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        冰箱門封遷移問題探究

        2021-06-15 11:43:10霍耀楠曾天佑黃玲
        家電科技 2021年3期
        關(guān)鍵詞:冰箱門遷移率增塑劑

        霍耀楠 曾天佑 黃玲

        1.合肥華凌股份有限公司 安徽合肥 230601

        2.美的集團(tuán)股份有限公司 廣東佛山 528300

        1 引言

        門封是冰箱上極為重要的塑料部件之一,它不僅作為外觀件使用,還可作為一種特殊的結(jié)構(gòu)件,也可以認(rèn)為是一種性能件[1]。冰箱門封對(duì)整個(gè)冰箱的使用、保溫效果和能耗都至關(guān)重要。冰箱門封的材質(zhì)主要為軟質(zhì)聚氯乙烯S-PVC(Soft Polyvinyl chloride,S-PVC),只有少量高端冰箱的門封材質(zhì)為熱塑性彈性體(Thermoplastic Elastomer,TPE)或熱塑性硫化橡膠(Thermoplastic Vulcanizate,TPV)等彈性較好的熱塑性彈性體材料。冰箱門封的質(zhì)量將會(huì)直接影響冰箱整體的能耗[2]、密封效果、保溫效果以及用戶體驗(yàn)等功能指標(biāo),而冰箱門封中增塑劑的種類和添加量又會(huì)對(duì)其性能起到至關(guān)重要的作用。

        冰箱門封的低端原料S-PVC中普遍會(huì)添加增塑劑,增塑劑的主要作用為降低PVC材料的硬度、彎曲模量和低溫脆性,增加彈性、塑性和柔韌性。冰箱門封添加的增塑劑主要為芳烴代酸酯類低分子物,鄰苯二甲酸二辛酯(Dioctyl Phthalate,DOP)、對(duì)苯二甲酸二辛酯(Dioctyl Terephthalate,DOTP)、偏苯三酸三辛酯(Trioctyl Trimellitate,TOTM)、環(huán)氧大豆油(Epoxidized Soybean Oil,ESO)和癸二酸二辛酯(Dioctyl Sebacate,DOS)以及聚酯增塑劑等的一種或幾種組合[3]。目前冰箱內(nèi)膽使用的原材料主要為高抗沖聚苯乙烯HIPS,冰箱箱殼材質(zhì)主要為彩色預(yù)涂(pre-coated metal,PCM)鋼板、噴涂板或貼膜彩色(vinyl-coated metal,VCM)鋼板。冰箱在正常關(guān)門狀態(tài)下,門封會(huì)與冰箱內(nèi)膽接觸,也會(huì)與冰箱箱殼接觸。影響門封遷移的主要因素是增塑劑[4],由于S-PVC中增塑劑等低分子物質(zhì)容易析出,門封與冰箱內(nèi)膽及冰箱箱殼在長(zhǎng)時(shí)間接觸過程中容易發(fā)生粘連,最終會(huì)導(dǎo)致冰箱門不易打開,甚至出現(xiàn)冰箱內(nèi)膽被腐蝕等問題[5]。本文主要通過對(duì)不同廠家的門封遷移對(duì)比測(cè)試,分析比較不同廠家生產(chǎn)的門封對(duì)板材的影響。

        2 實(shí)驗(yàn)方案

        2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

        TY-20T 平板硫化機(jī):江蘇天源試驗(yàn)設(shè)備有限公司;

        TY-160B開煉機(jī):江蘇天源試驗(yàn)設(shè)備有限公司。

        2.2 樣片準(zhǔn)備

        分別取不同廠家和競(jìng)品的長(zhǎng)度為1 m左右的冰箱門封,將門封中的磁條抽出,并將剩余門封裁剪成0.1 m左右的片段,放入開煉機(jī)進(jìn)行加熱開煉,經(jīng)硫化機(jī)進(jìn)行硫化得到約2 mm厚的實(shí)驗(yàn)樣片。

        2.3 遷移測(cè)試方法

        a.將硫化處理過的實(shí)驗(yàn)片材,按照5 cm×5 cm的尺寸分別裁取樣品,進(jìn)行稱重,之后分別放置于上下兩層HIPS樣板、PCM板或噴涂鋼板之間,在板材上層施以一定的載荷,置于70℃的恒溫箱中24 h后,再次對(duì)樣品進(jìn)行稱重,并觀察板材表面有無(wú)遷移的痕跡。每組實(shí)驗(yàn)的平行樣品數(shù)量為3組,取3組結(jié)果的平均值。

        b.通過測(cè)量耐熱處理前后門封的重量,計(jì)算增塑劑的遷移率,門封重量損失的比例即可認(rèn)為是遷移率,這種對(duì)比測(cè)試方法較為直觀,是我司對(duì)遷移率測(cè)試的簡(jiǎn)單方法。

        具體計(jì)算公式為遷移率=(處理前重量-處理后重量)/處理前重量×100%。

        2.4 樣品選擇

        廠家1、廠家2和廠家3,競(jìng)品1和競(jìng)品2。

        3 測(cè)試結(jié)果

        3.1 門封污染程度比較

        板材耐增塑劑遷移性能比較數(shù)據(jù)如表1所示,廠家2門封對(duì)不同板材遷移影響如圖1所示。從表1和圖1的結(jié)果可以直觀地看出,在相同實(shí)驗(yàn)條件下,對(duì)比不同廠家的門封發(fā)現(xiàn),門封對(duì)HIPS板材遷移較大,門封中的增塑劑很容易對(duì)HIPS進(jìn)行浸潤(rùn)、污染且污染難以去除,在板材表面留下了明顯的痕跡,同時(shí)增塑劑對(duì)HIPS板材會(huì)有溶脹效應(yīng),影響HIPS板材的尺寸穩(wěn)定性;門封對(duì)噴涂板會(huì)有輕微的遷移,板材表面的痕跡很難觀察出,污染不明顯且容易擦除;對(duì)PCM板會(huì)有一定的遷移和浸潤(rùn),板材表面也能夠明顯地觀察到有痕跡出現(xiàn),但痕跡比HIPS板材要輕很多,形成的污染無(wú)法擦除。總體而言,不同板材受影響程度(由重到輕):HIPS>PCM>噴涂板。

        表1 板材耐增塑劑遷移性能比較

        圖1 廠家2門封對(duì)不同板材遷移影響

        3.2 不同外加載荷下、不同廠家門封產(chǎn)品的遷移率

        本文選取了5個(gè)廠家的原料并加工成相同尺寸的門封,配方有所差別,其中b、d、f分別為廠家1、2、3配方調(diào)整后的型號(hào)。表2和圖2是不同廠家、不同型號(hào)的門封在2 kg載荷下的遷移率,廠家1、2、3分別選擇了兩種型號(hào)的門封,分別是配方調(diào)整前的型號(hào)a、c、d和配方調(diào)整后的型號(hào)b、e、f。此外,本文同步對(duì)比了外加載荷大小對(duì)遷移量的影響,將載荷增加到5 kg,結(jié)果如表3和圖3所示。

        表2 2 kg、70℃、24 h實(shí)驗(yàn)條件下的門封遷移率

        3.3 結(jié)果分析

        從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,門封在一定溫度和外加載荷的條件下,內(nèi)部的增塑劑會(huì)析出,會(huì)對(duì)板材造成一定的影響。門封對(duì)不同板材的遷移率不同,當(dāng)外加載荷為2 kg時(shí),遷移率都在0.8%以下(如圖2所示);提高外加載荷能夠使得遷移率明顯增加,表明外加載荷會(huì)使得增塑劑更加容易析出,對(duì)板材造成浸潤(rùn)、污染。在外加載荷為5 kg時(shí),遷移率明顯升高,但都保持在1.6%以下(如圖3所示)。由于門封中的增塑劑是一種有機(jī)化合物,容易浸潤(rùn)同為有機(jī)物的HIPS,門封對(duì)HIPS的遷移率比較大;而由于噴涂板和PCM板表面覆有一層有機(jī)涂層,因此也會(huì)不同程度地受到門封遷移的影響。對(duì)比廠家1的兩種不同的門封可以發(fā)現(xiàn),門封改進(jìn)(型號(hào)b)之后,增塑劑從門封中析出變得更加困難,因此對(duì)于這三種板材的遷移、浸潤(rùn)能力都下降得非常明顯;而其他廠家的門封改性后(型號(hào)d、f)對(duì)HIPS板材的遷移率也有一定程度的下降,但是對(duì)于其他兩種板材則下降趨勢(shì)不明顯,甚至還有上升趨勢(shì)。如表4所示為不同廠家使用的增塑劑對(duì)比。

        圖2 2 kg、70℃、24 h實(shí)驗(yàn)條件下的門封遷移率

        表3 5 kg、70℃、24 h實(shí)驗(yàn)條件下的門封遷移率

        圖3 5 kg、70℃、24 h實(shí)驗(yàn)條件下的門封遷移率

        從表5可以看出,除了廠家1a門封之外,HIPS的受污染程度都要比PCM板材和噴涂板受污染程度要高,這也與上文的結(jié)果相符合。廠家1b門封產(chǎn)品表現(xiàn)優(yōu)異,對(duì)HIPS沒有明顯的遷移效果。不同廠家的門封對(duì)于PCM板都有一定的遷移作用,形成的污染無(wú)法消除。噴涂板耐遷移、耐污染的能力最強(qiáng),廠家1兩種門封對(duì)于噴涂板的遷移作用很微弱,其他廠家的門封會(huì)對(duì)噴涂板造成一定污染,但這種污染是可逆的。由于廠家2使用的增塑劑含量比廠家1要高3~4%,相同條件下增塑劑更容易析出,而增塑劑含量對(duì)HIPS板材的影響很大??傮w而言,不同型號(hào)影響程度比較(由重到輕):2c,2d>3e,3f≈g≈h>1a>1b。

        表4 不同廠家使用的增塑劑

        表5 污染程度比較

        4 結(jié)論

        增塑劑是PVC材料使用最廣泛的一類助劑,能夠很好地改善PVC的加工和使用性能。這類小分子存在于PVC的分子鏈之間,降低了PVC分子鏈之間的相互作用,但是會(huì)在外界因素作用,如溫度、壓力作用下由材料的內(nèi)部遷移到材料的表面,使得材料表面“發(fā)油”。冰箱在關(guān)門的時(shí)候,門封不可避免地要與冰箱PCM板和HIPS吸塑內(nèi)膽相接觸,這些遷移出來(lái)的增塑劑會(huì)對(duì)板材造成浸潤(rùn)、滲透,形成污跡難以擦除,而隨著增塑劑的遷移到表面,材料本體的增塑劑含量減少,也會(huì)使得PVC變硬、變脆甚至開裂。因此通過配方的調(diào)整來(lái)減少增塑劑的遷移是PVC門封領(lǐng)域很有意義的一個(gè)研究方向。

        (1)通過肉眼直接觀察以及遷移率測(cè)定結(jié)果可以看出,門封對(duì)板材影響程度由重到輕分別為:HIPS>PCM>噴涂板,對(duì)門封進(jìn)行改性,可以一定程度上降低遷移率,減少增塑劑對(duì)板材的污染。

        (2)不同廠家的門封對(duì)板材污染程度(由重到輕):

        HIPS板:2c,2d>3e,3f≈g≈h>1a>1b。

        PCM板:g≈h>1a>2c,2d>3e,3f>1b。

        噴涂板:2c,2d>3e,3f>h>g≈1a>1b。

        (3)廠家2使用增塑劑含量較其他廠家高,因此遷移率大,對(duì)各種板材造成的污染也比其他廠家更高。

        (4)廠家1調(diào)整配方料較之前配方有所改善;廠家2、廠家3較各自之前配方均有所改善。

        PVC配方的調(diào)整雖然能夠在一定程度上緩解遷移和對(duì)板材的污染,但是只要有增塑劑的存在,這種遷移和污染都是不可避免的。隨著人們環(huán)保和健康意識(shí)的提高,軟質(zhì)PVC這類含有增塑劑的制品已經(jīng)處于逐步被替換、被淘汰的狀況。同樣地,在電冰箱領(lǐng)域,尋找一種低成本、綜合性能優(yōu)異的材料來(lái)替代軟質(zhì)PVC迫在眉睫,除了熱塑性彈性體(TPE、TPV)之外,一些合金材料也在開發(fā)之中。

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