苯乙烯-丁二烯共聚物在冰箱内胆高光HIPS上的研究.pdf

捍 卫 生 活 品 质 推 动 产 业 升 级计量与检测77轻工标准与质量2023 年第 4 期苯乙烯-丁二烯共聚物在冰箱内胆高光 HIPS上的研究江峰1 孔美阳2 黄玲1 严桃1 李森1（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。现研究了苯乙烯-丁二烯共聚物（SBC）对普通高光 HIPS 的性能影响，结果表明 SBC 能够改善高光 HIPS 的韧性，提高高光 HIPS 的耐油腐蚀性能，提高 HIPS 内胆的光泽度。根据测试结果，为冰箱内胆光泽度的提高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；苯乙烯-丁二烯共聚物；SBC；光泽度；开裂中图分类号：TM925.21 文献标志码：A DOI：10.19541/ki.issn 1004-4108.2023.04.019由于成本限制，冰箱内胆一般使用挤出级高抗冲聚苯乙烯HIPS，HIPS内胆光泽度低，为提高HIPS内胆表面光泽度，冰箱内胆板材一般采用双层共挤或者三层共挤方式进行生产，在板材表面增加一层高光 HIPS 材料。普通高光 HIPS 的橡胶粒径小，韧性比挤出级 HIPS 低，在外来应力下和接触食用油过程中，内胆高光层会产生微裂纹，进而对中间 HIPS 基材层产生应力，造成整个内胆开裂1。普通高光 HIPS 作为高光层，板材光泽度（60）一般小于 75，经过吸塑拉伸后，光泽度衰减严重，内胆光泽度（60）一般在 35 60，整体光泽度不理想。苯乙烯-丁二烯共聚物（SBC），也叫丁苯透明抗冲树脂，俗称 K 胶。SBC 是在聚苯乙烯连续相中引入了粒径小于30 nm 的弹性分散体，冲击强度高，光泽度好，并且透明度高2,3。SBC 与 GPPS、HIPS、ABS、SAN、PC 等材质的相容性好，能够进行掺混改性，综合性能好。本文研究了不同规格 SBC 和不同添加比例 SBC 对高光HIPS 力学性能的影响，发现 SBC 能够对高光 HIPS 起到增韧作用，并能改善高光 HIPS 的耐油腐蚀性能。SBC 增韧的HIPS 高光料，板材及内胆的光泽度明显提高，而且板材吸塑拉伸后内胆光泽度保持率比较高。1 试验方案1.1 试验设备主要试验设备如下：（1）挤板机（650）：上海金纬片材设备制造有限公司；（2）塑料注塑机：海天塑料机械有限公司；（3）电子万能试验机：长春市智能仪器设备有限公司；（4）悬臂梁冲击测试仪：长春市智能仪器设备有限公司；（5）光泽度测试仪：柯尼卡美能达；（6）ESCR 测试夹具：自制。1.2 试验原料主要试验原料如下：（1）内胆高光 HIPS：盛禧奥 1180；（2）苯乙烯-丁二烯共聚物 SBC：挤出级 SBC，英力士苯领；（3）苯乙烯-丁二烯共聚物 SBC：注塑级 SBC，英力士苯领；捍 卫 生 活 品 质 推 动 产 业 升 级计量与检测78轻工标准与质量2023 年第 4 期（4）食用油：金龙鱼调和油；（5）内胆基材原料：英力士苯领 8265。1.3 测试样条的制备（1）将不同配比的原料混合均匀，在 60下鼓风干燥 2 h后，通过注塑机加工为标准测试样条。在（232），相对湿度（505）%的条件下调节 24 h 后进行测试。（2）将拉伸样条放置在夹具中进行弯曲和涂油处理，制备 ESCR 测试样条。拉伸样条长度为 160 mm，夹具宽度为150 mm。1.4 分析测试（1）拉伸强度、断裂伸长率：使用电子万能试验机，参照 GB/T 1040塑料 拉伸性能的测定系列标准中的试验方法。（2）弯曲强度、弯曲模量：使用电子万能试验机，参照GB/T 9341-2008塑料 弯曲性能的测定中的试验方法。（3）悬臂梁缺口冲击强度：使用悬臂梁冲击测试仪，参照 GB/T 1843-2008塑料 悬臂梁冲击强度的测定中的试验方法。（4）光泽度：使用光泽度测试仪，参照 GB/T 8807-1988塑料镜面光泽试验方法。（5）ESCR 测试：将拉伸样条放置在夹具中进行弯曲不涂油，弯曲涂油处理（测试方法如图1所示），同时制备不弯曲（平放）涂油的样条，测试弯曲不涂油、弯曲涂油、不弯曲涂油的拉伸性能，对比空白样条的拉伸性能，计算拉伸强度保持率和断裂伸长率的保持率。2 结果与讨论2.1 不同 SBC 对高光 HIPS 力学性能的影响不同 SBC 的力学性能如表 1 所示。从表 1 中知，在 SBC的拉伸测试中，在万能拉力机的量程内，拉伸样条不发生断裂；在 SBC 的悬臂梁冲击强度测试中，在摆锤冲击下 SBC 样条为冲不断状态，说明注塑级 SBC 和挤出级 SBC 的拉伸性韧性和抗冲击性能都很优异。从拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量看，注塑级 SBC 的刚性比挤出级 SBC 好。表 1 不同规格 SBC 的性能测试测试项目注塑级 SBC挤出级 SBC拉伸强度（MPa）14.59.6断裂伸长率（%）500 500悬臂梁冲击强度（kJ/m2）冲不断冲不断弯曲强度（MPa）3.22.4弯曲模量（MPa）101.458.7不同规格 SBC 及不同添加比例 SBC 对高光 HIPS 性能的影响如表 2 和表 3 所示。从表 2 和表 3 可看出，SBC 加入后，高光 HIPS 的拉伸强度有所下降，但是拉伸断裂伸长率和悬臂梁冲击强度有明显的提升。相同 SBC 添加比例下，注塑级SBC 和挤出级 SBC 对高光 HIPS 的性能影响差异不大。表 2 不同添加比例注塑级 SBC 对高光 HIPS 性能的影响测试项目1#样品2#样品3#样品4#样品5#样品100%高光 HIPS4%注塑级 SBC 8%注塑级 SBC 12%注塑级 SBC16%注塑级 SBC 拉伸强度（MPa）33.231.528.227.325.4断裂伸长率（%）46.760.670.778.686.4弯曲强度（MPa）51.350.549.347.746.6弯曲模量（MPa）1 6301 8461 9642 0382 152悬臂梁缺口冲击强度（kJ/m2）10.210.611.812.713.6图 1 样条 ESCR 测试捍 卫 生 活 品 质 推 动 产 业 升 级计量与检测79轻工标准与质量2023 年第 4 期2.2 不同 SBC 添加比例对高光 HIPS 力学性能的影响从图 2 和图 3 可以看出，随着 SBC 添加比例的增大，高光HIPS 的拉伸强度下降，断裂伸长率明显上升，悬臂梁缺口冲击强度有提高。当添加比例为 16%时，拉伸强度下降 23%，但断裂伸长率上升 85%，悬臂梁缺口冲击强度上升 33%。从图 4 可以看出，随着 SBC 添加比例的增大，弯曲强度下降，但弯曲模量上升。当添加比例为 16%时，弯曲强度下降 9%，但弯曲模量上升 32%。SBC 为苯乙烯-丁二烯共聚物，具有热塑性橡胶的性能，能够对高光 HIPS 起到增韧的作用，同时对高光 HIPS 的刚性下降不明显。2.3 不同 SBC 含量对高光 HIPS 的 ESCR 性能的影响拉伸强度和断裂伸长率是本文考察材料 ESCR 性能的两个重要指标。从表 4 和图 5 可以看出，未添加 SBC 前，高光HIPS的耐油腐蚀性能非常差，弯曲涂油后样条有明显的裂纹，拉伸强度下降明显，拉伸为脆性断裂，断裂伸长率保持率仅为7.5%。这是由于为保持 HIPS 的光泽度，高光 HIPS 的橡胶粒径比较小，韧性差，高光 HIPS 弯曲应力下产生的微裂纹，食用油进一步扩散到微裂纹中，食用油的溶胀作用使裂纹进一步扩大，导致高光 HIPS 拉伸性能下降。从弯曲不涂油的数据看，样条弯曲后材料会受到一定的应力，并在应力作用下产生一定的微裂纹。高光 HIPS 韧性差，断裂伸长率比较低，弯曲作用下受到的内应力最大，因此高光HIPS 拉伸性能下降明显。从不弯曲涂油的数据看，在没有受到外应力作用下，食用油渗透到 HIPS 的橡胶中，根据相似相溶原理，食用油可能会对 HIPS 产生一定的浸润作用，导致 HIPS 中橡胶的溶胀，进而影响材料的韧性。HIPS 的拉伸强度主要通过苯乙烯基团部分，因此在不受外力作用下，食用油对拉伸强度影响不明显，但对拉伸断裂伸长率有一定的影响。SBC 的加入，能够提高拉伸强度保持率和断裂伸长率的保表 3 不同添加比例挤出级 SBC 对高光 HIPS 性能的影响测试项目6#样品7#样品8#样品9#样品4%挤出级 SBC 8%挤出级 SBC 12%挤出级 SBC 16%挤出级 SBC 拉伸强度（MPa）31.928.727.126.1断裂伸长率（%）64.371.577.684.9弯曲强度（MPa）50.848.747.346.7弯曲模量（MPa）1 8461 9642 0382 152悬臂梁缺口冲击强度（kJ/m2）10.711.912.613.8图 2 不同 SBC 添加比例对拉伸性能的影响图 3 不同 SBC 添加比例对冲击强度的影响图 4 不同 SBC 添加比例对弯曲性能的影响捍 卫 生 活 品 质 推 动 产 业 升 级计量与检测80轻工标准与质量2023 年第 4 期持率，说明提高了高光 HIPS 的耐油腐蚀性能。SBC 添加比例越大，保持率越高，高光 HIPS 的耐油腐蚀性能越好。挤出级SBC 对高光 HIPS 的耐油腐蚀性能比注塑级 SBC 好，可能挤出级 SBC 与注塑级 SBC 的微观构象不同，与高光 HIPS 掺混后对高光 HIPS 微观结构影响不同，需要进一步对原料的微观结构进行分析。2.4 SBC 对 HIPS 高泽度的影响从表 5 可以看出，SBC 能够提高高光 HIPS 的光泽度，随着 SBC 添加比例的增加，高光 HIPS 的光泽度也增加。注塑级SBC 和挤出级 SBC 对高光 HIPS 光泽度的影响无明显差异。相对于注塑级 SBC，挤出级 SBC 对高光 HIPS 的耐油腐蚀性能较好，选择挤出级 SBC 增韧高光 HIPS，并对比增韧高光 HIPS 和普通高光 HIPS 作为高光层制作的高光冰箱板材和高光冰箱箱胆的光泽度，如表 6 所示。从表 6 可以看出，普通高光 HIPS 吸塑板材光泽度一般，吸塑后内胆光泽度明显下降，而 SBC 增韧的高光 HIPS，光泽度有一定程度的提高，随着SBC 添加比例的增大，光泽度也随之提高，吸塑后光泽度保持率也随之增加。SBC 增韧的高光 HIPS 板材，吸塑后内胆光泽度下降不明显，能够保持很好的光泽度。这是因为高光 HIPS为“岛屿”结构，吸塑拉伸后橡胶粒子变形，导致光泽度下降。图 5 不同 SBC 规格及比例下高光 HIPS 的 ESCR 拉伸性能保持率表 5 不同规格 SBC 及不同添加比例 SBC 对高光 HIPS 光泽度的影响测试项目1#样品2#样品3#样品4#样品5#样品6#样品7#样品8#样品9#样品100%高光HIPS4%注塑级SBC 8%注塑级SBC 12%注塑级SBC 16%注塑级SBC 4%挤出级SBC 8%挤出级SBC 12%挤出级SBC 16%挤出级SBC 光泽度（60）868788909186878990表 4 不同 SBC 规格及比例下高光 HIPS 耐食用油腐蚀情况油状态时间（h）高光 HIPS8%注塑级 SBC16%注塑级 SBC8%挤出级 SBC16%挤出级 SBC拉伸强度（MPa）断裂伸长率（%）拉伸强度（MPa）断裂伸长率（%）拉伸强度（MPa）断裂伸长率（%）拉伸强度（MPa）断裂伸长率（%）拉伸强度（MPa）断裂伸长率（%）空白不弯曲/33.246.728.270.725.486.428.771.526.184.9弯曲830.635.626.968.524.283.027.868.625.770.6涂油不弯曲2433.140.527.966.524.882.626.465.726.079.6弯曲816.23.521.926.423.835.624.633.124.840.5表