家用国内ABS材料增加备选供应商技术项目可行性报告.doc

家用国内ABS材料增加备选供应商技术项目可行性报告制冷家电集团塑料工程中心2008年9月30日一：项目背景1.1 引言随着家电企业竞争越演越烈，低成本已经成为企业取得竞争优势地位的有力保障，家电企业必须持续进行降成本的工作，而最快速的办法就是材料替代。塑料工程中心与家用空调事业部武汉工厂、集团采购中心对塑料原材料采购现状进行会商，探讨塑料材料降成本的方法，发现ABS塑料采购量大，主要采购宁波LG甬兴HI-121H，该材料价格较高，而且材料性能有富余。通过各方对其它ABS材料的性能、市场价格、供应商信息的了解，判断上海高桥的ABS 8391市场价格低，材料性能可达到空调产品的要求，即组织相关人员对上海高桥ABS 8391进行测试，探讨8391替代HI-121H的可行性。1.2 项目思路ABS 树脂是由丙烯腈（A）、丁二烯（B）和苯乙烯（S）三种单体共聚而成的热塑性聚合物，它是介于通用塑料和工程塑料之间的一种高分子材料。其微观结构是聚丁二烯（PB）橡胶微粒分散在苯乙烯-丙烯腈共聚物（SAN）树脂连续相中的“海岛”型两相结构。ABS 树脂兼具有PB 橡胶的韧性和低温抗冲击性，聚丙烯腈（PAN）树脂的耐热和化学稳定性及聚苯乙烯（PS）树脂的刚性和光泽性，因而具有耐冲击、耐热、耐低温、耐化学品、易加工成型和表面光泽性好等优异的综合性能，广泛用于汽车工业、电子、电器、纺织、器具和建材等领域。目前，ABS 树脂生产方法最主要有乳液接枝-本体SAN 掺混法和连续本体法这两条技术路线。宁波LG甬兴HI-121H使用乳液接枝-本体SAN 掺混法合成，8391则采用连续本体法合成。连续本体法工艺简单、能耗少、成本低及无废水，这些优势决定连续本体法未来ABS树脂合成的发展趋势。连续本体法ABS 树脂生产工艺过程是：将增韧橡胶溶于单体和少量溶剂中进行接枝聚合，随着聚合反应的进行，形成溶解于单体中的接枝橡胶和SAN 两个独立相溶液。由于聚合反应的进一步加深，发生相转变，SAN 成为连续相，橡胶粒子形成并分离出来，分散在SAN 相中。通过相转变获得适当的橡胶粒径和界面相容性。反应后期，进行适度交联以增加橡胶粒子的强度，然后脱挥、造粒，得到ABS 树脂产品。连续本体法在聚合物得到方式上较乳液接枝-本体SAN 掺混法简单得多，且无“三废”排放，环境影响小得多。但连续本体法由于单体对聚丁二烯橡胶的溶解度的限制，该法所生产的产品橡胶含量较低，粒径较大，在产品多样化方面具有局限性。乳液接枝-本体SAN 掺混法和连续本体法ABS 树脂经济性比较，连续本体法除原料成本略高于乳液接枝-本体SAN掺混法（主要由于使用外购聚丁二烯橡胶而不直接使用丁二烯）而使得总直接成本略高外，其余单耗、总制造成本均低于乳液接枝-本体SAN 掺混法，劳动生产率高于乳液接枝-本体SAN 掺混法。所以8391成本相应也会较HI-121H为低。对比8391材料与HI-121H材料的性能，其力学性能差异不大，并且均符合空调用ABS材料的采购标准。两种材料的主要区别在于光泽度，因为本体聚合法单体对聚丁二烯橡胶的溶解度的限制，导致聚丁二烯橡胶的粒径较大，8391材料的光泽度也较HI-121H要低。改善其制品光泽度可从生产工艺及模具设计两个途径进行改善，包括提高注塑温度、对模具光面再打磨。目前很多家电企业和注塑工厂应用8391材料主要采用以下两种方式： 使用8391材料与高光泽度ABS材料掺混注塑，既可降低成本，又可以保证光泽度； 使用8391材料直接注塑；而因为成本压力越来越重，越来越多工厂采用第二种方式。综上所述，8391材料完全有可能替代HI-121H，其力学性能与HI-121H差异不大，光泽度稍差，可以通过注塑工艺及模具设计两种途径进行改善；其生产制造成本较HI-121H低，有较为明显的价格优势。下面将从材料的物理性能、加工性能、力学性能及模拟整机等几个方面进行比较。二、项目验证实验2.1 实验验证方案使用材料： 纯HI-121H、纯8391、HI-121H和8391混合材料（11）验证方案： 具体验证方案如下表所示表1、项目验证方案序号实验项目具体指标试验目的试验方法1物理性能对比光泽度比较光泽度色板光面测试光泽度黄变指数对比材料耐老化性能紫外下连续光照96小时，每隔24小时测量一次LABE；观察四个值的变化，特别是B、Y值2加工性能对比融指对比材料流动性试验条件：220，10Kg流变性能对比材料加工性能测试软化点温度、熔融流出温度、1/2温度及对应粘度、对应流速3力学性能对比力学性能对比材料刚性、韧性、强度拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度（缺口、无缺口）、弯曲性能DMA对比材料刚性、韧性温度范围：30140；升温速率：3K/min；动态力：6N；振幅：5um频率：5Hz。电镜扫描对比材料断面粗糙度通过比较断面粗糙程度，感性认识材料韧性，同一放大倍数下，断面越粗糙，材料主要表现为韧性断裂，则韧性越好；反之，断面越平整，材料主要表现为脆性断裂，则刚性越好4模拟跌落对比落锤冲击模拟整机跌落、对比材料韧性起始冲击高度为1400mm，每次递增50mm，直至样板冲裂为止2.2 实验验证过程验证地点：制冷家电集团塑料工程中心验证时间：2008年9月26日到2008年9月30日验证人员：黎文聪、实验室实验员2.3 实验验证流程技术探讨物料准备力学性能试验零部件性能检测整机、零部件试验三、项目验证结果及分析3.1 项目验证结果3.1.1 物理性能对比一、光泽度对比结果 对比三种材料的光泽度，HI-121H最高，混合材料次之，8391最低，具体如下表所述。表2、光泽度对比结果材料HI-121HHI-121H+83918391光泽度90.50 87.90 72.20 试验结果： HI-121H材料光泽度较8391高；主要是因为本体聚合的8391橡胶粒径较HI-121H大，光面较为粗糙，光泽度较差； HI-121H材料光泽度较共混材料光泽度高，但是两者差异不明显；主要是因为共混材料内部两种不同粒径的橡胶共存，光面产生漫反射，以至于共混材料光泽度对比纯8391有明显改善，但其光面也比纯HI-121H粗糙，光泽度较纯HI-121H要低。二、黄变对比结果黄变对比试验正在进行，结果稍后对比。ABS材料丁二烯橡胶相存在双键，双键容易氧化，制品容易发黄。3.1.2 加工性能对比 三种材料加工性能差异很小，具体性能如下所述。一、融指测试结果表3、融指测试结果对比试验条件：220，10Kg项目HI-121HHI-121H+83918391熔融指数(g/10min，220，10Kg )23.10 22.68 23.66 试验结果：三种材料融指结果差异小，即三种材料加工性能差异不大。二、毛细管流变仪测试结果表4、毛细管流变仪测试结果对比试验条件：升温法，5Kg毛细管流变仪测试项目HI-121HHI-121H+83918391软化点温度（)137.00 133.30 135.00 熔融流出温度（)168.50 165.90 166.20 1/2温度（)216.40 214.30 214.40 1/2温度对应粘度（Pas）3438.00 3467.00 2980.00 1/2温度对应流速(cm3/s)0.00350 0.00347 0.00404 图1、毛细管流变仪测试结果对比试验条件：升温法，5Kg试验结果： 三种材料软化点温度、熔融流出温度、1/2温度及对应粘度、对应流速结果差异不大，即三种材料加工性能差异不大。 8391加工性能较HI-121H及混合材料稍好。3.1.3 力学性能对比一、力学性能对比数据项目HI-121H50%HI-121H+50%83918391采购标准拉伸强度(MPa)45.12 41.98 43.28 40断裂伸长率(%)28.633.230.310弯曲强度(MPa)73.664.2561.9858弯曲模量(MPa)2565.82212.262045.62000常温缺口冲击强度(KJ/m2)19.222.4619.1618常温无缺口冲击强度(KJ/m2)37.4483.2983.8NB表5、材料力学性能数据表1、 拉伸强度对比图2、拉伸强度对比试验结果： 三种材料相比，拉伸强度HI-121H最高，8391次之，混合材料再次； 三种材料拉伸数值都是40Mpa以上，均符合采购标准要求。2、 断裂伸长率对比图3、断裂伸长率对比试验结果： 三种材料相比，断裂伸长率混合材料最高，8391次之，HI-121H再次； 三种材料断裂伸长率均在10%以上，均符合采购标准要求。3、 弯曲强度对比图4、弯曲强度对比试验结果： 三种材料相比，弯曲强度HI-121H最高，混合材料次之，8391再次； 三种材料弯曲强度均在58 Mpa以上，均符合采购标准要求。4、弯曲模量对比图5、弯曲模量对比试验结果： 三种材料相比，弯曲模量HI-121H最高，混合材料次之，8391再次； 三种材料弯曲模量均在2000 Mpa以上，均符合采购标准要求。4、 常温缺口冲击强度对比图6、常温缺口冲击强度对比试验结果： 三种材料相比，常温缺口冲击强度混合材料最高，HI-121H次之，8391再次，并且HI-121H与8391差异很小； 三种材料常温缺口冲击强度均在18KJ/m2以上，均符合采购标准要求。6、常温无缺口冲击强度对比图7、常温无缺口冲击强度对比试验结果： 三种材料相比，常温无缺口冲击强度混合材料与8391差异不大最高，且比HI-121H有很大的提高。 采购标准以HI-121H为参考，混合材料与8391常温无缺口冲击可达到采购标准要求7、电镜扫描对比图8、三种材料缺口冲击断面电镜图HI-121HHI-121H+83918391材料断面越粗糙，材料韧性越好；材料断面越光滑，材料韧性越差。试验结果： 三种材料，混合材料断面最粗糙，韧性最好； HI-121H及8391材料冲击断面粗糙程度差异较小；8、DMA数据对比图9、储能模量数据对比试验结果：在低温区（30-80），HI-121H的储能模量最高，8391及混合材料差异不大；即HI-121H的刚性最好，8391及混合材料刚性差异不大。二、性能对比综述三种材料相比较，HI-121H强度及刚性最好，而HI-121H和8391混合材料（11）强度及刚性次之，8391再次，即三种材料制品的强度和抗形变的能力HI-121H最好，混合材料及8391稍差。但是高刚性也限制了HI-121H材料的韧性表现：对比三种材料的缺口冲击强度及无缺口冲击强度，混合材料在缺口冲击试验中表现最好，因为混合材料里面具有两种不同粒径大小的橡胶，冲击时同时引起空穴及剪切带，以吸收冲击能量；无缺口冲击试验中，8391因为刚性较低，样品容易形变吸收能量，常温无缺口冲击强度很大。3.2 模拟整机跌落分析表5、材料落锤冲击试验对比落锤冲击高度(mm)HI-121H50%HI-121H+50%839183911500-1500-1500-1400-1400-1500-1400-1400-1550-1400-1400-1600-1400-1400-1700-1350-1350-1900-1350-1350-2000-1300-1350-1300-1300-1300-试验结果： 三种材料对比，8391落锤冲击性能最好，其制品变形较大其他两种材料大； 纯HI-121H与混合材料落锤冲击性能相差不大。3.2 验证结果1、8391材料光泽度较HI-121H低，混合材料与HI-121H相差不大；2、8391、HI-121H及混合材料的加工性能差异小；3、8391材料力学性能完全达到采购标准要求；4、8391材料强度及刚性较HI-121H差，产品抗形变能力较差，堆码性能稍差；5、8391材料与HI-121H相比，质软易变形，制品抗冲击能力更佳；6、HI-121H与8391混合材料（11）强度及刚性介于两种纯料之间，韧性高于两者。四、效益分析4.1 长期价格对比分析图10、2008年大客户销售价格对比图由上表可得出以下几点：1、ABS材料价格受原油价格和市场供需的因素影响，价格波动较大；2、宁波LG甬兴材料121H作为市场中端价位材料，相比市场低端材料上海高桥8391材料，长期保持相当的价格差异；3、上海高桥材料8391与宁波LG甬兴材料121H相比，价格优势在250元到850元之间波动；4、计算本项目效益时，以全年平均价格优势500元/吨计算。4.2 材料用量统计2009年冷冻年度整个家用空调国内事业部ABS材料使用量约为20000吨，包括各地工厂生产制造、发外加工及注塑件外购三种方式。4.3 项目效益分析以全年平均价格优势500元/吨计算，需求量20000吨，可替代量10000吨计算，本项目可为家用空调国内事业部节约材料成本约为500万元。五、结论1、8391材料力学性能完全达到采购标准要求；2、8391与HI-121H的加工性能差异小；3、8391材料强度及刚性较HI-121H差，产品抗形变能力较差，堆码性能稍差；4、8391材料与HI-121H相比，质软