冰箱內(nèi)膽用高光HIPS 增韌及高澤度探究

吳園 黃玲 嚴桃 孔美陽

（1.長虹美菱股份有限公司，安徽合肥 230601；2.中國家用電器研究院，北京 100037）

家電行業(yè)基于高性價比考慮，由原有ABS 內(nèi)膽逐漸被高抗沖聚苯乙烯HIPS 所替代，但擠出級HIPS 為低光澤材料，為改善HIPS 內(nèi)膽表面光澤度，家電行業(yè)會在其表面增加一層普通高光HIPS，但普通高光層與普通層之間由于韌性不同，且在接觸油類等物質(zhì)過程中會使得普通高光層產(chǎn)生微裂紋，從而使得普通高光層與普通層之間產(chǎn)生應力進而造成整個內(nèi)膽開裂[1]。基于以上原因，行業(yè)內(nèi)需研究提高普通高光HIPS韌性及光澤度的方式。苯乙烯-丁二烯-苯乙烯彈性體（SBS）和苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（SEBS）經(jīng)常作為HIPS 的增韌劑使用，能夠提高HIPS 的抗沖擊性能[2]。苯乙烯-丁二烯共聚物（SBC）具有良好的透明性、光澤度性和耐沖擊性[3]，研究表明SBC 與通用聚苯乙烯（GPPS）摻混后，能夠提高GPPS 的抗沖擊性能，而保持了GPPS 的光澤度和透明度[4]。但針對高光HIPS 的增韌和增韌劑對光澤度的影響方面，很少見到研究。耐環(huán)境應力開裂性ESCR 是業(yè)內(nèi)用來快速評估內(nèi)膽材料使用中開裂性能的方法，有研究表明高光HIPS 經(jīng)過增韌后，彎曲涂油后的拉伸強度保持率和斷裂伸長率保持率均有明顯的提升[1]，但未提及高光HIPS 的光澤度的變化。本文研究了不同增韌劑對高光HIPS 力學性能和光澤度的影響，并同時對增韌高光HIPS 進行了ESCR 測試，嘗試找到適合冰箱內(nèi)膽面料用的改性高光HIPS 研究思路。

1 試驗方案

1.1 設備及儀器

（1）塑料注塑機：海天；（2）擠板機：上海金緯；（3）內(nèi)膽吸塑機：意大利COMI；（4）電子萬能試驗機：深圳三思；（5）懸臂梁沖擊測試儀：深圳三思；（6）光澤度儀：三恩馳；（7）ESCR 試驗夾具：內(nèi)部自制。

1.2 原材料

（1）普通高光HIPS-1180；（2）SBS 增韌高光HIPS；（3）SEBS 增韌高光HIPS；（4）SBC 增韌高光HIPS；（5）金龍魚食用調(diào)和油；（6）擠出級HIPS-8265。

1.3 試樣制備

（1）將原料在鼓風干燥箱中60℃下干燥2 h，然后通過注塑機注射成為標準試樣。（2）將拉伸試樣放置在ESCR 夾具中，經(jīng)涂油和彎曲處理后得到ESCR 試樣。拉伸試樣長度為160 mm，夾具測試寬度為150 mm。

1.4 性能測試

（1）拉伸性能依據(jù)GB/T 1040.1-2018 標準測試；（2）彎曲性能依據(jù)GB/T 9341-2008 標準測試；（3）懸臂梁缺口沖擊強度依據(jù)GB/T 1843-2008 標準測試；（4）光澤度依據(jù)GB/T 8807-1988 標準測試；（5）ESCR 測試：將拉伸試樣放在ESCR 夾具中進行彎曲和涂油處理（測試方法如圖1 所示），得到彎曲不涂油試樣和彎曲涂油試樣，同時制備平放狀態(tài)下的不彎曲涂油試樣，測試不同狀態(tài)試樣的拉伸性能，并對比空白試樣（不彎曲、不涂油）的拉伸性能，計算拉伸性能的保持率。

圖1 ESCR 測試

2 結果與討論

2.1 不同增韌劑對高光HIPS 的性能影響

在光澤度相當情況下，不同增韌劑對高光HIPS 的性能影響如表1 所示。

表1 不同增韌劑對高光HIPS 的性能影響

從表1 可看出，SBS、SEBS 和SBC 對高光HIPS 均有增韌作用，斷裂伸長率和沖擊強度均有提升，SBS 和SEBS 的增韌效果比SBC 好。SBS、SEBS 和SBC 作為苯乙烯類彈性體，與HIPS 有較好的相容性，對HIPS 增韌作用最主要是歸功于橡膠相的存在，根據(jù)多重銀紋理論，橡膠粒子起到引發(fā)和終止銀紋的作用，從而達到增韌HIPS 的效果。但由于SBS 和SEBS 的橡膠粒子粒徑大，本身無光澤度，在增韌的同時，會降低高光HIPS 的光澤度。所以為保持高光HIPS 的光澤度，SBS 和SEBS 作為增韌劑，添加比例有限。SBC 為透明抗沖材料，具有較高的光澤度、透明度和耐沖擊性，SBC 對HIPS 韌性改善的同時，能夠保持高光HIPS 的光澤度，在增韌性能、高澤度和成本的考量下，SBC 的添加比例有較寬的選擇范圍。

2.2 不同增韌劑對高光HIPS 耐腐蝕性能的影響

對于ESCR 性能一般使用斷裂伸長率保持率和拉伸強度保持率進行評估。從表2 和圖2 可以看出，增韌改性前，普通高光HIPS 的耐油腐蝕性能非常差，彎曲涂油后試樣有明顯的裂紋，在萬能拉力機上進行拉伸測試，拉伸強度下降明顯，試樣一拉即斷，斷裂伸長率僅為2.5%，脆性斷裂，無韌性，拉伸性能保持率極低。這是因為為了提高HIPS 的光澤度，高光HIPS 的橡膠粒徑比較小[5]，受到外力時，引發(fā)銀紋能力差，導致材料韌性偏差，在彎曲應力下產(chǎn)生更為明顯的微裂紋，當表面接觸到食用油后，食用油會滲透到微裂紋間隙內(nèi)，微裂紋在食用油的溶脹作用下逐步增大，從而導致高光HIPS性能下降。

表2 不同高光HIPS 耐食用油腐蝕情況

圖2 耐食用油腐蝕后的拉伸性能保持率

根據(jù)彎曲不涂油的數(shù)據(jù)看，在彎曲應力下材料的拉伸性能會受到一定的影響。在同等彎曲撓度下，高光HIPS 韌性最差，所受到的外應力最大，從而使得高光HIPS 拉伸性能下降最為明顯。

根據(jù)不彎曲涂油的數(shù)據(jù)，在無外應力作用下，食用油滲透到HIPS 的橡膠中，根據(jù)相似相容原理，食用油對HIPS 中橡膠相產(chǎn)生了溶脹作用，進而影響到材料的韌性，導致斷裂伸長率有所下降。而HIPS 的拉伸強度主要由于苯乙烯基團部分，在不受外力作用下，食用油對材料拉伸強度影響不明顯。

增韌改性后，SBS、SEBS 和SBC 均能夠提高HIPS 的拉伸性能和拉伸性能保持率，說明增韌后高光HIPS 的耐油腐蝕性能均有所提高。相對而言，SBC 對高光HIPS 的耐油腐蝕性最好，特別是彎曲涂油后的斷裂伸長率的保持率大幅度提高至48%，這可能是由于SBC 結構特殊性，與高光HIPS 摻混后對高光HIPS 微觀結構影響不同，具體需要進一步對原料的微觀結構進行分析。

2.3 不同高光HIPS 對內(nèi)膽表面高澤度的影響

從表3 可以看出，SBS 和SEBS 增韌的高光HIPS，內(nèi)膽板材的光澤度會有所降低，但板材經(jīng)吸塑拉伸后，光澤度下降明顯。SBC 增韌的高光HIPS 板材，吸塑后內(nèi)膽光澤度下降不明顯，光澤度保持良好。這是由于普通高光HIPS、SBS 增韌HIPS 和SEBS 增韌HIPS 中的橡膠粒子，經(jīng)吸塑拉伸作用后橡膠粒子產(chǎn)生變形，導致光澤度下降。而SBC 結構特殊，可能改變了高光HIPS 的微觀結構，吸塑拉伸作用后橡膠粒子無明顯變形，從而較好地保持了光澤度。

表3 板材和內(nèi)膽的光澤度

3 結論

SBS、SEBS 和SBC 對高光HIPS 起到一定的增韌作用，SBS 和SEBS 的加入會降低高光HIPS 的光澤度，而SBC 作為一種透明熱塑性彈性體，在提高HIPS 增韌的同時，能夠保持高光HIPS 的光澤度。

根據(jù)相似相溶原理，食用油可能會對HIPS 的橡膠相產(chǎn)生一定的溶脹作用，并且食用油會滲透到外應力作用下產(chǎn)生的微裂紋中加劇微裂紋的擴散，導致涂油彎曲后HIPS 的韌性下降。增韌劑的加入能夠提高高光HIPS 的耐油腐蝕性能，SBS 和SEBS 對高光HIPS 的耐油腐蝕性改善效果較小，而SBC 對高光HIPS 的耐油腐蝕性遠優(yōu)于SBS 和SEBS。

在高光HIPS 板材吸塑拉伸成型為內(nèi)膽后，內(nèi)膽高澤度會有所下降，SBS 和SEBS 的加入對內(nèi)膽光澤度下降更為明顯，而SBC 加入后內(nèi)膽的光澤度保持率高。

綜上所述，SBC 增韌高光HIPS 可作為HIPS 內(nèi)膽高光層進行應用，能有效改善內(nèi)膽光澤度和耐油腐蝕開裂性能，為高光HIPS 內(nèi)膽的開發(fā)提供了技術方向。