PBT 和 PET 聚酯：結(jié)晶度不同

中國注塑網(wǎng)

為了正確理解 PET 和 PBT 之間的性能差異，我們需要比較蘋果和蘋果——每種聚合物的半結(jié)晶形式。
上個(gè)月（2012 年 9 月），我們分析了縮醛聚合物家族中不同化學(xué)成分之間的異同。本月，我們將開始對(duì)不同的市售聚酯（稱為PBT 和 PET）進(jìn)行類似的比較。許多年前，在為一家定制注塑機(jī)工作時(shí)，我與我們的一位客戶密切合作，將一系列部件從 30% 的玻璃纖維增​​強(qiáng) PBT 轉(zhuǎn)換為具有相同填充量的 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，PET 和 PBT 的化學(xué)性質(zhì)非常相似。聚酯是通過有機(jī)酸（在這種情況下為對(duì)苯二甲酸）與醇反應(yīng)合成的。在 PBT 的情況下，醇通常被稱為丁二醇，而在 PET 中，它是乙二醇。因此，所得聚合物稱為聚對(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)，可以最好地了解材料的差異，如圖 1 所示。使材料與眾不同的基本特征是酯基，該基團(tuán)因此得名的材料。其他聚合物如 PTT 和 PCT 也是該化學(xué)家族的成員，它們?cè)谶@些結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出輕微的變化。

這種材料化學(xué)的另一個(gè)關(guān)鍵特征是在骨架中定期出現(xiàn)的六邊環(huán)。該元素稱為苯環(huán)或更一般地稱為芳環(huán)，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，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，聚合物會(huì)失去很大一部分的承載特性。

從根本上說，PET 和 PBT 的化學(xué)性質(zhì)非常相似。

從化學(xué)結(jié)構(gòu)的二維渲染中看不到這一點(diǎn)，但 3D 視圖會(huì)顯示，雖然聚合物鏈中的許多化學(xué)基團(tuán)會(huì)投射到頁面中或投射出頁面，但芳環(huán)位于平面中。它還限制了鏈中其他組旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)的自然趨勢(shì)。這是這種環(huán)形結(jié)構(gòu)的硬化效果的一部分。環(huán)的流動(dòng)性降低和龐大的性質(zhì)也影響聚合物在冷卻時(shí)結(jié)晶的能力。PBT 具有更大的芳環(huán)間距，比 PET 更有效地結(jié)晶。但是，如果 PET 成功結(jié)晶，它可以提供更好的機(jī)械性能，包括強(qiáng)度、剛度和高溫下的性能。

大多數(shù)消費(fèi)者都熟悉裝瓶裝水或軟飲料的容器中的 PET。這種類型的 PET 是無定形的，旨在防止結(jié)晶。如果瓶級(jí) PET 確實(shí)結(jié)晶，它會(huì)變得渾濁，更重要的是，它會(huì)失去抗沖擊性。因此，雖然汽車引擎蓋下可能有很多采用結(jié)晶 PET 聚酯模制而成的部件，但它們會(huì)遇到高溫和腐蝕性化學(xué)環(huán)境；世界上絕大多數(shù) PET 用于包裝，它是無定形的、未增強(qiáng)的，無法應(yīng)對(duì)如此嚴(yán)苛的環(huán)境。

我們將在本文的第 2 部分中討論的 PET 類型是半結(jié)晶的，幾乎總是含有高含量的玻璃纖維和/或礦物填料。然而，PBT 聚酯可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)出非晶態(tài)的 PBT 部件。聚合物足夠有效地結(jié)晶以始終在其結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)某種程度的組織。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，較短的亞乙基基團(tuán)使得結(jié)晶度是可選的。如果我們快速冷卻它，我們可以得到無定形 PET，如果我們緩慢冷卻它，我們可以得到半結(jié)晶 PET。

大多數(shù) PET 瓶最初都是注塑成型的瓶坯。它們透明且堅(jiān)韌且壁相對(duì)較厚，以允許在將預(yù)成型件重新加熱并拉伸以形成瓶子時(shí)壁將經(jīng)受的變薄效果。如果您曾在瓶子制造廠工作過，您就會(huì)知道，如果在預(yù)熱循環(huán)期間，瓶坯變得太熱，它們就會(huì)變得渾濁——這是結(jié)晶的跡象。（事實(shí)上​​，如果您仔細(xì)觀察預(yù)成型件的澆口區(qū)域，您會(huì)看到該區(qū)域有少量霧度，這是由于部件的該區(qū)域產(chǎn)生的額外熱量所致）。
如果你試圖用這種混濁的、部分結(jié)晶的材料吹瓶，它會(huì)降低沖擊性能。如果結(jié)晶度足夠高，預(yù)成型件甚至可能在吹制過程中破碎。所以訣竅是將材料保持在其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上，但低于其結(jié)晶溫度。這個(gè)溫度窗口可能不是很寬，如圖 2 所示。

該圖顯示了無定形 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部件。當(dāng)材料從室溫加熱時(shí)，第一個(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，在該化合物中，該過程在 75 C (167 F) 時(shí)完成。在這一點(diǎn)上，材料已經(jīng)失去了在室溫下所擁有的剛性，變得柔軟而柔韌。隨著溫度的升高，軟化聚合物的粘度會(huì)降低，直到達(dá)到接近 110 C (230 F) 的溫度。這是掃描基線開始迅速上升的溫度，75°C 和 110°C 之間的間隙代表了吹瓶的機(jī)會(huì)窗口。

我訪問過的大多數(shù) PET 瓶廠的預(yù)熱溫度都接近 100 C (212 F)。一旦結(jié)晶過程開始，材料開始變渾濁。它還將開始恢復(fù)在經(jīng)歷玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)失去的一些剛度。如果這個(gè)過程進(jìn)行得足夠遠(yuǎn)，聚合物會(huì)在大約 140 C (284 F) 時(shí)結(jié)晶。此時(shí)，材料將不透明且易碎，并將一直保持這種狀態(tài)，直到晶體結(jié)構(gòu)在約 245 C (473 F) 時(shí)熔化。因此，PET 可以采用任何一種方式——無定形或半結(jié)晶——取決于我們?nèi)绾翁幚硭?br />
但在正常商業(yè)環(huán)境下，PBT 始終是半結(jié)晶的。因此，為了正確理解 PET 和 PBT 之間的性能差異，我們需要將蘋果與蘋果進(jìn)行比較——每種聚合物的半結(jié)晶形式。由于 PET 結(jié)晶非常緩慢，因此生產(chǎn)具有半結(jié)晶結(jié)構(gòu)的部件需要借助稱為成核劑的化學(xué)物質(zhì)，以及填充劑和增強(qiáng)劑的固體顆粒的存在。因此，商業(yè)半結(jié)晶 PET 聚酯總是以填充或增強(qiáng)形式出售，為了公平比較 PET 與 PBT 的性能，我們因此需要將材料與相同類型填料的同等水平進(jìn)行比較。我們將在本調(diào)查的第 2 部分中進(jìn)行此操作，并討論成型商在使用這兩個(gè)聚合物系列時(shí)會(huì)遇到的加工差異。

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廖@@

學(xué)習(xí)了，謝謝分享、、、

kymmhiit

相當(dāng)不錯(cuò)，感謝無私分享精神！

濟(jì)南浩佳模具

真是 收益 匪淺

ghdjqyco

寫的真的很不錯(cuò)