PBT是一種由對苯二甲酸(PTA)或?qū)Ρ蕉姿岫柞?DMT)與1,4-丁二醇(BDO)，經(jīng)縮聚反應(yīng)而制得的結(jié)晶性線型飽和聚酯。具有良好的力學(xué)性能，其對稱的分子結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)緊密堆砌，具有較高的結(jié)晶性，在低溫下可迅速結(jié)晶。PBT制件加工時(shí)易流動成型且成型周期短，能夠降低生產(chǎn)成本，而且PBT具有耐濕、耐磨、耐油等優(yōu)點(diǎn)，蠕變也較小。
由于PBT含有結(jié)晶部分和非結(jié)晶部分，加入其他物質(zhì)容易對其進(jìn)行改性。但PBT也存在易燃燒、與冷媒接觸小分子析出量大、介電性能不足、薄壁制件易翹曲等缺陷，限制其應(yīng)用范圍。為彌補(bǔ)純PBT樹脂性能的不足，對PBT樹脂已有一些改性研究。
1、PBT工程塑料的改性研究現(xiàn)狀
近年來，相關(guān)企業(yè)開發(fā)各種應(yīng)用新技術(shù)新產(chǎn)品，PBT工程塑料向高性能化、功能化、多元化方向發(fā)展。針對工業(yè)領(lǐng)域的需要，通過改性提升PBT的功能性，受市場的青睞。目前，國內(nèi)外主要采用共聚改性、無機(jī)材料填充改性、納米復(fù)合技術(shù)、共混改性等方法提高PBT的綜合性能。對PBT材料的改性研究主要集中在高強(qiáng)度、高阻燃、低翹曲、低析出、低介電等方面。
力學(xué)性能方面
純PBT樹脂的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量均較低，在工業(yè)領(lǐng)域無法大范圍應(yīng)用，需對其進(jìn)行改性以提高力學(xué)性能。玻纖具有適用性強(qiáng)、填充工藝簡單及成本低等優(yōu)點(diǎn)。PBT中加入玻纖，使PBT樹脂原有優(yōu)勢得到發(fā)揮，而且PBT制品的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度以及缺口沖擊強(qiáng)度均得到顯著提升。
除了玻纖，還可以引入其他纖維提高PBT的力學(xué)性能。曾德明等采用短切玄武巖增強(qiáng)PBT樹脂，經(jīng)偶聯(lián)劑作用后玄武巖能夠與PBT較好相容，有效提升PBT復(fù)合材料的力學(xué)性能。
阻燃性能方面
純PBT垂直燃燒等級只能達(dá)到HB級，易燃燒且燃燒時(shí)連續(xù)滴落，火焰容易蔓延，其在汽車、電子電器和紡織等方面的應(yīng)用受到限制。常添加鹵系阻燃劑和無鹵阻燃劑對PBT進(jìn)行阻燃改性。鹵系阻燃劑燃燒時(shí)釋放含鹵化氫有毒煙霧對人類健康和生態(tài)環(huán)境有危害，歐盟已禁用部分鹵系阻燃劑。對PBT進(jìn)行阻燃改性時(shí)主要采用磷系阻燃劑和無機(jī)阻燃劑。
使用無機(jī)阻燃劑改性時(shí)，添加含量過多會導(dǎo)致材料的力學(xué)性能下降；但磷系阻燃劑沒有此缺陷，且具有低煙、低毒、高阻燃的優(yōu)良特性。磷系阻燃劑通常與含氮化合物協(xié)同作用達(dá)到更高效的阻燃體系。磷系阻燃劑在燃燒過程中生成磷酸酐使可燃物脫水碳化，炭層能夠降低熱傳導(dǎo)，延緩或阻止可燃?xì)怏w的產(chǎn)生，且磷酸酐受熱后形成熔融物覆蓋在可燃物表面，阻礙可燃性氣體釋放。
除了傳統(tǒng)阻燃劑，目前還有在PBT材料中加入納米填料改善其阻燃性能和抗滴落性能，且不損壞其加工性能。常用的納米材料主要為納米金屬氧化物聚合物和碳族納米復(fù)合材料。
翹曲變形方面
PBT材料分子相對滑移容易，易取向、結(jié)晶，導(dǎo)致材料的收縮率大，引起PBT制件尤其是大型薄壁制件的翹曲變形。對于玻纖增強(qiáng)PBT，由于加入的玻纖具有各向異性，導(dǎo)致材料在注塑中不同方向上收縮率不同，增加制件的翹曲變形，不僅影響塑料制品的表面質(zhì)量和安裝性能，而且影響塑料的強(qiáng)度。
對于PBT制件的翹曲，除了改善制件的造型、模具的設(shè)計(jì)以及成型工藝參數(shù)，還可對PBT材料進(jìn)行改性以減緩翹曲變形。近年來，主要通過無機(jī)物填充和共混合金改善PBT材料的翹曲變形。無機(jī)物填充包含單一無機(jī)物填充和與玻纖合并填充，用于填充的無機(jī)物主要有滑石粉、云母、硅灰石、玻璃微珠、高嶺土、硫酸鈣晶須等。
此外，聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)等非晶聚合物在注塑過程中沒有發(fā)生結(jié)晶過程，與PBT共混后也可以有效改善PBT的收縮率。
析出性能方面
由于PBT材料在生產(chǎn)過程中原料無法完全反應(yīng)，生成了小分子、寡聚物等，未改性PBT材料制成的產(chǎn)品在一定條件下產(chǎn)生析出，影響制件效用。當(dāng)PBT材料應(yīng)用于冰箱壓縮機(jī)內(nèi)部的消音器、馬達(dá)線圈骨架以及空調(diào)絕緣骨架等，由于工況特殊，析出大量的小分子物質(zhì)，在冷媒（氟利昂、二氟二氯甲烷）中溶解，易堵塞制冷管，使其制冷失效。
PBT析出物主要是樹脂本身的小分子齊聚物以及內(nèi)含的少量添加物。采用玻纖以及高黏度樹脂，填充一定量的吸附劑可以降低PBT的析出量。目前，主要采用無機(jī)多孔材料吸附形式以及加入封端劑、擴(kuò)鏈劑、1,4環(huán)己烷二甲醇(CHDM)等化學(xué)方式對PBT進(jìn)行析出改性。
介電性能方面
PBT材料在集成電路和電磁屏蔽等領(lǐng)域的應(yīng)用，其介電性能對信號傳輸速度、信號損失等起重要作用。近年來，對絕緣材料的介電性能提出更嚴(yán)格的要求，要求絕緣樹脂材料的介電常數(shù)不超過2.8。而純PBT材料的介電性能無法滿足通信要求，開發(fā)一種低介電常數(shù)、低介電損耗的PBT材料具有重要意義。
目前主要通過填充和共混低介電常數(shù)的共聚物改性PBT的介電性能，常用的填充物為聚四氟乙烯粉末和空心玻璃微珠。碳納米管對PBT材料的介電性能也有一定積極影響，但加入含量過高使材料的介電常數(shù)和介電損耗增加。
隨著電動汽車的迅速發(fā)展，其高壓傳輸對連接器材料的介電強(qiáng)度要求更高，PBT雖然耐電弧性好，易于實(shí)現(xiàn)高速成型但介電強(qiáng)度低，無法實(shí)現(xiàn)在電動汽車上進(jìn)行高壓傳輸。通過導(dǎo)體類或陶瓷類填料對PBT介電性能進(jìn)行改性，提高材料的介電強(qiáng)度以保證電動汽車的安全。
2、PBT改性工程塑料的應(yīng)用
2.1 汽車領(lǐng)域
隨著以塑代鋼的逐步發(fā)展，越來越多的有色金屬和合金材料被塑料取代。PBT具有良好的耐化學(xué)腐蝕性、耐應(yīng)力開裂、耐磨性、耐候性、抗老化性和高強(qiáng)度性能，在汽車外部零件中得到廣泛應(yīng)用，如雨刷器手柄支架、保險(xiǎn)杠、門把手、后視鏡外殼、車底板、車身側(cè)板、散熱器風(fēng)扇、雷達(dá)穿透蓋、轉(zhuǎn)角格柵和照明燈部件等。
由于PBT的加工性能、絕緣性能較好，在汽車零部件中也得到大量應(yīng)用，如儀表板、加速器及離合器踏板、車載煙灰缸、內(nèi)鏡撐條等。此外，由于PBT良好的耐油性，也被應(yīng)用在汽車發(fā)動機(jī)系統(tǒng)配件中，如供油系統(tǒng)零部件、火花塞子板等。經(jīng)過合金改性的PBT近年來被應(yīng)用于汽車減震器的減震套管、軸承等。改性PBT由于具有良好的阻燃性、介電性、低翹曲性以及吸水性低的優(yōu)點(diǎn)，在汽車的發(fā)動機(jī)設(shè)備也得到廣泛應(yīng)用。
2.2 電子電器領(lǐng)域
PBT由于具有低介電、低翹曲、高阻燃、高韌性、耐老化以及環(huán)?；奶攸c(diǎn)，在電子電器領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。如電子計(jì)算機(jī)的外殼、點(diǎn)火器、電器開關(guān)、復(fù)印機(jī)、變壓器的骨架、烘烤機(jī)的零部件、電熨斗罩等。此外，由于改性后的PBT具有優(yōu)良的介電性能且易加工，可用于電器的底蓋、外殼以及線軸等。
通信設(shè)備中也廣泛應(yīng)用到PBT，如連接盒、網(wǎng)線端口以及手機(jī)和筆記本的中框等。改性后PBT還用于制造節(jié)能燈的燈頭部件，該部位溫度較高，一般塑料的阻燃性很難滿足要求。在插排行業(yè)，要求材料通過球壓測試，并且具有較好的阻燃性能。
2.3 機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域
PBT由于具有高阻燃性、耐熱性，在機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如凸輪、齒輪、照相機(jī)零件、電子表的外殼、水銀燈罩以及各類按鈕等。常見的線圈骨架要求材料具有高絕緣擊穿強(qiáng)度，避免使用期間被電擊穿；當(dāng)其被應(yīng)用在電冰箱等部件時(shí)還需要具有低析出性，防止析出的小分子物質(zhì)使機(jī)械部件失效。
PBT由于具有優(yōu)良的低介電和低析出性能，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)線圈骨架。由于PBT具有優(yōu)良的阻燃性能、較好流動性、易成型的優(yōu)點(diǎn)，可用于散熱風(fēng)扇的生產(chǎn)，如電腦CPU、電源和電機(jī)等類似的散熱器用風(fēng)扇。
2.4 通信領(lǐng)域
PBT由于具有良好的介電性、加工成型性和尺寸穩(wěn)定性，還有較低的線膨脹系數(shù)，在通信領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在無線電通信中，向PBT復(fù)合材料中加入Fe3O4納米粒子以增加其對電磁波的消耗實(shí)現(xiàn)磁屏蔽功能，減少電磁輻射對人體的危害，用作大功率通信設(shè)備上基礎(chǔ)零部件的塑料基材。
PBT還用于生產(chǎn)起傳遞信號作用的連接器，改性后PBT不僅具有連接器要求的絕緣性、阻燃性和耐候性，而且價(jià)格優(yōu)異、成型性好，適用于生產(chǎn)連接器，被廣泛應(yīng)用到電視機(jī)和網(wǎng)線的接口、新能源汽車各單元組件間的連接與傳輸?shù)取?/span>
阻燃PBT光纖套管的主要成分有阻燃劑、增韌劑、偶聯(lián)劑、光穩(wěn)定劑等，其具有低收縮、抗紫外線、高模量、阻燃等優(yōu)點(diǎn)。對光纜進(jìn)行力學(xué)性能、阻燃性能和耐老化性能測試，PBT光纜均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。該光纜是一種性能優(yōu)異、適用環(huán)境強(qiáng)的耐候光纜。
2.5 紡織領(lǐng)域
由于PBT基本鏈節(jié)上的柔性部分較長使得PBT纖維表現(xiàn)出優(yōu)越的柔性和彈性，在室溫下的彈性與橡膠相當(dāng)，且彈性不受周圍環(huán)境影響，具有細(xì)密的立體卷曲，適用于彈性時(shí)裝（如彈力牛仔服）和彈性復(fù)合織物（如服裝用彈力紗）等高彈性且手感良好的紡織品的生產(chǎn)。
此外，PBT內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)松散，染料分子容易進(jìn)入使得PBT纖維染色性能好，且牢度好、色澤明艷，耐氯性好、價(jià)格低以及易加工，廣泛應(yīng)用于制造泳衣、運(yùn)動服和家居織物的填充物以及簇絨地毯等。PBT與PET組成的混紡織物拉伸彈性和壓縮彈性均較好，且彈性不受周圍環(huán)境溫度的變化，由于成本較低，可作為氨綸的替代品。
3、結(jié)論
針對PBT工程塑料在具體領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)表現(xiàn)的某些性能缺陷，已有幾種不同改性方式。通過填充、共混、制備納米復(fù)合材料等改性方式，使PBT具有優(yōu)良的高強(qiáng)度、高阻燃、低翹曲、低析出以及低介電性能，能夠滿足其在汽車、電子電器、光纖、紡織等領(lǐng)域的要求。
未來應(yīng)當(dāng)開發(fā)符合低碳環(huán)保以及各行業(yè)對材料高質(zhì)量要求的PBT材料。通過提升改性技術(shù)加快功能性PBT產(chǎn)品的開發(fā)，可綜合使用多種改性方案，避免單一改性方式帶來的弊端，開發(fā)高附加功能的PBT材料。重點(diǎn)拓展PBT材料在導(dǎo)熱、生物領(lǐng)域以及電磁屏蔽方面的應(yīng)用，使PBT材料能夠在越來越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。
參考資料：卜和安、劉世軍《PBT工程塑料改性的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用進(jìn)展》，塑料科技，2023.2.25
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