冰箱門封遷移問題探究

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]。冰箱門封對整個冰箱的使用、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對其性能起到至關(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，門封會與冰箱內(nèi)膽接觸，也會與冰箱箱殼接觸。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)膽及冰箱箱殼在長時間接觸過程中容易發(fā)生粘連，最終會導(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]。本文主要通過對不同廠家的門封遷移對比測試，分析比較不同廠家生產(chǎn)的門封對板材的影響。

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品的長度為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，再次對樣品進(jìn)行稱重，并觀察板材表面有無遷移的痕跡。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，這種對比測試方法較為直觀，是我司對遷移率測試的簡單方法。

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，競品1和競品2。

3 測試結(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，對比不同廠家的門封發(fā)現(xiàn)，門封對HIPS板材遷移較大，門封中的增塑劑很容易對HIPS進(jìn)行浸潤、污染且污染難以去除，在板材表面留下了明顯的痕跡，同時增塑劑對HIPS板材會有溶脹效應(yīng)，影響HIPS板材的尺寸穩(wěn)定性；門封對噴涂板會有輕微的遷移，板材表面的痕跡很難觀察出，污染不明顯且容易擦除；對PCM板會有一定的遷移和浸潤，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，形成的污染無法擦除?？傮w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。表2和圖2是不同廠家、不同型號的門封在2 kg載荷下的遷移率，廠家1、2、3分別選擇了兩種型號的門封，分別是配方調(diào)整前的型號a、c、d和配方調(diào)整后的型號b、e、f。此外，本文同步對比了外加載荷大小對遷移量的影響，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)部的增塑劑會析出，會對板材造成一定的影響。門封對不同板材的遷移率不同，當(dāng)外加載荷為2 kg時，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，表明外加載荷會使得增塑劑更加容易析出，對板材造成浸潤、污染。在外加載荷為5 kg時，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，容易浸潤同為有機(jī)物的HIPS，門封對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，因此也會不同程度地受到門封遷移的影響。對比廠家1的兩種不同的門封可以發(fā)現(xiàn)，門封改進(jìn)（型號b）之后，增塑劑從門封中析出變得更加困難，因此對于這三種板材的遷移、浸潤能力都下降得非常明顯；而其他廠家的門封改性后（型號d、f）對HIPS板材的遷移率也有一定程度的下降，但是對于其他兩種板材則下降趨勢不明顯，甚至還有上升趨勢。如表4所示為不同廠家使用的增塑劑對比。

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HIPS沒有明顯的遷移效果。不同廠家的門封對于PCM板都有一定的遷移作用，形成的污染無法消除。噴涂板耐遷移、耐污染的能力最強(qiáng)，廠家1兩種門封對于噴涂板的遷移作用很微弱，其他廠家的門封會對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HIPS板材的影響很大?？傮w而言，不同型號影響程度比較（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，這些遷移出來的增塑劑會對板材造成浸潤、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，也會使得PVC變硬、變脆甚至開裂。因此通過配方的調(diào)整來減少增塑劑的遷移是PVC門封領(lǐng)域很有意義的一個研究方向。

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

（2）不同廠家的門封對板材污染程度（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。