【热点】改性PBT材料的开发应用

 时间:2020-08-24 00:00:00    浏览次数:1785    作者:
PBT树脂改性的研究新闻聚对苯二甲酸丁二醇酯(polybutylenetereph-thalate),简称PBT,是世界5大工程塑料之一,因具有良好的耐化学性和成型性,广泛应用于汽车零部件、家用电器外壳、光纤套膜、纺丝纺织等领域。随着PBT树脂消费的增长,PBT成品阻燃性能不足、热变形温度不高、缺口冲击强度低等性能缺陷越发明显。为弥补纯PBT树脂性能上的不足.

PBT树脂改性的研究
新闻

聚对苯二甲酸丁二醇酯(polybutylene tereph-thalate),简称 PBT,是世界 5 大工程塑料之一,因具有良好的耐化学性和成型性,广泛应用于汽车零部件、家用电器外壳、光纤套膜、纺丝纺织等领域。随着 PBT 树脂消费的增长,PBT 成品阻燃性能不足、热变形温度不高、缺口冲击强度低等性能缺陷越发明显。为弥补纯 PBT 树脂性能上的不足,拓宽其应用领域,研究人员对 PBT 树脂的改性进行了广泛研究并取得了一定的进展。


目前,国内的 PBT 改性产品主要有 3 种类型:一类是在 PBT 中添加玻纤,这类产品主要应用于汽车、电子、电动工具,玻纤的比例不同,其应用领域也不同;一类是在玻纤改性的基础上,再添加阻燃剂,做成阻燃改性的 PBT,这类的产品主要用于节能灯、LED 等;还有一类是对 PBT 进行合金化改性,这类产品主要应用于汽车配件,如摩托车、汽车灯罩等。


NEWS


玻纤改性

纯 PBT 树脂的机械性能一般,拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量均比较低,且对缺口敏感。玻璃纤维是一种优异的无机非金属材料,机械强度高,抗拉性能好,经常作为强化塑料的补强材料。玻纤与 PBT树脂有良好的结合力,在 PBT 树脂中加入一定量的玻璃纤维后,不仅能保持 PBT 树脂耐化学性、加工性等原有优点,而且能有较大幅度地提升其机械性能,并克服 PBT 树脂缺口敏感性。经过玻纤改性,PBT 的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量及冲击强度均有不同程度的提升,并且在玻纤质量分数为 0% ~ 30% 时,改性的 PBT 树脂的机械性能是随着玻纤含量的增加而提升。


阻燃改性

PBT树脂易于燃烧,难于成碳,且燃烧时会连续熔融滴落,易使火焰蔓延引起火灾。对于玻纤增强PBT,玻纤的加入虽然提高了 PBT 的力学性能,同时引入“灯芯效应”,使火焰区的材料不易发生熔滴(抗熔滴效应),但却使热量积聚,反而加大对玻纤增强 PBT 的阻燃难度。为了解决这一问题,保证PBT 树脂的使用安全性,通常会对玻纤增强的 PBT树脂引入阻燃剂,进行阻燃改性。目前研究较多的阻燃剂有含卤、含氮、含磷以及无机阻燃剂。含卤阻燃主要采用的是溴化合物,市场上大规模工业化的阻燃 PBT 产品大多采用十溴联苯醚和三氧化二锑并用;使用的含氮阻燃剂,主要有三聚氰胺及其与磷的化合物,其中三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸和三聚氰胺磷酸酯,是阻燃剂市场最具有发展潜力的品种;含磷阻燃主要是使用红磷或二苯磷酸酯作为阻燃剂;无机阻燃剂则以氢氧化铝和氢氧化镁为主。含卤阻燃的 PBT 在燃烧的过程中会释放大量有毒和腐蚀性烟气,在救火时威胁人们的生命安全,甚至对地球臭氧层也有一定的破坏,因此无卤阻燃近年来的呼声很高,但由于目前还找不到经济实用的理想替代品,含卤阻燃产品仍然占据着市场主导地位,占 80%以上的份额。




合金改性

PBT树脂为线性饱和树脂,本身易结晶,又由于在加工过程中玻纤取向产生的各向异性,因此其塑料制品容易翘曲变形。PBT 与其他树脂的相容性良好,又因为共混改性研发周期短、成本低,因此国内外普遍采用共混来对其进行改性。用于 PBT 的共混改性的聚合物主要有 PC、PET、ABS、PP 以及弹性体。



PC/PBT 合金


聚碳酸酯(PC)性能优良,在温度大于 PC 玻璃化温度 150 ℃的条件下,可以与 PBT 以任何比例熔融共混。共混后的 PC/PB 合金既可以克服 PC 成型加工性、耐磨性不足的缺点,同时又弥补了 PBT 缺口冲击强度、耐冲击性和耐热性不足的缺点。但由于 PBT 为结晶聚合物,PC 为非结晶聚合物,2 者合金为典型的非晶与结晶共混体系代表,因此共混改性时易发生相分离,导致体系界面黏结不良,相容性较差,因此在共混过程中会添加一定量的相容剂来破坏 PBT 结晶,提高体系相容性,同时为了进一步提高 PC/PBT 合金的韧性和强度,在共混的过程中也会添加一定量的增韧剂和玻纤。


PET/PBT 合金


聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)与 PBT 溶解度参数相近化学结构相似,2 者的混合体系相容性很好,只出现一个玻璃化转变温度 Tg。但 PBT 与 PET 共混时会发生化学反应生成嵌段共聚物,这些嵌段共聚物后期易发生酯交换生成无规则共聚物,降低聚合物的分子质量和力学性能,最终影响合金品质,因此在共混体系中可以加入一定量的扩链剂来与 2 者的羧基发生酯化反应,连接 PBT与 PET,生成 PBT-PET、PET-PET 或 PBT-PBT 的嵌段共聚物,在短时间内提高体系的相对分子质量及特性黏度,最终所得的 PET/PBT 合金具有强度高、刚性好,热变形温度高,尺寸稳定性好,表面光泽度好等优良性能。


ABS/PBT 合金


丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)机械性能优异,化学稳定性、耐磨性、耐热性、低温冲击等性能都表现良好,因此广泛应用于工程塑料的冲击改性。PBT 与其共混不仅可以降低 PBT 的成品收缩率,ABS 含有的橡胶相也可以提高 PBT 的缺口冲击强度。研究表明适当调整 ABS 结构,提高 ABS 中的橡胶相至 50% ~ 60% 可实现在低温条件下对PBT 的增韧,而提高 ABS 接枝率,则可提高 ABS/PBT 合金的的冲击强度。


PP/PBT 合金


聚丙烯(PP)价格便宜,来料丰富,加工性能优异,是重要的通用树脂。PP/PBT 合金与 ABS/PBT合金相比耐热性和耐化学腐蚀性都更好,但是由于分子极性和分子链结构的差异,PP/PBT 共混时易发生相分离现象,简单的机械共混无法满足 PBT 工程化的要求。因此在 PBT、PP 共混过程中需要加入适量的相容剂,使体系相分散变得均匀,并在 2 相界面形成 PP-g-PBT 共聚物,使界面厚度增加,相互作用增强,从而减小界面张力,起到稳定分散相形态的作用。


PBT 与弹性体共混


采用弹性体增韧是 PBT 增韧改性的主要方法,通常会将 PBT 与丁腈橡胶、乙烯-丙烯-二烯炔、丁基橡胶、聚异丁烯橡胶等共混来提高 PBT 的冲击性能。为了使 PBT 与橡胶弹性体共混时能形成均一分散的微粒状,共混时会加入适量的相容剂,通过“原位”反应增容聚合物共混物并增韧聚合物,以获得所需的相形态,改善共混体系的相容性,同时提高聚合物材料 的韧性。甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、马来酸酐(MAH)、丙烯酸丁酯等都被广泛地用于共混物的增容。不同弹性体对 PBT 的增韧改性效果不同,但应注意,如果弹性体的用量过高,会引起共混物的强度、刚性、耐热性能及加工流动性能的大幅度下降。


PBT 与其他聚合物共混


除了上述几种材料,一些增容效果比较好的材料如 PU、SBS、EPDM、POE、ASA、EVA 等也被尝试用来熔融共混改性 PBT,也有将可降解的生物树脂 PBS、PCL 与 PBT 共混,可制得有环保功能的 PBT 合金。随着 PBT 应用领域的不断扩展,PBT 的需求量和性能要求也日益增加。目前国内的 PBT 改性厂家大多采用按订单生产,基本能满足市场所需。但国内的 PBT 改性产品大多处于中低端市场,高端市场基本由巴斯夫等外商把控。未来 PBT 改性的研究重点应是在降低成本和满足环保要求的前提下,进一步提高 PBT 的性能指标,使其功能多样化,产品系列化,附加值最大化。


PBT树脂改性的研究
新闻

聚对苯二甲酸丁二醇酯(polybutylene tereph-thalate),简称 PBT,是世界 5 大工程塑料之一,因具有良好的耐化学性和成型性,广泛应用于汽车零部件、家用电器外壳、光纤套膜、纺丝纺织等领域。随着 PBT 树脂消费的增长,PBT 成品阻燃性能不足、热变形温度不高、缺口冲击强度低等性能缺陷越发明显。为弥补纯 PBT 树脂性能上的不足,拓宽其应用领域,研究人员对 PBT 树脂的改性进行了广泛研究并取得了一定的进展。


目前,国内的 PBT 改性产品主要有 3 种类型:一类是在 PBT 中添加玻纤,这类产品主要应用于汽车、电子、电动工具,玻纤的比例不同,其应用领域也不同;一类是在玻纤改性的基础上,再添加阻燃剂,做成阻燃改性的 PBT,这类的产品主要用于节能灯、LED 等;还有一类是对 PBT 进行合金化改性,这类产品主要应用于汽车配件,如摩托车、汽车灯罩等。


NEWS


玻纤改性

纯 PBT 树脂的机械性能一般,拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量均比较低,且对缺口敏感。玻璃纤维是一种优异的无机非金属材料,机械强度高,抗拉性能好,经常作为强化塑料的补强材料。玻纤与 PBT树脂有良好的结合力,在 PBT 树脂中加入一定量的玻璃纤维后,不仅能保持 PBT 树脂耐化学性、加工性等原有优点,而且能有较大幅度地提升其机械性能,并克服 PBT 树脂缺口敏感性。经过玻纤改性,PBT 的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量及冲击强度均有不同程度的提升,并且在玻纤质量分数为 0% ~ 30% 时,改性的 PBT 树脂的机械性能是随着玻纤含量的增加而提升。


阻燃改性

PBT树脂易于燃烧,难于成碳,且燃烧时会连续熔融滴落,易使火焰蔓延引起火灾。对于玻纤增强PBT,玻纤的加入虽然提高了 PBT 的力学性能,同时引入“灯芯效应”,使火焰区的材料不易发生熔滴(抗熔滴效应),但却使热量积聚,反而加大对玻纤增强 PBT 的阻燃难度。为了解决这一问题,保证PBT 树脂的使用安全性,通常会对玻纤增强的 PBT树脂引入阻燃剂,进行阻燃改性。目前研究较多的阻燃剂有含卤、含氮、含磷以及无机阻燃剂。含卤阻燃主要采用的是溴化合物,市场上大规模工业化的阻燃 PBT 产品大多采用十溴联苯醚和三氧化二锑并用;使用的含氮阻燃剂,主要有三聚氰胺及其与磷的化合物,其中三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸和三聚氰胺磷酸酯,是阻燃剂市场最具有发展潜力的品种;含磷阻燃主要是使用红磷或二苯磷酸酯作为阻燃剂;无机阻燃剂则以氢氧化铝和氢氧化镁为主。含卤阻燃的 PBT 在燃烧的过程中会释放大量有毒和腐蚀性烟气,在救火时威胁人们的生命安全,甚至对地球臭氧层也有一定的破坏,因此无卤阻燃近年来的呼声很高,但由于目前还找不到经济实用的理想替代品,含卤阻燃产品仍然占据着市场主导地位,占 80%以上的份额。



合金改性

PBT树脂为线性饱和树脂,本身易结晶,又由于在加工过程中玻纤取向产生的各向异性,因此其塑料制品容易翘曲变形。PBT 与其他树脂的相容性良好,又因为共混改性研发周期短、成本低,因此国内外普遍采用共混来对其进行改性。用于 PBT 的共混改性的聚合物主要有 PC、PET、ABS、PP 以及弹性体。



PC/PBT 合金


聚碳酸酯(PC)性能优良,在温度大于 PC 玻璃化温度 150 ℃的条件下,可以与 PBT 以任何比例熔融共混。共混后的 PC/PB 合金既可以克服 PC 成型加工性、耐磨性不足的缺点,同时又弥补了 PBT 缺口冲击强度、耐冲击性和耐热性不足的缺点。但由于 PBT 为结晶聚合物,PC 为非结晶聚合物,2 者合金为典型的非晶与结晶共混体系代表,因此共混改性时易发生相分离,导致体系界面黏结不良,相容性较差,因此在共混过程中会添加一定量的相容剂来破坏 PBT 结晶,提高体系相容性,同时为了进一步提高 PC/PBT 合金的韧性和强度,在共混的过程中也会添加一定量的增韧剂和玻纤。


PET/PBT 合金


聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)与 PBT 溶解度参数相近化学结构相似,2 者的混合体系相容性很好,只出现一个玻璃化转变温度 Tg。但 PBT 与 PET 共混时会发生化学反应生成嵌段共聚物,这些嵌段共聚物后期易发生酯交换生成无规则共聚物,降低聚合物的分子质量和力学性能,最终影响合金品质,因此在共混体系中可以加入一定量的扩链剂来与 2 者的羧基发生酯化反应,连接 PBT与 PET,生成 PBT-PET、PET-PET 或 PBT-PBT 的嵌段共聚物,在短时间内提高体系的相对分子质量及特性黏度,最终所得的 PET/PBT 合金具有强度高、刚性好,热变形温度高,尺寸稳定性好,表面光泽度好等优良性能。


ABS/PBT 合金


丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)机械性能优异,化学稳定性、耐磨性、耐热性、低温冲击等性能都表现良好,因此广泛应用于工程塑料的冲击改性。PBT 与其共混不仅可以降低 PBT 的成品收缩率,ABS 含有的橡胶相也可以提高 PBT 的缺口冲击强度。研究表明适当调整 ABS 结构,提高 ABS 中的橡胶相至 50% ~ 60% 可实现在低温条件下对PBT 的增韧,而提高 ABS 接枝率,则可提高 ABS/PBT 合金的的冲击强度。


PP/PBT 合金


聚丙烯(PP)价格便宜,来料丰富,加工性能优异,是重要的通用树脂。PP/PBT 合金与 ABS/PBT合金相比耐热性和耐化学腐蚀性都更好,但是由于分子极性和分子链结构的差异,PP/PBT 共混时易发生相分离现象,简单的机械共混无法满足 PBT 工程化的要求。因此在 PBT、PP 共混过程中需要加入适量的相容剂,使体系相分散变得均匀,并在 2 相界面形成 PP-g-PBT 共聚物,使界面厚度增加,相互作用增强,从而减小界面张力,起到稳定分散相形态的作用。


PBT 与弹性体共混


采用弹性体增韧是 PBT 增韧改性的主要方法,通常会将 PBT 与丁腈橡胶、乙烯-丙烯-二烯炔、丁基橡胶、聚异丁烯橡胶等共混来提高 PBT 的冲击性能。为了使 PBT 与橡胶弹性体共混时能形成均一分散的微粒状,共混时会加入适量的相容剂,通过“原位”反应增容聚合物共混物并增韧聚合物,以获得所需的相形态,改善共混体系的相容性,同时提高聚合物材料 的韧性。甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、马来酸酐(MAH)、丙烯酸丁酯等都被广泛地用于共混物的增容。不同弹性体对 PBT 的增韧改性效果不同,但应注意,如果弹性体的用量过高,会引起共混物的强度、刚性、耐热性能及加工流动性能的大幅度下降。


PBT 与其他聚合物共混


除了上述几种材料,一些增容效果比较好的材料如 PU、SBS、EPDM、POE、ASA、EVA 等也被尝试用来熔融共混改性 PBT,也有将可降解的生物树脂 PBS、PCL 与 PBT 共混,可制得有环保功能的 PBT 合金。随着 PBT 应用领域的不断扩展,PBT 的需求量和性能要求也日益增加。目前国内的 PBT 改性厂家大多采用按订单生产,基本能满足市场所需。但国内的 PBT 改性产品大多处于中低端市场,高端市场基本由巴斯夫等外商把控。未来 PBT 改性的研究重点应是在降低成本和满足环保要求的前提下,进一步提高 PBT 的性能指标,使其功能多样化,产品系列化,附加值最大化。


地址:漳州市长泰县岩溪工业集中区盛发东路6号 电话:0596-8188333  传真:0596-8366699  邮编:363902

版权所有 © 2023 福建华塑新材料有限公司 www.fjhuasu.com 闽ICP备17034359号-1 技术支持:元码科技