ABS及其改性材料在衛浴行業的應用與發展*

徐名智

(廈門銥科衛浴科技有限公司 福建 廈門 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大組成部分憑借良好的相容性，為該材料提供了優異的強度、韌性、耐化學性能，使得該材料能夠作為受力的機構件使用；同時，由于其優秀的加工性能、電鍍性能和光亮的外觀，使得其在外飾件上也有不俗的表現。

ABS材料是在聚苯乙烯樹脂改性的基礎上發展起來的。從美國橡膠公司采用共混法工藝實現ABS的工業生產，到BORG-WAMER的乳液聚合接枝ABS[1]，這款無定型材料經過了半個多世紀的發展，在塑料領域有著無可替代的地位。其在衛浴行業的發展歷程中，舉足輕重。

1 ABS構成及性能

ABS主要構成成分為丙烯腈、丁二烯、苯乙烯。其中，A代表丙烯腈，占15%～35%，為材料提供良好的強度、耐化學性能和熱穩定性；B代表丁二烯，占5%～30%，為材料提供韌性；S代表苯乙烯，占40%～60%，為材料提供良好的強度、加工性能、光潔度。通過3組成分的占比調整，以及其它成分的改性添加，以實現ABS材料的性能轉換[2]。

AS是材料的連續相，在ABS中占據較大的比例。其中，聚苯乙烯PS本身就是一款應用廣泛的熱塑性材料，由于其大量苯環的存在，使得PS擁有較好的剛性，但也導致PS的脆性；而苯環之間的較大分子間隙，又使得PS極易被溶劑侵入，所以耐化學性能不好[3]。丙烯腈的存在，一定程度上彌補了PS耐化學性能的缺陷，但無法有效提升材料的韌性。所以AS和PS一樣，也是一款偏脆性材料。

橡膠相B在AS連續相形成“海島”結構，使得材料在受到外力沖擊的過程中，能夠通過分散在ABS中的橡膠相來緩沖能量，實現較好的韌性[4]；同時，在電鍍工藝中，橡膠相B又起到橋梁的作用，通過自身被腐蝕出的孔隙，實現電鍍層與ABS基材的有效連接。可以說，丁二烯這個海島，是ABS的靈魂組分，丁二烯的調整，給ABS改性帶來了許多性能的變化。也正是基于此，ABS能夠在衛浴行業龐大的產品線中得到重視應用，在進排水閥、蓋板、同層排水、花灑、龍頭等產品上，都或多或少地存在ABS的身影。

2 ABS及其改性材料衛浴產品上的應用

ABS材料在衛浴行業上應用非常廣泛，從微小的結構件，到光亮的外飾件，都有ABS的應用。

2.1 進排水閥

ABS作為提供強度的結構件，用得最多的地方就是排水閥。長期的水環境，甚至部分是存在酸性或堿性潔廁劑的水環境下，ABS能夠不出現腐蝕破壞并保持良好地機械性能。

2.1.1 排水閥底座

排水閥底座，作為排水閥整體的支撐，以及排水閥與陶瓷水箱的連接，采用ABS便是有效地利用了其強度和韌性。特別是底座的螺紋段，要滿足鎖緊的功能，就需要有優良的強度；要在客戶多次反復拆裝下不失效，就要求底座材料有較好的韌性，使得螺牙不會在扭緊的過程中出現開裂。并且在排水閥底座上，由于需要止水密封，其止水端面上要求很高，需要較高的平整度，不可以有熔接線、毛邊，ABS良好的加工性使得產品能很好地滿足上述要求。

另外，由于底座排水管需要較長的抽芯，而且尺寸種類較多，所以排水管和底座采用分件產品粘結方式。ABS中丙烯腈的極性基團，使得ABS的粘結較為可靠。

2.1.2 排水閥本體

排水閥本體是排水閥的殼體部件，其中有大量的孔洞用以安裝排水閥內部結構組件，并有多個卡扣作為與底座的連接結構。這就充分利用ABS材料的強度和韌性，有較高的承載力，同時能夠經受卡扣安裝產生的變形。

2.2 馬桶蓋板

ABS由于優異的加工和機械性能，在衛浴行業中，也曾廣泛應用于馬桶蓋板。但其性能的不足在蓋板上逐漸凸顯。

ABS材料用于馬桶蓋板，首要的缺陷就是延展性偏低。在馬桶蓋板產品上，為了避免出現大體重人員坐壓蓋板出現開裂現象，近年來針對蓋板有一系列負重承載測試。普通ABS材料由于延展性能偏低，在該類測試后期，往往會出現開裂問題?；诎踩阅芸剂?，普通ABS材料在馬桶蓋板上的應用越來越少。

其次，由于ABS中丁二烯的存在，導致ABS的耐候性能偏差，極易出現黃變現象，使其與陶瓷的白色出現較大色差，影響觀感。

鑒于成本和部分性能的不足，普通ABS在馬桶蓋板上的應用逐步被均聚聚丙烯所替代。

2.3 同層排水、花灑、龍頭

在同層排水中，ABS的應用主要在同層排水的外裝飾面板上。在花灑龍頭上，ABS的應用也主要是其外殼的裝飾面。而作為外觀應用最為大量的當屬電鍍工藝。

ABS作為有機高分子材料，顯非極性。而金屬鍍層則以離子鍵結合，為極性。兩者之間只是通過分子間作用力相結合。要提高兩者間的結合力，就必須增加兩者間的接觸面積或增加著力機構。ABS電鍍原理是通過在ABS表面增加許多小凹坑，在電鍍時金屬進入凹坑內部，填滿凹坑并與外部相連。相對于平面，凹坑增加了ABS材料的表面積。同時凹坑一般都是口部較小，內部較大，起到倒扣的作用，增加了ABS材料與金屬鍍層之間的結合力。這些凹坑是來源于ABS中的分散相丁二烯。通過強酸對丁二烯的腐蝕，在ABS材料中形成大量的凹坑，從而提高ABS與電鍍層的結合力[5]。

同電鍍層間良好的結合力，大大延長了電鍍塑料件的使用壽命，使得塑料的電鍍產品廣受歡迎。不僅僅在同層面板、花灑、龍頭上，家電行業、小商品行業，甚至連要求極高的汽車行業，也有大量電鍍ABS件的存在。

3 ABS及其改性材料的發展

ABS基礎材料在衛浴行業中大放異彩的同時，材料本身的缺陷和不足也逐漸為人所知。也正是由于存在缺陷和不足，推動了ABS及其改性材料的發展，出現了大量性能卓越的ABS及其改性材料。

3.1 進排水閥

3.1.1 高耐磨ABS改性材料

在排水閥內部結構件中，有一個起導向作用的關鍵零件，排水閥內套管。該零件在按壓排水閥的過程中，順著導槽上下滑動，在按鈕按壓力作用下牽引止水蓋打開關閉。

由于導向要求，該零件在100 mm的長度上有較高的垂直度要求，否則彎曲的管件會加劇內套管和導槽間的摩擦，加速零件的破壞。同時，由于與導槽間滑動，要求該零件擁有較好的潤滑性和耐磨性能。這在普通ABS材料上，是難以滿足要求的。

基于此，開發出耐摩潤滑ABS改性材料。首先，通過硅酮潤滑劑的添加，大大改善了ABS材料的潤滑性能，在與導槽的相對運動中做到低磨耗。然后，通過部分尼龍的添加，提高ABS材料的硬度，大幅度改善材料的耐摩性能。在排水閥的壽命測試中，內套管的磨損失效，從原本的5～7萬次，大幅度提升到15萬次以上。

3.1.2 高密度ABS 改性材料

在排水閥中，往往利用配重件來實現輕觸等特殊排水功能。但是ABS的密度僅為1.04，是不足以作為配重件來使用的。普通改性ABS的密度，也往往很難達到1.50以上。所以在考慮配重件的時候，就得在零件中附帶金屬配重塊。這使得產品的加工更加復雜，同時成本也有較大上升。

基于此，開發出高密度ABS，通過大量礦物質的添加來提高材料的密度。采用K膠來緩解礦物質所帶來的脆性問題，開發適用的相容劑提升礦物質和ABS間的相容性。通過此類改性，ABS材料密度可以做到2.0以上。高密度ABS的開發，大大降低了金屬配件所帶來的成本影響。

3.2 馬桶蓋板

隨著智能馬桶蓋板的普及，在馬桶蓋板上，對功能性材料的要求越來越多。

3.2.1 阻燃ABS改性材料

需求最大的，當屬阻燃材料。智能馬桶蓋板作為電器類產品，國家標準上有嚴格的阻燃防火要求。高分子材料主要是碳氫元素，ABS也基本上是碳氫氮元素，在高溫有氧環境下易燃燒，產生大量黑煙，存在較大的火災安全隱患。同時，ABS中的大量苯環，在燃燒過程中會產生大量致癌物質二噁英，嚴重威脅人們的生命安全。

通過對ABS的阻燃改性，現在其阻燃等級已經能夠做到5VA等級，離火即滅，同時在電路的高溫影響下，不易出現負面變化。

3.2.2 透明ABS材料

馬桶蓋板的舒適化也是未來的發展方向。其中夜燈的使用給起夜上廁所的人帶來了較大的便捷。但是馬桶蓋板畢竟處于衛生間潮濕的環境中，而在透明材料中，PC耐水性存在問題，PMMA脆性較大，所以透明ABS材料有較大的市場空間。通過對丙烯腈的替換改良，市場上出現MBS這種透明ABS材料，能夠在不失ABS機械性能的同時，提供優良的透明度。

3.3 外飾件產品

同層排水、花灑、龍頭等衛浴產品中，ABS的主要用途為外飾件產品。

3.3.1 耐候ABS改性材料

丁二烯中的雙鍵，帶來了良好的延展柔韌性，但也存在鍵能偏低的問題，在外部能量的激發下，極易出現雙鍵斷開的問題。這直接引發ABS材料的耐候性能差的問題，特別是紫外光下，ABS易出現發黃變脆問題?，F在針對ABS材料耐候性能，主要有2個改良方向。

第一是添加受阻胺類光穩定劑，通過光穩定劑來吸收稀釋高能量光線，以緩解ABS中丁二烯的雙鍵斷裂，延緩材料的老化。

第二是通過對丁二烯進行替換改良，市面上較廣泛應用的是丙烯酸酯類橡膠體替代丁二烯，產生ASA這種耐候性優良的ABS材料[6]。

3.3.2 特殊外觀ABS改性材料

塑料給人帶來的感覺永遠是廉價的。通過對材料的改性處理，現在市面上已經出現大量優良外觀質感的ABS改性材料。這類材料也逐步被應用于同層排水、花灑、龍頭等注重顏值的衛浴產品中。

特殊外觀有仿木紋質感、仿陶瓷質感、仿金屬質感、仿大理石質感等，從視覺到觸覺感官，都能做到十分逼真的效果。

4 展望與總結

高分子材料發展的百來年中，已經不斷深入到大眾生活的各個方面。ABS材料作為一款性能優異的高分子材料，在長期的發展和變遷中，逐步優化出大量的性能以滿足人們日益提高的生活水平要求。在衛浴行業，也是如此。追緊時代的步伐，是所有工程人的期盼和目標。和材料一起成長，相信還會有更多更好的ABS及其改性材料出現。