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1、冰箱不同材料内胆开裂现象的研究 徐鹏飞 余飞 博西华电器（江苏）有限公司， 摘 要：随着家用电冰箱的普及，以及 材料越来越多的应用在冰箱内胆上， 内胆的质量问题受到了越来 越多人的关注。 市场上 内胆开裂的现象时有发生， 内胆开裂的原因主要与材料物理性能、耐油性、厚度与均匀 性、加工工艺等有关。 本文通过选取不同厂家的 、 材料以及少量的 材料，通过相关测试进行分析，找 出影响内胆开裂的原因，提高冰箱产品质量水平。 关键词：内胆 应力 腐蚀 开裂 ， （） ， ： ， ， ， ， ， ： ， ， ， 第一作者简介：徐鹏飞（ ），男，毕业于西南科技大学流体力学专业，现任博西华电器（江苏）有限公司
2、，主要从事 冰箱机械测试工作。 引言 随着生活质量的提升，冰箱已经逐渐走进了 千家万户，成为了人们日常生活中必不可少的一 种生活必需品。 以其优越的性能和低廉的成 本逐渐替代 成为冰箱内胆的主流材料。 然 而，在冰箱的使用过程中却经常出现内胆开裂的 现象，尤其是大容积的冰箱。 这不仅使生产成本 大大提高，也影响公司的声誉。 因此，找出问题的 根本所在，分析并解决此问题显得至关重要。 本文选取不同厂家的 、 材料以 及少量的 材料，选用风冷无霜冰箱、直冷冰 箱，通过一些相关测试及企业内部冰箱内胆的标 准测试（内胆变温测试），模拟使用过程并找出问 题所在。 经过分析得知，冰箱内胆的开裂属于典型的
3、应力腐蚀开裂，具体来说分为物理机械应力和化 学介质（食用油、环戊烷等）的侵蚀，通常为二者的 综合作用，即内胆在承受应力的情况下接触腐蚀 介质产生溶胀，最终形成腐蚀裂纹。 主要的影响 因素有材料物理性能、板材挤出工艺、热成型厚 度、化学介质、设计结构等。 内胆开裂原因分析 机械应力开裂 机械应力开裂是指施加于开裂部位的外部机 械应力大于材料本身的物性指标及设计的结构所 能承受的支撑力，从而导致开裂现象，达到释放应 力的目的。 通常来讲，机械应力开裂的位置多位 于冷冻室，因冷冻室温度低于 ，内胆收缩变 形量大，产生内应力。 另外，发泡层的收缩应力、 发泡不实形成的气体空洞在不同温度下体积变化 产生
4、的应力、内胆结构设计导致的局部应力集中， 都有可能导致应力开裂。 尤其是当这些因素集中 在一个区域时，开裂的几率很大。 针对实验选用的无霜两门冰箱的开裂位置，我 们进行了模拟仿真，来找出应力集中的区域，同时 这些区域也是结构相对复杂的区域（图、图）。 图 前端应力集中点 图 后端应力集中点 分别取 台、 台、 台，内胆表面不抹食用葵花籽油。 结果 开裂（图 、图 ）、 无开裂、 无开 裂。 通过实物照片与模拟仿真分析的对比来看， 开裂的位置一致，发生在应力的集中区域。 这些 区域是结构相对比较复杂的区域，内部容易发泡 不实留有气体空洞。 为了预防此类开裂问题，我 们在产品设计之初，在满足外观要
5、求的情况下应 尽量在拐角处采用大圆弧度过渡，以分散应力（如 图 、图 ），如用胶带将易开裂的位置隔离，以降 低发泡层及气体空洞产生的收缩应力。 图 前端开裂实例 图 后端开裂实例 图 窄角前移 图 加大拐角弧度 化学应力开裂 化学开裂是指内胆表面接触化学介质（主要为 食用油）后产生溶胀作用，随着时间的延长，最终形成 腐蚀裂纹。 一般来讲，化学开裂通常伴随着物理机械 应力开裂，二者共同作用下，使开裂的进程大大加快。 化学应力开裂往往也是发生在机械应力集中的区域， 在化学介质对内胆腐蚀之后，内胆承受内应力的程度 大大减小，以至于在很短的时间内迅速开裂。 化学开 裂的后期都会转化为物理开裂。 另外，
6、环戊烷对 内胆也有一定程度的腐 蚀作用。 在发泡的过程中，低浓度的环戊烷与内 胆内衬接触通常是没有问题的，但是冰箱内胆经 过真空吸塑成型或者发泡过程的热胀冷缩后，聚 合物分子会重新取向而产生内应力，此时即使是 低浓度的环戊烷也可能对内胆产生腐蚀，进而进 行破坏。 此外，发泡过程中排气孔被堵造成气体 空洞时，低浓度的环戊烷也会对内胆内衬进行破 坏。 尤其是当内胆处于内衬有环戊烷腐蚀，外部 表面有食用油等溶剂腐蚀时，再综合上物理应力， 极易发生开裂（图 、图 ）。 图 空洞腐蚀实例 图 腐蚀断面 我们选取无霜两门冰箱，分别取 台、 台、 台，内胆表面抹食用葵花籽 油，经过内胆变温测试，结果 均开裂
7、、 无开裂、 无开裂。 电加热件及蒸发器贴合对开裂影响 一般来说，单循环的冰箱在冷藏室背部蒸发器 附近会有一个温度补偿器（电加热丝），以便于在冬 天的时候进行温度补偿。 由于电加热丝处于 内胆和发泡层之间，工作时最高温度可达 ，十分接近 的热变形温度，冬天电加热丝 长时间处于工作状态对内胆的损伤是巨大的。 而 且电加热丝一般又处于蒸发器附近（一般位于蒸发 器下部），两者温度相差 左右， 内胆材料 在此高温差下极易发生老化，尤其是当内胆表面接 触腐蚀介质之后，开裂的几率很大。 直冷单循环 内胆在抹葵花籽食用油 的情况下，经过内胆变温测试结果如图 、图 所 示。 从解剖图可以看出，开裂位置都是位于
8、蒸发 器与电加热丝之间温差大的部位。 为了预防此类 情况发生，电加热丝的功率应该越低越好，而且为 了进一步降低电加热丝的功率，热敏测温元件应 该适当靠近电加热丝的一侧。 图 蒸发器边缘开裂实例 蒸发器一般来说都是直接用胶带贴合在内胆 上的，如果贴合不好容易产生气体空洞，在变温过 程中产生热胀冷缩效应，从而降低内胆寿命，产生 开裂。 为了保证双面胶与内胆及蒸发器铝板完全 贴合，减少空洞，在用双面胶粘贴后，又用液压装 置进行压粘合。 但是在压合的过程中，内胆被蒸 发器盘管、铝板边缘压变形或损伤，这也是为什么 内胆后背中心有大量开裂的原因之一，因此在保 持良好的贴合的情况下，尽量减少液压装置的压 力
9、，越低越好。 图 加热丝边缘开裂实例 板材厚度及成型工艺的影响 板材的厚度决定着成型后内胆的厚度，内胆 的厚度又与开裂几率成线性关系，即内胆越厚，开 裂的几率越低；内胆厚度越薄，开裂几率越高。 这 个过程中，又牵扯到板材的挤出成型工艺。 然而， 板材的厚度又直接与成本挂钩，越厚的板材意味 着更高的成本。 因此，怎样在低厚度的板材情况 下优化挤出成型工艺以保证内胆的质量成为了一 个关键性问题。 板材的挤出 原料在挤出工程中，料桶的温度变化对 挤出板材的性能具有相当重要的影响。 温度 过低，容易导致 原料在料桶中塑化不好；料 桶温度过高，容易导致 原料在料桶中过度受 热老化，造成 挤出板材的强度及
10、硬度降低， 颜色变黄，以至于出现真空成型的内胆在使用过 程中出现开裂现象。 适当降低料桶温度，减少 原料的热分解，同时使得挤塑压力更稳定，保证板 材厚度的均匀性和物理性能。 通过对以下项目的 控制能够有效的提高板材挤出性能。 （）控制料桶温度在 之间，使原料 塑化均匀，保证板材厚度均匀性。 （）增加过滤网目数，建议使用双层过滤网， 前网 目左右，后网 目，以过滤杂质， 尤其是回料过多时，要勤换过滤网。 （）严格控制回料比例，回掺比例，同时确保 回料与新料混合均匀。 （）严格控制光泽层厚度并保持厚度均匀，否 则会出现龟裂，诱导内胆开裂。 （）保持稳定的抽真空压力，保证低分子量物 质的连续排出。
11、内胆成型 成型过程包括吹泡、上模、压柱塞、成型、冷 表 不同板材厚度和回料比例下开裂现象总结 纯 （ ） 回料 （ ） 纯 （ ） 回料 （ ） 板材厚度 （） 抹葵花籽油测试 样机数量（台） 开裂样机 数量（台） 却、脱模等。 一般来说，板材温度的高低、吹胀用 压缩空气大小、预拉伸高度、上模快慢、柱塞移动 快慢、真空 压空快慢及这些因素的相互配合都对 厚度分布产生影响。 阳模真空成型时，预拉伸不 足，上模太快或抽真空太快，都容易造成顶部过厚 两侧薄；预拉伸太高或抽真空太慢，则结果刚好相 反。 因此合适的吹胀高度特别重要。 一套合适的 成型参数对于内胆成型有着至关重要的影响。 对此分别选取不同
12、厚度的 板材、 板材和 板材，通过不同的挤出成 型工艺，包括吹大泡小泡、不同模温、不同回料 比例（详见表 ）、不同牵引速度等进行内胆变 温测试（模葵花籽食用油），发现在不同参数下 内胆开裂的程度与速度差别巨大，在同等参数 的情况下， 开裂情况要远远好于 ， 无开裂。 图 测试样条及夹具 材料的物性分析 从以上分析可以看出，不同的材料性能差异 巨大，导致在实际过程中产生的开裂差异巨大，这 里单独针对材料进行测试分析。 耐环戊烷测试 现将 、 以及 样条送到第 三方机构安姆特检测，通过万能材料试验机依照 标准进行拉伸和 项目测试。 取三种 材料标准样条 各 只，分 别作初始性能测试，环戊烷浸泡 分钟、 分钟、 分钟、 小时的性能测试。 测试样条及工装见 图 。 根据 种材料的测试报告总结出关键性 能参数对比（ 表 ），并针对数据进行分析（ 图 ）。 从图 可以看出， 的相对衰减速 度要远远高于 和 。 即环戊烷对 的 腐 蚀 速 度 要 远 远 快 于 和 。 表 材料
