注塑原材料基础—PBTPBT简介中文名聚对苯二甲酸丁二醇酯,为乳白色半透明到不透明、半结晶型热塑性聚酯。
PBT是一种由对苯二甲酸(PTA)或对苯二甲酸二甲酯(DMT)与1,4-丁二醇(BDO),经缩聚反应而制得的结晶性线型饱和聚酯。
具有良好的力学性能,其对称的分子结构能够实现紧密堆砌,具有较高的结晶性,在低温下可迅速结晶。
PBT制件加工时易流动成型且成型周期短,能够降低生产成本,而且PBT具有耐湿、耐磨、耐油等优点,蠕变也较小。
PBT树脂分子式PBT的制备方法:PBT的生产方法主要有酯交换法和直接酯化缩聚法两种,所用催化剂有钛酸四异丙基酯、钛酸四丁基酯、烷氧基锆、烷氧基锡等。
酯交换法:酯交换法采用对苯二甲酸二甲酯(DMT)为原料,首先与1,4-丁二醇进行酯交换生成对苯二甲酸二丁二醇酯,后者缩聚生成聚对苯二甲酸丁二醇酯。
酯交换法采用1,4-丁二醇过量的配比,DMT和1,4-丁二醇的摩尔比为1ː1.3~1.7,反应温度约200℃,有利于反应平衡向生成对苯二甲酸二丁二醇酯方向,可减少副反应发生。
第二步缩聚反应温度约250~260℃,减压至0.1~1mm Hg下进行。
酯交换法可以间隙、也可以连续进行。
其优点是设备比较简单,反应条件比较缓和,分步控制酯交换和缩聚反应比较容易,但批次生产,效率较低。
连续直接酯化缩聚法:连续直接酯化缩聚技术比较复杂,由于过程物料都是在高温、高真空熔融状态下进行,对设备材质、设备结构、物料输送、反应条件控制都比较复杂。
因此开发出多种专利技术。
比较著名的有;Lurgi Zemmer技术,其特点是采用酯化、预缩聚和缩聚三台反应器,缩聚反应器为一种卧式盘式反应器,单条生产线可达12万吨/年规模。
产品质量高,副产四氢呋喃可直接用于聚四氢呋喃生产;日本Hitachi技术具有四台不同类型反应器,可同时生产高粘度及中等粘度两种产品。
单条生产线规模可达6万吨/年。
Uhde Inyenta Fischer技术采用塔式反应器,酯化和缩聚可在一台反应器中完成,能生产20~35聚合度的PBT产品,如果要生产聚合度为80~150的产品,可移至另外一台叫做DISCAGE的卧式缩聚反应器进行。
固相缩聚过程:以上过程只能生产聚合度在100左右,分子量20000~35000的PBT产品,可以满足纺织和膜制品需求。
对于一些工程塑料制品需要聚合度为150~200,分子量在40000以上的PBT,就需要采用固相缩聚过程来制造。
固相缩聚过程反应复杂,在固相缩聚反应器中进行,主要包括四个主要工艺过程完成,即预结晶、退火、反应和冷却。
可以间隙进行、也可连续进行。
PBT树脂制备流程PBT工程塑料的改性研究现状:由于PBT含有结晶部分和非结晶部分,加入其他物质容易对其进行改性。
但PBT也存在易燃烧、与冷媒接触小分子析出量大、介电性能不足、薄壁制件易翘曲等缺陷,限制其应用范围。
为弥补纯PBT树脂性能的不足,对PBT树脂已有一些改性研究。
近年来,相关企业开发各种应用新技术新产品,PBT工程塑料向高性能化、功能化、多元化方向发展。
针对工业领域的需要,通过改性提升PBT的功能性,受市场的青睐。
目前,国内外主要采用共聚改性、无机材料填充改性、纳米复合技术、共混改性等方法提高PBT的综合性能。
对PBT材料的改性研究主要集中在高强度、高阻燃、低翘曲、低析出、低介电等方面。
力学性能方面纯PBT树脂的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量均较低,在工业领域无法大范围应用,需对其进行改性以提高力学性能。
玻纤具有适用性强、填充工艺简单及成本低等优点。
PBT中加入玻纤,使PBT树脂原有优势得到发挥,而且PBT制品的拉伸强度、弯曲强度以及缺口冲击强度均得到显著提升。
除了玻纤,还可以引入其他纤维提高PBT的力学性能。
曾德明等采用短切玄武岩增强PBT树脂,经偶联剂作用后玄武岩能够与PBT较好相容,有效提升PBT复合材料的力学性能。
阻燃性能方面纯PBT垂直燃烧等级只能达到HB级,易燃烧且燃烧时连续滴落,火焰容易蔓延,其在汽车、电子电器和纺织等方面的应用受到限制。
常添加卤系阻燃剂和无卤阻燃剂对PBT进行阻燃改性。
卤系阻燃剂燃烧时释放含卤化氢有毒烟雾对人类健康和生态环境有危害,欧盟已禁用部分卤系阻燃剂。
对PBT进行阻燃改性时主要采用磷系阻燃剂和无机阻燃剂。
使用无机阻燃剂改性时,添加含量过多会导致材料的力学性能下降;但磷系阻燃剂没有此缺陷,且具有低烟、低毒、高阻燃的优良特性。
磷系阻燃剂通常与含氮化合物协同作用达到更高效的阻燃体系。
磷系阻燃剂在燃烧过程中生成磷酸酐使可燃物脱水碳化,炭层能够降低热传导,延缓或阻止可燃气体的产生,且磷酸酐受热后形成熔融物覆盖在可燃物表面,阻碍可燃性气体释放。
除了传统阻燃剂,目前还有在PBT材料中加入纳米填料改善其阻燃性能和抗滴落性能,且不损坏其加工性能。
常用的纳米材料主要为纳米金属氧化物聚合物和碳族纳米复合材料。
翘曲变形方面PBT材料分子相对滑移容易,易取向、结晶,导致材料的收缩率大,引起PBT制件尤其是大型薄壁制件的翘曲变形。
对于玻纤增强PBT,由于加入的玻纤具有各向异性,导致材料在注塑中不同方向上收缩率不同,增加制件的翘曲变形,不仅影响塑料制品的表面质量和安装性能,而且影响塑料的强度。
对于PBT制件的翘曲,除了改善制件的造型、模具的设计以及成型工艺参数,还可对PBT材料进行改性以减缓翘曲变形。
近年来,主要通过无机物填充和共混合金改善PBT材料的翘曲变形。
无机物填充包含单一无机物填充和与玻纤合并填充,用于填充的无机物主要有滑石粉、云母、硅灰石、玻璃微珠、高岭土、硫酸钙晶须等。
此外,聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)等非晶聚合物在注塑过程中没有发生结晶过程,与PBT共混后也可以有效改善PBT的收缩率。
析出性能方面由于PBT材料在生产过程中原料无法完全反应,生成了小分子、寡聚物等,未改性PBT材料制成的产品在一定条件下产生析出,影响制件效用。
当PBT材料应用于冰箱压缩机内部的消音器、马达线圈骨架以及空调绝缘骨架等,由于工况特殊,析出大量的小分子物质,在冷媒(氟利昂、二氟二氯甲烷)中溶解,易堵塞制冷管,使其制冷失效。
PBT析出物主要是树脂本身的小分子齐聚物以及内含的少量添加物。
采用玻纤以及高黏度树脂,填充一定量的吸附剂可以降低PBT的析出量。
目前,主要采用无机多孔材料吸附形式以及加入封端剂、扩链剂、1,4环己烷二甲醇(CHDM)等化学方式对PBT进行析出改性。
介电性能方面PBT材料在集成电路和电磁屏蔽等领域的应用,其介电性能对信号传输速度、信号损失等起重要作用。
近年来,对绝缘材料的介电性能提出更严格的要求,要求绝缘树脂材料的介电常数不超过2.8。
而纯PBT材料的介电性能无法满足通信要求,开发一种低介电常数、低介电损耗的PBT材料具有重要意义。
目前主要通过填充和共混低介电常数的共聚物改性PBT的介电性能,常用的填充物为聚四氟乙烯粉末和空心玻璃微珠。
碳纳米管对PBT材料的介电性能也有一定积极影响,但加入含量过高使材料的介电常数和介电损耗增加。
随着电动汽车的迅速发展,其高压传输对连接器材料的介电强度要求更高,PBT虽然耐电弧性好,易于实现高速成型但介电强度低,无法实现在电动汽车上进行高压传输。
通过导体类或陶瓷类填料对PBT介电性能进行改性,提高材料的介电强度以保证电动汽车的安全。
2、特性:1、耐热性:S 熔点:228℃S 热变形温度:--- 30%玻纤增强型 213℃ (1.8MPa)--- 无填充等级 70℃ (1.8MPa)S 长期使用温度 RTI:120~140℃S 玻璃化转变温度:35℃S 成型温度:240℃~260℃, 模具温度:60℃~80℃, 140℃ 大于3hrs2、电器性能:电绝缘性强(薄片零件)、介电强度高、耐漏电起痕指数高(600V),损耗因子低(电流损耗低、低发热)。
3、阻燃性:改性后可达到V0级(0.38mm)。
4、抗化学能力:耐弱酸、弱碱、有机溶剂、油脂、汽油(60℃)、清洁液、抗应力开裂5、耐候性:优良(抗紫外线、耐环境侵蚀)6、其他:尺寸稳定、表面优良、流动性好、结晶速度快、可激光焊接(透光率达到20%以上3300)、耐摩擦缺点:1、对铜类、酚类等溶剂会发生微膨胀现象2、不耐水解,特别是高温状态下(大于65℃)。
水解后可产生催化剂加速水解。
所以在成型之前一定要进行干燥处理(140℃,大于3hrsPBT水解原理PBT应用领域