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    2023年12月19日 行業動態:
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    專題論述

    一文了解PBT工程塑料改性的研究現狀及應用

    發布時間:2023/11/22 15:09:54 來源:中塑在線

    PBT是一種由對苯二甲酸(PTA)或對苯二甲酸二甲酯(DMT)與1,4-丁二醇(BDO),經縮聚反應而制得的結晶性線型飽和聚酯。具有良好的力學性能,其對稱的分子結構能夠實現緊密堆砌,具有較高的結晶性,在低溫下可迅速結晶。PBT制件加工時易流動成型且成型周期短,能夠降低生產成本,而且PBT具有耐濕、耐磨、耐油等優點,蠕變也較小。

    由于PBT含有結晶部分和非結晶部分,加入其他物質容易對其進行改性。但PBT也存在易燃燒、與冷媒接觸小分子析出量大、介電性能不足、薄壁制件易翹曲等缺陷,限制其應用范圍。為彌補純PBT樹脂性能的不足,對PBT樹脂已有一些改性研究。

    1、PBT工程塑料的改性研究現狀

    近年來,相關企業開發各種應用新技術新產品,PBT工程塑料向高性能化、功能化、多元化方向發展。針對工業領域的需要,通過改性提升PBT的功能性,受市場的青睞。目前,國內外主要采用共聚改性

    無機材料填充改性、納米復合技術、共混改性等方法提高PBT的綜合性能。對PBT材料的改性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。

    力學性能方面

    純PBT樹脂的拉伸強度、彎曲強度和彎曲模量均較低,在工業領域無法大范圍應用,需對其進行改性以提高力學性能。玻纖具有適用性強、填充工藝簡單及成本低等優點。PBT中加入玻纖,使PBT樹脂原有優勢得到發揮,而且PBT制品的拉伸強度、彎曲強度以及缺口沖擊強度均得到顯著提升。

    除了玻纖,還可以引入其他纖維提高PBT的力學性能。曾德明等采用短切玄武巖增強PBT樹脂,經偶聯劑作用后玄武巖能夠與PBT較好相容,有效提升PBT復合材料的力學性能。

    阻燃性能方面

    純PBT垂直燃燒等級只能達到HB級,易燃燒且燃燒時連續滴落,火焰容易蔓延,其在汽車、電子電器和紡織等方面的應用受到限制。常添加鹵系阻燃劑和無鹵阻燃劑對PBT進行阻燃改性。鹵系阻燃劑燃燒時釋放含鹵化氫有毒煙霧對人類健康和生態環境有危害,歐盟已禁用部分鹵系阻燃劑。對PBT進行阻燃改性時主要采用磷系阻燃劑和無機阻燃劑。
    使用無機阻燃劑改性時,添加含量過多會導致材料的力學性能下降;但磷系阻燃劑沒有此缺陷,且具有低煙、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達到更高效的阻燃體系。磷系阻燃劑在燃燒過程中生成磷酸酐使可燃物脫水碳化,炭層能夠降低熱傳導,延緩或阻止可燃氣體的產生,且磷酸酐受熱后形成熔融物覆蓋在可燃物表面,阻礙可燃性氣體釋放。

    磷系阻燃劑 

    除了傳統阻燃劑,目前還有在PBT材料中加入納米填料改善其阻燃性能和抗滴落性能,且不損壞其加工性能。常用的納米材料主要為納米金屬氧化物聚合物和碳族納米復合材料。

    翹曲變形方面

    PBT材料分子相對滑移容易,易取向、結晶,導致材料的收縮率大,引起PBT制件尤其是大型薄壁制件的翹曲變形。對于玻纖增強PBT,由于加入的玻纖具有各向異性,導致材料在注塑中不同方向上收縮率不同,增加制件的翹曲變形,不僅影響塑料制品的表面質量和安裝性能,而且影響塑料的強度。
    對于PBT制件的翹曲,除了改善制件的造型、模具的設計以及成型工藝參數,還可對PBT材料進行改性以減緩翹曲變形。近年來,主要通過無機物填充和共混合金改善PBT材料的翹曲變形。無機物填充包含單一無機物填充和與玻纖合并填充,用于填充的無機物主要有滑石粉、云母、硅灰石、玻璃微珠、高嶺土、硫酸鈣晶須等。

    玻璃微珠 

    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過程中沒有發生結晶過程,與PBT共混后也可以有效改善PBT的收縮率。

    析出性能方面

    由于PBT材料在生產過程中原料無法完全反應,生成了小分子、寡聚物等,未改性PBT材料制成的產品在一定條件下產生析出,影響制件效用。當PBT材料應用于冰箱壓縮機內部的消音器、馬達線圈骨架以及空調絕緣骨架等,由于工況特殊,析出大量的小分子物質,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析出物主要是樹脂本身的小分子齊聚物以及內含的少量添加物。采用玻纖以及高黏度樹脂,填充一定量的吸附劑可以降低PBT的析出量。目前,主要采用無機多孔材料吸附形式以及加入封端劑、擴鏈劑、1,4環己烷二甲醇(CHDM)等化學方式對PBT進行析出改性。

    介電性能方面

    PBT材料在集成電路和電磁屏蔽等領域的應用,其介電性能對信號傳輸速度、信號損失等起重要作用。近年來,對絕緣材料的介電性能提出更嚴格的要求,要求絕緣樹脂材料的介電常數不超過2.8。而純PBT材料的介電性能無法滿足通信要求,開發一種低介電常數、低介電損耗的PBT材料具有重要意義。
    目前主要通過填充和共混低介電常數的共聚物改性PBT的介電性能,常用的填充物為聚四氟乙烯粉末和空心玻璃微珠。碳納米管對PBT材料的介電性能也有一定積極影響,但加入含量過高使材料的介電常數和介電損耗增加。

    PTFE粉末 

    隨著電動汽車的迅速發展,其高壓傳輸對連接器材料的介電強度要求更高,PBT雖然耐電弧性好,易于實現高速成型但介電強度低,無法實現在電動汽車上進行高壓傳輸。通過導體類或陶瓷類填料對PBT介電性能進行改性,提高材料的介電強度以保證電動汽車的安全。

    2、PBT改性工程塑料的應用

    2.1 汽車領域

    隨著以塑代鋼的逐步發展,越來越多的有色金屬和合金材料被塑料取代。PBT具有良好的耐化學腐蝕性、耐應力開裂、耐磨性、耐候性、抗老化性和高強度性能,在汽車外部零件中得到廣泛應用,如雨刷器手柄支架、保險杠、門把手、后視鏡外殼、車底板、車身側板、散熱器風扇、雷達穿透蓋、轉角格柵和照明燈部件等。

    由于PBT的加工性能、絕緣性能較好,在汽車零部件中也得到大量應用,如儀表板、加速器及離合器踏板、車載煙灰缸、內鏡撐條等。此外,由于PBT良好的耐油性,也被應用在汽車發動機系統配件中,如供油系統零部件、火花塞子板等。經過合金改性的PBT近年來被應用于汽車減震器的減震套管、軸承等。改性PBT由于具有良好的阻燃性、介電性、低翹曲性以及吸水性低的優點,在汽車的發動機設備也得到廣泛應用。

    2.2 電子電器領域

    PBT由于具有低介電、低翹曲、高阻燃、高韌性、耐老化以及環?;奶攸c,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、復印機、變壓器的骨架、烘烤機的零部件、電熨斗罩等。此外,由于改性后的PBT具有優良的介電性能且易加工,可用于電器的底蓋、外殼以及線軸等。

    通信設備中也廣泛應用到PBT,如連接盒、網線端口以及手機和筆記本的中框等。改性后PBT還用于制造節能燈的燈頭部件,該部位溫度較高,一般塑料的阻燃性很難滿足要求。在插排行業,要求材料通過球壓測試,并且具有較好的阻燃性能。

    2.3 機械設備領域

    PBT由于具有高阻燃性、耐熱性,在機械設備領域得到廣泛應用,如凸輪、齒輪、照相機零件、電子表的外殼、水銀燈罩以及各類按鈕等。常見的線圈骨架要求材料具有高絕緣擊穿強度,避免使用期間被電擊穿;當其被應用在電冰箱等部件時還需要具有低析出性,防止析出的小分子物質使機械部件失效。

    PBT由于具有優良的低介電和低析出性能,被廣泛應用于生產線圈骨架。由于PBT具有優良的阻燃性能、較好流動性、易成型的優點,可用于散熱風扇的生產,如電腦CPU、電源和電機等類似的散熱器用風扇。

    2.4 通信領域

    PBT由于具有良好的介電性、加工成型性和尺寸穩定性,還有較低的線膨脹系數,在通信領域得到廣泛應用。在無線電通信中,向PBT復合材料中加入Fe3O4納米粒子以增加其對電磁波的消耗實現磁屏蔽功能,減少電磁輻射對人體的危害,用作大功率通信設備上基礎零部件的塑料基材。

    PBT還用于生產起傳遞信號作用的連接器,改性后PBT不僅具有連接器要求的絕緣性、阻燃性和耐候性,而且價格優異、成型性好,適用于生產連接器,被廣泛應用到電視機和網線的接口、新能源汽車各單元組件間的連接與傳輸等。
    阻燃PBT光纖套管的主要成分有阻燃劑、增韌劑、偶聯劑、光穩定劑等,其具有低收縮、抗紫外線、高模量、阻燃等優點。對光纜進行力學性能、阻燃性能和耐老化性能測試,PBT光纜均滿足標準要求。該光纜是一種性能優異、適用環境強的耐候光纜。

    2.5 紡織領域

    由于PBT基本鏈節上的柔性部分較長使得PBT纖維表現出優越的柔性和彈性,在室溫下的彈性與橡膠相當,且彈性不受周圍環境影響,具有細密的立體卷曲,適用于彈性時裝(如彈力牛仔服)和彈性復合織物(如服裝用彈力紗)等高彈性且手感良好的紡織品的生產。

    此外,PBT內部分子結構松散,染料分子容易進入使得PBT纖維染色性能好,且牢度好、色澤明艷,耐氯性好、價格低以及易加工,廣泛應用于制造泳衣、運動服和家居織物的填充物以及簇絨地毯等。PBT與PET組成的混紡織物拉伸彈性和壓縮彈性均較好,且彈性不受周圍環境溫度的變化,由于成本較低,可作為氨綸的替代品。
           3、結論

    針對PBT工程塑料在具體領域應用時表現的某些性能缺陷,已有幾種不同改性方式。通過填充、共混、制備納米復合材料等改性方式,使PBT具有優良的高強度、高阻燃、低翹曲、低析出以及低介電性能,能夠滿足其在汽車、電子電器、光纖、紡織等領域的要求。

    未來應當開發符合低碳環保以及各行業對材料高質量要求的PBT材料。通過提升改性技術加快功能性PBT產品的開發,可綜合使用多種改性方案,避免單一改性方式帶來的弊端,開發高附加功能的PBT材料。重點拓展PBT材料在導熱、生物領域以及電磁屏蔽方面的應用,使PBT材料能夠在越來越多的領域得到應用。




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