PBT塑料和PET塑料結(jié)晶度的差異
來(lái)源：無(wú)錫市達(dá)塑凱新材料
PBT 和 PET 聚酯：結(jié)晶度的差異
為了正確理解 PET 和 PBT 之間的性能差異,我們需要比較蘋(píng)果和蘋(píng)果——每種聚合物的半結(jié)晶形式.
縮醛聚合物系列中不同化學(xué)物質(zhì)之間的異同.本月,我們將開(kāi)始對(duì)不同的市售聚酯（稱(chēng)為 PBT 和 PET）進(jìn)行類(lèi)似的比較.
多年前,在為定制注塑成型商工作時(shí),我與我們的一位客戶密切合作,將一系列零件從 30% 玻璃纖維增??強(qiáng) PBT 轉(zhuǎn)換為具有相同填料水平的 PET.
它作為材料在加工和性能水平上差異的實(shí)際應(yīng)用.
從根本上說(shuō),PET 和 PBT 的化學(xué)性質(zhì)很好相似.聚酯是通過(guò)酸（在這種情況下是對(duì)苯二甲酸）與醇反應(yīng)合成的.在 PBT 的情況下,醇通常被稱(chēng)為丁二醇,而在 PET 中,
它是乙二醇.因此,所得聚合物已知為聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯 (PBT) 和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 (PET).
通過(guò)檢查構(gòu)成聚合物鏈的重復(fù)單元的化學(xué)結(jié)構(gòu),可以很好地理解材料的差異,如圖 1 所示.使材料與眾不同的基本特征是酯基團(tuán),這使得它的名字來(lái)源于這個(gè)家族的材料.
其他聚合物如 PTT 和 PCT 也是該化學(xué)家族的成員,它們的這些結(jié)構(gòu)略有不同.
這種材料化學(xué)的另一個(gè)關(guān)鍵特征是六邊環(huán),它以規(guī)則的間隔出現(xiàn)在骨架中.該元素被稱(chēng)為苯環(huán)或更一般地稱(chēng)為芳環(huán),該元素為聚合物鏈提供剛度.
這會(huì)影響幾個(gè)重要的特性,包括玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,這是聚合物失去其承載特性的很大一部分的區(qū)域.
從化學(xué)結(jié)構(gòu)的二維渲染來(lái)看,這并不明白,但 3D 視圖會(huì)顯示,雖然聚合物鏈中的許多化學(xué)基團(tuán)投射到頁(yè)面中或投射出頁(yè)面,但芳環(huán)位于一個(gè)平面內(nèi).
它還限制了鏈中其他組旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)的自然趨勢(shì).這是該環(huán)形結(jié)構(gòu)的硬化結(jié)果的一部分.環(huán)的流動(dòng)性下降和體積大的特性也會(huì)影響聚合物在冷卻時(shí)結(jié)晶的能力.
PBT的芳環(huán)間距更大,比 PET 更有效地結(jié)晶.但 PET 如果成功結(jié)晶,則可提供很好的機(jī)械性能,包括強(qiáng)度、剛度和高溫性能.
大多數(shù)消費(fèi)者都熟悉裝有瓶裝水或軟飲料的容器中的 PET.這種類(lèi)型的 PET 是無(wú)定形的,旨在阻止結(jié)晶.如果瓶級(jí) PET 確實(shí)結(jié)晶,它會(huì)變得混濁,更重要的是,它會(huì)失去抗沖擊性.
因此,雖然您的汽車(chē)引擎蓋下可能有很多由結(jié)晶 PET 聚酯模制而成的零件,但它們會(huì)遇到高溫和腐蝕性化學(xué)環(huán)境；世上絕大多數(shù) PET 都用于包裝中,它是無(wú)定形的、未增加強(qiáng)度的,
無(wú)法處理如此嚴(yán)苛的環(huán)境.
我們將在本文第 2 部分討論的 PET 類(lèi)型是半結(jié)晶的,幾乎總是含有大量的玻璃纖維和/或礦物填料.然而,PBT 聚酯可以以填充和未填充的半結(jié)晶形式提供.
事實(shí)上,由于 PBT 的結(jié)晶速度比 PET 快,因此在正常加工條件下不可能生產(chǎn)出無(wú)定形的 PBT 部件.聚合物結(jié)晶足夠有效,以在其結(jié)構(gòu)中始終達(dá)到一定程度的組織.
酯基和芳環(huán)的剛度由丁烯基的柔韌性和流動(dòng)性平衡.但在 PET 中,較短的亞乙基使結(jié)晶度成為可選.如果我們快速冷卻,我們可以得到無(wú)定形 PET,如果我們緩慢冷卻,
我們可以得到半結(jié)晶 PET.
大多數(shù) PET 瓶都是從注塑成型的瓶坯開(kāi)始的.它們透明且堅(jiān)韌且壁相對(duì)較厚,以便在預(yù)制件重新加熱和拉伸以形成瓶子時(shí)使壁變薄.如果您曾在瓶子制造廠工作,
您就會(huì)知道,如果在預(yù)熱循環(huán)期間,瓶坯變得太熱,它們會(huì)變得混濁——這是結(jié)晶的跡象.（事實(shí)上??,如果您仔細(xì)觀察預(yù)制件的澆口區(qū)域,
您會(huì)發(fā)現(xiàn)該區(qū)域由于部件的該區(qū)域產(chǎn)生的額外熱量而產(chǎn)生少量霧霾）.如果您嘗試用這種混濁、部分結(jié)晶的材料吹制瓶子,則會(huì)下降沖擊性能.
如果結(jié)晶度足夠高,預(yù)制件甚至可能在吹制過(guò)程中破碎.所以訣竅是保持材料高于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,但低于其結(jié)晶溫度.該溫度窗口可能不會(huì)很寬,
該圖顯示了無(wú)定形 PET 聚酯的行為,這是一種未填充的透明材料,用于制造需要韌性和透明度但不需要承受高溫的零件.
當(dāng)材料從室溫開(kāi)始加熱時(shí),一個(gè)值得注意的事件是玻璃化轉(zhuǎn)變.這表現(xiàn)為材料熱含量的階躍變化,并且在該化合物中,該過(guò)程在 75 C (167 F) 下完成.
在這一點(diǎn)上,材料已經(jīng)失去了它在室溫下的剛性,變得柔軟而柔韌.隨著溫度升高,軟化聚合物的粘度會(huì)下降,直到溫度接近 110 C (230 F).
這是掃描基線開(kāi)始快速上升的溫度,75 C 和 110 C 之間的差距代表吹瓶的機(jī)會(huì)窗口.
我訪問(wèn)過(guò)的大多數(shù) PET 瓶廠的預(yù)熱溫度都在 100 C (212 F) 附近.一旦結(jié)晶過(guò)程開(kāi)始,材料開(kāi)始變渾濁.它也將開(kāi)始恢復(fù)在經(jīng)歷玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)失去的一些剛度.
如果此過(guò)程進(jìn)行得足夠遠(yuǎn),聚合物會(huì)在約 140 攝氏度（284 華氏度）下結(jié)晶.在這一點(diǎn)上,材料將變得不透明且易碎,并將保持這種狀態(tài),
直到晶體結(jié)構(gòu)在大約 245 攝氏度（473 華氏度）熔化.因此,PET 可以是無(wú)定形的或半結(jié)晶的,這取決于我們?nèi)绾螌?duì)待它.
但在正常的商業(yè)環(huán)境下,PBT 總是半結(jié)晶的.因此,為了正確理解 PET 和 PBT 之間的性能差異,我們需要將蘋(píng)果與蘋(píng)果進(jìn)行比較——每種聚合物的半結(jié)晶形式.
由于 PET 結(jié)晶很好緩慢,因此生產(chǎn)具有半結(jié)晶結(jié)構(gòu)的部件需要借助稱(chēng)為成核劑的化學(xué)品以及填料和增加強(qiáng)度材料的固體顆粒.
因此,商業(yè)半結(jié)晶 PET 聚酯總是以填充或增加強(qiáng)度形式出售,為了公平比較 PET 與 PBT 的性能,我們需要將材料與同等水平的相同類(lèi)型的填料進(jìn)行比較.
我們將在本次調(diào)查的第 2 部分進(jìn)行討論,并討論成型商在使用這兩種聚合物系列時(shí)會(huì)遇到的加工差異.
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