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改性PBT常见问题及改善方法浅析

聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)具有优异的综合性能,如结晶度高、可快速成型、耐候性、摩擦系数低、热变形温度高、电气性质佳、力学性能优良、耐疲劳性、可以超声波焊接等。但其缺口冲击强度低、成型收缩率大、耐水解性差、易受卤化烃侵蚀,经玻纤增强后,因制品纵、横向收缩率不一致易使制品发生翘曲。

下面,简单的阐述了PBT改性中一些常见问题的原因和改善方法。

1.      缺口敏感性

原因:

     PBT分子中的苯环和酯基形成大的共轭体系,减小了分子链的柔曲性,使分子刚性增加,并且极性酯基、羰基的存在使分子间作用力增大,分子刚性进一步增强,从而韧性很差。

解决方法:

a) 聚合改性

     聚合改性就是通过共聚、接枝、嵌段、交联等手段在聚合过程中在PBT分子中引入新的柔性链段,使其具有良好的韧性。

b) 共混改性

     共混改性就是将改性剂或高冲击强度材料与PBT共混或复合,使其作为分散相分布在PBT基体中,利用两组分的部分相容性或适当的界面黏结作用,提高PBT的缺口冲击性能。如在PBT中添加反应性增容剂POE-g-GMA,通过GMAPBT的端羧基的原位增容反应,加强界面作用力,以达到增韧效果。

2.      PBT薄壁制品需要更高的流动性

1 薄壁电子元件

     在电子电器、汽车电子工业领域,组件更薄是趋势,这就要求材料需要更高的流动性,才能以尽可能小的相应浇注器械的填充压力或合模力来实现型模的填充。利用低黏度的热塑性聚酯组合物也常常能实现更短的循环周期。另外,良好的流动能力对于例如质量分数超过40%的玻璃纤维和/或矿物质的高填充热塑性聚酯组合物来说也是非常重要的。

改善方法:

     1.选择低分子量的PBT,但是分子质量降低会影响机械性能。

     2.借助流动促进剂如硬脂酸酯或褐煤酸酯,可以改善PBT流动性,但这类低分子质量酯会在产品加工和使用过程中渗出。

     3.对于需要增韧的PBT材料,增韧剂的加入一定会导致流动性下降,故而需要选择对流动性影响更小的增韧剂。

     4.加入具有特定结构的同类低分子聚酯,如CBTCBT是一种具有大环寡聚酯结构的功能性树脂,与PBT具有很好的相容性,极少的添加量,就可以大幅度提高树脂的流动性,而几乎不影响力学性能。

     5.加入纳米材料,理想分散的纳米材料在PBT中起到一种类似于内润滑的作用,可以提高PBT的流动性,但纳米填料的分散是共混改性过程中的一大难点。

3.      玻纤增强PBT材料容易翘曲

     原因:

      翘曲是材料不均匀收缩的结果。材料中组分的取向和结晶、注塑时采用不恰当的工艺条件、模具设计时浇口形状和位置不对、制品设计时壁厚厚薄不匀等都会造成制品的翘曲。PBT/GF复合材料的翘曲主要是玻纤在流动方向上的定向限制了树脂的收缩,PBT在玻纤周围的诱导结晶又强化了这种效果,使得制品的纵向(流动方向)收缩小于横向(与流动方向垂直的方向),这种不均匀收缩便导致了PBT/GF复合材料的翘曲。

     解决方法:

     一是加入矿物,利用矿物填料的形状对称性减轻玻纤取向造成的各向异性;

     二是加入非晶材料,降低PBT的结晶度,减少因结晶而造成的不均匀收缩,如加入ASA或者AS,但是它们与PBT相容性差,需要添加适当的相容剂;

     三是调整注塑工艺,如适当提高模具温度,适当增加注塑

PBT凭借其优良的综合性能在电子电器、汽车工业、机械、仪器仪表和家用电器等领域得到广泛应用。但是PBT本身存在的一些缺点,影响其使用,故而工业上均采用改性后的PBT。下面,继续阐述了PBT改性中一些常见问题产生原因和改善方法。

4.      玻纤增强PBT表面浮纤问题

原因:

   浮纤产生的原因比较复杂,简单说来,主要有以下几个方面

  (aPBT与玻纤相容性很差,导致二者无法有效的粘结在一起;

  (bPBT与玻纤的粘度差异很大,导致二者在流动过程中形成分离的趋势,当分离作用大于粘合力时就会发生脱离,玻纤浮向外层而外漏;

  (c)剪切力的存在,既会导致局部粘度有差异,又会破坏玻纤表面的界面层熔体粘度愈小,界面层受损,玻璃纤维受到的粘结力也愈小,当粘度小到一定程度时,玻璃纤维便会摆脱PBT树脂基体的束缚,逐渐向表面累积而外露。

  (d)模具温度影响。由于模具型面温度较低,质量轻冷凝快的玻璃纤维被瞬間冻结,若不能及时被熔体充分包围,就会外露而形成“浮纤”。

解决方法:

  (一)加入相容剂、分散剂和润滑剂,改善浮纤问题。如使用特殊表面处理的玻纤,或者加入相容剂(如:SOG,一种良流动PBT改性相容剂,)通过“桥梁”的作用,增加PBT与玻纤的粘结力。

  (二)优化成型工艺改善浮纤问题。较高的注塑温度和模具温度,较大的注塑压力和背压,较快的注塑速度,较低的螺杆转速,都可以一定程度改善浮纤问题。
PBT+GF表面浮纤     模具模垢现象

5.      玻纤增强PBT注塑过程易产生较多的模垢

原因:

   模垢产生是由材料的小分子含量过高或者材料的热稳定性较差引起的。PBT由于其寡聚物和小分子残留率通常在1%3%,相对与其他材料容易产生模垢。而在引入玻纤以后,更加明显。这将导致在连续加工过程中,需要定时清理模具,造成生产效率低下。

解决方法:

   (一)减少小分子助剂的添加量(如润滑剂、偶联剂等),尽量选择高分子助剂;

   (二)改善PBT的热稳定性,减少加工过程中热降解产生的小分子产物;

6.      PBT耐热水解性较差

原因:

   影响PBT水解的主要因素是端羧基浓度。由于PBT含有酯键,在高于其玻璃化转变温度的温度下置于水中会发生酯键断裂,水解形成的酸性环境使水解加速反应,性能急剧下降。

解决方法:

   (一)添加水解稳定剂,如碳化二亚胺,水解稳定剂会消耗水解产生的羧基,减缓PBT的酸性水解速度,提高PBT树脂的抗水解性。

   (二)通过封闭PBT端羧基的方法,降低端羧基浓度,提高PBT的抗水解性,如加入带环氧官能团的助剂(如SAG系列, 一种苯乙烯-丙烯腈-GMA的无规共聚物),通过官能团GMAPBT端羧基反应来封端,从而提高PBT的抗水解性。

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