].1.4.1 概述
聚酯树脂是指分于主链上含有酯基的聚合物,它是由二元酸与元醇聚合而成的。依二元酸饱和与否,可将聚酯分为饱和聚酯和不饱合聚酯两种,饱和聚酯树脂是由饱和的二元酸与饱和的二元醇聚合而成的聚合物,属于一类线型热塑性树脂,称为热塑性聚酯树脂;不饱和聚酯树脂是由不饱和的二元酸同二元醇聚合而成的聚合物。属于一类热固性树脂,将在另一章中予以讨论.
热塑性聚酯树脂是继聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚之后的第五大工程塑料,种类很多,但目前已工业化生产且应用广泛的只有聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯。
聚对苯二甲酸乙二醇酯的英文名称为Polyethylene tereph-thalate。简称PET;聚对苯二甲酸丁二醇酯的英文名称为polybutylene terephthalate,简称PBT。虽然PET的综合性能优于PBT,单由于结晶速率慢,成型周期长,因此在工程应用领域受到限制,PBT在热塑性工程塑料中占主体地位。
PET是对苯二甲酸和乙二醇的缩聚产物,其结构通式为:
制备方法有直接酯化法和酯交换法两种.其中酯交换法最常用。PET既可以制成五色透明的无定形树脂,也可以制成白色不透明的结晶型树脂。PET是所有塑料中韧性最好的品种之一.其耐蠕变性,耐磨性、耐疲劳性、刚性、硬度都较好,耐低温性和耐光性均佳.且具有优异的透明性。透光率接近玻璃。PET的主要缺点是:高温时不耐水,耐电晕性差,耐热性不好,力学强度不高,但进行增强改性后,其力学强度可成倍提高。日前,PET除了用于生产纤维、膜制品(如录像带、录音带、色带、胶片及热收缩膜等)和用于饮料、化妆品等的吹塑瓶外,还通过增强改性等手段提高性能.已成为优良得工程塑料。
PBT是20世纪70年代开发的—种新型工程塑料,且由对苯二甲酸与二甲酸与丁二醇l,4聚合而成的聚合物,其结构通式为:
PBT的制备基本沿用工艺成熟的PET制备技术。PBT为白色不透明的树脂,纯PBT的力学性能一般.耐热性不好,但经玻璃纤维增强改性后,PBT的耐蠕变性、耐磨性都好,拉伸强度高于玻璃纤维增强的聚甲醛,且随温度升高下降不大,耐热温度可大幅度提高.PBT的用途很广,电子工业中用于制造耐热、电绝缘、耐有机溶剂以及力学强度高的零件,如电视机、收录机线圈骨架、高压包线等;增强PBT可用作电容器和继电器外壳、微电机换向器的转于支架、可变电阻器的耐热部件,电绝缘性良好的电位器以及选频电位器等,汽车工业中的耐冲击、耐摩擦的零件.如排气阀、齿轮、凸轮,挡板等。
1.1.4.2 结构与性能
(1)结构特点
热塑性聚酯的分子链可以看作是由柔顺的脂肪烃基、刚性的亚苯基和极性的酯基三部分组成。脂肪烃基赋予分子链一定的柔顺性;亚苯基是分子链上不能弯曲的刚性部分,它减小了分子链的柔顺性,降低了聚合物的溶解性和吸水性;酯基是极性基团,使分子链之间的作用力增加,且其与苯环形成了大共轭体系,因此更增加了分子链的刚性,但它易于水解而发生断裂,并影响聚合物的性能。
对PET来说,由于亚苯基和酯基对分子链刚性的影响超过脂肪烃基对分子链柔顺性的影响,因此,PET的分子链总体显示出较高的刚性,使PET的Tg和熔点较高,并具有较优异的力学性能。PET分子链上各基团排列整齐,大分子链规整,分子链上所有苯环几乎处于同—平面上,呈平面起伏状,不同分子链的凸凹部分相嵌,使聚合物的敛集密度较高。规整的分子链使聚合物可以结晶,但刚性的分子链又阻碍结晶过程,因此聚合物熔体冷却凝固时 的结晶速率较小,只能得到不太高的结晶度。
同PET相比,PBT脂肪烃基的长度大于PET,因此,柔顺的脂肪烃基对分子链的作用增强,从而导致PBT分子链的刚性比PET分子链的刚性小,故PBT的刚性、硬度、Tg和熔点都低于PET,但韧性优于PET,结晶速率也比PET快.由于PBT大分子具有规整结构和适当的柔顺性,因此,PBT容易形成结晶结构,而且结晶速率高。
(2)性能
热塑性聚酯是熔点较高的一类结晶性聚合物,具有优异的力学性能,较好的弹性、耐磨性和耐冲击性,吸水率低,尺寸稳定性佳,成型条件好,低摩擦,而且载荷下的耐蠕变性能好。PBT和PET由于两者分子链中的亚甲基个数不同,因此,物理、力学性能也有明显的差异.
①力学性能 PET具有较突出的强韧性,未增强的PET的主要应用形式是薄膜,其薄膜的拉伸强度比聚碳酸酯薄膜高3倍,比聚乙烯薄膜高9倍,可以与铝膜相媲美;其薄膜的冲击强度是其他塑料薄膜的3~5倍.此外,双轴取向可使PET薄膜的纵向和横向力学性能均得到提高,因此,双轴取向薄膜成为PET的重要产品。玻璃纤维增强后的PET具有优良的强度和刚性,承载能力较大,在载荷下得变形较小,长期受载时得耐蠕变性优。
未经增强的PBT的力学性能一般,但经玻璃纤维增强后,PBT的各种强度大大提高,增强效果超过聚甲醛、聚苯醚和聚碳酸酯等,也比湿态下的聚酰胺好.
②热性能 PET中柔软的脂肪烃基链段较短,分于链表现出较大的刚性,因而其Tg高(67~80℃),热变形温度高(63℃),熔点高(250~260℃),且具有长期耐热氧老化性能;PBT中柔软得脂肪烃基链段较长.分子链的柔顺性增加,因此,PBT的Tg、热变形温度、熔点、耐热性均比PET大幅度下降,
③结晶性能 PET的结晶温度为130一200℃,范围较宽,为了充分结晶,发挥其性能特长,需要在130一150℃的高温下加工;而PBT在40℃就开始结晶,因而60℃左右的模具温度一般就能满足要求高结晶性能的产品。
结晶状况决定热塑性聚酯的很多性能,如力学性能、收缩性能、气体阻隔性能、光学性能及其他一些物理性能所以提高PET的结晶速度.使其能在低于100℃的模具温度下模塑成型就成为PET工程塑料开发的关键技术。
④电性能 PET与PBT的介电性能十分相近,虽然分子链中极性的酯基对热塑性聚酯的电性能有不利影响,但其电性能仍然较优,并在高温及潮湿环境下仍能保持良好的电绝缘性能不变.且频率对电性能的影响也不大。
⑤化学性能 热塑性聚酯工程塑料呈结晶态结构,具有耐有机溶剂、耐药品和耐油性,耐热水性。虽然其分子中存在酯基,易受强酸、碱、水蒸气及高温水的侵蚀,但耐汽车燃料、润滑剂、洗涤剂,特别对电子零件用的洗涤剂不会产生应力开裂现象。PET可溶于三氟醋酸、甲酚、苯酚、氯代苯酚、苯酚/三氯乙烷等中;PBT耐醇、酯、醚类、脂肪烃、汽油润滑油,不耐浓酸、强碱、热水,PBT可溶于四氯乙烷和苯酚的混合物及氧代苯酚中,在苯及苯酚中也会膨润.
⑥加工性能 PET、PBT在熔融状态下的流变性接近于非牛顿型.因此,其熔体黏度对剪切速率比对温度更敏感,加工过程中提高剪切速率比升高温度更能有效地提高PET、PBT的加工流动性。PBT的加工流动性优于PET,特别适合于加工一些结构复杂或薄壁的制件。由于含有易水解的极性酯基,因此,加工前PET、PBT粒料必须进行干燥。干燥条件:PET一般为135℃下2—4h.PBT为1 20℃下3一6h,务必使粒料的含水量降至0.02%以下。PBT和PET都有较大的成型收缩率及其波动范围,且不同方向上的收缩率差别较大,玻璃纤维增强后其成型收缩率的绝对值较小。PET由于结晶温度较高,结晶速率较小,因此成型时需要较高的模具温度。PBT和PET均可用注射和挤出的方法成型,另外,PET还可采用中空吹塑的方法成型加工。 |