ПОЛИМЕРЫ В БЫТОВОЙ ТЕХНИКЕ


В производстве бытовой техники пластики эффективно заменяют «традиционные» материалы». Этому способствуют более выигрышные, чем у других материалов, свойства.


 

Производители бытовых устройств раньше других приняли пластмассовые материалы, и они проложили дорогу к быстрому увеличению числа новых и традиционных пластмассовых бытовых приборов. В наши дни пластики могут технически и экономически заменить традиционные материалы, которые ранее использовались для производства бытовых приборов, т. е. металлы, дерево, стекло и т. д. Возникновению новых применений способствуют: малая масса, эстетические свойства, универсальность применения, свобода проектирования и рентабельность полимеров.

Что представляют собой бытовые приборы
В техническом отношении рынок бытовых приборов очень неоднороден, и включает целый ряд устройств с различными функциями, формами и свойствами. В таблице 1 предложен один из способов классификации, но возможны и многие другие.

Таблица 1. Примеры функциональности и свойств бытовых приборов.

Функция

ПримерыОсновные свойстваСредний срок эксплуатации, лет
ОхлаждениеХолодильникиМорозильные камерыТермоизоляцияВоздействие холодомЭстетические свойстваВоздухонепроницаемостьПростота очисткиУстойчивость к воздействию микробовПрочностьСтоимость10+
Стирка и мытьеСтиральные машиныСушильные машиныПосудомоечные машиныУстойчивость к гидролизуХимическая стойкостьТермостойкостьПрочностьСтоимость10
Приготовление пищиДуховые шкафыЭлектрические газовые микроволновые печиУстойчивость к воздействию высоких температурУстойчивость к воздействию жира, грязи и очищающих средствЭлектроизоляцияПрочностьМикроволновая проницаемость10
Небольшие приборыКухонные устройстваУстройства личной гигиеныЭстетические свойстваУстойчивость к воздействию химических веществ и пищевых продуктовУдаропрочностьЖаропрочностьПростота очисткиУстойчивость к воздействию микробовСтоимость5-10
Бытовые приборы среднего размераПылесосыУстройства ухода за поломЭстетические свойства УдаропрочностьЭлектроизоляцияАнтистатические свойстваСтоимостьУстойчивость к воздействию средств ухода за полом5-10
Различные бытовые приборыУстройства безопасности и сигнальные устройстваУплотнители отходовМеханические эксплуатационные характеристикиЭстетические свойства Прочность10

Многие приборы являются товарами массового потребления и продаются миллионами штук. Цены очень различаются: от нескольких десятков евро до нескольких тысяч евро. Таблица 2 позволяет понять, какое важное место занимают некоторые основные устройства.

Таблица 2. Примеры некоторых экономических параметров, касающихся бытовых приборов.

Устройство

Продажи в год на человекаСредняя цена за устройство, евроСоотношение бытового обрудования
Холодильники0,0446596
Стиральные машины0,0449095
Посудомоечные машины0,0258045
Пылесосы0,0512586
Микроволновые печи0,0313072
Паровые утюги0,044571
Кофе-машины0,073368
Миксеры для пищевых продуктов0,028649
Электробритвы0,028529
Фены для волос0,042572

Почему следует использовать полимеры?
Для того чтобы исключить использование традиционных материалов и помочь сектору бытовых приборов удовлетворить свои многочисленные потребности, необходимо использовать все свойства полимеров. Полимеры могут удовлетворять всем требованиям рынка:
- экономическая конкуренция;
- сокращение затрат;
- сокращение границ;
- сокращение времени на цикл разработки для моделей массового производства;
- ужесточение законодательства о загрязнении, утилизации для переработки и затратах энергии.
Пластмассы и композиты обладают несравнимым набором свойств для того, чтобы соответствовать этим требованиям:
1) Технические свойства: пластмасса дает исключительный баланс массы, эксплуатационных характеристик, простоты обработки, эстетических свойств и затрат:
- свобода конструирования обеспечивает более высокий уровень интеграции функций;
- низкая плотность и интересное соотношение эксплуатационных характеристик и массы облегчает разгрузку и погрузку;
- устойчивость к раскалыванию: при раскалывании платмасс не образуется острых осколков, как от разбитого стекла;
- амортизирующие свойства (снижение уровня шума);
- износостойкость и влагостойкость;
- простота эксплуатации;
- возможность окрашивания всей массы, а также декорирования в процессе производства;
- хорошая термоизоляция.
2) Экономические свойства: пластмассы это экономичный ответ на запросы массового производства, и они привлекательны:
- простотой обработки;
- сокращением или исключением операций по окончательной отделке;
- более высокой производительностью благодаря интеграции функций;
- возможностью соединения с помощью простых технологий, таких как приклеивание...
3) Эстетические свойства: пластмассы позволяют:
- иметь значительно большую свободу при конструировании, чем при использовании стали и других традиционных материалов;
- иметь приятную окончательную отделку;
- иметь возможность декорирования.
4) Экологические свойства: использование пластмасс открывает дорогу к:
- энергосбережению на протяжении всего срока эксплуатации за счет высоких теплоизолирующих свойств и герметизирующих свойств эластомеров и термопластичных эластомеров ТПЭ;
- уменьшению массы;
- защитным свойствам;
- простоте очистки и мытья, которая делает пластмассы материалами, не наносящими ущерба экологии.
Таблица 3 поясняет некоторые из этих пунктов.

Таблица 3. Примеры свойств от беспримесных термопластов до однонаправленных композитов.

Пластмассы высокой плотности

Экономия затратПолимеры и композиты позволяют осуществлять интеграцию функций с существенным уменьшением числа деталей, что уменьшает затраты на сборку сэкономленных деталей. Готовые к употреблению детали производятся с использованием нескольких методов обработки. Возможность окраски всей массы и декорирования в процессе формования также способствуют сокращению затрат на окончательную отделку. Затраты на инструментарий часто меньше, чем при использовании металла. Возможность сборки в процессе формования (IMA) позволяет избежать или сократить затраты на сборку.
ОблегчениеБлагоприятное соотношение массы и эксплуатационных характеристик. За счет интеграции функций пластмассы и композитов появляется возможность уменьшить количество деталей и их массу.
Простота производстваБолее простая модификация инструментов при работе с пластмассами по сравнению с обработкой металла позволяет чаще обновлять продукцию и увеличивать линейку моделей.Методы обработки часто очень простые.
Уменьшение уровня шумаАмортизирующие свойства полимеров повышают уровень тишины при работе. Для амортизации разработаны специальные каучуки и ТПЭ.
Вспененные пластмассы
ИзоляцияНизкая теплопроводность пенопластов позволяет создавать высокую теплоизоляцию, что дает большую экономию затрат и энергии.
ФильтрацияСпециальные пенопласты с контролируемой проницаемостью позволяют осуществлять фильтрацию воздуха.
АмортизацияОсобое амортизирующее поведение пенопластов дополняет амортизирующие свойства плотных каучуков и ТПЭ.
Сшитые эластомеры и термопластические эластомеры
ГерметизацияНизкое значение модуля упругости, незначительные тенденции релаксации и ползучести обеспечивают долговечную герметизацию и, соответственно, энергосбережение, безопасность и износостойкость.
Приятные на ощупьТПЭ позволяют создавать материалы, особенно приятные на ощупь, которые нравятся потребителям.
Полимерные связывающие вещества и герметики
Соединение и герметизацияПолимерные связывающие и герметизирующие вещества обычно используются для соединения и герметизации различных компонентов без использования затратных технологий.

Какие полимеры?
Практически все полимеры, в большей или меньшей степени, используются при изготовлении бытовых приборов:
- твердые и вспененные пластмассы, термопласты, термоотверждающиеся пластмассы и композиты;
- сшитые каучуки;
- термопластичные эластомеры.
На рисунке 1 показан удельный вес в обороте рынка товарных и конструкционных пластмасс, используемых в достаточных количествах для того, чтобы быть определяемыми в экономической статистике:
- стирольные полимеры, включая акрилонитрил-бутадиен-стирол АБС, играют важную роль, на их долю приходится примерно 50% общего потребления;
- полипропилен занимает второе место и его присутствие быстро расширяется;
- четыре конструкционные пластмассы, занимающие примерно 10% рынка, используются в специальных технических применениях, оправдывая свою затратность.

 

Рисунок 1. Удельный вес в обороте рынка основных пластмасс, используемых для производства бытовых приборов (ПП – полипропилен, АБС – акрилонитрил-бутадиен-стирол, ПА – полиамиды, ПК – поликарбонат, ПБТФ – полибутилентерефталат, ПОМ – полиоксиметилен).

В таблицах 4 и 5 представлены примеры применений пластмасс и ТПЭ, но этот перечень на претендует на то, чтобы быть исчерпывающим. Некоторые специальные пластмассы используются для реализации очень специальных функций, такие как полиамиды, полиэфир-эфиркетон и т. д.

Таблица 4. Примеры применения термопластичных и термоотверждающихся материалов.

АБС

Корпуса, оболочки, основная часть: микроволновые печи, утюг, чайники, кофеварки, электрические сковороды, тостеры, фены, электробритвы, пылесосы, средства ухода за напольными покрытиями.
АБС/ПККорпуса для чайников, кофеварок, электробритв
акрилонитрил-стирол-акрилат/ПККорпуса, оболочки, основная часть: микроволновая печь
ударопрочный ПСКухонные комбайны
ПАОснование двигателя, шестерни, ведущая шестерня
ПБТФ/ПЭТФОсновная часть утюгаФункциональные компоненты тостераОсновная часть, ручки, зажимы, рамы, инструментальные панели для духовых шкафов, полки, грилиКорпуса тостера, гриляТепловая защита для утюговСердечник трансформатора для микроволновой печи
ПККорпуса, оболочки, основная часть: микроволновой печи, утюга, чайника, кофеваркиОсновная часть термостата утюга (высокотемпературные марки)
Фенольные смолыДетали бытовых утюгов, ручки и кнопки, детали тостеров
ПолиэфирэфиркетонПриводная призма для микроволновой печиНаправляющие, колеса, шестерни
ПолиэфиримидВысокотемпературные детали утюгов
ПолиимидРабочие колеса для микроволновой печи, ручки для электрических духовых шкафов и прочих бытовых приборов, детали вертельных грилей
ПолиуретанПеноматериалы для теплоизоляции холодильников, морозильных камер и прочей холодильной техники
ПОМШестерни. Зубчатые колеса
ППКорпуса, оболочки, основная часть: микроволновая печь, утюг, чайник, кофеварка, электрическая сковорода, тостер, фен, электробритва, пылесос
ПолифениленсульфидСердечник трансформатора для микроволновой печиФункциональные детали духовых шкафов
ПолисульфонРеле основной части для микроволновой печи
СилоксаныИзолирующая герметизация для керамических полок, дверец духовых шкафов, стиральных машин и посудомоечных машинСоединения для бытовых утюговКабели для барабанных сушилок и конвекторовКолпачки для анодов ТВ
Стирольномалеиновый ангидридВентиляторы для фенов
Ненасыщенные полиэфирыКорпуса и ручки или подошвы бытовых утюгов, ручки и кнопки грилей и пароварокСтруктурные элементы, корпуса, крышки и дверцы дисплеев, дисплеи холодильных установок

Таблица 5. Примеры применений термопластичных эластомеров.

Сополиэфирные эластомеры

Кольцевые шлангиРучкиПрокладки для небольших приборов, феновЗубцы гребня фенаБесшумные передачи и зубчатые передачиЛитые шины
Этиленвинилацетат/винилхлоридРучки 
Блоксополимер ПолиэфираминПрокладки для небольших приборов, феновБесшумные передачи и зубчатые передачи 
ПП/термопластичный вулканизат этилен-пропилен-диенГибкие шланги для стиральных машин, сушилок, труб для стиральных порошков.Трубки для кофе-машин.Прокладки для стиральных машин, края насадки пылесоса.Прокладки для небольших приборов, фенов, стиральных машин, посудомоечных машин, сушилок, холодильников, Литые шиныЗажимы, ручки для столовых приборов, электробритв
ПП/нитрилбутадиеновый термопластичный каучукЗажимыЛитые шины
ТПЭ/ПВХЗажимыПрокладки для небольших приборов, фенов
Термопластичный эластомер на основе олефиновЗажимы
Термопластичный эластомер на основе стирола Коврики для ваннойГрязезащитные выступыЗажимыПрокладки для небольших приборов, фенов
Термопластичный полиуретанКольцевые шланги для пылесосовКромки уплотнения для пылесосов с измельчителямиЗажимыПрокладки для небольших приборов, феновБесшумные передачи и зубчатые передачи 
Термопластичный вулкаизатЗажимыПрокладки для небольших приборов, феновЛитые шины

К совершенно очевидно несхожим между собой бытовым приборам применяется несколько общих требований, а для их производства используется большая часть одних и тех же полимеров.
Львиную долю видимых деталей изготавливают из стиролов благодаря их окраске, блеску, возможностям получения прозрачных материалов. Тем не менее, им составляют серьезную конкуренцию полипропилены для наиболее дешевых применений и поликарбонаты для высококлассных товаров.
Компромисс был найден с помощью создания сплавов стиролов и поликарбонатов для того, чтобы оптимизировать лучшие свойства и тех и других, и свести к минимуму их недостатки.
Стиролы эффективно конкурируют с помощью диверсификации сополимеров и сплавов, которая делает возможной оптимизацию свойств. Тем не менее, полипропилен и его производные также развиваются и продолжают представлять собой угрозу.
Кроме того, полипропилены используются вместо металлов при производстве стиральных машин, а ТПЭ вместо каучуков в качестве герметизирующих и смягчающих материалов.
Конструкционные и специальные полимеры используются в небольших количествах для выполнения технических функций, оправдывая свою высокую стоимость.

 

 

 

http://www.omnexus.com