聚對苯二甲酸丁二醇酯具有優異的綜合性能, 如結晶度高, 可快速成型, 耐候性, 摩擦係數低, 熱變形溫度高, 電氣性質佳, 力學性能優良, 耐疲勞性, 可以超聲波焊接等. 但其缺口衝擊強度低, 成型收縮率大, 耐水解性差, 易受鹵化烴侵蝕, 經玻纖增強後, 因製品縱, 橫向收縮率不一致易使製品發生翹曲.
下面, 簡單闡述一下PBT改性中常見問題的原因和解決方法.
一, 缺口敏感性
原因:
PBT分子中的苯環和酯基形成大的共軛體系, 減小了分子鏈的柔曲性, 使分子剛性增加, 並且極性酯基, 羰基的存在使分子間作用力增大, 分子剛性進一步增強, 從而韌性很差.
解決方法:
a) 聚合改性
聚合改性就是通過共聚, 接枝, 嵌段, 交聯等手段在聚合過程中在PBT分子中引入新的柔性鏈段, 使其具有良好的韌性.
b) 共混改性
共混改性就是將改性劑或高衝擊強度材料與PBT共混或複合, 使其作為分散相分布在PBT基體中, 利用兩組分的部分相容性或適當的界面黏結作用, 提高PBT的缺口衝擊性能. 如在PBT中添加反應性增容劑POE-g-GMA, 通過GMA與PBT的端羧基的原位增容反應, 加強界面作用力, 以達到增韌效果.
二, PBT薄壁製品需要更高的流動性
薄壁電子元件
在電子電器, 汽車電子工業領域, 組件更薄是趨勢, 這就要求材料需要更高的流動性, 才能以儘可能小的相應澆注器械的填充壓力或合模力來實現型模的填充. 利用低黏度的熱塑性聚酯組合物也常常能實現更短的迴圈周期. 另外, 良好的流動能力對於例如質量分數超過40%的玻璃纖維和/或礦物質的高填充熱塑性聚酯組合物來說也是非常重要的.
解決方法:
選擇低分子量的PBT, 但是分子質量降低會影響機械性能.
藉助流動促進劑如硬脂酸酯或褐煤酸酯, 可以改善PBT流動性, 但這類低分子質量酯會在產品加工和使用過程中滲出.
對於需要增韌的PBT材料, 增韌劑的加入一定會導致流動性下降, 故而需要選擇對流動性影響更小的增韌劑.
加入具有特定結構的同類低分子聚酯, 如CBT, CBT是一種具有大環寡聚酯結構的功能性樹脂, 與PBT具有很好的相容性, 極少的添加量, 就可以大幅度提高樹脂的流動性,而幾乎不影響力學性能.
加入納米材料, 理想分散的納米材料在PBT中起到一種類似於內潤滑的作用, 可以提高PBT的流動性, 但納米填料的分散是共混改性過程中的一大難點.
三, 玻纖增強PBT材料容易翹曲
原因:
翹曲是材料不均勻收縮的結果. 材料中組分的取向和結晶, 注塑時採用不恰當的工藝條件, 模具設計時澆口形狀和位置不對, 製品設計時壁厚厚薄不勻等都會造成製品的翹曲.
PBT/GF複合材料的翹曲主要是玻纖在流動方向上的定向限制了樹脂的收縮, PBT在玻纖周圍的誘導結晶又強化了這種效果, 使得製品的縱向(流動方向)收縮小於橫向(與流動方向垂直的方向), 這種不均勻收縮便導致了PBT/GF複合材料的翹曲.
解決方法:
一是加入礦物, 利用礦物填料的形狀對稱性減輕玻纖取向造成的各向異性;
二是加入非晶材料, 降低PBT的結晶度, 減少因結晶而造成的不均勻收縮, 如加入ASA或者AS, 但是它們與PBT相容性差, 需要添加適當的相容劑;
三是調整注塑工藝, 如適當提高模具溫度, 適當增加註塑周期.
四, 玻纖增強PBT表面浮纖問題
原因:
浮纖產生的原因比較複雜, 簡單說來, 主要有以下幾個方面:
PBT與玻纖相容性很差, 導致二者無法有效的粘結在一起;
PBT與玻纖的粘度差異很大, 導致二者在流動過程中形成分離的趨勢, 當分離作用大於粘合力時就會發生脫離, 玻纖浮向外層而外漏;
剪切力的存在, 既會導致局部粘度有差異, 又會破壞玻纖表面的界面層熔體粘度愈小, 界面層受損, 玻璃纖維受到的粘結力也愈小, 當粘度小到一定程度時, 玻璃纖維便會擺脫PBT樹脂基體的束縛, 逐漸向表面累積而外露.
模具溫度影響. 由於模具型面溫度較低, 質量輕冷凝快的玻璃纖維被瞬間凍結, 若不能及時被熔體充分包圍, 就會外露而形成 '浮纖' .
解決方法:
加入相容劑, 分散劑和潤滑劑, 改善浮纖問題. 如使用特殊表面處理的玻纖, 或者加入相容劑(如: SOG, 一種良流動PBT改性相容劑), 通過 '橋樑' 的作用, 增加PBT與玻纖的粘結力.
優化成型工藝改善浮纖問題. 較高的注塑溫度和模具溫度, 較大的注塑壓力和背壓, 較快的注塑速度, 較低的螺杆轉速, 都可以一定程度改善浮纖問題.
五玻纖增強PBT注塑過程產生較多模垢
PBT+GF表面浮纖, 模具模垢現象
原因:
模垢產生是由材料的小分子含量過高或者材料的熱穩定性較差引起的. PBT由於其寡聚物和小分子殘留率通常在1%~ 3%, 相對與其他材料容易產生模垢. 而在引入玻纖以後, 更加明顯. 這將導致在連續加工過程中, 需要定時清理模具, 造成生產效率低下.
解決方法:
減少小分子助劑的添加量(如潤滑劑, 偶聯劑等), 盡量選擇高分子助劑;
改善PBT的熱穩定性, 減少加工過程中熱降解產生的小分子產物;
五, PBT耐熱水解性較差
原因:
影響PBT水解的主要因素是端羧基濃度. 由於PBT含有酯鍵, 在高於其玻璃化轉變溫度的溫度下置於水中會發生酯鍵斷裂, 水解形成的酸性環境使水解加速反應, 性能急劇下降.
解決方法:
添加水解穩定劑, 如碳化二亞胺, 水解穩定劑會消耗水解產生的羧基, 減緩PBT的酸性水解速度, 提高PBT樹脂的抗水解性.
通過封閉PBT端羧基的方法, 降低端羧基濃度, 提高PBT的抗水解性, 如加入帶環氧官能團的助劑(如SAG系列, 一種苯乙烯-丙烯腈-GMA的無規共聚物), 通過官能團GMA與PBT端羧基反應來封端, 從而提高PBT的抗水解性.