ABS及其改性材料在卫浴行业的应用与发展*

徐名智

(厦门铱科卫浴科技有限公司 福建 厦门 361000)

前言

ABS材料，英文名Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Copolymer，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物，3大组成部分凭借良好的相容性，为该材料提供了优异的强度、韧性、耐化学性能，使得该材料能够作为受力的机构件使用；同时，由于其优秀的加工性能、电镀性能和光亮的外观，使得其在外饰件上也有不俗的表现。

ABS材料是在聚苯乙烯树脂改性的基础上发展起来的。从美国橡胶公司采用共混法工艺实现ABS的工业生产，到BORG-WAMER的乳液聚合接枝ABS[1]，这款无定型材料经过了半个多世纪的发展，在塑料领域有着无可替代的地位。其在卫浴行业的发展历程中，举足轻重。

1 ABS构成及性能

ABS主要构成成分为丙烯腈、丁二烯、苯乙烯。其中，A代表丙烯腈，占15%～35%，为材料提供良好的强度、耐化学性能和热稳定性；B代表丁二烯，占5%～30%，为材料提供韧性；S代表苯乙烯，占40%～60%，为材料提供良好的强度、加工性能、光洁度。通过3组成分的占比调整，以及其它成分的改性添加，以实现ABS材料的性能转换[2]。

AS是材料的连续相，在ABS中占据较大的比例。其中，聚苯乙烯PS本身就是一款应用广泛的热塑性材料，由于其大量苯环的存在，使得PS拥有较好的刚性，但也导致PS的脆性；而苯环之间的较大分子间隙，又使得PS极易被溶剂侵入，所以耐化学性能不好[3]。丙烯腈的存在，一定程度上弥补了PS耐化学性能的缺陷，但无法有效提升材料的韧性。所以AS和PS一样，也是一款偏脆性材料。

橡胶相B在AS连续相形成“海岛”结构，使得材料在受到外力冲击的过程中，能够通过分散在ABS中的橡胶相来缓冲能量，实现较好的韧性[4]；同时，在电镀工艺中，橡胶相B又起到桥梁的作用，通过自身被腐蚀出的孔隙，实现电镀层与ABS基材的有效连接。可以说，丁二烯这个海岛，是ABS的灵魂组分，丁二烯的调整，给ABS改性带来了许多性能的变化。也正是基于此，ABS能够在卫浴行业庞大的产品线中得到重视应用，在进排水阀、盖板、同层排水、花洒、龙头等产品上，都或多或少地存在ABS的身影。

2 ABS及其改性材料卫浴产品上的应用

ABS材料在卫浴行业上应用非常广泛，从微小的结构件，到光亮的外饰件，都有ABS的应用。

2.1 进排水阀

ABS作为提供强度的结构件，用得最多的地方就是排水阀。长期的水环境，甚至部分是存在酸性或碱性洁厕剂的水环境下，ABS能够不出现腐蚀破坏并保持良好地机械性能。

2.1.1 排水阀底座

排水阀底座，作为排水阀整体的支撑，以及排水阀与陶瓷水箱的连接，采用ABS便是有效地利用了其强度和韧性。特别是底座的螺纹段，要满足锁紧的功能，就需要有优良的强度；要在客户多次反复拆装下不失效，就要求底座材料有较好的韧性，使得螺牙不会在扭紧的过程中出现开裂。并且在排水阀底座上，由于需要止水密封，其止水端面上要求很高，需要较高的平整度，不可以有熔接线、毛边，ABS良好的加工性使得产品能很好地满足上述要求。

另外，由于底座排水管需要较长的抽芯，而且尺寸种类较多，所以排水管和底座采用分件产品粘结方式。ABS中丙烯腈的极性基团，使得ABS的粘结较为可靠。

2.1.2 排水阀本体

排水阀本体是排水阀的壳体部件，其中有大量的孔洞用以安装排水阀内部结构组件，并有多个卡扣作为与底座的连接结构。这就充分利用ABS材料的强度和韧性，有较高的承载力，同时能够经受卡扣安装产生的变形。

2.2 马桶盖板

ABS由于优异的加工和机械性能，在卫浴行业中，也曾广泛应用于马桶盖板。但其性能的不足在盖板上逐渐凸显。

ABS材料用于马桶盖板，首要的缺陷就是延展性偏低。在马桶盖板产品上，为了避免出现大体重人员坐压盖板出现开裂现象，近年来针对盖板有一系列负重承载测试。普通ABS材料由于延展性能偏低，在该类测试后期，往往会出现开裂问题。基于安全性能考量，普通ABS材料在马桶盖板上的应用越来越少。

其次，由于ABS中丁二烯的存在，导致ABS的耐候性能偏差，极易出现黄变现象，使其与陶瓷的白色出现较大色差，影响观感。

鉴于成本和部分性能的不足，普通ABS在马桶盖板上的应用逐步被均聚聚丙烯所替代。

2.3 同层排水、花洒、龙头

在同层排水中，ABS的应用主要在同层排水的外装饰面板上。在花洒龙头上，ABS的应用也主要是其外壳的装饰面。而作为外观应用最为大量的当属电镀工艺。

ABS作为有机高分子材料，显非极性。而金属镀层则以离子键结合，为极性。两者之间只是通过分子间作用力相结合。要提高两者间的结合力，就必须增加两者间的接触面积或增加着力机构。ABS电镀原理是通过在ABS表面增加许多小凹坑，在电镀时金属进入凹坑内部，填满凹坑并与外部相连。相对于平面，凹坑增加了ABS材料的表面积。同时凹坑一般都是口部较小，内部较大，起到倒扣的作用，增加了ABS材料与金属镀层之间的结合力。这些凹坑是来源于ABS中的分散相丁二烯。通过强酸对丁二烯的腐蚀，在ABS材料中形成大量的凹坑，从而提高ABS与电镀层的结合力[5]。

同电镀层间良好的结合力，大大延长了电镀塑料件的使用寿命，使得塑料的电镀产品广受欢迎。不仅仅在同层面板、花洒、龙头上，家电行业、小商品行业，甚至连要求极高的汽车行业，也有大量电镀ABS件的存在。

3 ABS及其改性材料的发展

ABS基础材料在卫浴行业中大放异彩的同时，材料本身的缺陷和不足也逐渐为人所知。也正是由于存在缺陷和不足，推动了ABS及其改性材料的发展，出现了大量性能卓越的ABS及其改性材料。

3.1 进排水阀

3.1.1 高耐磨ABS改性材料

在排水阀内部结构件中，有一个起导向作用的关键零件，排水阀内套管。该零件在按压排水阀的过程中，顺着导槽上下滑动，在按钮按压力作用下牵引止水盖打开关闭。

由于导向要求，该零件在100 mm的长度上有较高的垂直度要求，否则弯曲的管件会加剧内套管和导槽间的摩擦，加速零件的破坏。同时，由于与导槽间滑动，要求该零件拥有较好的润滑性和耐磨性能。这在普通ABS材料上，是难以满足要求的。

基于此，开发出耐摩润滑ABS改性材料。首先，通过硅酮润滑剂的添加，大大改善了ABS材料的润滑性能，在与导槽的相对运动中做到低磨耗。然后，通过部分尼龙的添加，提高ABS材料的硬度，大幅度改善材料的耐摩性能。在排水阀的寿命测试中，内套管的磨损失效，从原本的5～7万次，大幅度提升到15万次以上。

3.1.2 高密度ABS 改性材料

在排水阀中，往往利用配重件来实现轻触等特殊排水功能。但是ABS的密度仅为1.04，是不足以作为配重件来使用的。普通改性ABS的密度，也往往很难达到1.50以上。所以在考虑配重件的时候，就得在零件中附带金属配重块。这使得产品的加工更加复杂，同时成本也有较大上升。

基于此，开发出高密度ABS，通过大量矿物质的添加来提高材料的密度。采用K胶来缓解矿物质所带来的脆性问题，开发适用的相容剂提升矿物质和ABS间的相容性。通过此类改性，ABS材料密度可以做到2.0以上。高密度ABS的开发，大大降低了金属配件所带来的成本影响。

3.2 马桶盖板

随着智能马桶盖板的普及，在马桶盖板上，对功能性材料的要求越来越多。

3.2.1 阻燃ABS改性材料

需求最大的，当属阻燃材料。智能马桶盖板作为电器类产品，国家标准上有严格的阻燃防火要求。高分子材料主要是碳氢元素，ABS也基本上是碳氢氮元素，在高温有氧环境下易燃烧，产生大量黑烟，存在较大的火灾安全隐患。同时，ABS中的大量苯环，在燃烧过程中会产生大量致癌物质二噁英，严重威胁人们的生命安全。

通过对ABS的阻燃改性，现在其阻燃等级已经能够做到5VA等级，离火即灭，同时在电路的高温影响下，不易出现负面变化。

3.2.2 透明ABS材料

马桶盖板的舒适化也是未来的发展方向。其中夜灯的使用给起夜上厕所的人带来了较大的便捷。但是马桶盖板毕竟处于卫生间潮湿的环境中，而在透明材料中，PC耐水性存在问题，PMMA脆性较大，所以透明ABS材料有较大的市场空间。通过对丙烯腈的替换改良，市场上出现MBS这种透明ABS材料，能够在不失ABS机械性能的同时，提供优良的透明度。

3.3 外饰件产品

同层排水、花洒、龙头等卫浴产品中，ABS的主要用途为外饰件产品。

3.3.1 耐候ABS改性材料

丁二烯中的双键，带来了良好的延展柔韧性，但也存在键能偏低的问题，在外部能量的激发下，极易出现双键断开的问题。这直接引发ABS材料的耐候性能差的问题，特别是紫外光下，ABS易出现发黄变脆问题。现在针对ABS材料耐候性能，主要有2个改良方向。

第一是添加受阻胺类光稳定剂，通过光稳定剂来吸收稀释高能量光线，以缓解ABS中丁二烯的双键断裂，延缓材料的老化。

第二是通过对丁二烯进行替换改良，市面上较广泛应用的是丙烯酸酯类橡胶体替代丁二烯，产生ASA这种耐候性优良的ABS材料[6]。

3.3.2 特殊外观ABS改性材料

塑料给人带来的感觉永远是廉价的。通过对材料的改性处理，现在市面上已经出现大量优良外观质感的ABS改性材料。这类材料也逐步被应用于同层排水、花洒、龙头等注重颜值的卫浴产品中。

特殊外观有仿木纹质感、仿陶瓷质感、仿金属质感、仿大理石质感等，从视觉到触觉感官，都能做到十分逼真的效果。

4 展望与总结

高分子材料发展的百来年中，已经不断深入到大众生活的各个方面。ABS材料作为一款性能优异的高分子材料，在长期的发展和变迁中，逐步优化出大量的性能以满足人们日益提高的生活水平要求。在卫浴行业，也是如此。追紧时代的步伐，是所有工程人的期盼和目标。和材料一起成长，相信还会有更多更好的ABS及其改性材料出现。