PP复合材料解决家用空调热涨冷缩噪声的研究

2018-07-14 07:22麦剑章林勇强

家电科技 2018年6期

麦剑章　林勇强

广东美的制冷设备有限公司广东佛山 528311

1　引言

目前，市场上绝大多数的空调室内机底盘、出风框等零部件均采用ABS注塑而成。在空调运行过程中，尤其是在开机（或关机）后的一段时间内由于温度变化而引起塑料件之间的热胀冷缩，导致零件配合处发出PIXI音（吡唏音）的噪声。热胀冷缩产生的PIXI音不连续且忽高忽低，严重时甚至会影响到人体睡眠质量[1]。传统的解决方法是通过在零件装配界面贴绒布或海绵的方式来缓解噪声，但这种方式生产效率低且效果不明显。

在塑料行业，通常将ABS、PS等材料表面硬度较高的塑料称为硬胶，相比之下，PP、PE等塑料则称为软胶[2]。而且，敲击ABS、PS等硬胶发出的声音较为清脆；而敲击PP、PE等软胶时即使发出声音也通常比较低沉、不易被察觉。PP作为通用塑料具有加工性好、密度小、价格低等诸多优点，但由于其成型收缩率较大、力学性能偏低等缺点，使其直接用于制造结构零件时，难以满足产品对材料性能的要求[3]。为提升PP材料的综合性能，扩大其应用范围，本文通过添加填充剂对PP进行改性，改善其强度、刚性和耐热性能，降低了收缩率，提高了尺寸稳定性，使其整体综合性能接近工程塑料的水平，替代传统材料用于制造空调室内机出风框，解决空调的热胀冷缩噪声问题。

2　实验部分

2.1　主要原料和设备

PP：PPB-M09，茂名石化。

ABS：HI-121H，宁波LG甬兴化工有限公司。

填充剂G、填充剂M以及各种助剂：市售。

高速混合机：SHR-200A，张家港万凯机械有限公司。

双螺杆挤出机：SHJ-50，南京聚力化工机械有限公司。

注塑机：MA3600/2250G，海天塑机集团有限公司。

2.2　测试仪器与方法

拉伸和弯曲性能：日本岛津公司AG-IS型电子万能材料试验机，分别按GB/T 1040.2-2006和GB/T 9341-2008测试。

缺口冲击强度：承德金和仪器制造有限公司XJU-2.75型悬臂梁冲击试验机，按GB/T 1843-2008测试。

热变形温度：美特斯工业系统(中国)有限公司ZWK1000型微机控制热变形维卡软化点试验机，按GB/T 1634.2-2004测试。

收缩率：按GB/T 17037.4-2003测试。

2.3　试样制备

将PP与各种助剂混合均匀后，于200～230℃下挤出造粒。取2～3kg粒料于220～240℃下注塑成标准试样。

3　结果与讨论

3.1　材料性能

表1是不同填充剂对PP复合材料性能的影响。由表1可见，PP材料成型收缩率较大，为1.6%，填充剂G和填充剂M的加入均能显著降低PP材料的收缩率，使其达到和ABS材料相同的收缩率水平，为0.5%。PP/G复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和热变形温度均显著高于PP材料和ABS材料，而缺口冲击强度却略低于PP材料且显著低于ABS材料，仅为9.5kJ/m2，说明填充剂G对PP材料只起到了增强作用，导致其韧性反而变差了。PP/M复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和热变形温度较PP材料均有一定程度的提高，而且缺口冲击强度几乎提高到ABS材料的水平，达到18.7kJ/m2，说明填充剂M不但对PP材料起到了一定的增强作用，而且还显著提高了PP材料的抗冲击韧性。为方便对比表1中不同材料的综合性能，图1给出了不同材料的各项性能归一化后的雷达图。由图1可见，PP/M复合材料与ABS材料的各项性能最为接近。

为进一步验证PP/M复合材料替代ABS材料制备空调室内机出风框零件的可行性，下文将对不同材料制备的出风框装配整机进行测试验证。

3.2　整机性能

目前国标对空调热胀冷缩声音没有明确的标准，故按照公司内部的企业标准执行。此标准来源于用户体验，以确保此声音不会影响用户正常行为，如表2所示。

表3是不同PP复合材料对整机性能的影响。由表3可见，使用PP/G和PP/M复合材料制备的空调室内机出风框均能显著减少整机的热胀冷缩噪声次数，大大提升了用户体验满意度。但PP/G复合材料制备的出风框左侧在整机耐寒跌落试验后出现开裂现象，如图2所示，而PP/M复合材料制备的出风框在整机耐寒跌落试验后依然保持完好。如前所述，PP/G复合材料的缺口冲击强度较低，仅为9.5kJ/m2，而PP/M复合材料的缺口冲击强度几乎为PP/G复合材料的两倍，高达18.7kJ/m2。综合考虑，PP/M复合材料的综合性能更优，更能满足空调室内机出风框零件的要求。