家电用塑料原料及其改性技术

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家电用塑料原料及其改性技术

    家用电器种类繁多，按其用途可分为：厨房电器、家务电器、视听电器、空调类电器、医疗健身类电器以及其他类家用电器。在家电用塑料材料中，大约90%为热塑性塑料，其余为热固性塑料；在热塑性塑料中，大部分是通用塑料，如：PP、PS、PVC、PE等；所使用的工程塑料主要有ABS、AS、PA、PC、POM、PPO、PPS、PET、PBT、PMMA、LCP、PEEK、PSF、PUR等。热固性塑料通常包括酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂等。

    近年来，PP因具备优良的综合性能、价格低、密度小等方面的特点而成为家电中用量增长最快且最大的塑料品种。特别是近年来开发的高光泽PP在替代ABS方面得到了大量应用。PP在家用电器中主要被用于制作洗衣机的内外筒、底座、脱水桶、盖板，电视机的壳体、后盖，电风扇的外壳件，电冰箱的门胆、透明抽屉以及微波炉等小家电外壳件。目前，其在家用电器中的用量约占30%左右。

    PS过去主要被用于制作家电透明件，现在则被更多的用作泡沫包装材料；HIPS通常被用于制作电冰箱的门胆、内胆、蔬菜箱、肉盘、冰盒，电视机、计算机、录音机、空调器、吸尘器、电话机、电子琴及其他家用电器的壳体，录音录像带盒，键盘等。在HIPS中，具有高光泽、高流动、耐环境应力开裂的品种发展最快。

    PVC在家电中应用不多，一般是被用作电冰箱密封条和一些小注塑件，但PVC/ABS、PVC/PS合金由于成本低，可以替代ABS和HIPS而被用于电视机壳、电风扇、吹风机、洗衣机内桶、吸尘器等要求阻燃的部件的制作。

    PE主要被用于制作家电中要求不高的非受力件，，如洗衣机和吸尘器的波纹管。

    在家电用工程塑料中，ABS的用量居首位，主要被用于制作电冰箱的内衬，电视机、计算机、录音录像机、空调器、吸尘器、电话机、电子琴及其他小家电的壳体及其内部结构件。其中，家电中的透明外部件及冰箱的内部透明件是采用透明ABS制作的。

    AS可用于制作冰箱蔬菜盘、电器开关、小家电透明件等。

    PC因具有韧性好、透明、高低温性能好、具自熄性等特点，被大量用于电吹风、电热器中对耐热和阻燃要求较高的透明罩壳的制作。此外，PC还可用于制作对光学性能要求较高的光碟，PC/ABS合金则被用于手机外壳等的制作。

    PA系列通常被用于家电中的齿轮、轴承及滑动类零件的制作。

    POM具有良好的综合性能，过去主要被用于制作家电齿轮、轴套及滑动类零件。近年来，POM合金在精密结构件中得到了广泛的应用。

    改性PPO属耐热工程塑料，综合性能好，有自熄性，因此，通常被用于制作电视机和收音机的零部件、插座、绝缘支撑体、线圈骨架等。

    经纤维增强后的PBT可以制作线圈骨架、变压器外壳等；PET主要被用作录音录像带的基材。近年来，由于PET价格相对较低，使得各类PET与通用塑料的共混合金可以替代其他工程塑料而在小家电中得到大量应用。

    PPS、LCP、PEEK等一般被用于制作高耐热的精密结构件，如计算机的接插件等。

    PUR在家电中可被用于制作弹性零件，如电饭煲的密封圈。PUR更多的被用作硬质泡沫塑料，在冰箱中起到隔热、在电饭煲中起到保温的作用。

    在热固性塑料中，酚醛塑料主要被用于制作电热类电器底板、开关、接线板、纤维增强零部件等；胺基塑料主要用于制作旋钮、耐热壳体、装饰贴面等；环氧树脂主要用于印刷电路板和封装材料的制作。

    家电行业的快速发展及其对塑料的大量需求，促进了整个塑料工业的发展，合成出一批家电专用的树脂，如聚丙烯EPS30R、透明ABS、透明PA、高分子量PS、高光泽PS、高熔体强度PC等。此外，塑料改性技术也得到进一步完善和提高，例如，聚合物接枝马来酸酐技术、高流动PP和高光泽PP的制备技术以及PC/ABS合金、PVC/ABS合金、透明PP、阻燃ABS等的制备技术。而塑料合金对相容剂的大量需求则促进了相容剂制备技术的发展。其中，各种马来酸酐接枝物、MS树脂、SEBS、SEDS、EAA、4IP、IO、SPS、EVOH等一批可用作增容剂的聚合物制备技术已经成熟，其合成产物得到了广泛的应用。塑料增韧的需求则促进了热塑性弹性体的快速发展，目前，POE、EPDM、SIS、TPU、SEBS、聚酯弹性体等热塑性增韧剂已在塑料中得到广泛应用。同时多种粉末橡胶在塑料中的应用正在快速增长。

    改性技术的发展和家电的需求也促进了一些助剂及其应用技术的发展。例如，对无卤阻燃剂的需求使得磷系、氮系、硅系、硼系阻燃剂和氢氧化铝、氢氧化镁等无机阻燃剂的应用领域得到扩大；成核剂在PP、PET中的应用有效地改善了塑料的性能；在薄壁和高光泽制品原料中广泛使用了流动改性剂和光亮剂；由于玻纤增强塑料的广泛使用，使得新的助剂——玻纤外露防止剂应运而生；冰箱、洗衣机、电话机的抗菌需求则促进了纳米抗菌剂的应用。

    此外，以改善综合性能、提高电绝缘性为目的的用于热塑性塑料的交联技术也得到广泛应用；伴随着一些家电对屏蔽方面的要求，促进了导电塑料的发展；家电的低成本要求则对废塑料再利用技术的发展产生了积极推动作用；为了适应环保要求，一些家电企业正在使用PE、PP泡沫替代传统的EPS泡沫用于家电的包装中，有些企业还对可降解EPS包装进行了研究。一般，冰箱保温层为聚氨酯泡沫，由于使用的氟利昂发泡剂对臭氧层有破坏作用，目前全世界的相关企业正在进行氟利昂替代品的研究和开发工作。

    尽管中国已成为家电生产大国，但在家电用塑料原料方面，与国外相比仍有较大的差距。具体表现在：可规模生产的树脂品种少。家电涉及的工程塑料种类及专用料牌号很多，由于工程塑料的合成技术含量高、投资大，因此，受资金和技术的限制，国内工程塑料工业还处于较低层次，仅可提供部分品种的通用工程塑料，而大部分家电用塑料品种，如用于共混改性的相容剂、热塑性弹性体等主要还是依赖进口。此外，许多塑料助剂在国内尚属空白，专用料品种牌号少，改性技术的研究和应用与国外相比还具有一定差距。

    近年来，国内每年平均进口工程塑料100万吨，已成为国际第一工程塑料进口大国，，并且每年以18%的速率递增。

    家电用塑料制品的加工技术

    家电用塑料制品的成型加工方法主要有注塑成型、挤出成型、热成型、中空成型、层压成型、压缩模塑、传递模塑、泡沫塑料成型、浇注成型、嵌铸、封铸等，其中以注塑成型为主。

    近年来，一些塑料加工新技术、新设备在家电塑料制品成型中得到大量应用，如精密注塑、快速成型技术、熔芯注塑技术、气辅/水辅注塑成型技术、电磁动态注塑成型技术和覆膜注塑成型技术等。
   
    精密注塑可以保证制品在尺寸和重量方面具有高精度和高重复性。采用这一技术的注塑机可以实现高压、高速注射。由于其控制方式通常为开环或闭环控制，因此可以对注塑工艺参数实现高精度控制。通常，精密注塑对模具的精度要求较高。目前，国内已能生产中小型精密注塑机。

    快速成型技术是伴随着家电品种向多样化方向发展以及不断的更新换代而快速发展起来的，主要用于制备家电用塑料外壳。这一技术的优点是，不需要模具即可实现塑件的小批量生产。目前，比较成熟的快速成型方法有激光扫描成型和液体光固化成型，其中激光扫描成型法应用较多。激光扫描设备是由激光光源、扫描装置、撒粉装置和计算机组成。其加工过程是，由计算机控制的激光头按一定轨迹进行扫描，在激光经过的位置上，塑料微粉受热熔化并粘结在一起，每扫描完一次，微粉装置就撒一层薄粉，这样，经过反复扫描，就形成了具有一定形状和尺寸的制品。现在，国内已有一些企业能够生产激光扫描成型机和塑料微粉，但设备性能不稳定，微粉的品种牌号也少。

    熔芯注塑技术通常被用于成型对空腔粗糙度和精度要求较高的、不能用中空成型或旋转成型方法加工的异型空腔制品。目前，该技术在国外的应用已比较成熟，但在国内尚处于个别应用状态。该技术的加工原理是，先成型出构成空腔的芯型，然后再用芯型作为嵌件注塑成型。在注塑件的加热作用下，使芯型熔化流出，从而形成了空腔。使用该技术最重要的一点是需要掌握好芯型材料和塑件的熔点。通常，芯型材料可根据具体情况而选用通用塑料、热塑型弹性体或低熔点金属如铅、锡等。

    气辅/水辅注塑成型用途广泛，可成型多种类型的注塑件，其典型制品是电视机外壳。注塑时，可将气体或过热水与塑料熔体几乎同步地注入型腔中。此时，塑料熔体将气体或过热水包覆，成型的塑料制品为夹层结构，塑件定型后排出气体或水即可脱模。此类制品具有省料、收缩小、外观好、刚性好的优点。成型设备的关键部分是气辅或水辅装置及其控制软件。近年来，国内虽然对此研究较多，应用速度也较快，但国产设备尚不稳定。

    电磁动态注塑成型技术是由华南理工大学瞿金平先生发明的。该技术通过电磁力的作用使螺杆在轴向产生往复振动。由于在预塑化阶段使塑料得以微观塑化，从而使保压阶段的塑件结构更密实，并减小了制品的内应力。这一技术可用于成型要求较高的制品如光碟。当被用于普通制品的成型时，可提高制品的质量。

    覆膜注塑成型技术与设备在国外的应用已比较成熟。使用该技术时，需要在注塑前将专用印花装饰塑料膜夹在模具内，然后注塑成型。印花膜受热变形后可贴合在塑件表面，不但美观牢固，而且还省去了后装饰步骤。

    一般情况下，家电塑料制品对塑料模具的需求量非常大，例如，一台冰箱或一台全自动洗衣机所需的塑料模具通常超过100副，一台空调器需20多副，一台彩色电视机需50-70副塑料模具。同时，对塑料模具的技术要求相对较高，往往还要求模具的加工周期要尽可能的短，由此而大大促进了模具设计以及现代模具制造技术的发展。此外，一些难度较大的模具如热流道注塑模、叠层注塑模等在国内的应用正在逐步增多。

    发展趋势

    目前，家用电器正在朝着重量轻、结构紧凑、多功能、智能化、个性化、节能化、健康无污染的方向发展，此外，新品种和非电器类家用器具的电气化也是不可忽视的发展方向。

    通常，家用电器对塑料的共性要求是绝缘和阻燃，同时，由于家用电器在其发展中具有一些很明显的特点，如换代快、要求成本尽可能低等，因此，往往需要家电用塑料原料向着高性能和一般性能两个方向分别进行改进。高性能塑料可通过对通用塑料的工程化、通用工程塑料高性能化以及特种工程塑料改性来实现。一般性能塑料则通过低成本改性技术、原料代用、专用料高度专用等方法来实现对性能和成本方面的要求。塑料助剂除继续开发新型品种外，母料化和复合化是其主要发展方向。塑料加工装备则向针对某种具体产品加工的专用化方向发展，并且这种专用化设备是由专用料供应商和装备供应商互相配合而共同开发的。