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一、聚對苯二甲酸丁二醇酯概述
聚對苯二甲酸丁二醇酯(簡寫PBT)是1970年開始工業化生產綜合性能優良的新型工程塑料,目前它和增強PET一起成為繼尼龍、聚碳酸脂、聚甲醛、改性聚笨醚之后的第五大工程塑料。
PBT的工業合成工藝路線與PET生產相似,以對苯甲酸二甲酯與丁二醇為原料進行酯交換法反應而制得,也有用對笨二甲酸與丁二醇為原料直接酯化反應制得。反應溫度為150-170℃,在催化劑存在下,按縮聚反應進行。
PBT與PET一樣為線型熱塑性樹脂,兩者的性能對比如表17所示。
PBT在成型加工時,應注意以下幾個問題:
1、樹脂的特性粘度對產品性能的影響:樹脂的特性粘度越大,其沖擊強度和斷裂伸長率也越來越大。特性粘度不同,產品用途也不同,如下所述:
特性粘度小于0.85的低粘度樹脂主要用于紙板等耐熱涂層及食品等包裝。
特性粘度在0.85-1.0之間的中粘度樹脂可做高精密工程部件、凸輪、機殼、辦公設備、汽車部件等。
特性粘度大于1.0的高粘度樹脂,常用于耐蝕泵、電熨斗、咖啡過濾器外殼等。
2、水含量的影響:水含量增加,產品性能急劇下降,一般要求在成型前一定烘干,使其含水量降到0.03%.以下。
3、玻纖含量:一般取玻纖含量為30%,綜合性指標較好,玻纖長度在0.1-1毫米之間,最好采用無堿無捻40支/20股粗紗,玻纖要經KH-550系列的硅烷偶聯劑處理過為好。
4、阻燃劑用量要適當,應不影響制品機械性能及不腐蝕設備和模具為好。常用阻燃劑有十嗅聯苯醚、三氧化二銻、同時再并用玻纖、滑石粉等,一般添加量在30%以下。
5、成型設備:一般采用長玻璃纖維直接引入雙螺桿擠出劑的方法,也可用短玻纖增強PBT。注射成型溫度一般為245-270℃,模具溫度80-90℃,非增強PBT的模具溫度要低些,40-60℃。
二、PBT的改性及應用舉例
PBT大部分以增強品種出現,增強品種占整個PBT產量的80%以上。PBT改性除用化學接枝、嵌段、共聚改性外,大量的改性是物理方面,增強和填充改性,共混改性,添加劑改性等。
1、增強和填充改性
玻璃纖維增強是最多的品種,除此之外,還有用碳纖維增強,添加量與玻纖含量相似,也在10-40%之間,一般選用30%的多,增強后,其拉伸強度,耐熱性能大大提高,成型收縮率也降低不少。
加入玻纖后,易引起制品表面紋理及光澤不足的缺點,此時可以加入少量的PET樹脂或20%的甲基丙烯酸甲酯/苯乙烯共聚物,可改善表面光澤性。
另玻纖增強PBT易產生纖維取向,造成制品翹曲和變形,此時可在加入玻纖的基礎上,再填充云母、玻璃微珠、滑石粉、石棉纖維、玻璃片等無機填料,可改善制品的翹曲性,一般復合填料的總含量應在45%以下為好。
2、共混改性
PBT的溶解度參數較大,為10.8,低于聚丙烯腈(15.4)、尼龍(12.7-13.6)、酚醛樹脂(11.5),容易與其他高分子物共混改性。
PBT/PET二者相容性很好,可提高熱變形溫度和高溫下的彈性模量,一般添加15-30%的PET材脂。
PBT/聚醚型聚酯嵌段共聚物:可改善沖擊弧渡,而且不影響玻璃纖維及其他填料的添加,有時再并用聚丙烯腈效果更加明顯,另外PBT還可以與二苯乙烯二羧酸聚酯、芳香族/脂肪族共聚聚酯等共混可改進沖擊強度。
PBT/聚碳酸酯:PC的分子量可在2-10萬之何,同時再加0.5-2%的胺基聚合物,效果較好。也有加進丁二烯接枝共聚體、EVA、丙烯酸類橡膠、聚氨酯彈性體等,可提高韌性、剛性和耐熱性,用于汽車保險杠、車門等
PBT/PE類,PBT直接與聚乙烯共混,效果不好,一般采用乙烯的共聚物,如:聚乙烯一丁烯一馬來酸酐、聚乙烯-馬來酸酐、聚乙烯一丁烯一馬來酰亞胺等,添加量為20%。
PBT/EVA:EVA添加量為50%,可改善沖擊性,降低成型溫度等性能。
PBT/改性abs:加入量為10-15%,可提高耐沖擊性,耐熱性,降低成型收縮率。
PBT/PC/PU:三者共混比例為:50:25:25時其中沖擊強度可提高20倍,其中PU的分子量選用1800-3500之間的線性聚合物為好,有時再加進0.1-1%的異氰酸,則效果更加明顯。有時不用PU用尼龍也可,尼龍的相對粘度為 1.65-3.5之間為好。
PBT還可與甲基丙烯酸甲酯一丁二烯一苯乙烯共聚物(MBS)、丁腈橡膠、PP、聚砜、聚酰亞胺、酚醛等進行共混。
3、聚對苯二甲酸丁二醇酯其他改性
阻然改性:一般用十澳聯笨醚和三氧化二銻并用,制備耐燃級PBT;也有采用3-15%的溴化雙酚A型環氧樹脂與三氧化二銻并用,或用溴化對苯二甲酸類聚酯與三氧化二銻并用,或用溴化聚碳酸酯并用三氧化二銻等方法。
耐磨改性:是在PBT中加入5-40%的聚烯烴的同時,再加入0.1-15%的二硫化鉬或石墨,其中聚烯烴包括HDPE、LDPE、 PP、 EVA、 EPM等,填料粒徑在30微米較好。
改善熱穩定性:可加入0.01-10%的異氰酸或多碳二酰亞胺化合物,或雜環化合物,萘基對笨二胺等,可使PBT制品的連續使用溫度達120-130℃。
實例:玻璃纖維增強PBT工藝
玻纖增強PBT工藝路線為:采用長玻纖粗紗可在單、雙螺桿擠出機中進行。機頭為包復直角式,機身三段溫度220、240、250℃,螺桿轉速30-50轉/分,玻纖規格10支/5股無堿、無捻粗紗、經偶聯劑預處理,并在90℃干燥48小時,PBT樹脂特性粘度1.05,,4×4×2毫米切片,在130℃鼓風烘箱中3小時干燥。
工藝流程為玻璃纖維通過預熱器引入直角包復機頭,同時開動擠出機和牽引切粒機,此時玻纖與PBT包復成包復條經水槽冷卻,然后切粒,粒料千燥后再回擠出機重新擠一次,使之料更加均勻。
玻纖含量增加,機械強度、熱性能、比重均增加,伸長率降低,對電性能影響不大,加工性能雖差些,但靠適當提高注射壓力,仍有很好的成型加工性能,所以影響不大,一般玻纖含量在30%左右為好。
有時螺桿轉速增加,容易使玻纖長度變短,造成PBT強度下降。
在新料中摻進25%以下的回收料,對制品的張度約有10-15%的強度損失,對要求不太高的制品,仍可使用。