PP阻燃改性材料在智能坐便器座圈上的應用*

2021-01-21 13:11:06莊敏華

陶瓷 2020年12期

莊敏華

(廈門優勝衛廚科技有限公司福建廈門 361000)

前言

目前智能坐便器很多都有座圈加熱功能，座圈組件中加熱膜粘帖于座圈上蓋，當加熱膜通電后產生熱量，加熱膜上的鋁箔將熱量傳導于坐圈上蓋，實現坐圈的加熱目的。但是存在以下問題：①座圈通電會發熱，考慮到安全我們會采用阻燃PP材料；②座圈組件使用時，座圈組件與人體接觸，所以座圈的材料還要用到抗菌材料。

1 零件的組件

1.1 智能座圈

1.1.1 智能座圈材料的選擇

智能座圈組件主要由座圈下蓋、腳墊、溫控器、加熱膜、座圈下蓋、傳感器組成，如圖1所示。

圖1 智能座圈組件

智能座圈比起普通座圈增加了加熱功能，智能座圈內部存在加熱部件、傳感器、溫控器，因此座圈組件不僅僅要考慮到抗菌、耐候性，還要考慮到阻燃(V0等級)、防水、上下蓋固定方式我們選用摩擦焊接方式，能達到防水。最終智能座圈上下蓋材料選用阻燃PP材料，而且還要滿足本身的抗菌、耐候性要求，以及材料的阻燃要求，同時又符合摩擦焊接性能。近年來，隨著生活的進步，隨著環保要求的提高，阻燃PP一般都用無鹵系阻燃劑，阻燃PP要滿足抗菌，就要對阻燃PP進行改性，增加阻燃抗菌效果。現在一般阻燃PP都要通過在阻燃PP材料中添加適量的抗菌劑，這樣阻燃PP不僅僅具有阻燃的功能，材料自身還具有抑制和滅殺有害微生物的功能，有效地切斷人與病菌的接觸，也減少疾病的傳播。利用“溶膠-凝膠”的方法合成Ag+-TiO2符合型無機抗菌劑，抗菌劑填加到阻燃PP中，就能讓阻燃PP得到抗菌效果。

1.1.2 智能座圈材料的測試

智能座圈材料測試見圖2。

圖2 智能座圈材料測試

1.2 腳墊

腳墊安裝于座圈下蓋，支撐座圈于陶瓷表面作用。一般選用TPE 或者EVA+HTPE，顏色硬度可選擇(如表1所示)。

表1 腳墊材料優缺點

1.3 溫控器

溫控器作用檢測座圈加熱溫度并轉換成輸出信號給主控程序控制座圈加熱。

1.4 加熱膜

加熱膜是座圈加熱功能提供加熱的載體。

1.5 著座傳感器

著座傳感器檢測人體是否著座，并將信號傳輸于主控程序。

2 座圈設計

智能座圈組件外殼分為座圈上蓋跟座圈下蓋，因為人體直接接觸到座便器時，直接接觸的是座圈上蓋，座圈上蓋的形狀舒適度直接影響如廁時的心情，所以座圈上蓋的曲面設計是座圈設計的關鍵環節。座圈上蓋設計的很重要的一個環節就是人體坐在座圈上的舒適性。

2.1 座圈外觀設計

2.1.1 外觀圖

當我們拿到設計稿后，我們先要整體設計外觀，先把智能座圈組件長寬高確認下來(見圖3)。

圖3 座圈外觀

2.1.2 曲線設計

用線在3D制圖軟件將座圈的外形用線畫出來(見圖4)，并用圓錐曲線(見圖5)作為輔助來調整曲面輔舒適度，圖5中0.5是圓錐曲線與水平面的夾角，20是圓錐曲線與豎直平面的夾角，0.55是圓錐曲線的曲率。通過調整3個參數可以讓最終的曲線更能貼合人體，曲面包裹性越好，人體接觸壓強越小，舒適性越好，用圓錐曲線線形較圓滑，弧度尺寸及弧線角度修改較方便，輔助線構好后就可以看到座圈的大概輪廓(見圖6)。

圖4 3D座圈外形

圖5 圓錐曲線

圖6 座圈輪廓

2.1.3 曲面生成

座圈線構好后，我們用3D軟件的混合曲面，將線變成面。最后構成座圈曲面，因為座圈是對稱的，構圖的時候先做好一半，其中有一點要注意的是，曲面需要垂直于對稱的面，這樣鏡像處理后面才會平滑過渡。

曲面生成后需要做調整，我們通過3D軟件檢測構面效果，我們一般用著色曲率與反射分析評估曲面質量。著色曲率分析通過顏色的變化來反應曲率變化，顏色的均勻變化過渡體驗出曲率的平穩性；反射分析是利用光影的投影，光線投影光滑，不扭曲，各投影線間距離均勻變化，說明曲面過度更平順(見圖7)。

圖7 3D座圈曲面

2.2 座圈結構設計

2.2.1 曲面實體化并抽殼

座圈曲面構成后將面合并為一體，然后使用實體命令，將座圈組件實體化，在Pro-e中將視圖調到線寬模式，曲面的邊界是暗紅色，實體的邊界是白色(見圖8)。

圖8 座圈剖面

實體化座圈上下蓋還是一件，需要將內部掏空，對實體抽殼處理，座圈組件我們設計的壁厚在3.5～4 mm為宜，邊緣焊接的地方厚度需要設計值在5.5 mm(見圖8)，外表面的拔模斜度≥3°，這樣后續注塑時容易生產。座圈設計后會先給模具廠做模流分析，根據模流分析做出的效果圖(見圖9)，經常要對座圈上下蓋內部局部加膠，因為壁厚增加后，塑膠流動性會增強，來達到我們需要的效果，根據不同的成形效果給模具開排氣孔，來改善座圈的成形。

圖9 模流分析效果圖

2.2.2 座圈內外圈尺寸設計

座圈的外圈尺寸是根據外觀需求，配合陶瓷而定，一般距離陶瓷邊緣斷差4～5 mm。座圈內圈根據使用情況而定，根據不同機型的長短調整大小，內圈形狀根據陶瓷外形(美式、歐式、方形)配合，內圈形狀分“跑道形”跟“雞蛋形”(見圖10)，前端圓形的陶瓷一般設計成跑道形的內圈，前端尖形的陶瓷一般設計成雞蛋形的內圈。

圖10 圈內形狀

內圈的位置與根據市場收集不同品牌的內圈數據，一般內圈設計通過4個參數來定內圈的位置與大小，其中a尺寸不能過大，以免使用時人體臀部下陷，c尺寸不小于50 mm，內圈前端需要覆蓋陶瓷，d尺寸≧155 mm，d尺寸很重要，如果太小，會影響到后續臀洗的體驗感，而且水還會飛濺到座圈表面(見圖11)。

圖11 內圈參數

2.2.3 座圈腳墊設計

腳墊：腳墊一般設計為單孔圓形與多孔跑道形(見圖12)，設計腳墊時候需要設計排氣槽，防止裝配后腳墊因為空氣被擠壓壓強變大，將腳墊彈出。

圖12 腳墊(圓形、跑道形)

腳墊位置:座圈腳墊位置取決于陶瓷，腳墊直接接觸于陶瓷，當人體坐于座圈時，需要支撐整個人體的重量，腳墊水平投影位置必須位于陶瓷支撐面上方。座圈腳墊設計如下：

(1)圓形的腳墊，必須全部位于陶瓷面上；跑道型腳墊，至少1/2以上面積接觸陶瓷面。

(2)后端腳墊要比前端腳墊高1～2 mm，因為陶瓷面不能做到平面，容易變形，如果4個腳墊都在同一個水平面，容易出現晃動，如果只是2個前腳墊接觸陶瓷，后端腳墊比前面高1～2 mm這樣就不會出現座圈在陶瓷上晃動的情況(見圖13)。座圈前腳墊一般布置在內圈前端但不超過前端，前后腳墊之間的位置都按照座圈總長度調節，一般正常座圈前后腳墊設計值為160～200 mm，這樣能更好地支撐人體的重量。

圖13 腳墊設計

(3)座圈與腳墊配合，腳墊拉拔力需要滿足拉力≧20 N。腳墊硬度不同，與座圈的過盈量不同，如果腳墊材質為TPE,配合過盈量為單邊0.4 mm以上，材質為EVA+HDPE，配合過盈量單邊0.1 mm以上，如果達不到拉拔力測試，再增加過盈量(見圖14)。

圖14 座圈腳墊處剖視圖

(4)因腳墊處是整個座圈著座的受力點，如果座圈下蓋腳墊處結構強度不足，下蓋易產生變形，導致內部空間變小，里面加熱元件被壓倒，導致座圈加熱失效，因此建議座圈內部腳墊位置上下蓋之間增加受力支撐筋條(見圖15)。座圈上蓋增加支撐筋條時，需要注意幾點：①給加熱元件避讓；②座圈上下蓋在摩擦焊接時候會受力，增加的支撐需要預留1 mm的空間；③加熱并留出空間，避開加熱元件，同時，加熱膜處需要避開筋條。