Polybutyléntereftalát (PBT) je všade, od vášho auta po elektroniku. Ale čo presne je to? Tento polo-kryštalický inžiniersky termoplast patrí do polyesterovej rodiny a ponúka rovnováhu sily a trvanlivosti.
V tomto príspevku preskúmame, čo robí PBT jedinečným, jeho vlastnosťami, metódami spracovania a ako sa používa v priemyselných odvetviach, ako je automobilový priemysel a elektronika.
Čo je to polybutylén tereftalát (PBT)?
Polybutyléntereftalát (PBT) je polo-kryštalická termoplastická v polyesterovej rodine. Je známy svojou silou, flexibilitou a odolnosťou voči chemikáliám. Kvôli týmto vlastnostiam sa PBT široko používa v automobilových, elektronických a priemyselných aplikáciách.
Chemické zloženie a štruktúra PBT
Chemická štruktúra PBT je predstavovaná vzorcom (C12H12O4) n. Polymér pozostáva z dlhých reťazcov vytvorených prostredníctvom esterových väzieb. Tieto väzby poskytujú materiál s trvanlivosťou a tepelným odporom, vďaka čomu je ideálny pre ťažké prostredie. Jeho semikryštalická štruktúra ponúka rozmerovú stabilitu, čo znamená, že si zachováva svoj tvar aj pod stresom.
Molekulárna štruktúra polybutylénového tereftalátu
Kľúčové komponenty zahŕňajú:
1,4-butanediol (BDO) : Dodáva flexibilitu a pomáha pri chemickej rezistencii.
Kyselina tereftalová (TPA) alebo dimetyltereftalát (DMT) : Poskytuje tuhosť a štrukturálnu integritu.
Syntéza PBT
Produkcia PBT zahŕňa polykondenzačnú reakciu medzi dimetyltereftalátom (DMT) alebo kyselinou tereftalovou (TPA) a 1,4-butándiolom (BDO).
Suroviny:
Syntéza začína esterifikačnou reakciou, kde BDO reaguje s DMT alebo TPA. Pri použití DMT sa metanol vyrába ako vedľajší produkt. S TPA sa uvoľňuje voda. Nasledujúca reakcia odstraňuje nadbytok BDO, čo vedie k tvorbe dlhých polymérnych reťazcov prostredníctvom kondenzačných reakcií.
Chemické rovnice:
Reakcia DMT:
Reakcia TPA:
Tieto reakcie sa vyskytujú pri vysokých teplotách, zvyčajne medzi 230 ° C a 250 ° C a za vákuových podmienok. Katalyzátory sa môžu tiež použiť na urýchlenie reakcie a na zabezpečenie vyšších molekulových hmotností.
| typ | reakcie | Reakčný |
| DMT s BDO | Metanol | 230-250 ° C, vákuum |
| TPA s BDO | Vodná voda | 230-250 ° C, vákuum |
Tento polykondenzačný proces je kľúčom k vytvoreniu trvanlivých polymérnych reťazcov odolných voči teplom, ktoré definujú PBT.
PBT ako člen polyesterovej rodiny
Ako polyester PBT zdieľa podobnosti s ostatnými polyestermi ako Polyetyléntereftalát (PET) . Rozdeľuje sa však prostredníctvom rýchlejšej rýchlosti kryštalizácie a nižších teplôt spracovania. To umožňuje ľahko formovať do zložitých tvarov. V porovnaní s inými polyestery má PBT vynikajúce mechanické vlastnosti a vynikajúci chemický odpor, vďaka čomu je ideálny pre diely vystavené olejom, palivám a vysokým teplotám.
Vlastnosti PBT
PBT vykazuje jedinečnú kombináciu vlastností, vďaka ktorým je vhodná pre rôzne aplikácie. Pozrime sa bližšie na jeho kľúčové charakteristiky.
| typu nehnuteľnosti | o vlastníctve | Podrobnosti |
| Fyzické vlastnosti | Hustota | 1,31 g/cm³ |
| Obmedzenie kyslíka indexu | 25% |
| Absorpcia vlhkosti (24 hodín) | 0,08%-0,1% |
| Dimenzionnosť | Vynikajúci |
| UV odpor | Dobrý |
| Mechanické vlastnosti | Pevnosť v ťahu | 40-50 MPa |
| Ohybový modul | 2-4 GPA |
| Predĺženie pri prestávke | 5-300% |
| Odpor | Vysoké pri zvýšených teplotách |
| Tepelné vlastnosti | Teplota vychýlenia tepla (HDT) | 115-150 ° C (pri 0,46 MPa); 50-85 ° C (pri 1,8 MPa) |
| Maximálna kontinuálna prevádzková teplota | 80-140 ° C |
| Odpor | K dispozícii v známkach odolných voči plameňom |
| Koeficient tepelnej expanzie | 6-10 x 10⁻⁵/° C |
| Elektrické vlastnosti | Dielektrická pevnosť | 15-30 kV/mm |
| Dielektrická konštanta @ 1 kHz | 2.9-4 |
| Odpor | 14-17 x 10⊃1; ⁵ ohm.cm |
| Chemický odpor | Odolnosť voči chemikáliám | Silná odolnosť voči zriedeným kyselinám, alkoholom, uhľovodíkom, rozpúšťadlám, olejom |
| Odolnosť proti UV a škvrnám | Vysoký |
| Odolnosť voči organickým rozpúšťadlám, olejom | Vynikajúci |
Fyzické vlastnosti
PBT ponúka vynikajúcu rozmerovú stabilitu, a to aj za rôznych podmienok prostredia. Má nízku absorpciu vlhkosti, zvyčajne okolo 0,1% po 24 hodinách ponorenia.
Táto nízka absorpcia vlhkosti prispieva k jeho trvanlivosti pod tepelným stresom a drsným chemickým prostredím. PBT si môže udržiavať svoj tvar a výkon v náročných situáciách.
Mechanické vlastnosti
PBT sa môže pochváliť vysokou pevnosťou, húževnatosťou a tuhosťou. Tu je niekoľko kvantitatívnych ukazovateľov:
| vlastnosti | Hodnota |
| Pevnosť v ťahu | 50-60 MPa |
| Ohybový modul | 2,3-2,8 GPA |
| Predĺženie pri prestávke | 50-300% |
PBT tiež vykazuje dobrú silu praktického nárazu. Môže odolať náhlym zaťaženiam bez praskania alebo zlomenia.
Ďalšou dôležitou črtou je jeho odpor pre tečnie. PBT si môže udržiavať svoj tvar pod konštantným napätím, dokonca aj pri zvýšených teplotách.
Tepelné vlastnosti
PBT má vysokú teplotu vychýlenia tepla (HDT) v porovnaní s mnohými inými inžinierskymi plastmi. Napríklad pri zaťažení 1,8 MPa je jeho HDT okolo 60 ° C, zatiaľ čo je Polypropylén je iba 50 ° C.
Má tiež hodnotenie indexu vysokého teploty, čo naznačuje jeho schopnosť udržať si vlastnosti pri zvýšených teplotách. PBT vydrží krátkodobé tepelné výlety a dlhodobé vystavenie tepla bez výraznej degradácie.
Elektrické vlastnosti
PBT ponúka vysoký elektrický odpor a dielektrickú pevnosť. Vďaka týmto vlastnostiam je ideálny na izoláciu elektrických komponentov.
Chráni pred vypúšťaním, únikom a rozkladom v napájacích obvodoch. Nízka dielektrická strata PBT tiež robí vhodnými pre vysokofrekvenčné elektronické aplikácie.
Chemický odpor
PBT vykazuje odolnosť voči širokému spektru chemikálií vrátane:
Zriedené kyseliny
Alkoholy
Uhľovodík
Aromatické rozpúšťadlá
Oleje
Táto chemická odolnosť robí PBT vhodný pre diely vystavené organickým rozpúšťadlám, benzínu a olejom. Môže si zachovať svoju integritu v chemicky agresívnych prostrediach.
PBT tiež ponúka dobrý odpor s UV UV, ktorý zabraňuje degradácii z vystavenia slnečného žiarenia. Jeho odolnosť proti škvrnám ďalej zvyšuje jeho trvanlivosť a estetickú príťažlivosť.
Typy a úpravy PBT
Nepretržité známky PBT
Nepretržité stupne PBT sú základnou formou materiálu bez akýchkoľvek prísad. Ponúkajú rovnováhu nehnuteľností vhodných pre mnoho aplikácií.
Tieto známky sa dodávajú v rôznych viskozitách taveniny, ktoré poskytujú flexibilitu spracovania pri vstrekovaní a extrúzii.
Sklenené vlákno posilnené PBT
PBT zosilnená sklenenými vláknami je populárna modifikácia. Pridanie sklenených vlákien významne zvyšuje mechanické vlastnosti materiálu.
Pevnosť v ťahu, ohybový modul a pevnosť v tlaku sa môžu zvýšiť o 2 až 3 krát v porovnaní s neobsadenými stupňami. Vďaka tomu je sklenené vlákno posilnené PBT ideálne pre štrukturálne aplikácie.
Obsah vlákien sa môže meniť, zvyčajne sa pohybuje od 10% do 50%. Vyšší obsah vlákniny vedie k väčšej pevnosti a tuhosti, ale zníženej ťažnosti.
PBT naplnený minerálmi
Minerálne výplne, ako je mastenec a uhličitan vápenatý, sa môžu pridať do PBT. Tieto plnivá zlepšujú rozmerovú stabilitu a znižujú zmršťovanie počas formovania.
Známky PBT naplnené minerálmi ponúkajú zvýšenú tuhosť a tepelnú odolnosť v porovnaní s neobsadenými stupňami. Silná sila nárazu sa však môže mierne znížiť.
PBT-retardujúci plameň
PBT-retardérny PBT je rozhodujúci pre aplikácie s prísnymi požiadavkami na požiarnu bezpečnosť. Môžu sa použiť rôzne spomaľovače horenia, každý s vlastnými výhodami a nevýhodami.
Halogénované spomaľovače horenia, ako sú brominované zlúčeniny, sú účinné, ale môžu čeliť obavám o životné prostredie. Popularita si získava halogénované alternatívy, ako sú prísady na báze fosforu.
Výber spomaľovača horenia ovplyvňuje nielen požiarny výkon, ale aj iné vlastnosti, ako je mechanická pevnosť, tepelný odpor a elektrická izolácia.
Nárazový modifikovaný PBT
Modifikácia nárazu sa používa na zlepšenie húževnatosti a ťažnosti PBT. Najbežnejšie modifikátory vplyvu sú elastoméry, ako napríklad:
Tieto modifikátory tvoria samostatnú gumovú fázu v matrici PBT. Počas nárazu absorbujú energiu, zabraňujú iniciácii a šíreniu trhlín.
Nárazová sila sa môže výrazne zvýšiť, najmä pri nízkych teplotách. Modul a tepelný odpor môžu byť však mierne ohrozené.
Ďalšie úpravy
PBT môže podstúpiť rôzne ďalšie úpravy, aby splnili konkrétne požiadavky:
Môžu sa pridať UV stabilizátory na zlepšenie odolnosti voči slnečnému žiareniu a zvetrávaniu.
Lubrikanty, napríklad PTFE alebo silikón, môžu byť začlenené na zníženie trenia a opotrebenia.
PBT na úrovni potravín je k dispozícii pre aplikácie v kontakte s potravinami a nápojmi.
Antistatické látky sa môžu použiť na rozptyl statických nábojov v elektronických aplikáciách.
Na estetické účely je možné pridať farbivá a pigmenty.
Nasledujúca tabuľka sumarizuje kľúčové účinky rôznych modifikácií na vlastnosti PBT:
| Modifikačná | pevnosť | Stuhosť | nárazu | tepelný odpor | rozmerovej stability |
| Sklenené vlákno | ↑ | ↑ | ↓ | ↑ | ↑ |
| Minerálny výplň | ↑ | ↑ | ↓ | ↑ | ↑ |
| Spomaľovač horenia | ↓ | ↓ | ↓ | ↓ | ↓ |
| Modifikátor nárazu | ↓ | ↓ | ↑ | ↓ | ↓ |
Techniky spracovania pre PBT
PBT je termoplastický materiál, ktorý je možné spracovať pomocou rôznych techník. Preskúmajme najbežnejšie metódy a ich kľúčové parametre.
vstrekovania
Vstrekovanie je najbežnejšou metódou používanou na spracovanie PBT. Materiál sa zahrieva na teplotu topenia medzi 230 ° C a 270 ° C. Potom sa vstrekuje do formy udržiavanej pri 40-80 ° C pod vysokým tlakom (zvyčajne 100-140 MPa ). Optimalizácia parametrov spracovania - napríklad ako teplota taveniny a injekčný tlak - zvýšenie kvality dielu a znižuje defekty ako deformácia alebo známka.
| parametrov | Optimálny rozsah |
| Roztopenie | 230-270 ° C |
| Teplota | 40-80 ° C |
| Injekčný tlak | 100-140 MPa |
Vytláčanie
Extrúzia je ďalšou široko používanou technikou na výrobu polotovarovaných výrobkov, ako sú listy, prúty a profily. Počas extrúzie sa PBT roztopí a vynúti matricu, pričom teplota taveniny je regulovaná medzi 230 ° C a 250 ° C. Udržiavanie správnej rýchlosti skrutky a rýchlosti chladenia je nevyhnutné pre rozmerovú presnosť.
| extrúzneho parametra | Optimálna hodnota |
| Roztopenie | 230-250 ° C |
| Rýchlosť | Upravené na základe výstupu |
Vyfukovanie
Vyfukovanie sa používa na výrobu dutých dielov, ako sú fľaše alebo nádoby. V tomto procese je PBT extrudovaný do skúmavky, nazývanej parison, potom sa do neho vyhodí vzduch, aby sa vytvoril tvar. Teplota taveniny a tlak vzduchu hrajú kľúčovú úlohu pri zabezpečovaní hladkého a rovnomerného produktu.
| parametra | Aplikácia |
| Roztopenie | 230-250 ° C |
| Vzdušný tlak | Optimalizované pre dutiny |
Kompresné formovanie
Kompresná formovanie zahŕňa umiestnenie PBT do vyhrievanej formy a jeho komprimovanie pod tlakom. Táto metóda sa zvyčajne používa pre veľké alebo silné steny . Je ideálny pre aplikácie, ktoré si vyžadujú silné a odolné komponenty, ktoré si vyžadujú presnú zachovanie tvaru.
Typické parametre spracovania pre formovanie kompresie PBT sú:
Teplota topenia: 230 ° C až 250 ° C
Teplota formy: 150 ° C až 180 ° C
Tlak na lištu: 10 až 50 MPa
3D tlač s PBT
Aj keď je PBT menej bežné, môže sa spracovať pomocou techník 3D tlač, ako je fúzovaná výroba vlákna (FFF) alebo selektívne laserové sintrovanie (SLS). Je vhodný na výrobu zložitých, odolných častí s vysokou pevnosťou. Optimalizácia nastavení tlače , ako je teplota extrúzie a rýchlosť tlače, zaisťuje hladké vrstvy a silnú adhéziu. Vplyv
| parametra 3D tlače | na kvalitu |
| Vytlačenie | Ovplyvňuje väzbu vrstvy |
| Rýchlosť | Kontroly presnosti |
Aplikácie PBT
PBT nájde použitie v širokej škále priemyselných odvetví kvôli svojim vynikajúcim vlastnostiam. Preskúmajme niektoré z kľúčových oblastí aplikácií.
Automobilový priemysel
PBT sa široko používa v automobilovom priemysle kvôli jeho trvanlivosti, tepelnej odolnosti a chemickému odporu. Je ideálny pre komponenty, ako sú nárazníky , panelov na , časti motorových a komponenty prevodovky . Napríklad PBT sa bežne vyskytuje v škrupín okenných motorov , prevodovkách a v oknách radiátora , kde poskytuje vynikajúci výkon v drsnom prostredí.
| Automobilová časť | PBT Aplikácia |
| Nárazníky | Odolnosť a flexibilita nárazu |
| Motorové diely | Elektrická izolácia a trvanlivosť |
| Prenosové komponenty | Chemická odolnosť voči olejom |
Elektronika a elektrické spotrebiče
V sektore elektroniky sa PBT oceňuje pre svoje vlastnosti elektrickej izolácie . Používa sa v konektoroch , chladiacich ventilátorov a transformátoroch , zabezpečuje bezpečnosť a trvanlivosť. PBT je tiež populárny materiál v spotrebnej elektronike a domáce spotrebiče, ako sú chladničky a práčky, kde ponúka mechanickú pevnosť aj tepelnú stabilitu.
| elektronického komponentu PBT | Využitie |
| Konektory | Elektrická izolácia |
| Chladiace ventilátory | Tepelný odpor |
| Transformátory a relé | Odolné bývanie, správa tepla |
Spotrebný tovar
V spotrebnom tovare sa PBT bežne vyskytuje v domácnostiach, ako sú komponenty vysávača a časti kávovaru . Jeho sila a trvanlivosť z neho tiež robia ideálnu voľbu pre športové výrobky vrátane podrážok korčule a krytov vŕtacích vŕtačiek.
Zdravotníctvo
Biokompatibilita spoločnosti PBT a chemická odolnosť spôsobujú, že je vhodná pre zdravotnícke pomôcky . Často sa používa v chirurgických nástrojoch , ortopedické implantáty a lekárske vybavenie , ktoré vyžadujú presné, odolné a hygienické materiály. Nízka absorpcia vlhkosti zaisťuje dlhodobú spoľahlivosť v lekárskom prostredí. Úloha
| zdravotníckych pomôcok | PBT |
| Chirurgické nástroje | Trvanlivosť a biokompatibilita |
| Ortopedické implantáty | Chemický odpor a stabilita |
Inštalatérske a kvapalinové manipulácie
V systémoch s inštalatérskymi a tekutinami sa PBT používa na ventily , na a obežníky čerpadla . Vďaka svojej odolnosti voči chemikáliám, nízkej absorpcii vlhkosti a vysokou trvanlivosťou je ideálna pre komponenty vystavené vode, olejom a čistiacim prostriedkom.
| Inštalatérska komponent | PBT |
| Ventily a armatúry | Chemický odpor |
| Čerpacie obežné kolesá | Trvanlivosť pri expozícii tekutiny |
Priemyselné stroje
PBT zohráva významnú úlohu v priemyselných strojoch , kde sa používa na výrobu ložiskových , prevodových , stupňov a valčekov . Tieto komponenty majú úžitok z PBT nízkej , odolnosti proti opotrebeniu a vysokej mechanickej pevnosti.
| priemyselné časti | PBT Aplikácia |
| Ložiská | Odolnosť za nosenie, nízke trenie |
| Valce a vačky | Trvanlivosť a presnosť |
Vybavenie na spracovanie potravín
PBT sa používa v aplikáciách potravinového stupňa z dôvodu dodržiavania predpisov FDA . Často sa vyskytuje v dopravných pásoch , lopatiek na spracovanie potravín a ďalších strojov, ktoré spracúvajú jedlo. Odolnosť spoločnosti PBT voči vlhkosti a čistiacich prostriedkov je ideálna pre hygienické a spoľahlivé vybavenie na spracovanie potravín.
| Zložka spracovania potravín | PBT využitie |
| Dopravné pásy | Dodržiavanie predpisov FDA, odolnosť proti vlhkosti |
| Čepele na spracovanie potravín | Trvanlivosť a čistota |
Výhody a nevýhody PBT
Rovnako ako každý materiál, aj PBT má svoje silné stránky a obmedzenia.
Výhody
PBT ponúka niekoľko kľúčových výhod vo viacerých odvetviach, čo z neho robí populárnu voľbu pre vysokovýkonné aplikácie.
Vynikajúce mechanické vlastnosti a rozmerová stabilita
PBT sa môže pochváliť vysokej pevnosti , húževnatosťou a tuhosťou , vďaka čomu je odolná v mechanickom napätí. Udržiava rozmerovú stabilitu , dokonca aj za rôznych podmienok prostredia, čo zaisťuje, že komponenty si zachovávajú svoj tvar.
Vysoká chemická a opotrebovacia odolnosť
PBT odoláva širokej škále chemikálií rozpúšťadiel , vrátane a olejov . Vďaka odporu opotrebenia je vhodný pre pohybujúce sa diely, ako sú prevody, kde je nevyhnutné redukcia trenia.
Dobrá elektrická izolácia
Táto polymér vyniká pri elektrickej izolácii s vysokou dielektrickou pevnosťou a nízkou dielektrickou stratou . Zabraňuje úniku energie a je široko používaný v elektronike a elektrických komponentoch.
Nízka absorpcia vlhkosti a UV odolnosť
s nízkou absorpciou vlhkosti , PBT si zachováva svoje mechanické vlastnosti vo vlhkom prostredí. Tiež odoláva UV žiareniu , vďaka čomu je ideálny na vonkajšie použitie bez výraznej degradácie v priebehu času.
Nevýhody
Zatiaľ čo PBT má veľa silných stránok, má tiež určité obmedzenia, ktoré je potrebné zvážiť.
Vysoké zmršťovanie plesní
PBT vykazuje počas spracovania vysoké zmršťovanie plesní , vďaka čomu je náročné udržiavať rozmerovú presnosť v zložitých častiach. Na minimalizáciu zmršťovania sú potrebné presné formovacie techniky.
Citlivosť na hydrolýzu
Jednou významnou nevýhodou PBT je jej citlivosť na hydrolýzu . Dlhodobé vystavenie vlhkosti a horúcej vode môže časom znižovať materiál, čím obmedzuje jeho použitie v prostrediach exponovaných vodou.
je náchylný k deformácii a citlivosti na zárezy
v dôsledku vysokého rozdielneho zmršťovania , je náchylný na PBT deformáciu , najmä vo veľkých alebo zložitých častiach. Okrem toho, nezistená PBT vykazuje citlivosť Notch , vďaka čomu je náchylnejšia na zlomeniny súvisiace s napätím.
Nižšia teplota vychýlenia tepla (HDT)
V porovnaní s inými inžinierskymi plastmi má PBT nižšiu HDT , čo znamená, že nemusí byť vhodná pre aplikácie s vysokou teplotou bez zosilnenia alebo špeciálnych stupňov.
| Výhody | nevýhod |
| Vynikajúce mechanické vlastnosti | Zmršťovanie vysokej formy |
| Vysokorozmerná stabilita | Citlivosť na hydrolýzu |
| Dobrá chemická a opotrebovacia odolnosť | Náchylné na deformáciu a citlivosť na zárezy |
| Spoľahlivá elektrická izolácia | Nižšia teplota vychýlenia tepla v porovnaní s ostatnými |
| Nízka absorpcia vlhkosti a UV odolnosť |
|
Záver
Polybutyléntereftalát (PBT) vyniká jeho chemická pevnosti , odolnosť mechanickej a rozmerovú stabilitu . Vďaka jeho všestrannosti je nevyhnutná v odvetviach, ako je automobilový priemysel, elektronika a zdravotnícke pomôcky. Pochopenie vlastností, techník a aplikácií spoločnosti PBT je rozhodujúce pre výber správneho materiálu a zabezpečenie optimálneho návrhu produktu.
Tipy: Možno vás zaujíma všetky plasty
