Polybutylene terephthalate (PBT) נמצא בכל מקום, מהרכב שלך לאלקטרוניקה. אבל מה בדיוק זה? תרמופלסטית הנדסית חצי-גבישית זו שייכת למשפחת הפוליאסטר ומציעה איזון של חוזק ועמידות.
בפוסט זה נחקור מה מייחד את PBT, את המאפיינים שלו, שיטות העיבוד וכיצד משתמשים בו בכל תעשיות כמו רכב ואלקטרוניקה.
מהו טרשתלטים פוליבוטילן (PBT)?
Polybutylene Terephthalate (PBT) הוא תרמופלסטית חצי-גבישית במשפחת הפוליאסטר. זה ידוע בכוחו, בגמישותו ובעמידותו לכימיקלים. בגלל תכונות אלה, PBT נמצא בשימוש נרחב ביישומים רכב, אלקטרוניקה ותעשייה.
קומפוזיציה כימית ומבנה של PBT
המבנה הכימי של PBT מיוצג על ידי הנוסחה (C12H12O4) n. הפולימר מורכב משרשראות ארוכות שנוצרו באמצעות קשרי אסטר. קשרים אלה מספקים לחומר עמידות והתנגדות תרמית, מה שהופך אותו לאידיאלי לסביבות קשות. המבנה החצי-גבישי שלו מציע יציבות ממדית, כלומר הוא שומר על צורתו אפילו תחת לחץ.
מבנה מולקולרי של פוליבוטילן טרפטלט
רכיבי המפתח כוללים:
1,4-בוטנדיול (BDO) : מוסיף גמישות ומסייע בהתנגדות כימית.
חומצה טרפטלית (TPA) או דימתיל טרפטלט (DMT) : מספקת קשיחות ושלמות מבנית.
סינתזה של PBT
ייצור ה- PBT כרוך בתגובה של פוליקונדנסציה בין דימתיל טרפתלט (DMT) או חומצה טרפטלית (TPA) ו- 1,4-בוטנדיול (BDO).
חומרי גלם:
הסינתזה מתחילה בתגובת אסיפה, שם BDO מגיבה עם DMT או TPA. בעת השימוש ב- DMT, מתנול מיוצר כתוצר לוואי. עם TPA, מים משתחררים. התגובה הבאה מסלקת עודף BDO, מה שמוביל להיווצרות שרשראות פולימריות ארוכות באמצעות תגובות עיבוי.
משוואות כימיות:
תגובת DMT:
תגובת TPA:
תגובות אלה מתרחשות בטמפרטורות גבוהות, בדרך כלל בין 230 מעלות צלזיוס ל- 250 מעלות צלזיוס , ובתנאי ואקום. ניתן להשתמש בזרזים גם כדי להאיץ את התגובה ולהבטיח משקולות מולקולריות גבוהות יותר.
| של סוג | התגובה | מצב התגובה |
| DMT עם BDO | מתנול | 230-250 מעלות צלזיוס, ואקום |
| TPA עם BDO | מַיִם | 230-250 מעלות צלזיוס, ואקום |
תהליך פולי-קונדנסציה זה הוא המפתח ליצירת שרשראות הפולימר העמידות לחום המגדירות את PBT.
PBT כחבר במשפחת הפוליאסטר
בתור פוליאסטר, PBT חולקת קווי דמיון עם פוליאסטרים אחרים כמו Polyethylene terephthalate (PET) . עם זאת, הוא מבדיל את עצמו דרך קצב ההתגבשות המהיר יותר שלו וטמפרטורות העיבוד הנמוכות יותר. זה מאפשר לעצב אותו לצורות מורכבות בקלות. בהשוואה לפוליאסטרים אחרים, ל- PBT תכונות מכניות מעולות ועמידות כימית מעולה, מה שהופך אותו למושלם לחלקים שנחשפים לשמנים, דלקים וטמפרטורות גבוהות.
מאפיינים של PBT
PBT מציג שילוב ייחודי של מאפיינים ההופכים אותו מתאים ליישומים שונים. בואו נסתכל מקרוב על מאפייני המפתח שלה.
| נכסים מסוג | נכס | פרטי |
| תכונות פיזיות | צְפִיפוּת | 1.31 גרם/ס'מ 3; |
| הגבלת מדד החמצן | 25% |
| ספיגת לחות (24 שעות) | 0.08%-0.1% |
| יציבות ממדית | מְעוּלֶה |
| התנגדות UV | טוֹב |
| תכונות מכניות | כוח מתיחה | 40-50 MPa |
| מודולוס גמיש | 2-4 GPA |
| התארכות בהפסקה | 5-300% |
| התנגדות לזחילה | גבוה בטמפרטורות גבוהות |
| תכונות תרמיות | טמפרטורת הסטת החום (HDT) | 115-150 מעלות צלזיוס (ב 0.46 מגפ'ס); 50-85 מעלות צלזיוס (ב 1.8 מגפ'ס) |
| מקסימום טמפרטורת שירות רציפה | 80-140 מעלות צלזיוס |
| התנגדות אש | זמין בכיתות עמידות בפני להבה |
| מקדם הרחבה תרמית | 6-10 x 10⁻⁵/° C. |
| תכונות חשמליות | חוזק דיאלקטרי | 15-30 קילוואט/מ'מ |
| קבוע דיאלקטרי @ 1 קילו הרץ | 2.9-4 |
| התנגדות נפח | 14-17 x 10⊃1; ⁵ ohm.cm |
| עמידות כימית | עמידות לכימיקלים | עמידות חזקה לחומצות מדוללות, אלכוהולים, פחמימנים, ממסים, שמנים |
| עמידות בפני UV וכתמים | גָבוֹהַ |
| התנגדות לממסים אורגניים, שמנים | מְעוּלֶה |
תכונות פיזיות
PBT מציעה יציבות ממדית מעולה, אפילו בתנאים סביבתיים משתנים. יש לו ספיגת לחות נמוכה, בדרך כלל סביב 0.1% לאחר 24 שעות טבילה.
ספיגת לחות נמוכה זו תורמת לעמידותו תחת לחץ תרמי וסביבות כימיות קשות. PBT יכול לשמור על צורתו וביצועיו במצבים תובעניים.
תכונות מכניות
PBT מתגאה בחוזק גבוה, בקשיחות ובנוקשות. להלן כמה אינדיקטורים כמותיים:
| נכס | ערך |
| כוח מתיחה | 50-60 MPa |
| מודולוס גמיש | 2.3-2.8 GPA |
| התארכות בהפסקה | 50-300% |
PBT מציג גם כוח השפעה מעשי טוב. זה יכול לעמוד בעומסים פתאומיים מבלי לפצח או לשבור.
תכונה חשובה נוספת היא התנגדות הזחילה שלה. PBT יכול לשמור על צורתו תחת לחץ מתמיד, אפילו בטמפרטורות גבוהות.
תכונות תרמיות
ל- PBT טמפרטורת הסטה חום גבוהה (HDT) בהשוואה לפלסטיקה הנדסית אחרת. לדוגמה, בעומס של 1.8 מגה מגה, ה- HDT שלו הוא סביב 60 מעלות צלזיוס, ואילו פוליפרופילן הוא רק 50 מעלות צלזיוס.
יש לו גם דירוג מדד טמפרטורה גבוה, מה שמצביע על יכולתו לשמור על תכונות בטמפרטורות גבוהות. PBT יכול לעמוד בטיולים תרמיים לטווח הקצר וחשיפת חום לטווח הארוך ללא השפלה משמעותית.
תכונות חשמליות
PBT מציע עמידות חשמלית גבוהה ועוצמה דיאלקטרית. מאפיינים אלה הופכים אותו לאידיאלי לבידוד רכיבים חשמליים.
זה מגן מפני פריקה, דליפה והתמוטטות במעגלי הכוח. ההפסד הדיאלקטרי הנמוך של PBT הופך אותו גם מתאים ליישומים אלקטרוניים בתדירות גבוהה.
עמידות כימית
PBT מציגה עמידות למגוון רחב של כימיקלים, כולל:
חומצות מדוללות
אלכוהולים
פחמימנים
ממסים ארומטיים
שמנים ושומנים
עמידות כימית זו הופכת את ה- PBT המתאים לחלקים שנחשפים לממסים אורגניים, בנזין ושמנים. זה יכול לשמור על שלמותו בסביבות אגרסיביות כימית.
PBT מציעה גם עמידות טובה ל- UV, ומונעת השפלה מחשיפה לאור השמש. התנגדות הכתמים שלה משפרת עוד יותר את עמידותה ואת הערעור האסתטי שלה.
סוגים ושינויים של PBT
ציוני PBT לא ממולאים
ציוני PBT שלא ממולאים הם הצורה הבסיסית של החומר ללא תוספים. הם מציעים איזון של נכסים המתאימים ליישומים רבים.
ציונים אלה מגיעים במגוון צמיגות נמס, ומספקות גמישות עיבוד לעיצוב הזרקה ושחול.
סיבי זכוכית מחוזקים PBT
PBT מחוזק סיבי זכוכית הוא שינוי פופולרי. תוספת של סיבי זכוכית משפרת משמעותית את התכונות המכניות של החומר.
חוזק מתיחה, מודולוס כיפוף וכוח דחיסה יכולים לגדול פי שתיים עד 3 בהשוואה לציונים שלא ממולאים. זה הופך את PBT מחוזק סיבי זכוכית לאידיאלי ליישומים מבניים.
תכולת הסיבים יכולה להשתנות, בדרך כלל נע בין 10% ל- 50%. תכולת סיבים גבוהה יותר גורמת לחוזק ונוקשות גדולים יותר אך הפחיתו את המשיכות.
PBT מלא מינרלים
ניתן להוסיף חומרי מילוי מינרלים, כמו טלק וסידן פחמתי, ל- PBT. חומרי מילוי אלה משפרים את היציבות הממדית ומפחיתים את הצטמקות במהלך הדפוס.
ציוני PBT מלאי מינרלים מציעים קשיחות מוגברת ועמידות בחום בהשוואה לציונים שלא מלאו. עם זאת, כוח ההשפעה עשוי להיות מופחת מעט.
PBT מעכב להבה
PBT מעכב להבה הוא קריטי ליישומים עם דרישות בטיחות אש מחמירות. ניתן להשתמש במעכבי להבה שונים, לכל אחד מהם היתרונות והחסרונות שלו.
מעכבי להבה הלוגניים, כמו תרכובות ברומיות, הם יעילים אך עשויים להתמודד עם דאגות סביבתיות. אלטרנטיבות שאינן מהלוגניות, כמו תוספים מבוססי זרחן, צוברים פופולריות.
הבחירה במעכב להבה משפיעה לא רק על ביצועי האש אלא גם על תכונות אחרות כמו חוזק מכני, עמידות בחום ובידוד חשמלי.
PBT ששונה השפעה
שינוי ההשפעה משמש לשיפור הקשיחות והמשיכות של PBT. שינויי ההשפעה הנפוצים ביותר הם אלסטומרים, כגון:
שינויים אלה יוצרים שלב גומי נפרד בתוך מטריצת ה- PBT. הם סופגים אנרגיה במהלך ההשפעה, ומונעים התחלת סדק והתפשטות.
ניתן להגדיל את חוזק ההשפעה באופן משמעותי, במיוחד בטמפרטורות נמוכות. עם זאת, המודולוס ועמידות החום עלולים להיפגע מעט.
שינויים אחרים
PBT יכול לעבור שינויים שונים אחרים כדי לעמוד בדרישות ספציפיות:
ניתן להוסיף מייצבי UV כדי לשפר את ההתנגדות לאור השמש ולליה.
ניתן לשלב חומרי סיכה, כמו PTFE או סיליקון, כדי להפחית את החיכוך והלבוש.
PBT בדרגת מזון זמין ליישומים במגע עם מזון ומשקאות.
ניתן להשתמש בסוכנים אנטיסטטיים לפיזור מטענים סטטיים ביישומים אלקטרוניים.
ניתן להוסיף צבעים ופיגמנטים למטרות אסתטיות.
הטבלה שלהלן מסכמת את השפעות המפתח של שינויים שונים בתכונות PBT:
| קשיחות | חוזק | שינוי | השפעה על | התנגדות חום | יציבות ממדית |
| סיבי זכוכית | ↑ | ↑ | ↓ | ↑ | ↑ |
| מילוי מינרלי | ↑ | ↑ | ↓ | ↑ | ↑ |
| מעכב להבה | ↓ | ↓ | ↓ | ↓ | ↓ |
| שינוי השפעה | ↓ | ↓ | ↑ | ↓ | ↓ |
טכניקות עיבוד עבור PBT
PBT הוא חומר תרמופלסטי שניתן לעבד באמצעות טכניקות שונות. בואו נחקור את השיטות הנפוצות ביותר ואת פרמטרי המפתח שלהם.
דפוס הזרקה
דפוס הזרקה הוא השיטה הנפוצה ביותר המשמשת לעיבוד PBT. החומר מחומם לטמפרטורת נמס בין 230 מעלות צלזיוס ל- 270 מעלות צלזיוס . לאחר מכן הוא מוזרק לתבנית המוחזקת בטמפרטורה של 40-80 מעלות צלזיוס בלחץ גבוה (בדרך כלל 100-140 מגפ'ס ). אופטימיזציה של פרמטרי העיבוד - כמו טמפרטורת ההמסה ולחץ ההזרקה - מאפשרת איכות טובה יותר של חלק ומפחיתה פגמים כמו עיוות או סימני כיור.
| פרמטר | טווח אופטימלי |
| טמפרטורת ממיס | 230-270 מעלות צלזיוס |
| טמפרטורת עובש | 40-80 מעלות צלזיוס |
| לחץ הזרקה | 100-140 MPa |
שִׁחוּל
שחול הוא טכניקה נוספת בשימוש נרחב לייצור מוצרים מוגמרים למחצה כמו סדינים, מוטות ופרופילים. במהלך שחול, PBT נמס ונאלץ דרך למות, כאשר טמפרטורת ההמסה נשלטת בין 230 מעלות צלזיוס ל- 250 מעלות צלזיוס . שמירה על הנכונה מהירות הבורג וקצב הקירור חיונית לדיוק ממדי.
| פרמטר שחול | ערך אופטימלי |
| טמפרטורת ממיס | 230-250 מעלות צלזיוס |
| מהירות בורג | מותאם על בסיס פלט |
דפוס מכה
דפוס מכה משמש לייצור חלקים חלולים כמו בקבוקים או מכולות. בתהליך זה, PBT מוחצן לצינור, הנקרא לריסון, ואז מפוצץ לתוכו אוויר כדי ליצור את הצורה. טמפרטורת נמס ולחץ האוויר ממלאים תפקידי מפתח בהבטחת מוצר חלק ואחיד.
| פרמטר | יישום |
| טמפרטורת ממיס | 230-250 מעלות צלזיוס |
| לחץ אוויר | אופטימיזציה לחלקים חלולים |
דפוס דחיסה
דפוס דחיסה כולל הצבת PBT לתבנית מחוממת ודחיסתו בלחץ. שיטה זו משמשת בדרך כלל לחלקים גדולים או בעלי קירות עבים . זה אידיאלי ליישומים הדורשים רכיבים חזקים ועמידים הזקוקים לשמירת צורה מדויקת.
פרמטרי העיבוד האופייניים לעיצוב דחיסת PBT הם:
הדפסת תלת מימד עם PBT
למרות שפחות נפוץ, ניתן לעבד PBT בטכניקות הדפסת תלת מימד כמו ייצור נימה מתמזגת (FFF) או סינטר לייזר סלקטיבי (SLS). זה מתאים לייצור חלקים מורכבים ועמידים בעלי חוזק גבוה. מיטוב הגדרות הדפסה כמו טמפרטורת שחול ומהירות הדפסה מבטיח שכבות חלקות והדבקה חזקה. השפעת
| פרמטר הדפסת תלת מימד | על האיכות |
| טמפרטורת שחול | משפיע על קשירת שכבה |
| מהירות הדפסה | שולט בדיוק |
יישומים של PBT
PBT מוצא שימוש במגוון רחב של תעשיות בשל תכונותיו המצוינות. בואו לחקור כמה מתחומי היישום העיקריים.
תעשיית הרכב
PBT נמצא בשימוש נרחב בתעשיית הרכב בגלל עמידותו, עמידות החום והתנגדות הכימית שלו. זה אידיאלי לרכיבים כמו פגושים , לוחות גוף , חלקי מנוע , ורכיבי שידור . לדוגמה, PBT נמצא בדרך כלל פגזות מנוע חלונות , בתיבות ההילוכים של , ובחלונות רדיאטור , שם היא מספקת ביצועים מצוינים בסביבות קשות.
| של חלק רכב | יישום PBT |
| פגושים | השפעה על התנגדות וגמישות |
| חלקים מוטוריים | בידוד חשמלי ועמידות |
| רכיבי שידור | עמידות כימית לשמנים |
אלקטרוניקה ומכשירי חשמל
בענף האלקטרוניקה , PBT מוערך בתכונות הבידוד החשמליות שלו . הוא משמש במחברים , מאווררי קירור , ושנאים , ומבטיחים בטיחות ועמידות. PBT הוא גם חומר פופולרי בתחום האלקטרוניקה הצרכנית ומכשירי בית כמו מקררים ומכונות כביסה, שם הוא מציע גם חוזק מכני וגם יציבות תרמית.
| רכיב אלקטרוני | שימוש ב- PBT |
| מחברים | בידוד חשמלי |
| אוהדי קירור | התנגדות לחום |
| רובוטריקים וממסרים | דיור עמיד, ניהול חום |
מוצרי צריכה
במוצרי צריכה , PBT נמצא בדרך כלל בפריטים ביתיים כמו רכיבים שואבי אבק וחלקי מכונת קפה . כוחו ועמידותו הופכים אותו גם לבחירה אידיאלית עבור מוצרי ספורט , כולל סוליות להחליק על קרח ובתי תרגיל כוח.
מכשירים רפואיים
התאימות הביולוגית של PBT ועמידות כימית הופכים אותה למתקנים רפואיים . זה משמש לעתים קרובות במכשירים כירורגיים , שתלים אורטופדיים , וציוד רפואי הדורשים חומרים מדויקים, עמידים והיגייניים. ספיגת הלחות הנמוכה מבטיחה אמינות לטווח הארוך בסביבות רפואיות.
| של מכשיר רפואי | תפקיד PBT |
| מכשירים כירורגיים | עמידות ותאימות ביולוגית |
| שתלים אורטופדיים | עמידות כימית ויציבות |
אינסטלציה וטיפול בנוזלים
במערכות טיפול אינסטלציה וטיפול בנוזלים , PBT משמש שסתומים , לאביזרי ומדביקים משאבות . עמידותו לכימיקלים, ספיגת לחות נמוכה ועמידות גבוהה הופכים אותה למושלמת לרכיבים שנחשפו למים, שמנים וסוכני ניקוי.
| רכיב אינסטלציה | שימוש ב- PBT |
| שסתומים ואביזרים | עמידות כימית |
| אימלים משאבים | עמידות תחת חשיפה נוזלית |
מכונות תעשייתיות
PBT ממלא תפקיד משמעותי במכונות תעשייתיות , היא משמשת לייצור הילוכים , מצלמות , שם , וגלילים . רכיבים אלה נהנים של PBT חיכוך נמוך , מהתנגדות ללבוש , וכוח מכני גבוה.
| חלק תעשייתי | יישום PBT |
| מיסבים והילוכים | התנגדות ללבוש, חיכוך נמוך |
| גלילים ומצלמות | עמידות ודיוק |
ציוד לעיבוד מזון
PBT משמש ביישומים בדרגת מזון בגלל עמידה בתקנות ה- FDA . לעיתים קרובות הוא נמצא בלהבי מסוע חגורות , עיבוד מזון של , ומכונות אחרות המטפל במזון. ההתנגדות של PBT לסוכני לחות וניקוי הופכת אותה לאידיאלית עבור ציוד לעיבוד מזון היגייני ואמין. שימוש
| ברכיב עיבוד מזון | PBT |
| חגורות מסוע | ציות ל- FDA, עמידות בפני לחות |
| להבי עיבוד מזון | עמידות וניקיון |
יתרונות וחסרונות של PBT
כמו כל חומר, ל- PBT יש את נקודות החוזק והמגבלות שלו.
יתרונות
PBT מציעה מספר יתרונות עיקריים בכל תעשיות מרובות, מה שהופך אותו לבחירה פופולרית עבור יישומים בעלי ביצועים גבוהים.
תכונות מכניות מצוינות ויציבות ממדית
PBT מתהדרת גבוהה , בקשיחות ובקשיחות בחוזקה , מה שהופך אותו לעמיד תחת לחץ מכני. היא שומרת על יציבות ממדית , אפילו בתנאים סביבתיים משתנים, ומבטיחה כי רכיבים שומרים על צורתם.
עמידות כימית ובלאי גבוהה
PBT מתנגד למגוון רחב של כימיקלים, כולל ממס , דלקים , ושמנים . שלו התנגדות השחיקה הופכת אותה למתאימה להזיז חלקים כמו הילוכים, שם הפחתת חיכוך היא חיונית.
בידוד חשמלי טוב
פולימר זה מצטיין בבידוד חשמלי , עם חוזק דיאלקטרי גבוה ואובדן דיאלקטרי נמוך . זה מונע דליפת אנרגיה ונמצא בשימוש נרחב ברכיבים אלקטרוניקה ורכיבים חשמליים.
ספיגת לחות נמוכה ועמידות בפני UV
עם ספיגת לחות נמוכה , PBT שומרת על תכונותיה המכניות בסביבות לחות. זה גם מתנגד לקרינת UV , מה שהופך אותה לאידיאלית לשימוש בחוץ ללא השפלה משמעותית לאורך זמן.
חסרונות
בעוד של- PBT יש חוזקות רבות, יש לו גם כמה מגבלות שיש לקחת בחשבון.
הצטמקות בעובש גבוה
PBT מציגה הצטמקות בעובש גבוה במהלך העיבוד, מה שהופך אותו לאתגר לשמור על דיוק ממדי בחלקים מורכבים. טכניקות דפוס מדויקות נחוצות כדי למזער את הצטמקות.
רגישות להידרוליזה
חיסרון משמעותי אחד של PBT היא הרגישות שלה להידרוליזה . חשיפה ממושכת ללחות ולמים חמים יכולה להשפיל את החומר לאורך זמן, ולהגביל את השימוש בו בסביבות חשופות למים.
מועד לעיוות ורגישות לחריץ
כתוצאה מהצטמצמות דיפרנציאלית גבוהה , PBT מועד לעיוות , במיוחד בחלקים גדולים או מורכבים. בנוסף, PBT לא מחוזק מראה על רגישות ל- Notch , מה שהופך אותו לרגיש יותר לשברים הקשורים למתח.
טמפרטורת הסטת חום נמוכה יותר (HDT)
בהשוואה לפלסטיקה הנדסית אחרת, ל- PBT יש HDT נמוך יותר , כלומר יתכן שהוא לא מתאים ליישומים בטמפרטורה גבוהה ללא חיזוק או ציונים מיוחדים.
| יתרונות | חסרונות |
| תכונות מכניות מצוינות | הצטמקות עובש גבוה |
| יציבות ממדית גבוהה | רגישות להידרוליזה |
| עמידות כימית ובלאי טובה | נוטה לעיוות ולרגישות לחריץ |
| בידוד חשמלי אמין | נמוכה טמפרטורת הסטת החום בהשוואה לאחרים |
| ספיגת לחות נמוכה ועמידות ל- UV |
|
מַסְקָנָה
Polybutylene terephthalate (PBT) בולט בעמידה הכימית של המכני , חוזקו , ויציבות ממדית . הרבגוניות שלה הופכת אותו לחיוני בכל ענפים כמו מכשירים רכב, אלקטרוניקה ומכשירים רפואיים. הבנת המאפיינים, טכניקות העיבוד והיישומים של PBT היא קריטית לבחירת החומר הנכון ולהבטיח עיצוב מוצר אופטימלי.
טיפים: אתה אולי מעוניין בכל הפלסטיקה
