长理工刘洋

PBT的研究概述

聚对苯二甲酸丁二醇酯，英文名polybutylene terephthalate（简称PBT），属于聚酯系列，是由1.4-pbt丁二醇(1.4-Butylene glycol)与对苯二甲酸(PTA)或者对苯二甲酸酯(DMT)聚缩合而成，并经由混炼程序制成的乳白色半透明到不透明、结晶型热塑性聚酯树脂。与PET一起统称为热塑性聚酯，或饱和聚酯。

PBT最早是德国科学家P.Schlack于1942年研制而成，之后美国Celanese公司（现为Ticona）进行工业开发，并以Celanex商品名上市，于1970年以30%玻璃纤维增强塑料投放市场，商品名为X-917，后改为CELANEX。1971年Eastman公司推出了有玻璃纤增强琏和不增强的产品，商品名Tenite(PTMT)；同年GE公司也开发出同类产品，有不增强、增强和自熄性的三个品种。随后世界知名厂商德国BASF、Bayer、美国GE、Ticona，日本Toray、三菱化学，台湾新光合纤、长春人造树脂、南亚塑料等公司先后投入生产行列，全球生产厂商共计三十余家。

PBT为乳白色半透明到不透明、结晶型热塑性聚酯。具有高耐热性、韧性、耐疲劳性，自润滑、低摩 ccp PBT

擦系数，耐候性、吸水率低，仅为0.1%，在潮湿环境中仍保持各种物性（包括电性能），电绝缘性，但体积电阻、介电损耗大。耐热水、碱类、酸类、油类、但易受卤化烃侵蚀，耐水解性差，低温下可迅速结晶，成型性良好。缺点是缺口冲击强度低 ，成型收缩率大 。故大部分采用玻璃纤维增强或无机填充改性，其拉伸强度、弯曲强度可提高一倍以上，热变形温度也大幅提高。可以在140℃下长期工作，玻纤增强后制品纵、横向收缩率不一致，易使制品发生翘曲。

PBT又可称为热塑性聚酯塑料，为适用于不同加工业者使用，一般多少会加入添加剂，或与其它塑料掺混，随着添加物比例不同，可制造不同规格的产品。由于PBT具有耐热性、耐候性、耐药品性、电气特性佳、吸水性小、光泽良好，广泛应用于电子电器、汽车零件、机械、家用品等，而PBT产品又与PPS、PC、POM、PA等共称为五大泛用工程塑料。

PBT 结晶速度快，最适宜加工方法为注塑，其他方法还有挤出、吹塑、涂覆和各种二次加工成型，成型前需预干燥，水分含量要降至0.02%。PBT的聚合工艺成熟、成本较低，成型加工容易。未改性PBT性能不佳，实际应用要对PBT进行改性，其中，玻璃纤维增强改性牌号占PBT的70%以上PBT具有明显的熔点，

熔点为225～235℃，是结晶型材料，结晶度可达40%。

PBT熔体的粘度受温度的影响不如剪切应力那么大，因此，在注塑中，注射压力对PBT熔体流动性影响是明显。

PBT在熔融状态下流动性好，粘度低，仅次于尼龙，在成型易发生“流延”现象。

PBT成型制品各向异性。PBT在高温下遇水易降解。

聚对苯二甲酸丁二酯( PBT) 属结晶型热塑性聚酯，具有较高的耐热性、韧性、耐疲劳性、自润滑性、耐磨性、耐候性、耐化学药品性等性能，并且在低温下可迅速结晶，具有良好的加工成型性，同时其吸水率低，仅为0.1%在潮湿环境中仍能保持各种物性( 包括电性能)，因此，PBT 的应用范围非常广泛。

PBT 缺点是力学性能不突出，拉伸强度、弯曲强度和冲击强度偏低; 其线性膨胀系数较大成型收缩率也大，尺寸稳定性相对较差，易翘曲，影响制品外观，这些缺点一定程度上限制了PBT 作为工程塑料的应用。

在PBT 中加入经表面处理剂涂覆的短切玻璃纤维，发现加入短切玻璃纤维的PBT 制品尺寸稳定性增加，力学性能有大幅提高，且制品颜色更好。

1 实验部分 1．1 原材料

PBT: L2100，江苏仪征化纤股份有限公司;短切玻璃纤维: 534A、534W，巨石集团有限公司。

1． 2 仪器和设备

双螺杆挤出机: ZE25 型挤出机，德国Berstoff 公司;注塑机: S－000i00A 型，日本Fanuc 公司;万能材料试验机: Z050 型，德国Zwick 公司;冲击试验机: 6956．000 型，意大利Ceast 公司;分光光度计: X－rite8200 型，爱色丽( 亚太) 有限公司;切粒机: 自制;数显游标卡尺: 500－147 型，日本三丰公司。

1． 3 试样制备

534A 和534W 是通过无碱池窑拉丝，在表面涂覆两种不同表面处理剂a和b( b在a的基础上改进，使制品颜色更白)的短切玻璃纤维。通过挤出机将534A、534W分别和PBT树脂按比例挤出复合，经切粒机切成长度为3.0～3.5 mm的粒子，烘干后再经注塑机注塑成试样，然后将试样在温室环境下放置24h后测试性

能。挤出和注塑工艺参数见表1。

表1 挤出和注塑工艺参数

项目 挤出温度/℃ 螺杆转速/r·min 1#喂料速度/kg·h 2#喂料速度/kg·h 1． 4 性能测试

力学性能测试环境为: 温度23℃，湿度65%。拉伸性能按ISO 527 － 1996 测试; 弯曲性能按ISO178 － 2003 测试; 冲击强度按ISO 179 － 2000 测试;玻纤含量按GB /T 2577 －2005 测试。色板颜色采用分光光度计测试。样板尺寸测试: 采用游标卡尺分别测量50 组相同注塑条件试样的宽、厚。

2 结果与讨论

2． 1 短切玻璃纤维对PBT 力学性能的影响

研究表明，加入短切玻璃纤维后PBT 的力学性能显著提高，而且随着短切玻璃纤维含量增大，其力学性能逐渐上升。从表2 可以发现， 534A 与PBT 复合后，PBT 的力学性能大幅度提高，534A 质量分数30%时材料的拉伸强度和弯曲强度比纯PBT 提高120%以上，冲击强度提高70%以上，缺口冲击强度是原来的2倍。这表明在表面处理剂的作用下短切玻璃纤维和PBT树脂相互结合产生强作用力，有效提高PBT的力学性能。同时随着短切玻璃纤维含量的升高，材料的力学性能逐步提高，在短切玻璃纤维质量分数30%之内，力学性能与短切玻璃纤维含量近似成正比，各强度与玻璃纤维含量的关系见图1 ～ 4图

表2 534A 含量对PBT 力学性能的影响

项目 拉伸强度/MPa 拉伸弹性模量/GPa 断裂伸长率/% 弯曲强度/MPa 534A质量分数/%0 0 55.5 2.7 8.6 89.2 10 80.2 4.9 6.2 127.7 20 109.4 7.4 4.8 162.1 30 126.5 9.3 3.1 200.6 参数 210～245 300 11 5 项目 注塑温度/℃ 注塑压力/MPa 模具温度/℃ 0 参数 235～245 80～82 80～90 0

弯曲弹性模量/GPa 冲击强度/kJ·m2 缺口冲击强度/kJ·m2

2.4 35.2 5.5 4.6 42.5 7.1 7.0 50.8 9.4 8.5 61.5 11.1

图4 玻璃纤维含量对制品缺口冲击强度的影响

2． 2 短切玻璃纤维对PBT 颜色的影响

短切玻璃纤维在提高PBT力学性能的同时，会对其颜色造成一定的影响，使亮值变低，值和黄值升高，制品的色泽变差。究其原因，一方面是玻璃纤维本身带有颜色(淡绿色);另一方面是涂覆在短切玻璃纤维表面的处理剂在高温加工过程中会引起氧化而黄变。这两方面的因素致使改性PBT 的颜色较纯PBT 差。

表3 纯PBT、玻璃纤维增强PBT 色板的颜色测试数据

项目 L(明度值) a(+红/－绿) b(+黄/－蓝) 纯PBT 89.7 0.2 3.6 534A增强PBT 88.2 －0.9 5.3 534增强PBT 89.6 －0.1 3.8 由表3可知，加入534A 后色板颜色比纯PBT色板暗而黄，制品外观变差; 而534W 与PBT 复合后，色板颜色与纯PBT 色板颜色十分接近，相比534A 黄绿值大幅下降，因此534W 白。534W 采用增白型表面处理剂，在修复玻璃纤维表面起“架桥”作用的同时又产生增白效果使得复合后的PBT制品在颜色方面具有亮白效果。由此可见表面处理可以改善短切玻璃纤维与PBT 复合后的颜色。

2． 3 短切玻璃纤维对PBT 试样尺寸的影响对纯PBT和534A与PBT复合后的试样尺寸进行测试比较，共测试50组试样，取平均值，结果见表4。

表4 试样尺寸大小

项目 宽/mm 厚/mm 注塑模具 10.00 3.88 纯PBT 9.91 3.84 534A增强PBT 9.99 3.87 由表4可看出，纯PBT注塑后试样的尺寸有所缩减，且稳定性不高; 加入30% 短切玻璃维后，试样尺寸与模具尺寸相当，试样尺寸稳定性高。短切玻璃纤维与PBT 复合后使收缩率变小，可解决PBT因收缩率大造成的应用领域受限制问题。

3 结语

经过表面处理剂涂覆的短切玻璃纤维与PBT复合后，PBT 的力学性能有大幅度提高，制品颜色增白，同时试样收缩率减小，尺寸稳定性增加，大大提高PBT 的综合性能，拓宽PBT 的应用领域。