Разновидности инженерных пластиков. Полибутилентерефталат (PBT). Часть 6
Электрические и электронные компоненты, которые становятся все меньше и сложнее и имеют все большую функциональность, требуют высококачественных формовочных материалов. PBT является жестким, огнестойким и термостойким, имеет стабильность размеров и выдающиеся долговременные электрические характеристики. В некоторых случаях PBT заменяет термореактивные смолы, где требуются хорошие электрические свойства вместе с лучшей ударной вязкостью и легкой обработкой за более короткое время цикла с повторным использованием отходов.
Из-за своей высокой способности потока, которая позволяет PBT легко заполнять тонкие секции, и его простоте обработки, PBT легко используется в тонкостенных соединителях, катушках и деталях зажигания, которые требуют износостойкости, устойчивости к воспламеняемости и хорошего баланса прочности и электрического дугового сопротивления. Поэтому его также можно использовать в выключателях, реле, клеммных колодках, деталях и элементах ТВ и компьютеров (из ПБТ изготавливают, например, клавиатуры и корпуса ПК), телевизионных трансформаторах, патронах ламп и корпусах для электрических частей. Детали, отлитые из термопластов PBT, не чувствительны к влаге и сохраняют свои электрические свойства в широком диапазоне температур, их производительность поддерживается практически в любых условиях.
Незаполненные высоковязкие экструзионные марки также используются в защитных трубках из оптического волокна, моноволокнах и некоторых частях оболочки кабельных проводов. Смолы PBT широко используются для производства как наружных, так и внутренних автомобильных деталей. Автомобильные электрические и электронные компоненты множатся год от года, что обусловлено передовыми технологиями, связанными с улучшением удобства, экономией топлива и повышением безопасности. Автомобильные электрические компоненты должны функционировать в широком диапазоне температур, выдерживая удары, вибрацию и агрессивные химические среды. В автомобильных системах, таких как электрические блоки управления, антиблокировочные системы, системы зажигания, штекерные разъемы, а также системы подушек безопасности и управления двигателями, термопласты PBT широко используются для обеспечения высокой стабильности работы. PBT отличается высокой термостойкостью, хорошей стабильностью размеров, низким водопоглощением и высокой устойчивостью ко многим химическим веществам, в том числе таким как горюче-смазочные материалы.
Эти свойства сделали PBT незаменимым материалом во многих областях автомобильной электроники. В других важных автомобильных применениях смеси PBT удовлетворяли повышенным требованиям в отношении внешнего вида поверхности, низкотемпературной вязкости, сыпучести и свойств коробления. Автомобильные внешние детали, такие как дверные ручки, кожухи зеркал, оконные рамы и люки в крыше, должны иметь отличные свойства поверхности, особенно если они неокрашенные. Для больших наружных частей, таких как бамперы, используются модифицированные эластомером смеси PBT / PC из-за их внешнего вида и высоких ударных свойств. Применение PBT в автомобилестроении включает системы зеркал, компоненты тормозных блоков, корпуса и компоненты блоков ECU и блоков ABS, компоненты дверных замков, крышки и роторы распределителей, катушки зажигания, герметизацию датчиков, усиление заднего бампера, обрамление окон и конструкции фар.
Разновидности инженерных пластиков. Полибутилентерефталат (PBT). Часть 1
Полибутилентерефталатная (PBT) смола представляет собой полукристаллический термопластичный полиэфир, полученный из 1,4-бутандиола с терефталевой кислотой или диметилтерефталатом. Коммерческое производство соединения PBT для применения в конструкционных пластмассах было начато в США компанией Celanese в 1970 году и быстро росло, поскольку нашло применение в различных областях, преимущественно в автомобильной, электротехнической и электронной промышленности.
В качестве конструкционных термопластичных полиэфиров также производятся полиэтилентерефталатные (ПЭТ) соединения. Из-за быстрой кристаллизации и простоты обработки соединения PBT являются более популярными инженерными термопластами, чем другие сложные полиэфиры. Основное различие между PBT и другими промышленными полиэфирами заключается в его характеристиках быстрой кристаллизации. Эта способность очень быстро кристаллизоваться позволяет сократить время цикла во время литья под давлением, а полная кристаллизация во время литья приводит к высокой производительности. PBT известен своей высокой термостойкостью, жесткостью и твердостью, отличными электрическими свойствами и хорошей устойчивостью к воздействию окружающей среды. Смолы PBT представляют собой высокопроизводительные технические термопластики, которые могут использоваться в различных областях, чаще всего в функциональных компонентах и конструкционных деталях, которые формируются литьем под давлением. В дополнение к незаполненным чистым сортам ПБТ в продаже имеются модифицированные ударопрочными добавками, армированные стекловолокном, минеральными наполнителями, а также огнестойкие сорта и смеси на основе ПБТ. PBT можно адаптировать к различным применениям, смешивая его с другими компонентами (PBT / PC, PBT / PET, PBT / ABS).
Термопластичные смолы охватывают ряд таких, как PBT, PC, полиамид, полиацеталь и модифицированный PPO. Они могут быть классифицированы в соответствии с их кристаллическим состоянием: полукристаллические (PBT, полиамид и полиацеталь) и аморфные (PC и модифицированный PPO). Полукристаллические термопласты демонстрируют сбалансированные физические свойства, а также термическую и химическую стойкость. Среди полукристаллических конструкционных полимеров полиацетали проявляют самую высокую кристалличность, и эта структура показывает высокую жесткость, хорошее сопротивление ползучести и низкий коэффициент трения. Хотя полиацеталь обладает сбалансированными механическими свойствами, он показывает более низкую температуру плавления и легковоспламеняющуюся составляющую по сравнению с ПБТ и полиамидами. Основным отличием полиамида от ПБТ является скорость поглощения влаги. Более высокая скорость влагопоглощения полиамида неблагоприятна для некоторых применений, которые требуют высокой стабильности размеров. При низком влагопоглощении смола PBT обладает более устойчивыми характеристиками и демонстрирует незначительное изменение размеров, физических и электрических свойств в зависимости от факторов окружающей среды.
Полимер PBT получают реакцией поликонденсации между 1,4-бутандиолом и терефталевой кислотой (TPA) или 1,4-бутандиолом и диметилтерефталатом (DMT) в присутствии катализатора этерификации. Мономеры получают с помощью ряда различных коммерческих процессов. Терефталевая кислота, диметилтерефталат и 1,4-бутандиол получают из нефтехимического сырья, такого как параксилол и ацетилен. Полимеризация PBT требует двухстадийного процесса реакции. Первая стадия представляет собой реакцию этерификации 1,4-бутандиола с ТРА или реакцию переэтерификации 1,4-бутандиола с DMT (ДМТ) с образованием бис-гидроксибутилтерефталата BHBT (БГБТ). Когда на молекулу существует только одна терефталатная единица, образуется BHBT. Но в действительности на стадии переэтерификации образуется не только BHBT, но и ряд олигомеров, содержащих два или более терефталатных звеньев. В зависимости от молярного соотношения 1,4-бутандиола к DMT или TPA, загруженного в первую реакцию, относительные количества BHBT и его олигомеров могут быть изменены.
Разновидности инженерных пластиков. Полибутилентерефталат (PBT). Часть 5
Продолжаем рассказ о литье под давлением — эта технология является основной при производстве изделий из полибутилентерефталата. Давление следует поддерживать до тех пор, пока входные ворота полностью не «замерзнут». Как правило, для обеспечения однородности расплава и предотвращения чрезмерного нагрева при сдвиге рекомендуется более низкая скорость вращения шнека. Скорость шнека должна быть отрегулирована таким образом, чтобы время отвода шнека находилось в диапазоне от 70 до 80% от доступного времени охлаждения закрытой детали пресс-формы.
Противодавление улучшает однородность расплава и особенно полезно для получения хорошей эффективности смешивания при добавлении цветных концентратов. Чрезмерный нагрев трением из-за высокой скорости шнека и / или противодавления может привести к термическому разложению смолы или изменению цвета. Армированные стекловолокном марки PBT, высокие скорости шнека или высокое противодавление также могут вызвать разрыв волокна и снизить механические свойства формованных деталей. Поскольку существует множество различных сортов для конкретных применений, следует обратиться к рекомендуемым условиям обработки, предписанным для конкретных сортов. Если цикл впрыска прерывается дольше, чем на пару нормальных циклов, цилиндр следует продуть свежей смолой. Невыполнение продувки после таких прерываний может привести к повреждению деталей из-за термического разложения смолы. Это особенно важно в горячих формах коллекторов. Настоятельно рекомендуется продувать формовочную машину при переходе на другой тип смолы. В общем, лучшими продувочными материалами для термопластов PBT являются экструзионный полиэтилен высокой плотности и полистирол.
Если применение разрешает использование повторного измельчения, менее 20% измельченных материалов может быть добавлено в исходные гранулы после сушки без сильного снижения свойств. Но механические и термические свойства формованных деталей могут быть хуже, чем у свежего материала, из-за термического разложения или разрушения армированных наполнителей. Важно содержать детали в чистоте и избегать загрязнения другими материалами. Фактический уровень повторного использования должен быть определен для каждого конкретного приложения. PBT может быть экструдирован во множество применений, таких как пленка, лист, труба. Это может быть достигнуто с помощью коммерческих экструдеров, чей шнек имеет три различные характеристики, такие как зоны подачи, перехода и дозирования, с отношением длины к диаметру (L / D) не менее 24: 1. Зона подачи на заднем конце шнека действует как транспортер смолы из области бункера через нагреваемый цилиндр. Функция переходной зоны заключается в сжатии расплава, а ее длина должна составлять три-четыре оборота между подачей и дозирующей секцией.
Технотер (ПБТ)
Наполненные и модифицированные композиции на основе полибутилентерефталата (ПБТ) производятся НПП «ПОЛИПЛАСТИК» под торговой маркой «Технотер».
Применение полибутилентерефталата (ПБТ) и полимерных композиций на его основе активно развивается в последние 10 лет. Толчком для этого послужило их успешное использование в электротехнике и электронике. В материалах группы Технотер используются ценные качества матрицы (высокая механическая прочность, теплостойкость, отличные диэлектрические характеристики, в том числе при повышенных температурах и влажности, искростойкость, самая высокая среди термопластов стабильность размеров изделий, в том числе во влажной среде), которые, в комбинации с различными наполнителями и модификаторами, дают широкий выбор компаундов.
Базовые свойства
Технотер обладает высокой механической прочностью, теплостойкостью, отличными диэлектрическими характеристиками, в том числе, при повышенных температурах и влажности, искростойкостью, самой высокой среди термопластов стабильностью размеров изделий, в том числе, во влажной среде.
Применение
Технотер (полибутилентерефталат) применяют, прежде всего, в электротехнике и электронике, где часто возникает опасность образования трещин при напряжении в результате запрессовки металлической арматуры, в искроопасных зонах, а также для изготовления деталей бытовой техники, подвергающихся нагреву, прецизионных деталей. Детали из Технотера могут длительное время эксплуатироваться в моторном отсеке автомобиля.
Модификации
Модификация полибутилентерефталата (ПБТ) ведением в него стекловолокна, минеральных наполнителей и модифицирующих добавок позволяет существенно изменить свойства базового материала и придать композициям на его основе:
Температура длительного использования ПБТ без изменения механических и диэлектрических свойств составляет 120°С, для стеклонаполненного ПБТ до 155°С, кратковременно — до 210°С.
Переработка
Технотер перерабатывается методом литья под давлением на стандартных литьевых машинах. Материал быстро кристаллизуется, поэтому время цикла может быть очень коротким. Перед переработкой его необходимо сушить при температуре 110-120°С в течении 4-6 часов до влажности 0,02%. Толщина слоя не должна превышать 40 мм. Температура расплава 240-260°С. Температура формообразующей поверхности литьевой формы — 80-90°С.
Пластик pbt что это
Полибутилентерефталат представляет собой полиэфир, формула которого представлена ниже.
В отличие от полиамидов, у полибутилентерефталата, благодаря незначительному водопоглощению, сохраняются в условиях повышенной влажности высокие электроизоляционные и механические свойства. При длительном контакте с водой и водными растворами солей (напр., NaHCO3, Na2CO3, NaHSO3, KCl) полиэфир подвергается гидролитической деструкции: скорость процесса при комнатной температуре ничтожно мала, но возрастает при повышенных температурах (от 800C).
Так, в таблице ниже приведены некоторые свойства данного полимера.
Таблица 1
Физико-химические свойства полибутилентерефталата
Плотн. (при 23 0 C), г/см 3
Источник: Полиэфирные волокна, M., 1976, автор: Петухов Б.В.
Полибутилентерефталат растворим в смесях фенола с хлорированными алифатическими углеводородами, в м-крезоле. Не растворим в алифатических и перхлорированных углеводородах, спиртах, эфирах, жирах, растительных и минеральных маслах и различных видах моторного топлива. При 60˚C ограниченно стоек в разбавленныз кислотах и разбавленных щелочах, но разрушается в концентрированных минеральных кислотах и щелочах. По стойкости к действию химических реагентов и растрескиванию под напряжением превосходит поликарбонаты.
Для модифицирования свойств в полибутилентерефталат вводят (в кол-ве 2-80%) наполнители (стекловолокно, углеродное волокно, мел, BaSO4, тальк, графит и др.), антипирены (бромсодержащие органические вещества в сочетании с Sb2O3), полимеры (полиэтилентерефталат, поликарбонаты, термоэластопласты), красители.
Так, сравнительные свойства с другими инженерными термопластами приведены в нижеследующей таблице.
Таблица 2
Сравнительные свойства ПБТ с другими инженерными термопластами
Показатели
Литьевым полибутилентерефталатом и композиционными материалами на его основе заменяют металлы (цинк, бронзу, алюминий) и реактопласты в производстве деталей электротехнического (высоковольтные детали систем зажигания, штепсельные разъемы, держатели щеток, корпуса катушек реле и т.д.), конструкционного (например, корпуса, обоймы, шестерни, подшипники) и декоративного (детали отделки, жалюзи и др.) назначений в автомобилестроении, электротехнике, электронике, бытовой технике.
Из экструзионного полибутилентерефталата изготовляют пленки, стержни, трубки, профили, волокно.
Получение полибутилентерефталата
Бис-(4-Гидроксибутил)терефталат получают этерификацией терефталевой кислоты или переэтерификацией диметилтерефталата (этот метод преобладает в промышленности) 1,4-бутиленгликолем по схеме:
Свойства ПБТ в сравнении с другими конструкционными термопластами
Представим сравнительную таблицу свойств с другими конструкционными полимерами.
Физико-химические свойства ПБТ в сравнении с другими инженерными пластиками
Показатель
В отличие от полиамидов, у полибутилентерефталата, благодаря незначительному водопоглощению, сохраняются в условиях повышенной влажности высокие электроизоляционные и механические свойства. При длительном контакте с водой и водными растворами солей (напр., NaHCO3, Na2CO3, NaHSO3, KCl) полиэфир подвергается гидролитической деструкции: скорость процесса при комнатной температуре ничтожно мала, но возрастает при повышенных температурах (от 800C).
C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка полибутилентерефталата можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Анализ спроса на полибутилентерефталат в России».
Об авторе:
• Маркетинговые исследования
• Технико-экономическое обоснование
• Бизнес-планирование