矿物填充、玻纤、耐候、阻燃PP在家电中的应用及原理
家用电器——主要指在家庭及类似场所中使用的各种电气和电子器具。又称民用电器、日用电器。
家用电器使人们从繁重、琐碎、费时的家务劳动中解放出来，为人类创造了更为舒适优美、更有利于身心健康的生活和工作环境，提供了丰富多采的文化娱乐条件，已成为现代家庭生活的必需品。
图1:种类繁多的家电
传统家电包括：
白色家电：空调、电冰箱、洗衣机等；
黑色家电：电视机、录像机、音响、VCD、DVD等；
小家电：电磁炉、电热水壶、风扇等。
国外通常把把家电分为4类：白色家电、黑色家电、米色家电(信息产品)和新兴的绿色家电（高效节能可回收再利用）。
一．家用电器的分类
表1：家用电器的分类按产品的功能、用途分类
分类 | 品种 |
①制冷电器 | 家用冰箱、冷饮机等 |
②空调器 | 空调器、电扇、换气扇、冷热风器、空气去湿器等 |
③清洁电器 | 洗衣机、干衣机、电熨斗、吸尘器、地板打蜡机等 |
④厨房电器 | 电灶，微波炉、电磁灶、电烤箱、电饭锅、洗碟机、电热水器、食物加工机等 |
⑤电暖器具 | 电热毯、电热被、水热毯、电热服、空间加热器 |
⑥整容保健电器 | 电动剃须刀、电吹风、整发器、超声波洗面器、电动按摩器 |
⑦声像电器 | 微型投影仪、电视机、收音机、录音机、录像机、摄像机、组合音响等 |
⑧其他电器 | 烟火报警器、电铃等 |
二．塑料材料在家电中的应用
塑料材料在家用电器上的应用进程：
四大通用塑料材料： PE、PP、PVC、ABS都是家电中常用的塑料材料。回复“PP”查看更多
三．改性PP在家电中的应用
表2：PP材料的特点：
优点 | 缺点 |
优良的综合性能 | 强度、模量、硬度低 |
良好的化学稳定性 | 耐低温冲击强度差 |
较好的成型加工性能 | 成型收缩大 |
相对低廉的价格 | 易老化 |
因此，必须对其进行改性，才能适用于家电性能的需求。
1.PP材料的改性措施
1）添加矿物质增强增韧
2）玻璃纤维增强
3）耐候改性
4）阻燃改性
每一种改性PP在家用电器领域都有着大量应用。
表3：改性目的和改性剂
改 性 目 的 | 改 性 材 料 |
提高硬度、耐热性、尺寸稳定性 | 碳酸钙、滑石粉、矿物质 |
提高拉伸强度、改善低温抗冲击性、耐蠕变性 | 玻璃纤维、石棉纤维、云母、玻璃微珠 |
提高冲击性能、透明性 | 橡胶、弹 性体、和其它柔性聚合物 |
耐候性、抗静电性、阻燃性、导电性、可电镀性、成核性、抗铜害性 | 各种特殊助剂 |
2.矿物填充改性PP
矿物质填充改性是最广泛采用的改性途径。
表4：矿物改性PP应用
填充剂 | 碳酸钙、滑石粉、硅灰石、玻璃微珠、云母粉等矿物质。 |
改性 | 改善PP材料的机械性能和冲击韧性； 降低PP材料的成型收缩率以加强其尺寸稳定性。 |
成本 | 大幅度降低PP材料的成本。 |
应用 | 波轮洗衣机、滚筒洗衣机的内桶、波轮、取衣口等部件； 微波炉的密封条、扬声器喇叭口、喇叭支架； 冰箱的搁物架； 电饭煲的外壳和底座。 |
表5：矿物填料种类改性效果
矿物填料种类 | 改 性 效 果 |
碳酸钙（重钙、轻钙） | 增量降低成本、提高抗冲击性能、改善印刷性 |
滑石粉（片状） | 增量降低成本、提高刚性和耐热性、提高尺寸稳定性 |
云母粉（片状） | 显著提高刚性和耐热性，提高尺寸稳定性和耐高温蠕变性 |
煅烧高岭土 | 提高电绝缘性 |
硅灰石（针状） | 有一定增强效果、提高表面硬度 |
沉淀硫酸钡（重晶石粉） | 提高制品表面光泽、增大材料密度 |
1）矿物填充改性PP在冰箱上的应用
近年来，原材料价格的大幅度飙升，出现了大量的PP材料成功替代ABS和聚苯乙烯。
图2：冰箱抽屉
选用矿物质增强、增韧PP材料替代聚苯乙烯材料注塑冰箱抽屉后，每吨原材料可以节约成本1500~2000元。很多冰箱企业的冰箱台面板也换用了矿物质增强增韧PP材料。
2）矿物填充改性PP在电饭煲上的应用
电饭煲外壳材料的改性：
1、可以通过矿物填充的方法改善收缩性，在矿物的选择上要选择对表面光泽影响小的玻璃微珠，硫酸钡，碳酸钙等；
2、通过成核剂、润滑剂、荧光剂等来改善表面光泽。
用于电饭煲上的塑料制件的PP改性材料主要分为高光泽类和耐热类：
电饭煲外壳——较高的光泽度、低收缩性
电饭煲底座——较高的耐热性
3）矿物填充改性PP在微波炉上的应用
图4：微波炉
微波炉是一种用微波（电磁波）加热食品的现代化烹调灶具。微波炉由电源，磁控管，控制电路和烹调腔等部分组成。电源向磁控管提供大约4000伏高压， 磁控管在电源激励下，连续产生微波，再经过波导系统，耦合到烹调腔内。微波炉的功率范围一般为500～1000瓦。
矿物质的加入，在PP材料本身较高的耐热温度的基础上，使其耐热温度进一步得到提高，以适应微波炉对高温的要求。
3.耐候改性PP
由于PP含有不稳定的叔碳基团，而叔碳原子对紫外线很敏感，极易发生氧化反应，导致聚丙烯的耐氧化性和耐辐射性差，经光、热、氧作用后，易发生老化降解而导致变色、强度下降等问题，从而限制了其在户外制品上的应用。回复“耐候”查看更多
耐候改性的目的：可以大幅度提高PP材料在户外恶劣气候条件下的使用寿命。
耐候改性剂：氧化锌、硫代丙酸二月桂酯、碳黑或乳白填料等
耐候改性PP的应用
该改性料主要用于制造常年在露天使用的家用电器，尤其是用于制造空调器室外主机外壳，以替代传统的金属喷塑外壳。空调器室外机外壳要经受日晒、雨淋、严寒等不同气候条件的考验，且要满足长期使用要求。
除了空调器室外机外壳，空调室外机轴流风叶和暖风机出风口等也用到耐候PP。近几年，随着空调器产量的增长，改性耐候PP在该产品市场的应用也逐渐增多。
4.阻燃改性PP
阻燃改性PP——是指具有阻燃性能的改性PP塑料。PP的高结晶和易燃性使其达到电气及其他行业所需要高阻燃级别困难，且成本增加较多，但随着社会对塑料制品阻燃要求的提高，阻燃PP的比例会随之增加，目前阻燃PP的用量年增长率为8%。
由于PP属于易燃材料，因此目前市场上一般使用Br/Sb复合体系阻燃剂来对其进行阻燃改性。通过阻燃改性，PP产品能够达到UL94V-0级，并且能耐650℃甚至750℃灼热丝而不起燃。改性料厂家采用PP原料+阻燃剂、色母等用单螺杆塑化而成。
建议：用PP原料+阻燃母料+色母粒的方法生产，在同等阻燃效果下，比阻燃PP节约至少1000多元的成本/吨。
表6：改性PP阻燃级别及应用比例
阻燃级别 | 应用比例 |
UL94V-0级 | 63% |
UL94V-2级 | 23% |
DIN4102B1级 | 12% |
其他阻燃级别 | 1% |
UL94V-0级：对样品进行两次10秒的燃烧测试后，火焰在30秒内熄灭。不能有燃烧物掉下 。
UL94V-2级:样品进行两次10秒的燃烧, 在60秒内可以有燃烧物掉下，滴落的微粒可点燃棉花.。
PP环保无卤阻燃剂
图6：PP阻燃剂-硼酸锌
PP阻燃剂是PP专用环保阻燃剂属氮磷阻燃剂，是专为聚丙烯而开发的无卤、膨胀型阻燃剂。它是由具有协同作用的含磷含氮化学物聚合而成的，在聚丙烯中有良好的相容性，对塑料的机械性能影响很小，同时在加工过程有优良的加工稳定性。
PP专用环保阻燃剂不同于含卤型阻燃剂，在燃烧过程中通过产生致密的膨胀碳层达到隔热隔绝空气阻燃的目的，而不会有刺激性卤化氢气体以及黑烟产生，是一种环保型阻燃剂。
阻燃改性的PP的应用：
为了避免火灾，许多国家都要求家用电器产品中具有潜在燃烧危险的的电子、电气元器件所用材料必须具有阻燃性。
5.玻纤增强改性PP
增强改性——纤维状材料既大径厚比的材料加入到塑料中，可以显著提高塑料材料的拉伸强度和弯曲模量（刚性）。
玻纤增强改性PP—— PP本身因自身性能的缺陷不适合用作工程结构件，使用纤维增强后方可制作工程结构件。
玻纤的要求：
含量一般不超过40%；
纤维长度大于0.2mm时产生改性效果；
玻纤的直径在十几个微米时效果较好；
玻纤含量增大时，增强PP的加工流动性相应下降。
机械强度高、耐热性、耐水蒸汽性、耐化学腐蚀性、耐蠕变性好，可作为工程塑料使用。
表7：玻纤增强改性PP性能对比
PP材料 | 玻纤增强改性PP | |
拉伸强度 | 20M~30MPa | 65MPa~90MPa |
弯曲强度 | 25M~50MPa | 70MPa~120MPa |
弯曲模量 | 800M~1500MPa | 3000MPa~4500MPa |
耐热温度 | 80℃~98℃ | 135℃~145℃ |
通过玻璃纤维增强的PP产品的机械性能能够得到成倍的提高。这样的机械强度完全可以与ABS及增强ABS产品相媲美，并且更耐热。回复“玻纤”查看更多
玻纤增强改性PP的应用
图8：玻纤增强改性PP的应用
表8：玻纤增强改性PP的应用
实 际 应 用 | 性价比优势 | |
冰箱、空调等制冷机器 | 轴流风扇、贯流风扇 | 成本比增强ABS低。 |
高转速洗衣机 | 内桶、波轮、皮带轮 | 适应高要求的机械性能 |
电饭煲、微波炉 | 底座、提手 | 耐温要求较高 |
五.改性 PP发展趋势及展望
个性化的新式绿色家电产品的不断涌现，对PP改性也提出了更高的要求，PP改性技术和改性材料的发展将围绕以下几个方面展开并呈现出良好的态势。
1. 高刚性、高光泽PP
这种产品将在某些家电，特别是小家电产品中取代PS和ABS。
2. 无卤阻燃PP
欧盟RoHS法令的实施，和对环境保护的重视，无卤阻燃PP的发展前景广阔，无卤膨胀阻燃剂得到了发展的契机。
3. 长玻纤增强PP
长玻纤增强PP克服短玻纤易翘曲，冲击强度低，受热容易变形的缺陷，制品有较好的表面、较高的使用温度、较高的冲击强度，可应用于冰箱以及耐热性比较高的厨用电器等。
4. 玻纤增强阻燃PP
随着人们对火灾的危害性的重视，很多家用电器和车用塑料都提出了防火、阻燃的概念。阻燃增强PP料的研发，玻纤增强PP无卤阻燃剂的开发并成功地应用在家电行业和汽车行业的玻纤增强阻燃PP材料中，部分取代了ABS、PBT的使用，取得良好的经济效益。
5.抗菌PP
这种塑料是一种自身具有杀菌、抑菌性能的新型功能高分子材料，可应用于洗衣机内胆、电冰箱内塑料制件等，前景广阔。
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