PP復合材料解決家用空調熱漲冷縮噪聲的研究

2018-07-14 07:22:00麥劍章林勇強

家電科技 2018年6期

麥劍章　林勇強

廣東美的制冷設備有限公司廣東佛山 528311

1　引言

目前，市場上絕大多數的空調室內機底盤、出風框等零部件均采用ABS注塑而成。在空調運行過程中，尤其是在開機（或關機）后的一段時間內由于溫度變化而引起塑料件之間的熱脹冷縮，導致零件配合處發出PIXI音（吡唏音）的噪聲。熱脹冷縮產生的PIXI音不連續且忽高忽低，嚴重時甚至會影響到人體睡眠質量[1]。傳統的解決方法是通過在零件裝配界面貼絨布或海綿的方式來緩解噪聲，但這種方式生產效率低且效果不明顯。

在塑料行業，通常將ABS、PS等材料表面硬度較高的塑料稱為硬膠，相比之下，PP、PE等塑料則稱為軟膠[2]。而且，敲擊ABS、PS等硬膠發出的聲音較為清脆；而敲擊PP、PE等軟膠時即使發出聲音也通常比較低沉、不易被察覺。PP作為通用塑料具有加工性好、密度小、價格低等諸多優點，但由于其成型收縮率較大、力學性能偏低等缺點，使其直接用于制造結構零件時，難以滿足產品對材料性能的要求[3]。為提升PP材料的綜合性能，擴大其應用范圍，本文通過添加填充劑對PP進行改性，改善其強度、剛性和耐熱性能，降低了收縮率，提高了尺寸穩定性，使其整體綜合性能接近工程塑料的水平，替代傳統材料用于制造空調室內機出風框，解決空調的熱脹冷縮噪聲問題。

2　實驗部分

2.1　主要原料和設備

PP：PPB-M09，茂名石化。

ABS：HI-121H，寧波LG甬興化工有限公司。

填充劑G、填充劑M以及各種助劑：市售。

高速混合機：SHR-200A，張家港萬凱機械有限公司。

雙螺桿擠出機：SHJ-50，南京聚力化工機械有限公司。

注塑機：MA3600/2250G，海天塑機集團有限公司。

2.2　測試儀器與方法

拉伸和彎曲性能：日本島津公司AG-IS型電子萬能材料試驗機，分別按GB/T 1040.2-2006和GB/T 9341-2008測試。

缺口沖擊強度：承德金和儀器制造有限公司XJU-2.75型懸臂梁沖擊試驗機，按GB/T 1843-2008測試。

熱變形溫度：美特斯工業系統(中國)有限公司ZWK1000型微機控制熱變形維卡軟化點試驗機，按GB/T 1634.2-2004測試。

收縮率：按GB/T 17037.4-2003測試。

2.3　試樣制備

將PP與各種助劑混合均勻后，于200～230℃下擠出造粒。取2～3kg粒料于220～240℃下注塑成標準試樣。

3　結果與討論

3.1　材料性能

表1是不同填充劑對PP復合材料性能的影響。由表1可見，PP材料成型收縮率較大，為1.6%，填充劑G和填充劑M的加入均能顯著降低PP材料的收縮率，使其達到和ABS材料相同的收縮率水平，為0.5%。PP/G復合材料的拉伸強度、彎曲強度、彎曲模量和熱變形溫度均顯著高于PP材料和ABS材料，而缺口沖擊強度卻略低于PP材料且顯著低于ABS材料，僅為9.5kJ/m2，說明填充劑G對PP材料只起到了增強作用，導致其韌性反而變差了。PP/M復合材料的拉伸強度、彎曲強度、彎曲模量和熱變形溫度較PP材料均有一定程度的提高，而且缺口沖擊強度幾乎提高到ABS材料的水平，達到18.7kJ/m2，說明填充劑M不但對PP材料起到了一定的增強作用，而且還顯著提高了PP材料的抗沖擊韌性。為方便對比表1中不同材料的綜合性能，圖1給出了不同材料的各項性能歸一化后的雷達圖。由圖1可見，PP/M復合材料與ABS材料的各項性能最為接近。

為進一步驗證PP/M復合材料替代ABS材料制備空調室內機出風框零件的可行性，下文將對不同材料制備的出風框裝配整機進行測試驗證。

3.2　整機性能

目前國標對空調熱脹冷縮聲音沒有明確的標準，故按照公司內部的企業標準執行。此標準來源于用戶體驗，以確保此聲音不會影響用戶正常行為，如表2所示。

表3是不同PP復合材料對整機性能的影響。由表3可見，使用PP/G和PP/M復合材料制備的空調室內機出風框均能顯著減少整機的熱脹冷縮噪聲次數，大大提升了用戶體驗滿意度。但PP/G復合材料制備的出風框左側在整機耐寒跌落試驗后出現開裂現象，如圖2所示，而PP/M復合材料制備的出風框在整機耐寒跌落試驗后依然保持完好。如前所述，PP/G復合材料的缺口沖擊強度較低，僅為9.5kJ/m2，而PP/M復合材料的缺口沖擊強度幾乎為PP/G復合材料的兩倍，高達18.7kJ/m2。綜合考慮，PP/M復合材料的綜合性能更優，更能滿足空調室內機出風框零件的要求。