PBT是由對苯二甲酸(PTA)或對苯二甲酸二甲酯(DMI)與1,4-丁二醇(BDO)進行縮聚反應制得的結晶線性飽和聚酯。 它具有良好的力學效能,其對稱的分子結構可實現緊密堆疊,結晶度高,在低溫下能迅速結晶。 PBT零件在加工過程中易於流動成型,成型周期短,可以降低生產成本,並且PBT具有防潮、耐磨、耐油等優點,蠕變也小。
由於PBT同時包含結晶和非晶部分,因此很容易通過新增其他物質對其進行改性。 但PBT也存在易燃性、與製冷劑接觸的小分子析出量大、介電效能不足、薄壁零件易翹曲等缺陷,限制了其應用範圍。 為了彌補純PBT樹脂效能的不足,對PBT樹脂進行了一些改性研究。
1、PBT工程塑料改性研究現狀。
近年來,相關企業開發各種新技術、新產品,PBT工程塑料向高效能、功能化、多樣化方向發展。 為響應工業領域的需要,通過改性對PBT的功能進行改進,受到市場的青睞。 目前國內外主要採用共聚改性、無機材料填充改性、奈米復合技術、共混改性等方法,以提高PBT的綜合性能。 PBT材料改性的研究主要集中在高強度、高阻燃、低翹曲、低析出、低介電等方面。 在機械效能方面。
純PBT樹脂的拉伸強度、彎曲強度和彎曲模量較低,不能在工業領域廣泛應用,需要改性以提高力學效能。 玻璃纖維具有適用性強、填充工藝簡單、成本低等優點。 在PBT中加入玻璃纖維,充分發揮了PBT樹脂原有的優勢,PBT製品的拉伸強度、彎曲強度和缺口衝擊強度得到了顯著提高。
除玻璃纖維外,還可以引入其他纖維來改善PBT的機械效能。 曾德明等採用短切玄武岩增強PBT樹脂,玄武岩在偶聯劑後能與PBT相容性好,有效提高了PBT複合材料的力學效能。
阻燃性能。
純PBT的立式燃燒等級只能達到HB級,燃燒時易燃且不斷滴落,火焰易蔓延,因此在汽車、電子電器和紡織品中的應用受到限制。 常加入鹵代阻燃劑和無滷阻燃劑對PBT進行改性,進行阻燃改性。 鹵化阻燃劑燃燒時釋放出含有鹵化氫的有毒煙霧,對人體健康和生態環境有害,一些鹵化阻燃劑在歐盟已被禁止使用。 磷系阻燃劑和無機阻燃劑主要用於PBT的阻燃改性。 使用無機阻燃改性劑時,含量過多會導致材料力學效能下降; 但是,磷系阻燃劑沒有這種缺陷,具有低煙、低毒、高阻燃的優良特性。 磷系阻燃劑通常與含氮化合物協同作用,以實現更高效的阻燃體系。 磷系阻燃劑在燃燒過程中生成磷酸酐,使可燃物脫水碳化,碳層可以減少熱傳導,延緩或阻止可燃氣體的產生,磷酸酐受熱後形成覆蓋在可燃物表面的熔體,阻礙可燃氣體的釋放。 除了傳統的阻燃劑外,在PBT材料中還新增了奈米填料,以在不破壞其加工效能的情況下提高其阻燃性能和防滴落效能。 常用的奈米材料主要是奈米金屬氧化物聚合物和類碳奈米複合材料。
翹曲變形方面。
PBT材料的分子比較容易滑移,容易取向和結晶,導致材料收縮率大,導致PBT零件,特別是大型薄壁零件的翹曲變形。 對於玻璃纖維增強PBT,由於新增的玻璃纖維的各向異性,材料在注塑成型中不同方向的收縮率不同,增加了工件的翹曲變形,不僅影響塑料製品的表面質量和安裝效能,而且影響塑料的強度。 對於PBT零件的翹曲,除了改善零件的形狀、模具的設計和成型工藝引數外,還可以對PBT材料進行改性,以減緩翹曲變形。 近年來,PBT材料的翹曲變形主要通過無機填充和共混金得到改善。 無機填充物包括單一無機填充物和與玻璃纖維組合填充物,用於填充的無機物主要有滑石粉、雲母、矽灰石、玻璃珠、高嶺土、硫酸鈣晶須等。
此外,聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)等非晶態聚合物在注塑成型過程中不會結晶,與PBT共混後可有效提高PBT的收縮率。
降水效能。
由於PBT材料的原材料在生產過程中不能完全反應,產生小分子、低聚物等,在一定條件下析出未經改性的PBT材料製成的產品,影響工件的效用。 當PBT材料應用於冰箱壓縮機內部的消聲器、電機線圈骨架和空調保溫骨架時,由於特殊的工況,大量小分子物質析出,溶解在製冷劑(氟利昂、二氟二氯甲烷)中,容易堵塞製冷管道,使其製冷失敗。
PBT沉澱物主要是樹脂本身的小分子低聚物和其中所含的少量新增劑。 使用玻璃纖維和高粘度樹脂,填充一定量的吸附劑可以減少PBT的析出。 目前,PBT的沉澱改性主要以無機多孔材料吸附和新增封端劑、擴鏈劑、1,4-環己烷二甲醇(CHDM)等化學方法的形式進行。 介電效能。
PBT材料在積體電路和電磁遮蔽領域的應用中,其介電效能對訊號傳輸速度和訊號損耗起著重要作用。 近年來,對絕緣材料的介電效能提出了更嚴格的要求,要求絕緣樹脂材料的介電常數不超過28。然而,純PBT材料的介電效能無法滿足通訊要求,因此開發一種低介電常數、低介電損耗的PBT材料具有重要意義。
目前,PBT的介電效能主要通過填充和共混低介電常數的共聚物來改性,常用的填料有聚四氟乙烯粉和中空玻璃珠。 碳奈米管對PBT材料的介電效能也有積極影響,但由於含量高,材料的介電常數和介電損耗增加。 隨著電動汽車的快速發展,其高壓傳動對聯結器材料的介電強度提出了更高的要求,雖然PBT具有良好的耐電弧性,易於實現高速成型,但介電強度較低,在電動汽車上無法實現高壓傳動。 PBT的介電效能通過導體或陶瓷填料進行改性,以提高材料的介電強度,確保電動汽車的安全性。
2、PBT改性工程塑料的應用。
2.1.汽車領域。
隨著塑料代鋼的逐漸發展,越來越多的有色金屬和合金材料被塑料所取代。 PBT具有良好的耐化學腐蝕性、抗應力開裂性、耐磨性、耐候性、耐老化性和高強度效能,廣泛應用於汽車外飾件,如雨刮器把手支架、保險槓、門把手、後視鏡殼體、車身底板、車身側板、散熱器風扇、雷達穿透蓋、角格柵和照明部件等。
2.2.電子電氣領域。
PBT因其低介電、低翹曲、高阻燃、高韌性、耐老化、環保等特點,在電子電器領域得到廣泛應用。 如電子計算機的外殼、點火器、電器開關、影印機、變壓器骨架、烘焙機零件、電烙鐵蓋等。 此外,由於改性PBT具有優良的介電效能,易於加工,可用於電器的底蓋、外殼和線軸。
2.3.在機械裝置領域。
PBT由於其高阻燃性和耐熱性,被廣泛應用於機械裝置領域,如凸輪、齒輪、相機零件、電子手錶外殼、水銀燈罩、各種按鈕等。 常見的線圈骨架要求材料具有較高的絕緣擊穿強度,以避免在使用過程中發生電擊穿; 當它用於冰箱等部件時,還需要具有低沉澱,以防止小分子的析出使機械零件失效。
PBT由於其優異的低介電和低析出效能,廣泛用於生產線圈骨架。 由於PBT具有阻燃性能優良、流動性好、易成型等優點,可用於生產散熱風扇,如電腦CPU、電源和電機等散熱器風扇。
2.4. 通訊。
PBT因其良好的介電性、成型性和尺寸穩定性,以及較低的線膨脹係數,在通訊領域得到了廣泛的應用。 在無線電通訊中,將Fe3O4奈米顆粒新增到PBT複合材料中,以增加其對電磁波的消耗,實現磁遮蔽功能,減少電磁輻射對人體的危害,並用作大功率通訊裝置基礎部件的塑料基板。
2.5.紡織領域。
由於PBT基本鏈節上的長柔性部分,PBT纖維表現出優越的柔韌性和彈性,常溫下的彈性與橡膠相當,彈性不受周圍環境的影響,具有細膩的三維捲曲,適用於生產彈性時尚(如彈性牛仔布)和彈性復合織物(如服裝用彈性紗)等高彈性和手感好的紡織品。
針對PBT工程塑料在特定領域的一些效能缺陷,有幾種不同的改性方法。 PBT通過填充、共混、製備奈米複合材料等改性方法,具有優異的高強度、高阻燃性、低翹曲、低析出和低介電效能,可以滿足其在汽車、電子電器、光纖、紡織等領域的要求。 未來,應開發符合低碳環保要求的PBT材料,以及各行業高品質的材料。 通過改進改性技術,加速功能性PBT產品的開發,可以綜合運用多種改性方案,避免單一改性方法帶來的弊端,開發高附加功能的PBT材料。 重點拓展PBT材料在導熱、生物場、電磁遮蔽等方面的應用,使PBT材料在越來越多的領域得到應用。