Polybutylene terephthalate (PBT) في كل مكان ، من سيارتك إلى الإلكترونيات. ولكن ما هو بالضبط؟ تنتمي هذا البلاستيك الحراري في الهندسة شبه البلورية إلى عائلة البوليستر ويوفر توازنًا في القوة والمتانة.
في هذا المنشور ، سنستكشف ما الذي يجعل PBT فريدة من نوعها ، وخصائصه ، وطرق المعالجة ، وكيفية استخدامها عبر الصناعات مثل السيارات والإلكترونيات.
ما هو polybutylene terephthalate (PBT)؟
polybutylene terephthalate (PBT) هو لاعب حراري شبه بلوري في عائلة البوليستر. تشتهر بقوته ومرونته ومقاومة المواد الكيميائية. بسبب هذه الخصائص ، يستخدم PBT على نطاق واسع في التطبيقات الإلكترونية والإلكترونيات والتطبيقات الصناعية.
التركيب الكيميائي وهيكل PBT
يتم تمثيل التركيب الكيميائي لـ PBT بواسطة الصيغة (C12H12O4) n. يتكون البوليمر من سلاسل طويلة تتشكل من خلال روابط استر. توفر هذه الروابط المادة مع المتانة والمقاومة الحرارية ، مما يجعلها مثالية للبيئات الصعبة. يوفر هيكله شبه البلوري الاستقرار الأبعاد ، مما يعني أنه يحتفظ شكله حتى تحت الضغط.
التركيب الجزيئي للبيوتيلين تيريفثاليت
تتضمن المكونات الرئيسية:
تخليق PBT
يتضمن إنتاج PBT تفاعلًا متعدد التكثيف بين ثنائي ميثيل تيريفثاليت (DMT) أو حمض تيريفثاليك (TPA) و 1،4-butanediol (BDO).
مواد خام:
يبدأ التوليف برد فعل الإستر ، حيث يتفاعل BDO مع DMT أو TPA. عند استخدام DMT ، يتم إنتاج الميثانول كمنتج ثانوي. مع TPA ، يتم إطلاق الماء. يزيل التفاعل التالي BDO الزائد ، مما يؤدي إلى تكوين سلاسل البوليمر الطويلة من خلال تفاعلات التكثيف.
المعادلات الكيميائية:
رد فعل DMT:
رد فعل TPA:
تحدث هذه التفاعلات في درجات حرارة عالية ، عادة ما بين 230 درجة مئوية و 250 درجة مئوية ، وتحت ظروف الفراغ. يمكن أيضًا استخدام المحفزات لتسريع التفاعل وضمان أوزان جزيئية أعلى.
| نوع التفاعل | للمنتج الثانوي | نوع التفاعل |
| DMT مع BDO | الميثانول | 230-250 درجة مئوية ، فراغ |
| TPA مع BDO | ماء | 230-250 درجة مئوية ، فراغ |
تعتبر عملية التكثيف المتعدد هذه المفتاح لتشكيل سلاسل البوليمر المتينة المقاومة للحرارة التي تحدد PBT.
PBT كعضو في عائلة البوليستر
كبوليستر ، يشارك PBT أوجه التشابه مع البوليستر الأخرى مثل polyethylene terephthalate (PET) . ومع ذلك ، فإنه يميز نفسه من خلال معدل التبلور الأسرع وانخفاض درجات حرارة المعالجة. هذا يتيح أن يتم تشكيله في أشكال معقدة بسهولة. بالمقارنة مع البوليستر الأخرى ، فإن PBT لها خصائص ميكانيكية متفوقة ومقاومة كيميائية ممتازة ، مما يجعلها مثالية للأجزاء المعرضة للزيوت والوقود ودرجات الحرارة العالية.
خصائص PBT
يعرض PBT مجموعة فريدة من الخصائص التي تجعلها مناسبة لمختلف التطبيقات. دعونا نلقي نظرة فاحصة على خصائصها الرئيسية.
| نوع خاصية | الخاصية | تفاصيل |
| الخصائص الفيزيائية | كثافة | 1.31 جم/سم 3 ؛ |
| الحد من مؤشر الأكسجين | 25 ٪ |
| امتصاص الرطوبة (24 ساعة) | 0.08 ٪ -0.1 ٪ |
| الاستقرار الأبعاد | ممتاز |
| مقاومة الأشعة فوق البنفسجية | جيد |
| الخصائص الميكانيكية | قوة الشد | 40-50 ميجا باسكال |
| معامل الانثناء | 2-4 GPA |
| استطالة عند الاستراحة | 5-300 ٪ |
| مقاومة زحف | عالية في درجات حرارة مرتفعة |
| الخصائص الحرارية | درجة حرارة انحراف الحرارة (HDT) | 115-150 درجة مئوية (عند 0.46 ميجا باسكال) ؛ 50-85 درجة مئوية (عند 1.8 ميجا باسكال) |
| الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المستمرة | 80-140 درجة مئوية |
| مقاومة الحريق | متوفر في الدرجات المقاومة للهب |
| معامل التمدد الحراري | 6-10 × 10⁻⁵/درجة مئوية |
| الخصائص الكهربائية | القوة العازلة | 15-30 كيلو فولت/مم |
| ثابت العزل الكهربائي @ 1 كيلو هرتز | 2.9-4 |
| مقاومة الحجم | 14-17 × 10⊃1 ؛ ⁵ OHM.CM |
| المقاومة الكيميائية | مقاومة المواد الكيميائية | مقاومة قوية للأحماض المخففة والكحول والهيدروكربونات والمذيبات والزيوت |
| الأشعة فوق البنفسجية ومقاومة وصمة عار | عالي |
| مقاومة المذيبات العضوية والزيوت | ممتاز |
الخصائص الفيزيائية
يوفر PBT ثباتًا ممتازًا للأبعاد ، حتى في ظل الظروف البيئية المختلفة. لديها امتصاص رطوبة منخفضة ، وعادة ما يكون حوالي 0.1 ٪ بعد 24 ساعة من الانغماس.
يساهم امتصاص الرطوبة المنخفضة في متانته تحت الإجهاد الحراري والبيئات الكيميائية القاسية. يمكن لـ PBT الحفاظ على شكله وأدائه في المواقف الصعبة.
الخصائص الميكانيكية
يضم PBT القوة العالية والصلابة والتصلب. فيما يلي بعض المؤشرات الكمية:
| العقار | قيمة |
| قوة الشد | 50-60 ميجا باسكال |
| معامل الانثناء | 2.3-2.8 GPA |
| استطالة عند الاستراحة | 50-300 ٪ |
PBT يعرض أيضا قوة تأثير عملية جيدة. يمكن أن تحمل الأحمال المفاجئة دون تكسير أو كسر.
ميزة أخرى مهمة هي مقاومة الزحف. يمكن لـ PBT الحفاظ على شكله تحت الضغط المستمر ، حتى في درجات حرارة مرتفعة.
الخصائص الحرارية
PBT لديه درجة حرارة انحراف عالية الحرارة (HDT) مقارنة بالعديد من المواد البلاستيكية الهندسية الأخرى. على سبيل المثال ، عند حمولة 1.8 ميجا باسكال ، يبلغ HDT حوالي 60 درجة مئوية ، بينما البولي بروبيلين هو 50 درجة مئوية فقط.
كما أن لديها تصنيف مؤشر درجة حرارة عالية ، مما يشير إلى قدرته على الاحتفاظ بالخصائص في درجات حرارة مرتفعة. يمكن لـ PBT تحمل الرحلات الحرارية قصيرة الأجل والتعرض للحرارة على المدى الطويل دون تدهور كبير.
الخصائص الكهربائية
يوفر PBT مقاومة كهربائية عالية وقوة عازلة. هذه الخصائص تجعلها مثالية لعزل المكونات الكهربائية.
إنه يحمي من التفريغ والتسرب والانهيار في دوائر الطاقة. إن فقدان عازلة PBT المنخفض أيضًا يجعله مناسبًا للتطبيقات الإلكترونية عالية التردد.
المقاومة الكيميائية
يعرض PBT مقاومة لمجموعة واسعة من المواد الكيميائية ، بما في ذلك:
الأحماض المخففة
كحول
الهيدروكربونات
المذيبات العطرية
الزيوت والشفى
هذه المقاومة الكيميائية تجعل PBT مناسبة للأجزاء المعرضة للمذيبات العضوية والبنزين والزيوت. يمكن أن تحافظ على سلامتها في البيئات العدوانية كيميائيا.
يقدم PBT أيضًا مقاومة للأشعة فوق البنفسجية جيدة ، مما يمنع التدهور من التعرض لأشعة الشمس. تعزز مقاومتها وصمة عار المتانة والجاذبية الجمالية.
أنواع وتعديلات PBT
درجات PBT غير مملوءة
درجات PBT غير المملوءة هي الشكل الأساسي للمادة دون أي إضافات. أنها توفر ميزان الخصائص مناسبة للعديد من التطبيقات.
تأتي هذه الدرجات في مجموعة من اللزوجة الذائبة ، مما يوفر مرونة المعالجة في صب الحقن والبثق.
ألياف زجاجية تعزز PBT
PBT الألياف الزجاجية PBT هو تعديل شعبي. إضافة الألياف الزجاجية تعزز بشكل كبير الخواص الميكانيكية للمادة.
يمكن أن تزداد قوة الشد ، والمعامل الانثناء ، وقوة الضغط بمقدار 2 إلى 3 مرات مقارنة بالدرجات غير المعبأة. وهذا يجعل الألياف الزجاجية PBT مثالية للتطبيقات الهيكلية.
يمكن أن يختلف محتوى الألياف ، ويتراوح عادة من 10 ٪ إلى 50 ٪. يؤدي محتوى الألياف الأعلى إلى زيادة قوة وتصلب ولكن أقل من ليونة.
مملوءة المعادن PBT
يمكن إضافة مواد الحشو المعدنية ، مثل التلك وكربونات الكالسيوم ، إلى PBT. هذه الحشو تعمل على تحسين الاستقرار الأبعاد وتقليل الانكماش أثناء القولبة.
توفر درجات PBT المملوءة بالمعادن تصلبًا ومقاومة للحرارة مقارنة بالدرجات غير المعبأة. ومع ذلك ، قد تقل قوة التأثير قليلاً.
لهب محاكة PBT
يعد PBT-Tardant PBT أمرًا بالغ الأهمية للتطبيقات ذات المتطلبات الصارمة للسلامة من الحرائق. يمكن استخدام العديد من مثبطات اللهب ، ولكل منها فوائدها وعيوبها.
تعتبر مثبطات اللهب المليئة بالهالوجين ، مثل المركبات المبردة ، فعالة ولكنها قد تواجه مخاوف بيئية. تكتسب البدائل غير المدمجة ، مثل إضافات الفوسفور ، شعبية.
لا يؤثر اختيار مثبطات اللهب ليس فقط على أداء الحريق ولكن أيضًا خصائص أخرى مثل القوة الميكانيكية ومقاومة الحرارة والعزل الكهربائي.
PBT المعدلة
يتم استخدام تعديل التأثير لتحسين صلابة وليونة PBT. المعدلات الأكثر شيوعًا هي المرنة ، مثل:
تشكل هذه المعدلات مرحلة مطاطية منفصلة داخل مصفوفة PBT. أنها تمتص الطاقة أثناء التأثير ، ومنع بدء الكراك والانتشار.
يمكن زيادة قوة التأثير بشكل كبير ، خاصة في درجات الحرارة المنخفضة. ومع ذلك ، قد تتعرض المعامل ومقاومة الحرارة للخطر قليلاً.
تعديلات أخرى
يمكن أن تخضع PBT تعديلات أخرى مختلفة لتلبية متطلبات محددة:
يمكن إضافة مثبتات الأشعة فوق البنفسجية لتحسين مقاومة ضوء الشمس والتجوية.
يمكن دمج زيوت التشحيم ، مثل PTFE أو السيليكون ، لتقليل الاحتكاك والارتداء.
يتوفر PBT من الدرجة الغذائية للتطبيقات على اتصال مع الطعام والمشروبات.
يمكن استخدام العوامل المضادة للاتحاد لتبديد الشحنات الثابتة في التطبيقات الإلكترونية.
يمكن إضافة تلوينات وأصباغ لأغراض جمالية.
يلخص الجدول أدناه التأثيرات الرئيسية للتعديلات المختلفة على خصائص PBT:
| التعديل | قوة | تصلب | يؤثر على | مقاومة الحرارة | ثبات |
| الألياف الزجاجية | ↑ | ↑ | ↓ | ↑ | ↑ |
| حشو المعادن | ↑ | ↑ | ↓ | ↑ | ↑ |
| مثبطات اللهب | ↓ | ↓ | ↓ | ↓ | ↓ |
| تأثير المعدل | ↓ | ↓ | ↑ | ↓ | ↓ |
تقنيات المعالجة لـ PBT
PBT هي مادة لدائن حرارية يمكن معالجتها باستخدام تقنيات مختلفة. دعنا نستكشف الأساليب الأكثر شيوعًا والمعلمات الرئيسية.
صب الحقن
صب الحقن هو الطريقة الأكثر شيوعا المستخدمة لمعالجة PBT. يتم تسخين المادة إلى درجة حرارة الذوبان بين 230 درجة مئوية و 270 درجة مئوية . ثم يتم حقنها في قالب يتم الحفاظ عليه عند 40-80 درجة مئوية تحت الضغط العالي (عادة 100-140 ميجا باسكال ). تحسين معلمات المعالجة - مثل درجة حرارة الذوبان وضغط الحقن - يؤثر على جودة جزء أفضل ويقلل من العيوب مثل تزييف أو علامات بالوعة.
| المعلمة | النطاق الأمثل |
| تذوب درجة الحرارة | 230-270 درجة مئوية |
| درجة حرارة العفن | 40-80 درجة مئوية |
| ضغط الحقن | 100-140 ميجا باسكال |
البثق
البثق هو تقنية أخرى تستخدم على نطاق واسع لإنتاج منتجات شبه مصممة مثل الأوراق والقضبان والملفات الشخصية. أثناء البثق ، يتم ذوبان PBT وإجباره من خلال يموت ، مع التحكم في درجة حرارة الذوبان بين 230 درجة مئوية و 250 درجة مئوية . الحفاظ على اليمنى سرعة المسمار ومعدل التبريد أمر ضروري لدقة الأبعاد.
| المعلمة البثق | القيمة المثلى |
| تذوب درجة الحرارة | 230-250 درجة مئوية |
| سرعة المسمار | تعديل بناء على الإخراج |
تهب القولبة
يستخدم صب الضرب لصنع أجزاء مجوفة مثل الزجاجات أو الحاويات. في هذه العملية ، يتم بثق PBT في أنبوب ، يسمى باريسون ، ثم يتم تفجير الهواء فيه لتشكيل الشكل. تلعب درجة الحرارة وضغط الهواء أدوارًا رئيسية في ضمان منتج ناعم وموحد.
| المعلمة | تطبيق |
| تذوب درجة الحرارة | 230-250 درجة مئوية |
| ضغط الهواء | مُحسّن للأجزاء المجوفة |
صب الضغط
يتضمن صب الضغط وضع PBT في قالب ساخن وضغطه تحت الضغط. عادة ما تستخدم هذه الطريقة للأجزاء الكبيرة أو الكثيفة الجدران . إنه مثالي للتطبيقات التي تتطلب مكونات قوية ودائمة تحتاج إلى الاحتفاظ بالشكل الدقيق.
معلمات المعالجة النموذجية لعلم ضغط PBT هي:
درجة حرارة الذوبان: 230 درجة مئوية إلى 250 درجة مئوية
درجة حرارة القالب: 150 درجة مئوية إلى 180 درجة مئوية
ضغط الضغط: من 10 إلى 50 ميجا باسكال
طباعة ثلاثية الأبعاد مع PBT
على الرغم من أنه أقل شيوعًا ، إلا أنه يمكن معالجة PBT باستخدام تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد مثل تصنيع خيوط تنصهر (FFF) أو تلبيد الليزر الانتقائي (SLS). إنه مناسب لإنتاج أجزاء معقدة ومتينة ذات قوة عالية. يضمن تحسين إعدادات الطباعة مثل درجة حرارة البثق وسرعة الطباعة الطبقات السلسة والتصاق القوي. تأثير
| معلمة الطباعة ثلاثية الأبعاد | على الجودة |
| درجة حرارة البثق | يؤثر على ترابط الطبقة |
| سرعة الطباعة | يتحكم في الدقة |
تطبيقات PBT
يجد PBT استخدامه في مجموعة واسعة من الصناعات بسبب خصائصها الممتازة. دعنا نستكشف بعض مجالات التطبيق الرئيسية.
صناعة السيارات
يستخدم PBT على نطاق واسع في صناعة السيارات بسبب متانتها ومقاومة الحرارة والمقاومة الكيميائية. إنه مثالي للمكونات مثل المصدات , ألواح جسم , أجزاء محرك ، ومكونات الإرسال . على سبيل المثال ، تم العثور على PBT بشكل شائع في تروس محرك النافذة , علب ، ونوافذ الرادياتير ، حيث توفر أداءً ممتازًا في البيئات القاسية.
| Automotive Part | PBT Application |
| مصدات | مقاومة التأثير والمرونة |
| أجزاء المحرك | العزل الكهربائي والمتانة |
| مكونات الإرسال | المقاومة الكيميائية للزيوت |
الأجهزة الإلكترونيات والأجهزة الكهربائية
في قطاع الإلكترونيات ، يتم تقدير PBT لخصائص العزل الكهربائية . يتم استخدامه في موصلات , مراوح التبريد ، والمحولات ، وضمان السلامة والمتانة. تعد PBT أيضًا مادة شائعة في الإلكترونيات الاستهلاكية والأجهزة المنزلية مثل الثلاجات والغسالات ، حيث توفر كل من القوة الميكانيكية والاستقرار الحراري.
| المكون الإلكتروني | استخدام PBT |
| الموصلات | العزل الكهربائي |
| مراوح التبريد | مقاومة الحرارة |
| المحولات والمرحلات | مساكن متينة ، إدارة الحرارة |
السلع الاستهلاكية
في السلع الاستهلاكية ، يوجد PBT عادة في الأدوات المنزلية مثل مكونات نظافة الفراغ وأجزاء صانع القهوة . كما تجعل قوتها ومتانتها خيارًا مثاليًا للسلع الرياضية ، بما في ذلك باطن التزلج على الجليد ومقلبات تدريبات الطاقة.
الأجهزة الطبية
توافق PBT الحيوي والمقاومة الكيميائية يجعلها مناسبة للأجهزة الطبية . غالبًا ما يتم استخدامه في الأدوات الجراحية , لزراعة العظام ، والمعدات الطبية التي تتطلب مواد دقيقة ودائمة وصحية. يضمن امتصاص الرطوبة المنخفضة الموثوقية على المدى الطويل في البيئات الطبية. دور
| الجهاز الطبي | PBT |
| الأدوات الجراحية | المتانة والتوافق الحيوي |
| يزرع العظام | المقاومة الكيميائية والاستقرار |
السباكة والتعامل مع السوائل
في أنظمة السباكة والسوائل معالجة ، يتم استخدام PBT الصمامات , لتجهيزات ، ومضخات مضخة . إن مقاومتها للمواد الكيميائية ، وامتصاص الرطوبة المنخفض ، والمتانة العالية تجعلها مثالية للمكونات المعرضة للمياه والزيوت وعوامل التنظيف.
| مكون السباكة | استخدام PBT |
| الصمامات والتجهيزات | المقاومة الكيميائية |
| مضخة مدافع | المتانة تحت التعرض للسوائل |
الآلات الصناعية
يلعب PBT دورًا مهمًا في الآلات الصناعية ، حيث يتم استخدامه لتصنيع المحامل , التروس , كاميرات ، والبكرات . تستفيد هذه المكونات من من PBT الاحتكاك المنخفضة , مقاومة ارتداء ، والقوة الميكانيكية العالية.
| PBT تطبيق PBT | تطبيق |
| المحامل والتروس | ارتداء المقاومة ، احتكاك منخفض |
| بكرات وكاميرات | المتانة والدقة |
معدات معالجة الأغذية
يتم استخدام PBT في تطبيقات الدرجة الغذائية بسبب امتثالها للوائح FDA . غالبًا ما توجد في شفرات , معالجة الأطعمة للأحزمة الناقلة ، وغيرها من الآلات التي تتعامل مع الطعام. مقاومة PBT لعوامل الرطوبة وعوامل التنظيف تجعلها مثالية لمعدات معالجة الأغذية الصحية والموثوقة.
| عنصر معالجة الأغذية | استخدام PBT |
| أحزمة النقل | امتثال FDA ، مقاومة الرطوبة |
| شفرات معالجة الأغذية | المتانة والنظافة |
مزايا وعيوب PBT
مثل أي مادة ، PBT لديها نقاط القوة والقيود.
المزايا
تقدم PBT العديد من المزايا الرئيسية عبر صناعات متعددة ، مما يجعلها خيارًا شائعًا للتطبيقات عالية الأداء.
الخصائص الميكانيكية الممتازة والاستقرار الأبعاد
PBT يتميز عالية القوة , بصياغة ، وتصلب ، مما يجعلها متينة تحت الضغط الميكانيكي. يحافظ على الاستقرار الأبعاد ، حتى في ظل ظروف بيئية متفاوتة ، مما يضمن الاحتفاظ بالمكونات شكلها.
المقاومة الكيميائية عالية وارتداء المقاومة
PBT يقاوم مجموعة واسعة من المواد الكيميائية ، بما في ذلك المذيبات , الوقود ، والزيوت . مقاومة التآكل تجعلها مناسبة لنقل الأجزاء مثل التروس ، حيث يكون الحد من الاحتكاك ضروريًا.
عزل كهربائي جيد
يتفوق هذا البوليمر في العزل الكهربائي ، مع قوة عازلة عالية وفقدان عازلة منخفضة . إنه يمنع تسرب الطاقة ويستخدم على نطاق واسع في المكونات الإلكترونيات والكهربائية.
امتصاص الرطوبة المنخفض ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية
مع امتصاص الرطوبة المنخفض ، يحافظ PBT على خصائصه الميكانيكية في البيئات الرطبة. كما أنه يقاوم الأشعة فوق البنفسجية ، مما يجعله مثاليًا للاستخدام في الهواء الطلق دون تدهور كبير مع مرور الوقت.
عيوب
على الرغم من أن PBT لديها العديد من نقاط القوة ، إلا أنه يحتوي أيضًا على بعض القيود التي يجب مراعاتها.
عالي العفن PBT
يعرض PBT انكماش العفن العالي أثناء المعالجة ، مما يجعل من الصعب الحفاظ على دقة الأبعاد في الأجزاء المعقدة. تقنيات صب دقيقة ضرورية لتقليل الانكماش.
حساسية التحلل المائي
واحد عيب كبير في PBT هو حساسيته للتحلل المائي . يمكن أن يؤدي التعرض المطول للرطوبة والماء الساخن إلى تحطيم المادة بمرور الوقت ، مما يحد من استخدامه في البيئات المعرضة للماء.
عرضة للتزييف وحساسية الشق
بسبب الانكماش التفاضلي العالي ، PBT عرضة للتزييف ، وخاصة في الأجزاء الكبيرة أو المعقدة. بالإضافة إلى ذلك ، يُظهر PBT غير المعزول حساسية من الشق ، مما يجعلها أكثر عرضة للكسور المتعلقة بالإجهاد.
درجة حرارة انحراف الحرارة المنخفضة (HDT)
مقارنة بالبلاستيك الهندسي الأخرى ، فإن PBT لديها HDT أقل ، مما يعني أنها قد لا تكون مناسبة للتطبيقات عالية الحرارة دون التعزيز أو الدرجات الخاصة.
| مزايا | العيوب |
| خصائص ميكانيكية ممتازة | انكماش العفن العالي |
| ثبات أبعاد عالية | حساسية التحلل |
| مقاومة كيميائية جيدة وارتداء | عرضة لتزييف الحساسية والحساسية |
| عزل كهربائي موثوق به | انخفاض درجة حرارة انحراف الحرارة مقارنة مع الآخرين |
| امتصاص رطوبة منخفضة ومقاومة للأشعة فوق البنفسجية |
|
خاتمة
تبرز polybutylene terephthalate (PBT) لمقاومة المواد الميكانيكية , الكيميائية ، والاستقرار الأبعاد . إن تنوعه يجعله ضروريًا عبر الصناعات مثل السيارات والإلكترونيات والأجهزة الطبية. يعد فهم خصائص PBT وتقنيات المعالجة والتطبيقات أمرًا بالغ الأهمية لاختيار المواد المناسبة وضمان تصميم المنتج الأمثل.
نصائح: ربما تكون مهتمًا بجميع المواد البلاستيكية
