工程塑料在智能家居设计中的应用

智能家居正呈现出蓬勃发展的态势。随着物联网、人工智能等技术的深入应用,智能家居的功能愈发丰富,能够为用户提供更加便捷、舒适和个性化的生活体验。

图源：金发

智能家居对材料的需求不仅体现在基本的物理性能上,如强度、耐磨性和耐腐蚀性等,还要求材料具备良好的环保性、可回收性和成本效益。此外,随着用户对美观性和舒适性的要求不断提高,智能家居对材料的外观、触感和色彩等方面也有了更高的要求。

因此，工程塑料等新型材料因其优异的性能和多样化的设计正逐渐成为智能家居设计中的理想选择。

摄于金发展台

1、智能家居发展现状

近年来,随着物联网、人工智能等技术的不断成熟和普及,智能家居市场呈现出快速增长的趋势。据权威机构统计,全球智能家居市场规模从2018年的534.3亿美元增长至2021年的1044.20亿美元,年均复合增长率高达25.1%。预计到2025年,全球智能家居设备市场将超过850亿美元。

在中国市场,智能家居行业同样发展迅速,市场规模不断扩大。据统计,2024年中国智能家居市场规模已达到数千亿元,同比增长率保持在两位数以上,显示出巨大的市场潜力和增长动力。

2、工程塑料在智能家居设计中的典型应用

2.1 外壳材料

工程塑料在智能家居设计中,特别是在智能家电外壳的应用上,展现了其独特的优势。以智能冰箱、洗衣机等家电为例,这些材料不仅具有优异的耐冲击性,能有效抵抗日常使用中的碰撞和刮擦;还具备良好的耐热性和耐候性。

• ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)：由于其良好的综合性能，如高强度、良好的耐热性和抗冲击性，ABS广泛用于智能家居设备的外壳，例如智能扬声器、智能热水器和其他智能家电。
• PC (聚碳酸酯)：PC塑料具有极高的透明度和抗冲击性，适用于需要透明或半透明外壳的智能设备，比如智能门铃的摄像头保护罩或者灯具罩。
• PPS（聚苯硫醚）：电子产品和仪器仪表对精度的要求不断提高，机械性能好、耐高温、耐腐蚀的PPS在工业中的应用愈发重要

图源：华力兴

这些材料不仅提供高透明度，还具有良好的耐冲击性和耐热性，确保家电在长期使用中的稳定性和安全性。

2.2 机构部件

• PA (尼龙)：尼龙具有很高的机械强度和耐磨性，适用于制造智能家居设备中的齿轮、扣件和其他承重结构部件。
• POM (聚甲醛)：因其高强度和刚性，以及优秀的耐磨和耐腐蚀性，通常用于精密部件，如轴承和导轨。

图源：艾曼斯

2.3 接口与连接件

PTFE (聚四氟乙烯)：由于其非常低的摩擦系数和优异的化学稳定性，常用于制造电线的绝缘层或智能家居系统中的滑动接口。

2.4 装饰和功能性部件

PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)：也称为亚克力，常用于智能家居装饰件，如灯罩或透明触摸屏面板，因其优良的光学特性和外观。

摄于罗姆化学展台

2.5 热管理组件

PPS (聚苯硫醚)：耐高温性能好，常用于智能家电中需要耐高温的部件，如电热器的插座和开关。

摄于富海控股展台

2.6 免喷涂材料

免喷涂塑料通过在塑料原料中加入金属粉、珠光粉等，实现无需喷涂即可获得特殊色彩和纹理的效果，减少了环境污染，并降低了生产成本。金发科技等公司提供的免喷涂塑料已广泛应用于家电外观设计中。

会通的会特丽系列免喷涂塑料 图源：会通股份

电热水壶绚闪外壳 图源：鸿盛新材

2.6 智能安防设备

工程塑料在智能家居设计中的应用日益凸显其重要性,特别是在智能安防设备领域。以智能安防摄像头为例,其外壳就采用工程塑料。这种材料不仅具备出色的抗冲击性能,还拥有卓越的耐候性。此外,聚碳酸酯的透明性和易加工性,使得摄像头设计更加时尚美观,满足不同家居风格的融合需求。

在智能门锁方面,工程塑料同样扮演着关键角色。同时,工程塑料的轻量化设计使得智能门锁更加便于安装与携带,提升了用户的使用体验。

特别是那些涉及内部电路控制系统的设备，高CTI值的塑料（CTI值指材料在测试中能承受的最大电压而不发生漏电痕迹）非常重要。例如，巴斯夫的Ultramid系列PA材料，其CTI值可达600，非常适合用于需要高电绝缘性能的部件。

图源：巴斯夫

2.3 智能照明系统

智能灯具的灯罩常采用塑料材料,具有良好的透光性和耐候性,能够有效保护灯具内部元件,同时提供均匀柔和的光线。其高强度特性也确保了灯罩在长期使用中的稳定性和安全性。

智能照明系统的支架、连接件等结构部件多采用塑料。这些材料不仅具有足够的机械强度,以支撑灯具的质量和承受一定的外力,还具有良好的加工性能,便于实现复杂的结构设计。

在特定需求的智能照明系统中,如防水、防尘的户外照明,工程塑料的防水、防尘性能也得到了充分发挥。通过特殊工艺处理,工程塑料外壳能够有效隔绝外界水分和尘埃,保护灯具内部电路不受损害。

3、工程塑料在智能家居设计中的优势

3.1 轻量化设计

首先相较于传统金属材料,具有更低的密度,从而有效减轻智能家居产品的整体质量。其次轻量化设计有助于减少智能家居产品在使用过程中的能耗。同时,它也便于产品的定制化生产,满足不同用户的个性化需求。

3.2 成本控制

工程塑料在智能家居设计中的成本控制优势主要体现在材料成本、加工成本、设计成本以及维护成本的降低上。这些优势有助于提升智能家居产品的市场竞争力,促进智能家居行业的健康发展。

3.3 设计与创新

工程塑料在智能家居设计中的优势主要体现在设计灵活性、创新材料应用、美学与功能融合以及跨材质设计等方面。这些优势不仅提升了智能家居产品的整体品质,还为用户带来了更加舒适、便捷、个性化的使用体验。

3.4 环保与可持续性

工程塑料在智能家居设计中的环保与可持续性优势显著。通过选择工程塑料作为原材料,智能家居产品不仅能够在使用过程中减少资源消耗和环境污染,还能够在产品生命周期结束后实现材料的回收再利用,为环保事业贡献一份力量。

摄于银禧科技展台

4、工程塑料在智能家居设计中的挑战与解决方案

在挑战方面首先是材料性能与功能需求的匹配问题。智能家居产品往往需要具备高强度、高耐热性、阻燃性、耐磨性等多种性能,这对工程塑料的选择提出了更高要求。其次,外观设计也是一大挑战,工程塑料不仅需要满足性能需求,还要具有良好的美学特性,以适应智能家居的现代化、时尚化趋势。

基于此,主要可以从以下3个方面来解决:

5、结论

工程塑料在智能家居设计中具有广泛的应用前景和重要的战略意义。通过充分发挥工程塑料的优异性能和创新潜力,可以推动智能家居产品的创新与发展,提升产品的市场竞争力和用户满意度。未来随着科技的不断进步和材料科学的不断发展,工程塑料在智能家居设计中的应用将更加广泛和深入,为智能家居行业的可持续发展贡献更多力量。

参考资料：刘勇奇、罗文彬《工程塑料在智能家居设计中的应用》塑料工业，2024年.09期、网络

原文始发于微信公众号（艾邦高分子）：工程塑料在智能家居设计中的应用