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一、聚对苯二甲酸丁二醇酯概述
聚对苯二甲酸丁二醇酯(简写PBT)是1970年开始工业化生产综合性能优良的新型工程塑料,目前它和增强PET一起成为继尼龙、聚碳酸脂、聚甲醛、改性聚笨醚之后的第五大工程塑料。
PBT的工业合成工艺路线与PET生产相似,以对苯甲酸二甲酯与丁二醇为原料进行酯交换法反应而制得,也有用对笨二甲酸与丁二醇为原料直接酯化反应制得。反应温度为150-170℃,在催化剂存在下,按缩聚反应进行。
PBT与PET一样为线型热塑性树脂,两者的性能对比如表17所示。
PBT在成型加工时,应注意以下几个问题:
1、树脂的特性粘度对产品性能的影响:树脂的特性粘度越大,其冲击强度和断裂伸长率也越来越大。特性粘度不同,产品用途也不同,如下所述:
特性粘度小于0.85的低粘度树脂主要用于纸板等耐热涂层及食品等包装。
特性粘度在0.85-1.0之间的中粘度树脂可做高精密工程部件、凸轮、机壳、办公设备、汽车部件等。
特性粘度大于1.0的高粘度树脂,常用于耐蚀泵、电熨斗、咖啡过滤器外壳等。
2、水含量的影响:水含量增加,产品性能急剧下降,一般要求在成型前一定烘干,使其含水量降到0.03%.以下。
3、玻纤含量:一般取玻纤含量为30%,综合性指标较好,玻纤长度在0.1-1毫米之间,最好采用无碱无捻40支/20股粗纱,玻纤要经KH-550系列的硅烷偶联剂处理过为好。
4、阻燃剂用量要适当,应不影响制品机械性能及不腐蚀设备和模具为好。常用阻燃剂有十嗅联苯醚、三氧化二锑、同时再并用玻纤、滑石粉等,一般添加量在30%以下。
5、成型设备:一般采用长玻璃纤维直接引入双螺杆挤出剂的方法,也可用短玻纤增强PBT。注射成型温度一般为245-270℃,模具温度80-90℃,非增强PBT的模具温度要低些,40-60℃。
二、PBT的改性及应用举例
PBT大部分以增强品种出现,增强品种占整个PBT产量的80%以上。PBT改性除用化学接枝、嵌段、共聚改性外,大量的改性是物理方面,增强和填充改性,共混改性,添加剂改性等。
1、增强和填充改性
玻璃纤维增强是最多的品种,除此之外,还有用碳纤维增强,添加量与玻纤含量相似,也在10-40%之间,一般选用30%的多,增强后,其拉伸强度,耐热性能大大提高,成型收缩率也降低不少。
加入玻纤后,易引起制品表面纹理及光泽不足的缺点,此时可以加入少量的PET树脂或20%的甲基丙烯酸甲酯/苯乙烯共聚物,可改善表面光泽性。
另玻纤增强PBT易产生纤维取向,造成制品翘曲和变形,此时可在加入玻纤的基础上,再填充云母、玻璃微珠、滑石粉、石棉纤维、玻璃片等无机填料,可改善制品的翘曲性,一般复合填料的总含量应在45%以下为好。
2、共混改性
PBT的溶解度参数较大,为10.8,低于聚丙烯腈(15.4)、尼龙(12.7-13.6)、酚醛树脂(11.5),容易与其他高分子物共混改性。
PBT/PET二者相容性很好,可提高热变形温度和高温下的弹性模量,一般添加15-30%的PET材脂。
PBT/聚醚型聚酯嵌段共聚物:可改善冲击弧渡,而且不影响玻璃纤维及其他填料的添加,有时再并用聚丙烯腈效果更加明显,另外PBT还可以与二苯乙烯二羧酸聚酯、芳香族/脂肪族共聚聚酯等共混可改进冲击强度。
PBT/聚碳酸酯:PC的分子量可在2-10万之何,同时再加0.5-2%的胺基聚合物,效果较好。也有加进丁二烯接枝共聚体、EVA、丙烯酸类橡胶、聚氨酯弹性体等,可提高韧性、刚性和耐热性,用于汽车保险杠、车门等
PBT/PE类,PBT直接与聚乙烯共混,效果不好,一般采用乙烯的共聚物,如:聚乙烯一丁烯一马来酸酐、聚乙烯-马来酸酐、聚乙烯一丁烯一马来酰亚胺等,添加量为20%。
PBT/EVA:EVA添加量为50%,可改善冲击性,降低成型温度等性能。
PBT/改性abs:加入量为10-15%,可提高耐冲击性,耐热性,降低成型收缩率。
PBT/PC/PU:三者共混比例为:50:25:25时其中冲击强度可提高20倍,其中PU的分子量选用1800-3500之间的线性聚合物为好,有时再加进0.1-1%的异氰酸,则效果更加明显。有时不用PU用尼龙也可,尼龙的相对粘度为 1.65-3.5之间为好。
PBT还可与甲基丙烯酸甲酯一丁二烯一苯乙烯共聚物(MBS)、丁腈橡胶、PP、聚砜、聚酰亚胺、酚醛等进行共混。
3、聚对苯二甲酸丁二醇酯其他改性
阻然改性:一般用十澳联笨醚和三氧化二锑并用,制备耐燃级PBT;也有采用3-15%的溴化双酚A型环氧树脂与三氧化二锑并用,或用溴化对苯二甲酸类聚酯与三氧化二锑并用,或用溴化聚碳酸酯并用三氧化二锑等方法。
耐磨改性:是在PBT中加入5-40%的聚烯烃的同时,再加入0.1-15%的二硫化钼或石墨,其中聚烯烃包括HDPE、LDPE、 PP、 EVA、 EPM等,填料粒径在30微米较好。
改善热稳定性:可加入0.01-10%的异氰酸或多碳二酰亚胺化合物,或杂环化合物,萘基对笨二胺等,可使PBT制品的连续使用温度达120-130℃。
实例:玻璃纤维增强PBT工艺
玻纤增强PBT工艺路线为:采用长玻纤粗纱可在单、双螺杆挤出机中进行。机头为包复直角式,机身三段温度220、240、250℃,螺杆转速30-50转/分,玻纤规格10支/5股无碱、无捻粗纱、经偶联剂预处理,并在90℃干燥48小时,PBT树脂特性粘度1.05,,4×4×2毫米切片,在130℃鼓风烘箱中3小时干燥。
工艺流程为玻璃纤维通过预热器引入直角包复机头,同时开动挤出机和牵引切粒机,此时玻纤与PBT包复成包复条经水槽冷却,然后切粒,粒料千燥后再回挤出机重新挤一次,使之料更加均匀。
玻纤含量增加,机械强度、热性能、比重均增加,伸长率降低,对电性能影响不大,加工性能虽差些,但靠适当提高注射压力,仍有很好的成型加工性能,所以影响不大,一般玻纤含量在30%左右为好。
有时螺杆转速增加,容易使玻纤长度变短,造成PBT强度下降。
在新料中掺进25%以下的回收料,对制品的张度约有10-15%的强度损失,对要求不太高的制品,仍可使用。