关键词： 聚对苯二甲酸丁二醇酯；改性；增韧；增强；阻燃
聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）是一种结晶性线型饱和聚酯，PBT树脂以其优良的力学性能、电性能、耐热性能、加工性能在电子电器、汽车工业和机械、仪器仪表和家用电器等领域中得到广泛地应用。但由于PBT在物理力学性能方面尚存在缺口冲击强度低、易燃、单独使用时机械强度低等不足，因此，PBT树脂的增韧、阻燃、增强改性研究一直是PBT工程塑料高性能化的一个重要内容。
1.PBT的概述
聚对苯二甲酸丁二醇酯，英文名polybutylene terephthalate (简称PBT)，属于聚酯系列，是由1，4-pbt丁二醇(1,4-Butylene glycol)与对苯二甲酸(PTA)或者对苯二甲酸酯(DMT)聚缩合而成，并经由混炼程序制成的乳白色半透明到不透明、结晶型热塑性聚酯树脂。PBT主链是由每个重复单元为刚性苯环和柔性脂肪醇连接起来的饱和线性分子组成，分子的高度几何规整性和刚性部分使聚合物具有高的机械强度，突出的耐化学试剂性，耐热性和优良的电性能。分子中没有侧链，结构对称，满足紧密堆砌的要求，从而使这种聚合物有高度的结晶形和高熔点，分子的结构决定了PBT具有良好的综合性能。
2.PBT增韧改性方法
针对PBT韧性低、缺口冲击强度低的缺点可以从化学和物理共混两个方面进行改性。
化学改性通过共聚、接枝、嵌段、交联等手段在PBT分子中引入新的柔性链段，使其具有良好的韧性，通常在PBT分子链中引入第二组分甚至第三、四组分的链段，以破坏原来结构的有序性和对称性，形成非均匀链段的共聚物。同物理改性方法相比较，化学改性的效果好且比较稳定。物理共混改性相对于化学改性来说，研发周期短、成本更低，而PBT和大多数树脂相容性良好，所以目前国内外主要采用共混对其进行改性。
物理共混改性主要是通过物理结合将聚合物跟不同物质结合在一起，通常采用双螺杆挤出造粒的方法制备相应材料。物理共混改性一般指共混体系，PBT在共混体系中，均为连续相。PBT的低熔体强度和具有“浸湿”多种填充物及树脂的能力，这一特点为与其它聚合物的共混创造了良好条件。PBT的物理共混改性主要是围绕改进PBT存在的不足来进行。物理增韧改性就是将改性剂与PBT共混或复合，使其作为分散相分布在PBT基体中，利用两组分的部分相容性或适当的界面黏结作用，提高PBT的缺口冲击性能。
PBT的分子链末端含有羟基(或羧基)官能团，极易与环氧环、酸酐、羧基(或羟基)等发生化学反应，故可以先将改性剂功能化后再与PBT进行共混或共混时加入反应性增容剂，通过原位增容反应加强界面间的作用力以达到更好的增韧效果。
3.PBT的增强改性
PBT结晶速率快，单独使用时，往往不能达到作为工程塑料的强度要求，因此，往往在PBT中加入某些添加剂或者与一些填料、树脂增强剂共混来增强性能，例如与玻璃纤维共混，增强PBT的弯曲模量、弯曲强度等性能。陈秀宇[3]等采用硅烷偶联剂对玻璃纤维进行改性，并探讨螺杆转速和螺杆组合对阻燃增强聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)力学性能的影响。结果表明：改性玻纤提高了玻纤和基体界面的相互作用，复合材料的拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度分别提高了10.6%、13%和19.6%；主机螺杆转速过高或螺杆组合的剪切过强都会使玻纤长度低于0.4mm而起不到增强作用，导致材料的力学性能下降。在增强PBT的制备过程中，往往伴随着阻燃、增韧改性，实现材料性能综合化、高性能化。赵婉[4]等采用不同长度的长玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯/红磷 (LGF/PBT/RP) 阻燃复合材料，通过光学显微镜、燃烧性能测试、扫描电镜(SEM)、动态热机械分析(DMA)和力学性能测试等研究了玻纤长度与阻燃性的相关性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆结果表明：随着玻纤长度增加，LGF/PBT/RP阻燃复合材料中玻纤的实际有效长度分布先向玻纤较长区域移动再向玻纤较短区域移动，玻纤在该基体中开始呈现均匀分散后逐渐出现团聚现象，且LGF/PBT/RP阻燃复合材料的垂直燃烧(UL-94)的燃烧时间、平均热释放速率 (Av-HRR)、总烟释放量(TSR)、总热释放量(THR)、平均有效燃烧热(Av-EHC)和火蔓延指数(FIGRA)呈先减小后增大的趋势，极限氧指数(LOI)则呈先增大后减小的趋势。
4.对PBT的阻燃改性
尽管PBT分子主链上含有苯环结构，但不像聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPO)等聚合物一样易于成炭，而是易于燃烧，难于成炭，并且在燃烧时连续出现熔融滴落。为了满足防止火灾的安全性要求，一般采用添加阻燃剂的方式对PBT进行阻燃改性。适用于PBT的阻燃剂按所含元素主要分为含卤阻燃剂和无卤阻燃剂。目前广泛使用的含卤阻燃体系通常由卤族阻燃剂和协效的含锑化合物(主要为Sb2O3)组成。目前在PBT中广泛使用的阻燃体系仍然以含卤阻燃剂为主，无卤阻燃最近也取得了很大的进展。
许博[5]等采用二乙基次磷酸铝(AlPi)复配超支化三嗪大分子成炭剂(EA)对聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)进行无卤阻燃改性。通过氧指数、UL-94垂直燃烧及锥形量热测试研究了阻燃体系的阻燃性能，通过热失重分析(TGA)研究了复配阻燃体系的热性能，采用扫描电镜(SEM)观察阻燃体系燃烧炭层的形貌。研究表明，AlPi 与EA复配比例为7∶3时阻燃效果最好，材料氧指数达到34．6％，通过 UL-94 V-0级，热释放速率峰值(PHRR)降低至653 kW/m2；热重分析表明，复配阻燃体系的加入促进了PBT的提前分解成炭，增加了阻燃PBT的残炭量；燃烧炭层扫描电镜说明，复配阻燃体系能形成连续致密的膨胀炭层，提高阻燃效果。唐帅[6]等以次磷酸盐类复合物TF9309为主阻燃剂，三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)为协效阻燃剂，采用增韧剂AX8900、偶联剂KH–560和30%的玻璃纤维对聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)进行共混挤出改性，研究了无卤阻燃剂用量和不同复配比例对PBT燃烧行为和综合性能的影响，考察了增韧剂和偶联剂对复合材料力学性能的影响。结果表明，当TF9309与MCA两者复配比例为 4∶1，总含量为15%，AX8900含量为2%，加入适量偶联剂KH–560时，30%玻纤增强PBT复合材料的阻燃性能和力学性能最佳。
PBT阻燃材料的无卤化是一个研究重点，往往在阻燃材料中加入玻璃纤维，以提高材料强度，这时材料加工温度高，阻燃剂的耐温性和耐黄变性能尤其重要。另外，通过采用成炭剂可以促进PBT燃烧时的成炭，有利于提高阻燃剂的阻燃效率。另外，层状填料也许在阻燃材料中具有潜在应用价值。
结论
随着改性PBT材料需求量的增大，增韧、增强、阻燃改性材料的用量也越来越大，在实际使用过程中，通常三种改性方法是紧密结合在一起的。有效的增容体系是实现材料高性能化的重点。通过大量实验证明，PBT具有良好的改性能力，可以与多种材料实现共混。有效的增容体系开发以及消除增容体系对材料的不良影响，将是改性PBT材料研究重点。另外，针对PBT改性材料加工过程中出现的易翘曲、收缩率难以控制等也是一个研究重点，而且是材料高性能化的重要指标。
参考文献
[1] 王翔，宋立新，曲淼等。 PBT/(POE/LLDPE)-g-GMA共混物的力学性能与形态结构[J]。 高分子材料科学与工程， 2014，30(11)：49-53。
[2] 高宁，叶苗，张景春等。 多单体接枝聚丙烯对PBT/PP共混体系的形态结构及力学性能影响研究[J]。 高分子学报， 2001，(6)： 711-715。
[3] 陈秀宇，陈盛，陈国奋等。 玻纤改性及加工工艺对阻燃增强PBT性能的影响[J]。 化工新型材料， 2010，38(12)：67-68。
[4] 赵婉，何敏，张道海等。 LGF/PBT/RP复合材料的玻纤长度与阻燃性能的相关性研究[J]。 材料导报， 2017，31(7)： 143-149。
[5] 许博，陈雅君，辛菲等。 二乙基次膦酸铝与三嗪成炭剂协同阻燃PBT的研究[J]。 功能材料，2016，47(9)： 9079-9084。
[6] 唐帅，钱志国，曹金波等。 一种高效无卤阻燃PBT复合材料的制备及性能[J]。 工程塑料应用，2016，44(11)： 27-31。
论文作者:毛云增,乔亚辉
论文发表刊物:《科技新时代》2017年12期
论文发表时间:2018/1/29
标签：阻燃论文; 性能论文; 材料论文; 玻纤论文; 体系论文; 强度论文; 复合材料论文; 《科技新时代》2017年12期论文;