耐高溫級PBT

時間：2022-12-21

耐高溫級PBT的制造、特點

聚對苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate，PBT)，是分子鏈由重復單元構(gòu)成的線型飽和聚酯樹脂，與聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)同屬聚酯系列。PET和PBT樹脂是1941年英國JR. Whinfield和1942 年德國P．Schlack分別用對苯二甲酸(PTA)與乙二醇(EG)及l(fā)，4-丁二醇(BD)*制得的。作為纖維和薄膜應用的PET樹脂，20世紀50 年代便獲得十分迅速的發(fā)展。1965年，日本帝人公司開發(fā)出可以進行模塑加工的具有優(yōu)良性能的PET 塑料，但由于其玻璃化溫度較高(69℃)，熔體結(jié)晶速率慢，加工性能不夠理想，多年來發(fā)展緩慢。為此，人們研究了PET樹脂的一系列同系物的性能與分子結(jié)構(gòu)的關系，發(fā)現(xiàn)對苯二甲酸與直鏈二元醇構(gòu)成的線型聚酯都是結(jié)晶性樹脂，它們的熔點和玻璃化溫度隨二元醇碳數(shù)的增多而下降。碳數(shù)為2-4的二元醇生成的線型聚酯熔點在200℃以上，具有作為工程塑料所需的高耐熱性。由PTA與BD合成得到的PBT，其熔點為221℃，玻璃化溫度為22℃，故在通常的成型條件下，甚至在低至30℃左右的模溫下還能達到很高的結(jié)晶度，而且結(jié)晶速率與聚甲醛相近，比PET快得多，成型加工性能優(yōu)異。在這類研究的基礎上，美國Celanese 公司于1970年*實現(xiàn)PBT合成的工業(yè)化，并以30%玻璃纖維增強塑料投放市場。之后，Eastman 公司和GE 公司也相繼研發(fā)出同類工業(yè)化產(chǎn)品。PBT的性能特點包括：機械強度高、耐疲勞性和尺寸穩(wěn)定性好；合成PBT所需的能耗小；抗熱老化性優(yōu)異；耐**溶劑性好；易加工成型和二次加工；易于阻燃等。作為一種綜合性能優(yōu)良的熱塑性塑料，PBT迅速得到市場認可，在市場推出初期時的年均增長率高達25%-30%，是發(fā)展較快的工程塑料品種。進入20世紀80年代后，雖受主要原料l，4—丁二醇(1,4-butanediol)資源和價格等不利因素制約，但隨著PBT樹脂在合成纖維、色母粒和光纜等領域的應用，以及工程塑料新品種的不斷開發(fā)，其年均增長率仍保持在15%-20%。隨著生產(chǎn)技術的進步與完善和新的應用市場的開發(fā)，預計今后PBT生產(chǎn)與應用仍將會以20%的年增長率高速發(fā)展。

耐高溫級PBT的結(jié)構(gòu)與性能

對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)與對苯二甲酸乙二醇酯同屬于半結(jié)晶性熱塑性聚酯，其差別主要在于聚合所采用的二元醇不同。與PET相比，較高的原料丁二醇價格、小的生產(chǎn)規(guī)模、低的熔點，且力學性能也稍弱于PET，看上去PBT無法與PET進行商業(yè)競爭。然而由于直鏈四碳醇的使用，使得聚合物鏈的柔順性加強，表現(xiàn)為*的結(jié)晶速率，這一性能使得在PBT工程塑料加工過程中，注射成型的循環(huán)時間縮短，模坯的產(chǎn)率提高。模塑過程中良好的結(jié)晶性能使得產(chǎn)品具有*好的穩(wěn)定性，從而可以獲得*高的經(jīng)濟效益。另外，四碳醇的使用也使得PBT纖維具有*好的彈性和柔軟性，在纖維及牙刷方面得到很好的運用。聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是由對苯二甲酸二甲酯或?qū)Ρ蕉?酸與1，4—丁二醇熔融縮聚的產(chǎn)物，通過控制聚合反應時間及真空度，可以得到相對分子質(zhì)量為17000—40000 (250℃下，熔體的黏度為300一 9000Pa．s)的產(chǎn)品，如需*高的相對分子質(zhì)量，可經(jīng)進一步固相縮聚反應得到。PBT的玻璃化溫度(24℃)接近室溫，**PET (76℃)，接近聚酰胺(40℃)；熔點**PET接近聚酰胺；結(jié)晶速率是PET的15倍，而與聚酰胺66相仿。PBT與PET在基本物性上的差別，使得它們在加工工藝行為及應用等方面存在不同，PET在后加工過程中的低結(jié)晶、高取向行為適合做纖維和薄膜，而快結(jié)晶的PBT則適合做工程塑料。

耐高溫級PBT的物理結(jié)構(gòu)

物理結(jié)構(gòu)是指*分子結(jié)構(gòu)，即聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，也稱為凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)。與化學結(jié)構(gòu)所討論的分子鏈結(jié)構(gòu)不同，這里所討論的是許多分子聚集在一起構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，既受分子鏈結(jié)構(gòu)影響，同時又需考慮分子鏈間的相互作用及相互關系。對半結(jié)晶聚酯來說，結(jié)晶性能是其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)性能的重要方面，也正是由于PBT的*結(jié)晶性能，使其成為**的工程塑料材料。半結(jié)晶聚酯中存在分子鏈有序排列的結(jié)晶態(tài)和無序排列的無定形態(tài)，也有學者認為，還存在中間過渡態(tài)。晶胞是結(jié)晶態(tài)的較小單元，每個單位晶胞中含有一個化學鏈節(jié)，PET和PBT 均屬于三斜晶系，PBT能形成a和b兩種晶型，PBT分子鏈上有四個亞甲基(-CH2-)，比PET多兩個，比較柔順，易受外力作用而改變。由于PBT 存在a和b兩種晶型，且會相互轉(zhuǎn)變，另外接近室溫的玻璃化溫度也使得PBT在高溫下的尺寸穩(wěn)定性不及PET，因此需要進行改性。早期的改性主要集中在纖維增強、填充改性及開發(fā)阻燃產(chǎn)品，目前也在逐步開發(fā)各種塑料合金，如PBT/PC，PBT/PET 等。由于PBT的*結(jié)晶性能，使得PBT的模塑產(chǎn)品在后冷卻過程中會形成一定的結(jié)晶，這些存在于半結(jié)晶樹脂中的球晶使得PBT樹脂具有*好的抗溶解性、*高的強度和*高的硬度。PBT樹脂的性能及后加工過程均會影響PB-r 出晶體結(jié)構(gòu)，晶體結(jié)構(gòu)的差異是造成PBT力學性能出現(xiàn)微小變化的主要原因；如果半結(jié)晶樹脂在模塑過程中，只發(fā)生了部分結(jié)晶，那么制品在二次加工、存放、裝運及較終使用過程中，可能會進一步結(jié)晶，致使尺寸及物理性能發(fā)生改變。雖然PBT的*結(jié)晶性能使得模塑過程中結(jié)晶差異降低到很小的程度，但并不能消除，有時還需要對PBT的結(jié)晶性能進行改性：

耐高溫級PBT的力學性能

盡管與PET相比，PBT在價格上處于劣勢，但仍以15%-20%的速度*增長，其主要原因在于它具有比較優(yōu)良的綜合性能，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①結(jié)晶速率快，可*成型，便于大規(guī)模加工；②吸水率低，電器性能優(yōu)異且隨濕度變化小；③耐候性好，適于戶外使用，且耐藥品性優(yōu)異；④力學性能優(yōu)良。PBT 具有*結(jié)晶性能，聚酰胺也具有相當?shù)慕Y(jié)晶速率和比較接近的熔點，且具有優(yōu)異的抗溶解性能和優(yōu)良的力學性能。這兩種材料的主要差別在于PBT的吸濕性比聚酰胺低，PBT 24h的吸水率為o．08%，而聚酰胺6達到了1.6%。聚酰胺的性能會隨濕度而發(fā)生變化，模量和強度會降低，沖擊強度會有所提高。甚至在某些情況下，聚酰胺制品可能出現(xiàn)額外的脹大。因此聚酰胺制品的設計者**要考慮環(huán)境因素對制品性能的影響。相比較之下，PBT的吸濕性低，與環(huán)境因素相關的制品尺寸及力學性能很少發(fā)生變化，表現(xiàn)出比較好的耐候性能。與其他工程塑料相比，未改性的PBT樹脂并沒有表現(xiàn)出優(yōu)異的力學性能，主要缺點有：①結(jié)晶收縮率大，，尺寸穩(wěn)定性差；②對缺口敏感。由于PBT 存在這兩個缺點，因而限制了它的使用，需要對其力學性能進行改性。改性主要包括增強、增韌、增強增韌、阻燃等。

耐高溫級PBT加工成型

PBT屬于熱塑性工程聚酯塑料，為適應不同加工業(yè)者使用，一般會加人改性添加劑，如玻纖、礦物、阻燃劑、增韌劑等，或與其他塑料摻混。隨著添加物比例不同，可制造不同規(guī)格的產(chǎn)品。由于PBT 具有耐熱性、耐候性、耐藥品性、電氣特性佳、吸水性小、光澤良好，廣泛應用于電子電器、汽車零件、機械、家用品等，與PPO、PC、POM、PA 共稱為五大工程塑料。PBT結(jié)晶速率快，較適宜加工方法為注塑，其他方法還有擠出、吹塑、涂覆和各種二次加工成型。現(xiàn)以注塑工藝為例對PBT加工工藝進行說明。PBT在存放或運輸過程中，會從空氣中吸收少量水分，其數(shù)量取決于周圍的環(huán)境條件，變動范圍在0.10%-0. 25%，隨儲料區(qū)溫度和濕度的不同而變。樹脂中的水分會在加工過程中水解樹脂，、因此在成型前需進行預于燥，將水分含量降至o．02%以下。采用爐式干燥時，料層厚度應**30mm。如采用熱風循環(huán)干燥時，當熱風溫度設定為105℃、120℃或140℃時，所對應的干燥時間應不*過6h、4h、2h。PBT具有明顯的熔點，熔點為225-235℃，是*結(jié)晶型材料，結(jié)晶度可達40%。PBT熔體的黏度受溫度的影響不如剪切應力那么大，因此在注塑中，注射壓力對PBT熔體流動性影響較明顯。PBT在熔融狀態(tài)下流動性好，黏度低，僅次于聚酰胺，在成型時易發(fā)生“流延”現(xiàn)象。PBT成型制品各向異性。PBT在高溫下遇水易降解。選用螺桿式注塑機時，應考慮以下幾點。①制品的用料量應控制在注塑機額定較大注射量的30%～80%。不宜用大注塑機生產(chǎn)小制品。使用大機筒機器時，*小的注射量會造成樹脂滯留時間不必要地延長，從而導致樹脂降解；②選用漸變型三段螺桿，長徑比為15- 20，壓縮比為2.5-3．o；③應選用自鎖式噴嘴，并帶有加熱控溫裝置；④在成型阻燃級PBT時，注塑機的有關部件應經(jīng)防腐處理。制品與模具設計應考慮以下幾點：①制品的厚度不宜太厚，PBT對缺口很敏感，因此，制品的直角等過渡處應采用圓弧連接；②未改性PBT的成型收縮率較大，一般在1. 7%-2. 3%,因此模具要有一定的脫模斜度；③模具需要設排氣孔或排氣槽；④澆口的口徑要大；⑤模具需設置控溫裝置，模具較高溫度不能*過100℃；⑥阻燃級PBT成型，模具表面要鍍鉻，以防腐蝕。

耐高溫級PBT的應用

PBT樹脂主要應用在改性工程塑料、光纜、紡絲、色母、薄膜等行業(yè)，PBT樹脂因其優(yōu)異的性能，在醫(yī)療、包裝、裝飾等其他應用領域也有著良好的發(fā)展前景。杜邦的PBT樹脂的牌號以CRASTIN命名，杜邦PBT因其制品的尺寸穩(wěn)定性、優(yōu)良的介電、電絕緣性能及耐電弧性能，運用于以下幾個特征領域：燈框杜邦PBT較佳組合了耐熱和直接金屬化能力，降低了個性化車燈和尾燈的成本。電器和電子產(chǎn)品杜邦的PBT優(yōu)化組合了高流動、耐高溫、耐濕及熱沖擊性能，用于包覆變壓器、發(fā)動機和電磁線圈。電容和電子產(chǎn)品杜邦的PBT樹脂提供了低厚度下高流動、激光標識和阻燃等性能，同時具有**的與環(huán)氧樹脂粘接性能。電路開關、繼電器和接觸件CRASTIN樹脂具有高溫下低的脆性、尺寸穩(wěn)定性、易加工和低氣體釋放：燈座色相穩(wěn)定性、易加工和耐高溫。連接器耐水解級樹脂起初是為了汽車連接器滿足*級USCAR性能測試而開發(fā)的，現(xiàn)被制品廠商和OEM用于多個場合，甚至對水解要求不強的場合。巴斯夫(BASF)PBT樹脂的牌號以Ultradur命名，巴斯夫(BASF)PBT產(chǎn)品可分為非增強型、玻纖增強型、*型三大類。其中玻纖增強型又細分為標準型、低翹曲型、表面光潔型及阻燃型。*型又可細分為沖擊改性型和礦物增強型。其產(chǎn)品主要運用于汽車、電器及電子產(chǎn)品、**及機械工程。

詞條
詞條說明
阻燃PBT、阻燃PBT
阻燃PBT的制造、特點聚對苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate，PBT)，是分子鏈由重復單元構(gòu)成的線型飽和聚酯樹脂，與聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)同屬聚酯系列。PET和PBT樹脂是1941年英國JR. Whinfield和1942 年德國P．Schlack分別用對苯二甲酸(PTA)與乙二醇(EG)及l(fā)，4-丁二
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