PBT是由对苯二甲酸(PTA)或对苯二甲酸二甲酯(DMI)与1,4-丁二醇(BDO)进行缩聚反应制得的结晶线性饱和聚酯。 它具有良好的力学性能,其对称的分子结构可实现紧密堆叠,结晶度高,在低温下能迅速结晶。 PBT零件在加工过程中易于流动成型,成型周期短,可以降低生产成本,并且PBT具有防潮、耐磨、耐油等优点,蠕变也小。
由于PBT同时包含结晶和非晶部分,因此很容易通过添加其他物质对其进行改性。 但PBT也存在易燃性、与制冷剂接触的小分子析出量大、介电性能不足、薄壁零件易翘曲等缺陷,限制了其应用范围。 为了弥补纯PBT树脂性能的不足,对PBT树脂进行了一些改性研究。
1、PBT工程塑料改性研究现状。
近年来,相关企业开发各种新技术、新产品,PBT工程塑料向高性能、功能化、多样化方向发展。 为响应工业领域的需要,通过改性对PBT的功能进行改进,受到市场的青睐。 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,以提高PBT的综合性能。 PBT材料改性的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。 在机械性能方面。
纯PBT树脂的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量较低,不能在工业领域广泛应用,需要改性以提高力学性能。 玻璃纤维具有适用性强、填充工艺简单、成本低等优点。 在PBT中加入玻璃纤维,充分发挥了PBT树脂原有的优势,PBT制品的拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度得到了显著提高。
除玻璃纤维外,还可以引入其他纤维来改善PBT的机械性能。 曾德明等采用短切玄武岩增强PBT树脂,玄武岩在偶联剂后能与PBT相容性好,有效提高了PBT复合材料的力学性能。
阻燃性能。
纯PBT的立式燃烧等级只能达到HB级,燃烧时易燃且不断滴落,火焰易蔓延,因此在汽车、电子电器和纺织品中的应用受到限制。 常加入卤代阻燃剂和无卤阻燃剂对PBT进行改性,进行阻燃改性。 卤化阻燃剂燃烧时释放出含有卤化氢的有毒烟雾,对人体健康和生态环境有害,一些卤化阻燃剂在欧盟已被禁止使用。 磷系阻燃剂和无机阻燃剂主要用于PBT的阻燃改性。 使用无机阻燃改性剂时,含量过多会导致材料力学性能下降; 但是,磷系阻燃剂没有这种缺陷,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,以实现更高效的阻燃体系。 磷系阻燃剂在燃烧过程中生成磷酸酐,使可燃物脱水碳化,碳层可以减少热传导,延缓或阻止可燃气体的产生,磷酸酐受热后形成覆盖在可燃物表面的熔体,阻碍可燃气体的释放。 除了传统的阻燃剂外,在PBT材料中还添加了纳米填料,以在不破坏其加工性能的情况下提高其阻燃性能和防滴落性能。 常用的纳米材料主要是纳米金属氧化物聚合物和类碳纳米复合材料。
翘曲变形方面。
PBT材料的分子比较容易滑移,容易取向和结晶,导致材料收缩率大,导致PBT零件,特别是大型薄壁零件的翘曲变形。 对于玻璃纤维增强PBT,由于添加的玻璃纤维的各向异性,材料在注塑成型中不同方向的收缩率不同,增加了工件的翘曲变形,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零件的翘曲,除了改善零件的形状、模具的设计和成型工艺参数外,还可以对PBT材料进行改性,以减缓翘曲变形。 近年来,PBT材料的翘曲变形主要通过无机填充和共混金得到改善。 无机填充物包括单一无机填充物和与玻璃纤维组合填充物,用于填充的无机物主要有滑石粉、云母、硅灰石、玻璃珠、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(ABS)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)等非晶态聚合物在注塑成型过程中不会结晶,与PBT共混后可有效提高PBT的收缩率。
降水性能。
由于PBT材料的原材料在生产过程中不能完全反应,产生小分子、低聚物等,在一定条件下析出未经改性的PBT材料制成的产品,影响工件的效用。 当PBT材料应用于冰箱压缩机内部的消声器、电机线圈骨架和空调保温骨架时,由于特殊的工况,大量小分子物质析出,溶解在制冷剂(氟利昂、二氟二氯甲烷)中,容易堵塞制冷管道,使其制冷失败。
PBT沉淀物主要是树脂本身的小分子低聚物和其中所含的少量添加剂。 使用玻璃纤维和高粘度树脂,填充一定量的吸附剂可以减少PBT的析出。 目前,PBT的沉淀改性主要以无机多孔材料吸附和添加封端剂、扩链剂、1,4-环己烷二甲醇(CHDM)等化学方法的形式进行。 介电性能。
PBT材料在集成电路和电磁屏蔽领域的应用中,其介电性能对信号传输速度和信号损耗起着重要作用。 近年来,对绝缘材料的介电性能提出了更严格的要求,要求绝缘树脂材料的介电常数不超过28。然而,纯PBT材料的介电性能无法满足通讯要求,因此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,PBT的介电性能主要通过填充和共混低介电常数的共聚物来改性,常用的填料有聚四氟乙烯粉和中空玻璃珠。 碳纳米管对PBT材料的介电性能也有积极影响,但由于含量高,材料的介电常数和介电损耗增加。 随着电动汽车的快速发展,其高压传动对连接器材料的介电强度提出了更高的要求,虽然PBT具有良好的耐电弧性,易于实现高速成型,但介电强度较低,在电动汽车上无法实现高压传动。 PBT的介电性能通过导体或陶瓷填料进行改性,以提高材料的介电强度,确保电动汽车的安全性。
2、PBT改性工程塑料的应用。
2.1.汽车领域。
随着塑料代钢的逐渐发展,越来越多的有色金属和合金材料被塑料所取代。 PBT具有良好的耐化学腐蚀性、抗应力开裂性、耐磨性、耐候性、耐老化性和高强度性能,广泛应用于汽车外饰件,如雨刮器把手支架、保险杠、门把手、后视镜壳体、车身底板、车身侧板、散热器风扇、雷达穿透盖、角格栅和照明部件等。
2.2.电子电气领域。
PBT因其低介电、低翘曲、高阻燃、高韧性、耐老化、环保等特点,在电子电器领域得到广泛应用。 如电子计算机的外壳、点火器、电器开关、复印机、变压器骨架、烘焙机零件、电烙铁盖等。 此外,由于改性PBT具有优良的介电性能,易于加工,可用于电器的底盖、外壳和线轴。
2.3.在机械设备领域。
PBT由于其高阻燃性和耐热性,被广泛应用于机械设备领域,如凸轮、齿轮、相机零件、电子手表外壳、水银灯罩、各种按钮等。 常见的线圈骨架要求材料具有较高的绝缘击穿强度,以避免在使用过程中发生电击穿; 当它用于冰箱等部件时,还需要具有低沉淀,以防止小分子的析出使机械零件失效。
PBT由于其优异的低介电和低析出性能,广泛用于生产线圈骨架。 由于PBT具有阻燃性能优良、流动性好、易成型等优点,可用于生产散热风扇,如电脑CPU、电源和电机等散热器风扇。
2.4. 通信。
PBT因其良好的介电性、成型性和尺寸稳定性,以及较低的线膨胀系数,在通信领域得到了广泛的应用。 在无线电通信中,将Fe3O4纳米颗粒添加到PBT复合材料中,以增加其对电磁波的消耗,实现磁屏蔽功能,减少电磁辐射对人体的危害,并用作大功率通信设备基础部件的塑料基板。
2.5.纺织领域。
由于PBT基本链节上的长柔性部分,PBT纤维表现出优越的柔韧性和弹性,常温下的弹性与橡胶相当,弹性不受周围环境的影响,具有细腻的三维卷曲,适用于生产弹性时尚(如弹性牛仔布)和弹性复合织物(如服装用弹性纱)等高弹性和手感好的纺织品。
针对PBT工程塑料在特定领域的一些性能缺陷,有几种不同的改性方法。 PBT通过填充、共混、制备纳米复合材料等改性方法,具有优异的高强度、高阻燃性、低翘曲、低析出和低介电性能,可以满足其在汽车、电子电器、光纤、纺织等领域的要求。 未来,应开发符合低碳环保要求的PBT材料,以及各行业高品质的材料。 通过改进改性技术,加速功能性PBT产品的开发,可以综合运用多种改性方案,避免单一改性方法带来的弊端,开发高附加功能的PBT材料。 重点拓展PBT材料在导热、生物场、电磁屏蔽等方面的应用,使PBT材料在越来越多的领域得到应用。