達到電氣及其他行業所需要高阻燃級別困難,且成本增加較多,但隨著社會對塑料製品阻燃要求的提高,阻燃pp的比例會隨之增加,目前阻燃pp的年增長率為8%。

由於pp屬於易燃材料,因此目前市場上一般使用br/sb復合體系阻燃劑來對其進行阻燃改性。通過阻燃改性,pp產品能夠達到ul94v-0級,並且能耐650℃甚至750℃灼熱絲而不起燃。這種阻燃改性的pp材料一般被用於製作諸如電視機外殼、洗衣機控制盤座、線控器殼、冰箱蒸發皿、通風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用在工程結構件上,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產品的機械效能能夠得到成倍甚至數倍的提高。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產品相媲美,並且更耐熱。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℃。

它可以被用來製作冰箱、空調等製冷機器中的軸流風扇和貫流風扇,其成本要比abs增強產品低很多。此外,它也可以用於製造高轉速洗衣機的內桶、波輪、皮帶輪以適應其對機械效能的高要求,用於電飯煲底座和提手、電子微波烤爐等對耐溫要求較高的場所。

改性pp發展趨勢及展望

改性pp在家電行業中有非常好的應用前景。一方面,中國已經成為世界家用電器生產中心,而且擁有一批極有影響力的生產企業,這些企業能夠主動選擇材料;另一方面,行業競爭也促使企業應用價效比更合理的材料。從未來家電技術發展情況看,家用電器的人性化將更加突出,產品品種更加齊全,傳統家電將向小型化、大型化兩極方向發展。

新產品的不斷湧現,對pp改性也提出了更高的要求,改性pp將有4個主要發展趨勢:

1.高剛性、高光澤pp。這種產品將有可能在某些家電,特別是小家電產品中取代ps和abs。

2.無滷阻燃pp。歐盟rohs法令的實施,各國對環境保護的重視,無滷阻燃pp的研發緊迫,且市場前景廣闊。

3.長玻纖增強pp。普通的短玻纖增強pp,由於含有的玻纖短,易翹曲,衝擊強度低,受熱容易變形,長玻纖能夠克服短玻纖的上述缺陷,且製品具有較好的表面、較高的使用溫度、較高的衝擊強度,可應用於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、抑菌效能的新型功能高分子材料,可應用於洗衣機內膽、電冰箱內塑料製件等,前景廣闊。

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