冰箱内胆用高光HIPS增韧及高泽度探究.pdf

捍 卫 生 活 品 质 推 动 产 业 升 级计量与检测102轻工标准与质量2023 年第 5 期冰箱内胆用高光 HIPS 增韧及高泽度探究吴园1 黄玲1 严桃1 孔美阳2（1.长虹美菱股份有限公司，安徽合肥 230601；2.中国家用电器研究院，北京 100037）摘要：冰箱的高光 HIPS 内胆表面层为普通高光 HIPS，高泽度偏低，而且材料耐外应力和化学腐蚀性能差，增加了冰箱内胆开裂的风险。通过苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体（SBS）、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（SEBS）和苯乙烯-丁二烯共聚物（SBC）对普通高光 HIPS 的增韧作用，研究了增韧高光 HIPS 的性能和对内胆光泽度的影响，结果表明 SBS 和 SEBS 能够提高高光 HIPS 的韧性和耐油腐蚀性，但降低了内胆光泽度，而 SBC 能够在提高高光 HIPS 的韧性和耐油腐蚀性的同时，提高内胆光泽度。根据测试结果，为冰箱 HIPS 内胆的光泽度提升和耐油腐蚀开裂的改善，提供了研发思路。关键词：冰箱；HIPS 内胆；光泽度；SBS；SBES；SBC中图分类号：TM925.21 文献标志码：A DOI：10.19541/ki.issn 1004-4108.2023.05.022家电行业基于高性价比考虑，由原有 ABS 内胆逐渐被高抗冲聚苯乙烯 HIPS 所替代，但挤出级 HIPS 为低光泽材料，为改善 HIPS 内胆表面光泽度，家电行业会在其表面增加一层普通高光 HIPS，但普通高光层与普通层之间由于韧性不同，且在接触油类等物质过程中会使得普通高光层产生微裂纹，从而使得普通高光层与普通层之间产生应力进而造成整个内胆开裂1。基于以上原因，行业内需研究提高普通高光 HIPS韧性及光泽度的方式。苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体（SBS）和苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（SEBS）经常作为HIPS 的增韧剂使用，能够提高 HIPS 的抗冲击性能2。苯乙烯-丁二烯共聚物（SBC）具有良好的透明性、光泽度性和耐冲击性3，研究表明 SBC 与通用聚苯乙烯（GPPS）掺混后，能够提高 GPPS 的抗冲击性能，而保持了 GPPS 的光泽度和透明度4。但针对高光 HIPS 的增韧和增韧剂对光泽度的影响方面，很少见到研究。耐环境应力开裂性 ESCR 是业内用来快速评估内胆材料使用中开裂性能的方法，有研究表明高光HIPS 经过增韧后，弯曲涂油后的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率均有明显的提升1，但未提及高光 HIPS 的光泽度的变化。本文研究了不同增韧剂对高光 HIPS 力学性能和光泽度的影响，并同时对增韧高光 HIPS 进行了 ESCR 测试，尝试找到适合冰箱内胆面料用的改性高光 HIPS 研究思路。1 试验方案1.1 设备及仪器（1）塑料注塑机：海天；（2）挤板机：上海金纬；（3）内胆吸塑机：意大利 COMI；（4）电子万能试验机：深圳三思；（5）悬臂梁冲击测试仪：深圳三思；（6）光泽度仪：三恩驰；（7）ESCR 试验夹具：内部自制。1.2 原材料（1）普通高光HIPS-1180；（2）SBS增韧高光HIPS；（3）SEBS 增韧高光 HIPS；（4）SBC 增韧高光 HIPS；（5）金龙鱼食用调和油；（6）挤出级 HIPS-8265。1.3 试样制备（1）将原料在鼓风干燥箱中 60下干燥 2 h，然后通过注塑机注射成为标准试样。（2）将拉伸试样放置在 ESCR 夹具中，经涂油和弯曲处理后得到 ESCR 试样。拉伸试样长度为160 mm，夹具测试宽度为 150 mm。1.4 性能测试（1）拉伸性能依据 GB/T 1040.1-2018 标准测试；（2）捍 卫 生 活 品 质 推 动 产 业 升 级计量与检测103轻工标准与质量2023 年第 5 期弯曲性能依据 GB/T 9341-2008 标准测试；（3）悬臂梁缺口冲击强度依据 GB/T 1843-2008 标准测试；（4）光泽度依据 GB/T8807-1988 标准测试；（5）ESCR 测试：将拉伸试样放在ESCR 夹具中进行弯曲和涂油处理（测试方法如图 1 所示），得到弯曲不涂油试样和弯曲涂油试样，同时制备平放状态下的不弯曲涂油试样，测试不同状态试样的拉伸性能，并对比空白试样（不弯曲、不涂油）的拉伸性能，计算拉伸性能的保持率。图 1 ESCR 测试2 结果与讨论2.1 不同增韧剂对高光 HIPS 的性能影响在光泽度相当情况下，不同增韧剂对高光 HIPS 的性能影响如表 1 所示。表 1 不同增韧剂对高光 HIPS 的性能影响测试项目单位普通高光HIPSSBS 增韧高光 HIPSSEBS 增韧高光 HIPSSBC 增韧高光 HIPS拉伸强度MPa33.223.824.526.1断裂伸长率%46.768.570.769.5弯曲强度MPa51.336.635.848.7弯曲模量MPa1 6301 6871 5861 964悬臂梁缺口冲击强度kJ/m210.213.514.211.2光泽度（60）/86808187从表 1 可看出，SBS、SEBS 和 SBC 对高光 HIPS 均有增韧作用，断裂伸长率和冲击强度均有提升，SBS 和 SEBS 的增韧效果比 SBC 好。SBS、SEBS 和 SBC 作为苯乙烯类弹性体，与 HIPS 有较好的相容性，对 HIPS 增韧作用最主要是归功于橡胶相的存在，根据多重银纹理论，橡胶粒子起到引发和终止银纹的作用，从而达到增韧 HIPS 的效果。但由于 SBS 和SEBS 的橡胶粒子粒径大，本身无光泽度，在增韧的同时，会降低高光 HIPS 的光泽度。所以为保持高光 HIPS 的光泽度，SBS和SEBS作为增韧剂，添加比例有限。SBC为透明抗冲材料，具有较高的光泽度、透明度和耐冲击性，SBC 对 HIPS 韧性改善的同时，能够保持高光 HIPS 的光泽度，在增韧性能、高泽度和成本的考量下，SBC 的添加比例有较宽的选择范围。2.2 不同增韧剂对高光 HIPS 耐腐蚀性能的影响对于 ESCR 性能一般使用断裂伸长率保持率和拉伸强度保持率进行评估。从表 2 和图 2 可以看出，增韧改性前，普通高光 HIPS 的耐油腐蚀性能非常差，弯曲涂油后试样有明显的裂纹，在万能拉力机上进行拉伸测试，拉伸强度下降明显，试样一拉即断，断裂伸长率仅为 2.5%，脆性断裂，无韧性，拉伸性能保持率极低。这是因为为了提高 HIPS 的光泽度，高光 HIPS 的橡胶粒径比较小5，受到外力时，引发银纹能力差，导致材料韧性偏差，在弯曲应力下产生更为明显的微裂纹，当表面接触到食用油后，食用油会渗透到微裂纹间隙内，微裂纹在食用油的溶胀作用下逐步增大，从而导致高光 HIPS性能下降。根据弯曲不涂油的数据看，在弯曲应力下材料的拉伸性能会受到一定的影响。在同等弯曲挠度下，高光 HIPS 韧性最差，所受到的外应力最大，从而使得高光 HIPS 拉伸性能下降最为明显。根据不弯曲涂油的数据，在无外应力作用下，食用油渗透表 2 不同高光 HIPS 耐食用油腐蚀情况样品油状态时间拉伸强度（MPa）拉伸强度保持率（%）断裂伸长率（%）断裂伸长率保持率（%）普通高光 HIPS空白不弯曲/33.2/46.7100.0 弯曲8 h30.692.2 35.676.2 涂油不弯曲24 h33.199.7 40.586.7 弯曲8 h16.248.8 2.55.4 SBS 增韧高光HIPS空白不弯曲/23.8/68.5100.0 弯曲8 h20.787.0 56.382.2 涂油不弯曲24 h22.895.8 62.491.1 弯曲8 h15.665.5 13.419.6 SEBS 增韧高光HIPS空白不弯曲/24.5/70.7100.0 弯曲8 h21.989.4 58.182.2 涂油不弯曲24 h23.495.5 61.887.4 弯曲8 h14.358.4 16.823.8 SBC增韧高光HIPS空白不弯曲/26.1/69.5100.0弯曲8 h24.393.1 65.294.0涂油不弯曲24 h25.898.9 68.799.0弯曲8 h24.694.3 33.148.0 104轻工标准与质量2023 年第 5 期捍 卫 生 活 品 质 推 动 产 业 升 级计量与检测104轻工标准与质量2023 年第 5 期3 结论SBS、SEBS 和 SBC 对高光 HIPS 起到一定的增韧作用，SBS 和 SEBS 的加入会降低高光 HIPS 的光泽度，而 SBC 作为一种透明热塑性弹性体，在提高 HIPS 增韧的同时，能够保持高光 HIPS 的光泽度。根据相似相溶原理，食用油可能会对 HIPS 的橡胶相产生一定的溶胀作用，并且食用油会渗透到外应力作用下产生的微裂纹中加剧微裂纹的扩散，导致涂油弯曲后 HIPS 的韧性下降。增韧剂的加入能够提高高光 HIPS 的耐油腐蚀性能，SBS 和SEBS 对高光 HIPS 的耐油腐蚀性改善效果较小，而 SBC 对高光 HIPS 的耐油腐蚀性远优于 SBS 和 SEBS。在高光 HIPS 板材吸塑拉伸成型为内胆后，内胆高泽度会有所下降，SBS 和 SEBS 的加入对内胆光泽度下降更为明显，而 SBC 加入后内胆的光泽度保持率高。综上所述，SBC 增韧高光 HIPS 可作为 HIPS 内胆高光层进行应用，能有效改善内胆光泽度和耐油腐蚀开裂性能，为高光 HIPS 内胆的开发提供了技术方向。参考文献1 霍耀楠,曾天佑,黄玲,等.应力和食用油作用下冰箱内胆材料耐腐蚀研究 J.家电科技,2021(05):102-104.2 阳明山,何杰.低温超韧聚苯乙烯的配方研究 J.现代塑料加工应用,2007(19):5-8.3 陈建刚,刘建伟,胡海华.高透明高抗冲丁苯树脂的合成 J.甘肃科技,2006(10):27+8.4 郭奇,邱建伟,李秀洁,等.丁苯透明抗冲树脂与 GPPS 共混体系性能研究 J.当代化工,2005(01):1-3.5 金丽晓,张璐,杨喜棠.高光泽高抗冲聚苯乙烯的结构与性能 J.合成树脂及塑料,2013,30(01):72-75.图 2 耐食用油腐蚀后的拉伸性能保持率表 3 板材和内胆的光泽度光泽度普通高光HIPSSBS 增韧高光 HIPSSEBS 增韧高光 HIPSSBC 增韧高光 HIPS内胆板材光泽度（60）76747278吸塑内胆大面光泽度（60）61565474吸塑后光泽度保持率（60）80.3%75.7%75.0%94.8%到 HIPS 的橡胶中，根据相似相容原理，食用油对 HIPS 中橡胶相产生了溶胀作用，进而影响到材料的韧性，导致断裂伸长率有所下降。而 HIPS 的拉伸强度主要由于苯乙烯基团部分，在不受外力作用下，食用油对材料拉伸强度影响不明显。增韧改性后，SBS、SEBS 和 SBC 均能够提高 HIPS 的拉伸性能和拉伸性能保持率，说明增韧后高光 HIPS 的耐油腐蚀性能均有所提高。相对而言，SBC 对高光 HIPS 的耐油腐蚀性最好，特别是弯曲涂油后的断裂伸长率的保持率大幅度提高至48%，这可能是由于 SBC 结构特殊性，与高光 HIPS 掺混后对高光 HIPS 微观结构影响不同，具体需要进一步对原料的微观结构进行分析。2.3 不同高光 HIPS 对内胆表面高泽度的影响从表 3 可以看出，SBS 和 SEBS 增韧的高光 HIPS，内胆板材的光泽度会有所降低，但板材经吸塑拉伸后，光泽度下降明显。SBC 增韧的高光 HIPS 板材，吸塑后内胆光泽度下降不明显，光泽度保持良好。这是由于普通高光 HIPS、SBS 增韧HIPS 和 SEBS 增韧 HIPS 中的橡胶粒子，经吸塑拉伸作用后橡胶粒子产生变形，导致光泽度下降。而 SBC 结构特殊，可能改变了高光 HIPS 的微观结构，吸塑拉伸作用后橡胶粒子无明显变形，从而较好地保持了光泽度。