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家電用改性PP塑料材料現(xiàn)狀及展望
日期：2024-08-31 11:21
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摘要：
家電用改性PP塑料材料現(xiàn)狀及展望
HIPS和ABS是*先用在家用電器上的塑料材料，由于HIPS和ABS樹脂價(jià)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(diǎn)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(duì)低廉的價(jià)格；但是它也存在著強(qiáng)度、模量、硬度低，耐低溫沖擊強(qiáng)度差，成型收縮大，易老化等缺點(diǎn)。因此，必須對(duì)其進(jìn)行改性，以使其能夠適應(yīng)產(chǎn)品的需求。對(duì)PP材料的改性一般是通過添加礦物質(zhì)增強(qiáng)增韌、耐候改性、玻璃纖維增強(qiáng)、阻燃改性和超韌改性等幾個(gè)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(jìn)行闡述。
礦物填充改性PP
礦物質(zhì)填充改性是*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(jī)械性能和沖擊韌性，降低PP材料的成型收縮率以加強(qiáng)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(jī)和滾筒洗衣機(jī)的內(nèi)桶、波輪和取衣口等部件；微波爐的密封條、揚(yáng)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(jī)的內(nèi)桶原來采用不銹鋼制作，20世紀(jì)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(jī)內(nèi)桶”，并實(shí)現(xiàn)了商品化。此后，洗衣機(jī)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(dá)40%，其拉伸強(qiáng)度達(dá)33MPa，斷裂伸長率可達(dá)90%以上，缺口沖擊強(qiáng)度約為10kJ/m2。目前，這種改性PP除了用于制造洗衣機(jī)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(tuán)每年的用量就在1700噸左右（每個(gè)洗衣機(jī)內(nèi)桶約重2公斤）。
微波爐的很多部件也采用礦物增強(qiáng)、增韌PP材料制造。例如，微波爐門體的密封條、微波爐揚(yáng)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(jìn)一步得到提高，以適應(yīng)微波爐對(duì)高溫的要求。
近年來，原材料價(jià)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(qiáng)、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(tuán)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(tái)面板也換用了礦物質(zhì)增強(qiáng)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(jī)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(jì)，在制品側(cè)面與頂面的交接部位增設(shè)實(shí)體加強(qiáng)筋，如此設(shè)計(jì)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(duì)表面光澤影響小的玻璃微珠，硫酸鋇，碳酸鈣等，必要時(shí)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(tuán)，經(jīng)光、熱、氧作用后，易發(fā)生老化降解而導(dǎo)致變色、強(qiáng)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(duì)PP進(jìn)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(jī)外殼，以替代傳統(tǒng)的金屬噴塑外殼。
空調(diào)器室外機(jī)外殼要經(jīng)受日曬、雨淋、嚴(yán)寒等不同氣候條件的考驗(yàn)，且要滿足長期使用要求。采用塑料代替金屬噴塑技術(shù)*早是由日本住友和三菱化學(xué)株式會(huì)社合作于20世紀(jì)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(jī)性能和使用壽命）等缺點(diǎn)，*終減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、降低了能耗、延長了使用壽命。除了空調(diào)器室外機(jī)外殼，空調(diào)室外機(jī)軸流風(fēng)葉和暖風(fēng)機(jī)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(dá)到UL94V-0級(jí)，23%要求達(dá)到UL94V-2級(jí)，12%為DIN4102B1級(jí)，1%為其他阻燃級(jí)別。PP的高結(jié)晶和易燃性使其達(dá)到電氣及其他行業(yè)所需要高阻燃級(jí)別困難，且成本增加較多，但隨著社會(huì)對(duì)塑料制品阻燃要求的提高，阻燃PP的比例會(huì)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(duì)其進(jìn)行阻燃改性。通過阻燃改性，PP產(chǎn)品能夠達(dá)到UL94V-0級(jí)，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(jī)外殼、洗衣機(jī)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(xiǎn)的部件。
玻纖增強(qiáng)改性PP
通常，PP材料的拉伸強(qiáng)度在20M~30MPa之間，彎曲強(qiáng)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(jìn)行增強(qiáng)。
一般來說，通過玻璃纖維增強(qiáng)的PP產(chǎn)品的機(jī)械性能能夠得到成倍甚至數(shù)倍的提高。具體來說，拉伸強(qiáng)度達(dá)到了65MPa~90MPa，彎曲強(qiáng)度達(dá)到了70MPa~120MPa，彎曲模量達(dá)到了3000MPa~4500MPa，這樣的機(jī)械強(qiáng)度完全可以與ABS及增強(qiáng)ABS產(chǎn)品相媲美，并且更耐熱。一般ABS和增強(qiáng)ABS的耐熱溫度在80℃~98℃之間，而玻璃纖維增強(qiáng)的PP材料的耐熱溫度可以達(dá)到135℃~145℃。它可以被用來制作冰箱、空調(diào)等制冷機(jī)器中的軸流風(fēng)扇和貫流風(fēng)扇，其成本要比ABS增強(qiáng)產(chǎn)品低很多。此外，它也可以用于制造高轉(zhuǎn)速洗衣機(jī)的內(nèi)桶、波輪、皮帶輪以適應(yīng)其對(duì)機(jī)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(duì)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**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(dòng)選擇材料；另一方面，行業(yè)競爭也促使企業(yè)應(yīng)用性價(jià)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(duì)PP改性也提出了更高的要求，改性PP將有4個(gè)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(shí)施，各國對(duì)環(huán)境保護(hù)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(qiáng)PP。普通的短玻纖增強(qiáng)PP，由于含有的玻纖短，易翹曲，沖擊強(qiáng)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(qiáng)度，可應(yīng)用于冰箱以及耐熱性比較高的廚用電器等。
4.**PP。這種塑料是一種自身具有**、抑菌性能的新型功能高分子材料，可應(yīng)用于洗衣機(jī)內(nèi)膽、電冰箱內(nèi)塑料制件等，前景廣闊。
HIPS和ABS是*先用在家用電器上的塑料材料，由于HIPS和ABS樹脂價(jià)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(diǎn)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(duì)低廉的價(jià)格；但是它也存在著強(qiáng)度、模量、硬度低，耐低溫沖擊強(qiáng)度差，成型收縮大，易老化等缺點(diǎn)。因此，必須對(duì)其進(jìn)行改性，以使其能夠適應(yīng)產(chǎn)品的需求。對(duì)PP材料的改性一般是通過添加礦物質(zhì)增強(qiáng)增韌、耐候改性、玻璃纖維增強(qiáng)、阻燃改性和超韌改性等幾個(gè)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(jìn)行闡述。
礦物填充改性PP
礦物質(zhì)填充改性是*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(jī)械性能和沖擊韌性，降低PP材料的成型收縮率以加強(qiáng)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(jī)和滾筒洗衣機(jī)的內(nèi)桶、波輪和取衣口等部件；微波爐的密封條、揚(yáng)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(jī)的內(nèi)桶原來采用不銹鋼制作，20世紀(jì)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(jī)內(nèi)桶”，并實(shí)現(xiàn)了商品化。此后，洗衣機(jī)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(dá)40%，其拉伸強(qiáng)度達(dá)33MPa，斷裂伸長率可達(dá)90%以上，缺口沖擊強(qiáng)度約為10kJ/m2。目前，這種改性PP除了用于制造洗衣機(jī)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(tuán)每年的用量就在1700噸左右（每個(gè)洗衣機(jī)內(nèi)桶約重2公斤）。
微波爐的很多部件也采用礦物增強(qiáng)、增韌PP材料制造。例如，微波爐門體的密封條、微波爐揚(yáng)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(jìn)一步得到提高，以適應(yīng)微波爐對(duì)高溫的要求。
近年來，原材料價(jià)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(qiáng)、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(tuán)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(tái)面板也換用了礦物質(zhì)增強(qiáng)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(jī)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(jì)，在制品側(cè)面與頂面的交接部位增設(shè)實(shí)體加強(qiáng)筋，如此設(shè)計(jì)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(duì)表面光澤影響小的玻璃微珠，硫酸鋇，碳酸鈣等，必要時(shí)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(tuán)，經(jīng)光、熱、氧作用后，易發(fā)生老化降解而導(dǎo)致變色、強(qiáng)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(duì)PP進(jìn)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(jī)外殼，以替代傳統(tǒng)的金屬噴塑外殼。
空調(diào)器室外機(jī)外殼要經(jīng)受日曬、雨淋、嚴(yán)寒等不同氣候條件的考驗(yàn)，且要滿足長期使用要求。采用塑料代替金屬噴塑技術(shù)*早是由日本住友和三菱化學(xué)株式會(huì)社合作于20世紀(jì)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(jī)性能和使用壽命）等缺點(diǎn)，*終減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、降低了能耗、延長了使用壽命。除了空調(diào)器室外機(jī)外殼，空調(diào)室外機(jī)軸流風(fēng)葉和暖風(fēng)機(jī)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(dá)到UL94V-0級(jí)，23%要求達(dá)到UL94V-2級(jí)，12%為DIN4102B1級(jí)，1%為其他阻燃級(jí)別。PP的高結(jié)晶和易燃性使其達(dá)到電氣及其他行業(yè)所需要高阻燃級(jí)別困難，且成本增加較多，但隨著社會(huì)對(duì)塑料制品阻燃要求的提高，阻燃PP的比例會(huì)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(duì)其進(jìn)行阻燃改性。通過阻燃改性，PP產(chǎn)品能夠達(dá)到UL94V-0級(jí)，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(jī)外殼、洗衣機(jī)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(xiǎn)的部件。
玻纖增強(qiáng)改性PP
通常，PP材料的拉伸強(qiáng)度在20M~30MPa之間，彎曲強(qiáng)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(jìn)行增強(qiáng)。
一般來說，通過玻璃纖維增強(qiáng)的PP產(chǎn)品的機(jī)械性能能夠得到成倍甚至數(shù)倍的提高。具體來說，拉伸強(qiáng)度達(dá)到了65MPa~90MPa，彎曲強(qiáng)度達(dá)到了70MPa~120MPa，彎曲模量達(dá)到了3000MPa~4500MPa，這樣的機(jī)械強(qiáng)度完全可以與ABS及增強(qiáng)ABS產(chǎn)品相媲美，并且更耐熱。一般ABS和增強(qiáng)ABS的耐熱溫度在80℃~98℃之間，而玻璃纖維增強(qiáng)的PP材料的耐熱溫度可以達(dá)到135℃~145℃。它可以被用來制作冰箱、空調(diào)等制冷機(jī)器中的軸流風(fēng)扇和貫流風(fēng)扇，其成本要比ABS增強(qiáng)產(chǎn)品低很多。此外，它也可以用于制造高轉(zhuǎn)速洗衣機(jī)的內(nèi)桶、波輪、皮帶輪以適應(yīng)其對(duì)機(jī)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(duì)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**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(dòng)選擇材料；另一方面，行業(yè)競爭也促使企業(yè)應(yīng)用性價(jià)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(duì)PP改性也提出了更高的要求，改性PP將有4個(gè)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(shí)施，各國對(duì)環(huán)境保護(hù)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(qiáng)PP。普通的短玻纖增強(qiáng)PP，由于含有的玻纖短，易翹曲，沖擊強(qiáng)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(qiáng)度，可應(yīng)用于冰箱以及耐熱性比較高的廚用電器等。
4.**PP。這種塑料是一種自身具有**、抑菌性能的新型功能高分子材料，可應(yīng)用于洗衣機(jī)內(nèi)膽、電冰箱內(nèi)塑料制件等，前景廣闊。
