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構件，也可以認為是一種性能件[1]。冰箱門封對整個冰箱的使用、保溫效果和能耗都至關重要。冰箱門封的材質主要為軟質聚氯乙烯S-PVC（Soft Polyvinyl chloride，S-PVC），只有少量高端冰箱的門封材質為熱塑性彈性體（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等功能指標，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]。目前冰箱內膽使用的原材料主要為高抗沖聚苯乙烯HIPS，冰箱箱殼材質主要為彩色預涂（pre-coated metal，PCM）鋼板、噴涂板或貼膜彩色（vinyl-coated metal，VCM）鋼板。冰箱在正常關門狀態下，門封會與冰箱內膽接觸，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容易析出，門封與冰箱內膽及冰箱箱殼在長時間接觸過程中容易發生粘連，最終會導致冰箱門不易打開，甚至出現冰箱內膽被腐蝕等問題[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的門封對板材的影響。

2 實驗方案

2.1 實驗設備

TY-20T 平板硫化機：江蘇天源試驗設備有限公司；

TY-160B開煉機：江蘇天源試驗設備有限公司。

2.2 樣片準備

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，放入開煉機進行加熱開煉，經硫化機進行硫化得到約2 mm厚的實驗樣片。

2.3 遷移測試方法

a.將硫化處理過的實驗片材，按照5 cm×5 cm的尺寸分別裁取樣品，進行稱重，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，再次對樣品進行稱重，并觀察板材表面有無遷移的痕跡。每組實驗的平行樣品數量為3組，取3組結果的平均值。

b.通過測量耐熱處理前后門封的重量，計算增塑劑的遷移率，門封重量損失的比例即可認為是遷移率，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 測試結果

3.1 門封污染程度比較

板材耐增塑劑遷移性能比較數據如表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的結果可以直觀地看出，在相同實驗條件下，對比不同廠家的門封發現，門封對HIPS板材遷移較大，門封中的增塑劑很容易對HIPS進行浸潤、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，影響HIPS板材的尺寸穩定性；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，但痕跡比HIPS板材要輕很多，形成的污染無法擦除。總體而言，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，分別是配方調整前的型號a、c、d和配方調整后的型號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，結果如表3和圖3所示。

表2 2 kg、70℃、24 h實驗條件下的門封遷移率

3.3 結果分析

從上述實驗結果可以看出，門封在一定溫度和外加載荷的條件下，內部的增塑劑會析出，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化合物，容易浸潤同為有機物的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現，門封改進（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實驗條件下的門封遷移率

表3 5 kg、70℃、24 h實驗條件下的門封遷移率

圖3 5 kg、70℃、24 h實驗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，這也與上文的結果相符合。廠家1b門封產品表現優異，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，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。總體而言，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部遷移到材料的表面，使得材料表面“發油”。冰箱在關門的時候，門封不可避免地要與冰箱PCM板和HIPS吸塑內膽相接觸，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。因此通過配方的調整來減少增塑劑的遷移是PVC門封領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。隨著人們環保和健康意識的提高，軟質PVC這類含有增塑劑的制品已經處于逐步被替換、被淘汰的狀況。同樣地，在電冰箱領域，尋找一種低成本、綜合性能優異的材料來替代軟質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之中。