ABS及其改性材料在衛(wèi)浴行業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展*

徐名智

(廈門銥科衛(wèi)浴科技有限公司 福建 廈門 361000)

前言

ABS材料，英文名Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Copolymer，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物，3大組成部分憑借良好的相容性，為該材料提供了優(yōu)異的強度、韌性、耐化學(xué)性能，使得該材料能夠作為受力的機構(gòu)件使用；同時，由于其優(yōu)秀的加工性能、電鍍性能和光亮的外觀，使得其在外飾件上也有不俗的表現(xiàn)。

ABS材料是在聚苯乙烯樹脂改性的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。從美國橡膠公司采用共混法工藝實現(xiàn)ABS的工業(yè)生產(chǎn)，到BORG-WAMER的乳液聚合接枝ABS[1]，這款無定型材料經(jīng)過了半個多世紀(jì)的發(fā)展，在塑料領(lǐng)域有著無可替代的地位。其在衛(wèi)浴行業(yè)的發(fā)展歷程中，舉足輕重。

1 ABS構(gòu)成及性能

ABS主要構(gòu)成成分為丙烯腈、丁二烯、苯乙烯。其中，A代表丙烯腈，占15%～35%，為材料提供良好的強度、耐化學(xué)性能和熱穩(wěn)定性；B代表丁二烯，占5%～30%，為材料提供韌性；S代表苯乙烯，占40%～60%，為材料提供良好的強度、加工性能、光潔度。通過3組成分的占比調(diào)整，以及其它成分的改性添加，以實現(xiàn)ABS材料的性能轉(zhuǎn)換[2]。

AS是材料的連續(xù)相，在ABS中占據(jù)較大的比例。其中，聚苯乙烯PS本身就是一款應(yīng)用廣泛的熱塑性材料，由于其大量苯環(huán)的存在，使得PS擁有較好的剛性，但也導(dǎo)致PS的脆性；而苯環(huán)之間的較大分子間隙，又使得PS極易被溶劑侵入，所以耐化學(xué)性能不好[3]。丙烯腈的存在，一定程度上彌補了PS耐化學(xué)性能的缺陷，但無法有效提升材料的韌性。所以AS和PS一樣，也是一款偏脆性材料。

橡膠相B在AS連續(xù)相形成“海島”結(jié)構(gòu)，使得材料在受到外力沖擊的過程中，能夠通過分散在ABS中的橡膠相來緩沖能量，實現(xiàn)較好的韌性[4]；同時，在電鍍工藝中，橡膠相B又起到橋梁的作用，通過自身被腐蝕出的孔隙，實現(xiàn)電鍍層與ABS基材的有效連接?？梢哉f，丁二烯這個海島，是ABS的靈魂組分，丁二烯的調(diào)整，給ABS改性帶來了許多性能的變化。也正是基于此，ABS能夠在衛(wèi)浴行業(yè)龐大的產(chǎn)品線中得到重視應(yīng)用，在進排水閥、蓋板、同層排水、花灑、龍頭等產(chǎn)品上，都或多或少地存在ABS的身影。

2 ABS及其改性材料衛(wèi)浴產(chǎn)品上的應(yīng)用

ABS材料在衛(wèi)浴行業(yè)上應(yīng)用非常廣泛，從微小的結(jié)構(gòu)件，到光亮的外飾件，都有ABS的應(yīng)用。

2.1 進排水閥

ABS作為提供強度的結(jié)構(gòu)件，用得最多的地方就是排水閥。長期的水環(huán)境，甚至部分是存在酸性或堿性潔廁劑的水環(huán)境下，ABS能夠不出現(xiàn)腐蝕破壞并保持良好地機械性能。

2.1.1 排水閥底座

排水閥底座，作為排水閥整體的支撐，以及排水閥與陶瓷水箱的連接，采用ABS便是有效地利用了其強度和韌性。特別是底座的螺紋段，要滿足鎖緊的功能，就需要有優(yōu)良的強度；要在客戶多次反復(fù)拆裝下不失效，就要求底座材料有較好的韌性，使得螺牙不會在扭緊的過程中出現(xiàn)開裂。并且在排水閥底座上，由于需要止水密封，其止水端面上要求很高，需要較高的平整度，不可以有熔接線、毛邊，ABS良好的加工性使得產(chǎn)品能很好地滿足上述要求。

另外，由于底座排水管需要較長的抽芯，而且尺寸種類較多，所以排水管和底座采用分件產(chǎn)品粘結(jié)方式。ABS中丙烯腈的極性基團，使得ABS的粘結(jié)較為可靠。

2.1.2 排水閥本體

排水閥本體是排水閥的殼體部件，其中有大量的孔洞用以安裝排水閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)組件，并有多個卡扣作為與底座的連接結(jié)構(gòu)。這就充分利用ABS材料的強度和韌性，有較高的承載力，同時能夠經(jīng)受卡扣安裝產(chǎn)生的變形。

2.2 馬桶蓋板

ABS由于優(yōu)異的加工和機械性能，在衛(wèi)浴行業(yè)中，也曾廣泛應(yīng)用于馬桶蓋板。但其性能的不足在蓋板上逐漸凸顯。

ABS材料用于馬桶蓋板，首要的缺陷就是延展性偏低。在馬桶蓋板產(chǎn)品上，為了避免出現(xiàn)大體重人員坐壓蓋板出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，近年來針對蓋板有一系列負重承載測試。普通ABS材料由于延展性能偏低，在該類測試后期，往往會出現(xiàn)開裂問題。基于安全性能考量，普通ABS材料在馬桶蓋板上的應(yīng)用越來越少。

其次，由于ABS中丁二烯的存在，導(dǎo)致ABS的耐候性能偏差，極易出現(xiàn)黃變現(xiàn)象，使其與陶瓷的白色出現(xiàn)較大色差，影響觀感。

鑒于成本和部分性能的不足，普通ABS在馬桶蓋板上的應(yīng)用逐步被均聚聚丙烯所替代。

2.3 同層排水、花灑、龍頭

在同層排水中，ABS的應(yīng)用主要在同層排水的外裝飾面板上。在花灑龍頭上，ABS的應(yīng)用也主要是其外殼的裝飾面。而作為外觀應(yīng)用最為大量的當(dāng)屬電鍍工藝。

ABS作為有機高分子材料，顯非極性。而金屬鍍層則以離子鍵結(jié)合，為極性。兩者之間只是通過分子間作用力相結(jié)合。要提高兩者間的結(jié)合力，就必須增加兩者間的接觸面積或增加著力機構(gòu)。ABS電鍍原理是通過在ABS表面增加許多小凹坑，在電鍍時金屬進入凹坑內(nèi)部，填滿凹坑并與外部相連。相對于平面，凹坑增加了ABS材料的表面積。同時凹坑一般都是口部較小，內(nèi)部較大，起到倒扣的作用，增加了ABS材料與金屬鍍層之間的結(jié)合力。這些凹坑是來源于ABS中的分散相丁二烯。通過強酸對丁二烯的腐蝕，在ABS材料中形成大量的凹坑，從而提高ABS與電鍍層的結(jié)合力[5]。

同電鍍層間良好的結(jié)合力，大大延長了電鍍塑料件的使用壽命，使得塑料的電鍍產(chǎn)品廣受歡迎。不僅僅在同層面板、花灑、龍頭上，家電行業(yè)、小商品行業(yè)，甚至連要求極高的汽車行業(yè)，也有大量電鍍ABS件的存在。

3 ABS及其改性材料的發(fā)展

ABS基礎(chǔ)材料在衛(wèi)浴行業(yè)中大放異彩的同時，材料本身的缺陷和不足也逐漸為人所知。也正是由于存在缺陷和不足，推動了ABS及其改性材料的發(fā)展，出現(xiàn)了大量性能卓越的ABS及其改性材料。

3.1 進排水閥

3.1.1 高耐磨ABS改性材料

在排水閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)件中，有一個起導(dǎo)向作用的關(guān)鍵零件，排水閥內(nèi)套管。該零件在按壓排水閥的過程中，順著導(dǎo)槽上下滑動，在按鈕按壓力作用下牽引止水蓋打開關(guān)閉。

由于導(dǎo)向要求，該零件在100 mm的長度上有較高的垂直度要求，否則彎曲的管件會加劇內(nèi)套管和導(dǎo)槽間的摩擦，加速零件的破壞。同時，由于與導(dǎo)槽間滑動，要求該零件擁有較好的潤滑性和耐磨性能。這在普通ABS材料上，是難以滿足要求的。

基于此，開發(fā)出耐摩潤滑ABS改性材料。首先，通過硅酮潤滑劑的添加，大大改善了ABS材料的潤滑性能，在與導(dǎo)槽的相對運動中做到低磨耗。然后，通過部分尼龍的添加，提高ABS材料的硬度，大幅度改善材料的耐摩性能。在排水閥的壽命測試中，內(nèi)套管的磨損失效，從原本的5～7萬次，大幅度提升到15萬次以上。

3.1.2 高密度ABS 改性材料

在排水閥中，往往利用配重件來實現(xiàn)輕觸等特殊排水功能。但是ABS的密度僅為1.04，是不足以作為配重件來使用的。普通改性ABS的密度，也往往很難達到1.50以上。所以在考慮配重件的時候，就得在零件中附帶金屬配重塊。這使得產(chǎn)品的加工更加復(fù)雜，同時成本也有較大上升。

基于此，開發(fā)出高密度ABS，通過大量礦物質(zhì)的添加來提高材料的密度。采用K膠來緩解礦物質(zhì)所帶來的脆性問題，開發(fā)適用的相容劑提升礦物質(zhì)和ABS間的相容性。通過此類改性，ABS材料密度可以做到2.0以上。高密度ABS的開發(fā)，大大降低了金屬配件所帶來的成本影響。

3.2 馬桶蓋板

隨著智能馬桶蓋板的普及，在馬桶蓋板上，對功能性材料的要求越來越多。

3.2.1 阻燃ABS改性材料

需求最大的，當(dāng)屬阻燃材料。智能馬桶蓋板作為電器類產(chǎn)品，國家標(biāo)準(zhǔn)上有嚴(yán)格的阻燃防火要求。高分子材料主要是碳氫元素，ABS也基本上是碳氫氮元素，在高溫有氧環(huán)境下易燃燒，產(chǎn)生大量黑煙，存在較大的火災(zāi)安全隱患。同時，ABS中的大量苯環(huán)，在燃燒過程中會產(chǎn)生大量致癌物質(zhì)二噁英，嚴(yán)重威脅人們的生命安全。

通過對ABS的阻燃改性，現(xiàn)在其阻燃等級已經(jīng)能夠做到5VA等級，離火即滅，同時在電路的高溫影響下，不易出現(xiàn)負面變化。

3.2.2 透明ABS材料

馬桶蓋板的舒適化也是未來的發(fā)展方向。其中夜燈的使用給起夜上廁所的人帶來了較大的便捷。但是馬桶蓋板畢竟處于衛(wèi)生間潮濕的環(huán)境中，而在透明材料中，PC耐水性存在問題，PMMA脆性較大，所以透明ABS材料有較大的市場空間。通過對丙烯腈的替換改良，市場上出現(xiàn)MBS這種透明ABS材料，能夠在不失ABS機械性能的同時，提供優(yōu)良的透明度。

3.3 外飾件產(chǎn)品

同層排水、花灑、龍頭等衛(wèi)浴產(chǎn)品中，ABS的主要用途為外飾件產(chǎn)品。

3.3.1 耐候ABS改性材料

丁二烯中的雙鍵，帶來了良好的延展柔韌性，但也存在鍵能偏低的問題，在外部能量的激發(fā)下，極易出現(xiàn)雙鍵斷開的問題。這直接引發(fā)ABS材料的耐候性能差的問題，特別是紫外光下，ABS易出現(xiàn)發(fā)黃變脆問題?，F(xiàn)在針對ABS材料耐候性能，主要有2個改良方向。

第一是添加受阻胺類光穩(wěn)定劑，通過光穩(wěn)定劑來吸收稀釋高能量光線，以緩解ABS中丁二烯的雙鍵斷裂，延緩材料的老化。

第二是通過對丁二烯進行替換改良，市面上較廣泛應(yīng)用的是丙烯酸酯類橡膠體替代丁二烯，產(chǎn)生ASA這種耐候性優(yōu)良的ABS材料[6]。

3.3.2 特殊外觀ABS改性材料

塑料給人帶來的感覺永遠是廉價的。通過對材料的改性處理，現(xiàn)在市面上已經(jīng)出現(xiàn)大量優(yōu)良外觀質(zhì)感的ABS改性材料。這類材料也逐步被應(yīng)用于同層排水、花灑、龍頭等注重顏值的衛(wèi)浴產(chǎn)品中。

特殊外觀有仿木紋質(zhì)感、仿陶瓷質(zhì)感、仿金屬質(zhì)感、仿大理石質(zhì)感等，從視覺到觸覺感官，都能做到十分逼真的效果。

4 展望與總結(jié)

高分子材料發(fā)展的百來年中，已經(jīng)不斷深入到大眾生活的各個方面。ABS材料作為一款性能優(yōu)異的高分子材料，在長期的發(fā)展和變遷中，逐步優(yōu)化出大量的性能以滿足人們?nèi)找嫣岣叩纳钏揭?。在衛(wèi)浴行業(yè)，也是如此。追緊時代的步伐，是所有工程人的期盼和目標(biāo)。和材料一起成長，相信還會有更多更好的ABS及其改性材料出現(xiàn)。