阻燃PBT、阻燃PBT

阻燃pbt的制造、特點
聚對苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate，pbt)，是分子鏈由重復單元構成的線型飽和聚酯樹脂，與聚對苯二甲 酸乙二酯(polyethylene terephthalate，pet)同屬聚酯系列。pet和pbt樹脂是1941年英國jr. whinfield和1942 年德國p．schlack分別用對苯二甲酸(pta)與乙二醇(eg)及l，4-丁二醇(bd)*制得的。作為纖維和薄膜應用的pet樹脂，20世紀50 年代便獲得十分迅速的發展。1965年，日本帝人公司開發出可以進行模塑加工的具有優良性能的pet 塑料，但由于其玻璃化溫度較高(69℃)，熔體結晶速率慢，加工性能不夠理想，多年來發展緩慢。為此，人們研究了pet樹脂的一系列同系物的性能與分子結構的關系，發現對苯二甲酸與直鏈二元醇構成的線型聚酯都是結晶性樹脂，它們的熔點和玻璃化溫度隨二元醇碳數的增多而下降。碳數為2-4的二元醇生成的線型聚酯熔點在200℃以上，具有作為工程塑料所需的高耐熱性。由pta與bd合成得到的pbt，其熔點為221℃，玻璃化溫度為22℃，故在通常的成型條件下，甚至在低至30℃左右的模溫下還能達到很高的結晶度，而且結晶速率與聚甲醛相近，比pet快得多，成型加工性能優異。在這類研究的基礎上，美國celanese 公司于1970年*實現pbt合成的工業化，并以30%玻璃纖維增強塑料投放市場。之后，eastman 公司和ge 公司也相繼研發出同類工業化產品。pbt的性能特點包括：機械強度高、耐疲勞性和尺寸穩定性好；合成pbt所需的能耗小；抗熱老化性優異；耐**溶劑性好；易加工成型和二次加工；易于阻燃等。作為一種綜合性能優良的熱塑性塑料，pbt迅速得到市場認可，在市場推出初期時的年均增長率高達25%-30%，是發展較快的工程塑料品種。進入20世紀80年代后，雖受主要原料l，4—丁二醇(1,4-butanediol)資源和價格等不利因素制約，但隨著pbt樹脂在合成纖維、色母粒和光纜等領域的應用，以及工程塑料新品種的不斷開發，其年均增長率仍保持在15%-20%。隨著生產技術的進步與完善和新的應用市場的開發，預計今后pbt生產與應用仍將會以20%的年增長率高速發展。
阻燃pbt的結構與性能
對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)與對苯二甲酸乙二醇酯同屬于半結晶性熱塑性聚酯，其差別主要在于聚合所采用的二元醇不同。與pet相比，較高的原料丁二醇價格、小的生產規模、低的熔點，且力學性能也稍弱于pet，看上去pbt無法與pet進行商業競爭。然而由于直鏈四碳醇的使用，使得聚合物鏈的柔順性加強，表現為*的結晶速率，這一性能使得在pbt工程塑料加工過程中，注射成型的循環時間縮短，模坯的產率提高。模塑過程中良好的結晶性能使得產品具有*好的穩定性，從而可以獲得*高的經濟效益。另外，四碳醇的使用也使得pbt纖維具有*好的彈性和柔軟性，在纖維及牙刷方面得到很好的運用。聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)是由對苯二甲 酸二甲酯或對苯二甲 酸與1，4—丁二醇熔融縮聚的產物，通過控制聚合反應時間及真空度，可以得到相對分子質量為17000—40000 (250℃下，熔體的黏度為300一 9000pa．s)的產品，如需*高的相對分子質量，可經進一步固相縮聚反應得到。pbt的玻璃化溫度(24℃)接近室溫，**pet (76℃)，接近聚酰胺(40℃)；熔點**pet接近聚酰胺；結晶速率是pet的15倍，而與聚酰胺66相仿。pbt與pet在基本物性上的差別，使得它們在加工工藝行為及應用等方面存在不同，pet在后加工過程中的低結晶、高取向行為適合做纖維和薄膜，而快結晶的pbt則適合做工程塑料。
阻燃pbt的物理結構
物理結構是指*分子結構，即聚集態結構，也稱為凝聚態結構。與化學結構所討論的分子鏈結構不同，這里所討論的是許多分子聚集在一起構成的結構，既受分子鏈結構影響，同時又需考慮分子鏈間的相互作用及相互關系。對半結晶聚酯來說，結晶性能是其聚集態結構性能的重要方面，也正是由于pbt的*結晶性能，使其成為**的工程塑料材料。半結晶聚酯中存在分子鏈有序排列的結晶態和無序排列的無定形態，也有學者認為，還存在中間過渡態。晶胞是結晶態的較小單元，每個單位晶胞中含有一個化學鏈節，pet和pbt 均屬于三斜晶系，pbt能形成a和b兩種晶型，pbt分子鏈上有四個亞甲基(-ch2-)，比pet多兩個，比較柔順，易受外力作用而改變。由于pbt 存在a和b兩種晶型，且會相互轉變，另外接近室溫的玻璃化溫度也使得pbt在高溫下的尺寸穩定性不及pet，因此需要進行改性。早期的改性主要集中在纖維增強、填充改性及開發阻燃產品，目前也在逐步開發各種塑料合金，如pbt/pc，pbt/pet 等。由于pbt的*結晶性能，使得pbt的模塑產品在后冷卻過程中會形成一定的結晶，這些存在于半結晶樹脂中的球晶使得pbt樹脂具有*好的抗溶解性、*高的強度和*高的硬度。pbt樹脂的性能及后加工過程均會影響pb-r 出晶體結構，晶體結構的差異是造成pbt力學性能出現微小變化的主要原因；如果半結晶樹脂在模塑過程中，只發生了部分結晶，那么制品在二次加工、存放、裝運及較終使用過程中，可能會進一步結晶，致使尺寸及物理性能發生改變。雖然pbt的*結晶性能使得模塑過程中結晶差異降低到很小的程度，但并不能消除，有時還需要對pbt的結晶性能進行改性：
阻燃pbt的力學性能
盡管與pet相比，pbt在價格上處于劣勢，但仍以15%-20%的速度*增長，其主要原因在于它具有比較優良的綜合性能，主要體現在以下幾個方面：①結晶速率快，可*成型，便于大規模加工；②吸水率低，電器性能優異且隨濕度變化小；③耐候性好，適于戶外使用，且耐藥品性優異；④力學性能優良。pbt 具有*結晶性能，聚酰胺也具有相當的結晶速率和比較接近的熔點，且具有優異的抗溶解性能和優良的力學性能。這兩種材料的主要差別在于pbt的吸濕性比聚酰胺低，pbt 24h的吸水率為o．08%，而聚酰胺6達到了1.6%。聚酰胺的性能會隨濕度而發生變化，模量和強度會降低，沖擊強度會有所提高。甚至在某些情況下，聚酰胺制品可能出現額外的脹大。因此聚酰胺制品的設計者**要考慮環境因素對制品性能的影響。相比較之下，pbt的吸濕性低，與環境因素相關的制品尺寸及力學性能很少發生變化，表現出比較好的耐候性能。與其他工程塑料相比，未改性的pbt樹脂并沒有表現出優異的力學性能，主要缺點有：①結晶收縮率大，，尺寸穩定性差；②對缺口敏感。由于pbt 存在這兩個缺點，因而限制了它的使用，需要對其力學性能進行改性。改性主要包括增強、增韌、增強增韌、阻燃等。
阻燃pbt加工成型
pbt屬于熱塑性工程聚酯塑料，為適應不同加工業者使用，一般會加人改性添加劑，如玻纖、礦物、阻燃劑、增韌劑等，或與其他塑料摻混。隨著添加物比例不同，可制造不同規格的產品。由于pbt 具有耐熱性、耐候性、耐藥品性、電氣特性佳、吸水性小、光澤良好，廣泛應用于電子電器、汽車零件、機械、家用品等，與ppo、pc、pom、pa 共稱為五大工程塑料。pbt結晶速率快，較適宜加工方法為注塑，其他方法還有擠出、吹塑、涂覆和各種二次加工成型。現以注塑工藝為例對pbt加工工藝進行說明。pbt在存放或運輸過程中，會從空氣中吸收少量水分，其數量取決于周圍的環境條件，變動范圍在0.10%-0. 25%，隨儲料區溫度和濕度的不同而變。樹脂中的水分會在加工過程中水解樹脂，、因此在成型前需進行預于燥，將水分含量降至o．02%以下。采用爐式干燥時，料層厚度應**30mm。如采用熱風循環干燥時，當熱風溫度設定為105℃、120℃或140℃時，所對應的干燥時間應不*過6h、4h、2h。pbt具有明顯的熔點，熔點為225-235℃，是*結晶型材料，結晶度可達40%。pbt熔體的黏度受溫度的影響不如剪切應力那么大，因此在注塑中，注射壓力對pbt熔體流動性影響較明顯。pbt在熔融狀態下流動性好，黏度低，僅次于聚酰胺，在成型時易發生“流延”現象。pbt成型制品各向異性。pbt在高溫下遇水易降解。選用螺桿式注塑機時，應考慮以下幾點。①制品的用料量應控制在注塑機額定較大注射量的30%～80%。不宜用大注塑機生產小制品。使用大機筒機器時，*小的注射量會造成樹脂滯留時間不必要地延長，從而導致樹脂降解；②選用漸變型三段螺桿，長徑比為15- 20，壓縮比為2.5-3．o；③應選用自鎖式噴嘴，并帶有加熱控溫裝置；④在成型阻燃級pbt時，注塑機的有關部件應經防腐處理。制品與模具設計應考慮以下幾點：①制品的厚度不宜太厚，pbt對缺口很敏感，因此，制品的直角等過渡處應采用圓弧連接；②未改性pbt的成型收縮率較大，一般在1. 7%-2. 3%,因此模具要有一定的脫模斜度；③模具需要設排氣孔或排氣槽；④澆口的口徑要大；⑤模具需設置控溫裝置，模具較高溫度不能*過100℃；⑥阻燃級pbt成型，模具表面要鍍鉻，以防腐蝕。
阻燃pbt的應用
pbt樹脂主要應用在改性工程塑料、光纜、紡絲、色母、薄膜等行業，pbt樹脂因其優異的性能，在醫療、包裝、裝飾等其他應用領域也有著良好的發展前景。杜邦的pbt樹脂的牌號以crastin命名，杜邦pbt因其制品的尺寸穩定性、優良的介電、電絕緣性能及耐電弧性能，運用于以下幾個特征領域：燈框 杜邦pbt較佳組合了耐熱和直接金屬化能力，降低了個性化車燈和尾燈的成本。電器和電子產品 杜邦的pbt優化組合了高流動、耐高溫、耐濕及熱沖擊性能，用于包覆變壓器、發動機和電磁線圈。電容和電子產品 杜邦的pbt樹脂提供了低厚度下高流動、激光標識和阻燃等性能，同時具有**的與環氧樹脂粘接性能。電路開關、繼電器和接觸件crastin樹脂具有高溫下低的脆性、尺寸穩定性、易加工和低氣體釋放：燈座 色相穩定性、易加工和耐高溫。連接器 耐水解級樹脂起初是為了汽車連接器滿足*級uscar性能測試而開發的，現被制品廠商和oem用于多個場合，甚至對水解要求不強的場合。巴斯夫(basf)pbt樹脂的牌號以ultradur命名，巴斯夫(basf)pbt產品可分為非增強型、玻纖增強型、*型三大類。其中玻纖增強型又細分為標準型、低翹曲型、表面光潔型及阻燃型。*型又可細分為沖擊改性型和礦物增強型。其產品主要運用于汽車、電器及電子產品、**及機械工程。
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