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        空調白色面板ABS材料光老化研究

        2021-03-03 06:07:40馬令慶李云蹊郝玉密溫博王明先
        家電科技 2021年1期
        關鍵詞:改性

        馬令慶 李云蹊 郝玉密 溫博 王明先

        MA Lingqing1,2 LI Yunxi1,2 HAO Yumi1,2 WEN Bo1,2 WANG Mingxian1,2

        1.海信家電集團股份有限公司 山東青島 266100;2.海信(山東)空調有限公司 山東青島 266100

        1. Hisense Home Appliances Group Co., Ltd. Qingdao 266100;2. Hisense (Shandong) Air-conditioning Co., Ltd. Qingdao 266100

        1 引言

        丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)樹脂具有優(yōu)異的剛韌平衡性、尺寸穩(wěn)定性和易加工性,廣泛用于家電產品。在空調產品上主要用于外觀和結構部件,如面板、蝸殼、底座等,ABS材料的高光澤度和高強度大幅提升了產品質感。但是由于ABS的橡膠相含有不飽和雙鍵,在加工過程中受高溫破壞、在使用過程中受紫外線的輻射,均會使其雙鍵斷裂,外觀表現(xiàn)為顏色變黃變灰、光澤度降低,同時力學性能降低[1-3]。為解決此類問題,常采用添加抗氧劑光穩(wěn)定劑等助劑,但也只能起延緩作用[4,5]。

        為評價高分子材料的光老化性能,目前主要有大氣自然環(huán)境光老化和人工加速光老化兩大類。大氣自然環(huán)境光老化是將高分子材料暴露于典型自然環(huán)境中試驗,周期漫長難以滿足家電行業(yè)的研發(fā)進度要求;人工加速光老化分為氙弧燈暴露光老化試驗、熒光紫外燈暴露光老化試驗、碳弧燈暴露光老化試驗和金屬鹵素暴露光老化試驗等,人工加速光老化試驗效果與光源種類、光源輻照度和光源能譜分布有密切關系,不同測試方法其測試結果也有較大差異[6-8]。

        在空調產品中,白色占絕大多數(shù)的比例,如果產品變黃,尤其是面板部件變黃將極大影響用戶的使用體驗,因此研究如何控制黃變老化以及選用合適的加速光老化測試方法,對提升產品質量和保障新品研發(fā)進度具有十分重要的意義。本文針對目前空調面板常采用的改性料方案、色母料方案,采用家電行業(yè)常采用的氙弧燈暴露光老化試驗、熒光紫外燈暴露光老化試驗方法,研究了面板的色差、光澤度、透光率等指標變化,對比了光老化實驗方法的嚴酷程度。

        2 實驗部分

        2.1 實驗樣品

        目前空調面板使用的ABS材料,分別制作如下三組色板,每組7塊,1#~6#為測試樣,7#為對比樣。色板中間部分測試光老化后的色差,較薄處(1.6 mm)測試透光率。

        A組:白色色母料+ABS原材料制作的高光階梯板;B組:白色改性料制作的高光階梯板;Y組:ABS原材料制作的高光階梯板。

        2.2 實驗方法

        目前家電行業(yè)的光老化測試方法不統(tǒng)一,基本上是根據(jù)經驗或設備現(xiàn)狀,參考國標GB/T 16422.2《塑料 實驗室光源暴露試驗方法第2部分:氙弧燈》和GB/T 16422.3《塑料 實驗室光源暴露試驗方法第3部分:熒光紫外燈》而制定,大致分為三種測試方法,具體條件見表1。

        2.3 測試與表征

        將每組樣品的1#、2#,放入氙燈老化試驗箱(美國Q-Lab,型號Q-Sun)進行X(氙燈)實驗,3#、4#放入紫外光老化箱(美國Q-Lab,型號QUV)進行ZA(UVA)實驗,5#、6#放入紫外光老化箱(美國Q-Lab,型號QUV)進行ZB(UVB)實驗。

        測試完成后,使用色差儀(德國愛色麗,型號Xrite-Ci64),測試色板色差;使用光澤度計(德國BYK,型號4563),測試色板光澤度;使用透光率霧度測定儀(上海儀電,型號SGW-820),測試色板透光率。

        3 結果與討論

        3.1 光老化對色差的影響

        對色母料、改性料和原材料的待測樣板分別進行氙弧燈、熒光紫外燈(UVA、UVB)人工加速光老化測試,實驗后的顏色色差ΔE變化見圖1。從圖1a可以看出經光老化測試后顏色均發(fā)生變化,色差變化依次為改性料(B)<色母料(A)<原材料(Y),并且A組、Y組色板目視明顯變黃,尤其是原材料的Y組;B組經X(氙燈)光老化測試后色差ΔE在0.5左右,接近人類視覺容差,目視變黃不太明顯。這是由于ABS樹脂的橡膠相含有不飽和的雙鍵,其側鏈CH離解能小于紫外線光能量,易受紫外線破壞,最終生成羰基、羧基等顯色基團,使產品變黃[9]。從圖1a根據(jù)色差ΔE變化可以看出三種材料的耐光老化能力為改性料(B)>色母料(A)>原材料(Y),這是由于材料供方根據(jù)主機廠要求及成本,對色母或原材料采用了不同的光穩(wěn)定劑(紫外線吸收劑)配方體系。

        圖1 不同光老化測試后材料色差變化

        表1 光老化測試條件

        根據(jù)Lab顏色模型,L表示亮度,L值越大亮度越高;a表示顏色的紅綠,a值從小增大,表示顏色從綠向紅轉變;b表示顏色的黃藍,b值從小增大,表示顏色從藍向黃轉變。ΔL、Δa、Δb為分別為測試樣與標準樣的差值,ΔL為負值,表示測試樣的亮度低于標準樣,ΔL為正值,表示測試樣的亮度高于標準樣;Δa為負值,表示測試樣比標準樣偏綠,Δa為正值,表示測試樣比標準樣偏紅;Δb為負值,表示測試樣比標準樣偏藍,Δb為正值,表示測試樣比標準樣偏黃。從圖1b、c、d可以看出ΔL、Δa變化相對較小,其絕對值均小于4,而Δb的變化較大,原材料的Δb值為13左右,約為前兩者絕對值的4~5倍,且Δb與ΔE的變化趨勢一致,即ΔE的變化主要來源于b值的增大。b值增大表示黃色偏多,與實物色板變黃趨勢一致。

        3.2 光老化對光澤度的影響

        從圖2可以看出光老化測試前,改性料(B)和色母料(A)的光澤度數(shù)據(jù)均遠大于原材料(Y)的光澤度,改性料的光澤度數(shù)據(jù)最高,其在測試前原始數(shù)據(jù)接近100,測試后也大于85。而光老化測試后光澤度均有不同幅度的降低,但改性料(B)的光澤度變化最小。光澤度降低是由于紫外線破壞了材料表面分子鏈,導致分子分解,破壞了材料表面分子排列,同時也會導致填料外露,致使光澤度數(shù)據(jù)降低。

        圖2 不同光老化測試對材料光澤度的影響

        3.3 光老化對透光率的影響

        由于用戶審美要求的提高,空調LED隱顯設計越來越多,這就對材料的透光率要求越來越高,要保證顯示的清晰度、數(shù)字邊界的清晰度(即銳度),同時要求材料較好的光穩(wěn)定性,不能因紫外線、可見光的照射而變色,也不能因光老化而使透光率變化過大,導致顯示變差。

        從圖3可以看出,光老化測試后所有材料透光率均有不同幅度的降低,改性料(B)的原始透光率為8.5%,高于其他兩組樣品,在光老化作用下其透光率下降到6.5%,但仍高于色母料(A)和原材料(Y),表示還有較好的透光顯示效果。光老化測試后透光率均有不同幅度的降低,這是由于紫外線破壞了材料表面分子鏈,導致高分子粒徑變化,改變了光線通過時的路徑,使透光率降低。

        圖3 不同光老化測試對透光率的影響

        圖4 不同光老化測試方法對材料色差ΔE的影響

        圖5 不同光老化測試方法對材料光澤度的影響

        3.4 光老化實驗方法的嚴酷程度分析

        從圖4可以看出,對同一組樣品進行三種不同的光老化測試,經ZB(UVB)測試后色差最大,ZA(UVA)測試樣品色差次之,X(氙燈)測試樣品色差最??;從圖5和圖6可以看出對同一組樣品進行三種不同的光老化測試,其光澤度和透光率指標,經ZB(UVB)測試后數(shù)據(jù)最小,ZA(UVA)測試樣品數(shù)據(jù)次之,X(氙燈)測試樣品最大。因此,色差增大幅度越大,以及光澤度和透光率降低越多,表示對應的光老化越嚴酷,即三種光老化實驗的嚴酷性依次為ZB(UVB)測試>ZA(UVA)測試>X(氙燈)測試。這是因為紫外線波長越短光子能量越大,則其破壞力越強,見表2。根據(jù)表3不同人工光老化光源與日光相對輻照度對比,可以看出UVB紫外線波長主要集中在313 nm,且290 nm~320 nm之間的占47.8%,波長短且集中,所以破壞力最強;UVA紫外線波長主要集中在340 nm,且320 nm~360 nm之間的占60.9%,破壞力次之;而氙弧燈紫外線波長分布較寬,長波長占比多,與日光接近,能相對模擬日光環(huán)境,破壞力最低。

        圖6 不同光老化測試方法對材料透光率的影響

        表2 限定太陽輻射照度的國際標準中紫外光譜的范圍劃分

        表3 不同光源與日光的相對光譜輻照度

        4 結論

        采用家電行業(yè)常用的3種光老化測試方法,對空調面板常采用的ABS材料樣板進行了測試,結果發(fā)現(xiàn):(1)經人工加速光老化實驗后,色母料和改性料均會變色,且色母料色差、光澤度變化和透光率變化均大于改性料;(2)色差變化ΔE主要是由于b值的變化,L和a值變化相對較??;(3)三種光老化測試方法嚴酷程度為:熒光紫外燈(UVB)暴露光老化試驗>熒光紫外燈(UVA)暴露光老化試驗>氙弧燈暴露光老化試驗;(4)為提升產品質感及產品質量,建議中高端產品面板采用改性料方案;(5)為兼顧材料開發(fā)周期及對材料耐光老化性能的充分評價,建議同時采用熒光紫外燈(UVA)光老化試驗和氙弧燈光老化試驗進行評價,并分別制定標準。

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