一文了解：热塑性聚酯（PET、PBT）的力学、热学、电学等性能以及成型加工参数

一文了解：热塑性聚酯（PET、PBT）的力学、热学、电学等性能以及成型加工参数

聚酯材料在现代工业中扮演着重要角色，其中热塑性聚酯（PET、PBT）因其优异的性能而被广泛应用。本文将详细介绍这两种材料的力学、热学、电学等性能特点，以及它们的成型加工参数，为相关领域的技术人员提供参考。

聚酯主要是以二元或多元醇和羧酸为原料，经过缩聚反应而成的，通常可分为不饱和聚酯和饱和聚酯两大类。不饱和聚酯分子结构中含有非芳烃的不饱和键，它们可以被引发交联生成具有网状（体型）结构的热固性高聚物材料，其主导制品是聚酯玻璃钢增强塑料；饱和聚酯分子结构中不含非芳烃的不饱和键，是一种线型热塑性高聚物材料。目前使用最广泛的是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT），它们的熔体由于有优良的成纤性，被广泛地应用于纤维行业，其产量已超越了腈纶和锦纶，成为纤维业的老大。PET 和 PBT 作为工程塑料使用时，须进行改性处理。

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）

1. PET的性能

未经增强或填充的 PET纯树脂的力学性能不好，作为工程塑料使用的 PET 商品均是经过玻璃纤维或矿物质填充改性的。经过改性的 PET工程塑料具有高强度、高刚性，优良的电绝缘性、耐热性、耐化学药品性能、抗蠕变性、抗疲劳性、耐磨性。表 1-1列出了杜邦公司 PET产品的性能特点及其应用。表 1-2列出了杜邦公司 RYNITE系列产品的性能。表 1-3列出了上海涤纶厂生产的 BNN-3030PET的性能。

PET是通过增强提高性能最有成效的工程塑料之一。玻璃纤维是最常用的增强材料，随着玻璃纤维含量的增加，PET的强度明显增加，增强 PET的拉伸强度是热塑性增强材料中最高的。增强 PET的弹性模量高，在应力作用下的变形小，长时间载荷作用下的蠕变性能优异；耐冲击性、抗疲劳性好，具有良好的耐磨性。

PET的结晶度高，通常工业生产中将其与玻璃纤维混合，玻璃纤维能牢固地凝固在 PET的结晶上，因此耐热性很好。在 1.82MPa载荷下，热变形温度高达 220℃以上。在 180℃时，其力学性能甚至超过了酚醛层压板，是热塑性工程塑料中耐热性较高的品种之一，可以在 130～155℃长期使用。100℃时，增强 PET 的弯曲强度和弯曲模量仍能保持较高水平。－50℃低温时，冲击强度与室温相比仅有少量下降。玻璃纤维增强 PET还具有优异的耐热老化性能。

PET具有优良的电器绝缘性能，在高温和高湿环境下仍能保持良好的电绝缘性能。

PET含有酯键，在强酸、强碱或水蒸气的作用下会发生分解，但它对有机溶剂及油类则具有良好的化学稳定性。表 1-4列举了玻璃纤维增强 PET的耐化学药品性。

2. PET的成型加工

增强 PET主要采用螺杆式注射机注射成型，螺杆一般均须进行硬化处理，以免在长期使用后发生磨损。注射机喷嘴孔的长度应尽可能短，其直径应控制在 Φ3mm左右。玻璃纤维增强 PET的熔点高达 260℃，为防止喷嘴堵塞，应安装功率较大的加热器。

增强 PET在注射成型时，如果含水量超过0.03％ （质量分数），加热熔融时将发生分解，引起制品性能的下降。因此，增强 PET物料在成型前必须进行预干燥，通常在 130℃温度下经过 5h或 150℃温度下经过 4h干燥后，含水量即可下降到 0.03％ （质量分数）以下。表 1-5列出了杜邦公司玻璃纤维增强 PET的注射成型工艺条件。

玻璃纤维增强 PET在注射成型时，机筒温度应严格控制在 300℃以下，当温度高于 304℃时，将会引起树脂的热分解。此外，为避免树脂的热分解，停留时间应尽可能短一些。

由于玻璃纤维增强 PET在其熔点以上的温度下具有良好的流动性，因而可 在较低的注射压力下成型，其注射压力一般为其他玻璃纤维增强塑料注射压力的 1／2左右。

模具温度的准确控制是保证玻璃纤维增强 PET制品质量的重要因素。表面光泽要求高的外装零件制品，成型时的模具温度为 100～120℃；而当模具温度 在 50～65℃时，可制得翘曲变形极小的制品，但因结晶速度太慢，必须加入合适的结晶促进剂。当模具温度为 65～85℃时，由于制品表面光泽差，脱模性也 差，因此一般不予采用。

聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）

1. PBT的性能

PBT在未改性时与其他工程塑料相比，并无优越性可言，其力学性能大都不如其他一些工程塑料。但是用玻璃纤维增强后，其力学性能得到了成倍的增长。表 2-1列出了 30％玻璃纤维增强的 PBT与其他一些玻璃纤维增强工程塑料性能的比较。由该表可知，用 30％玻璃纤维增强的 PBT的力学性能已全面超过同样用 30％玻璃纤维增强的改性 PPO，其长期使用温度已超过用 30％玻璃纤维增强的聚酰胺 6、聚碳酸酯和聚甲醛。

目前作为工程塑料使用的 PBT中 80％以上是用玻璃纤维增强的，使 PBT的 刚性和强度明显增强。表 2-2列出了上海涤纶厂生产的 PBT的牌号、性能特点 及应用领域，表 2-3列出了其性能。表 2-4列出了北京市化工研究院生产的 PBT的性能，表 2-5和表 2-6分别列出了东丽株式会社和 GE公司 Valox系列 PBT的性能。

从 PBT的性能看出，PBT经玻璃纤维增强后力学性能优良，力学强度高，在长时间高载荷作用下变形小。耐热性优良，长期使用温度为 130℃，短时使用温度为 200℃，未增强 PBT在 1.82MPa载荷下，其热变形温度很低，仅 60℃左右。当用玻璃纤维增强后，其热变形温度有明显的提高。例如，当玻璃纤维的 质量分数为 5％时，在 1.82MPa载荷下，其热变形温度可达 150～160℃；当 玻璃纤维的质量分数提高到 30％时，其热变形温度则提高到 212℃，远高于用 30％玻璃纤维增强的聚甲醛和聚碳酸酯。玻璃纤维增强 PBT在高温下显示了很高的强度保持率。增强 PBT的弯曲强度、拉伸强度和冲击强度在 180℃这样高的温度下仍具有相当高的强度保持率。增强 PBT在较高温度下仍具有良好的尺寸稳定性。

PBT具有优良的电绝缘性能，其体积电阻率 1016Ω ·cm。它与聚酰胺等工程塑料不同，即使在温度、湿度变化范围很广的情况下，其体积电阻率等电性能仍能基本保持不变。因此，即使在十分苛刻的工作条件下，也不会发生漏电情况。

由于玻璃纤维增强 PBT的吸水率低，所以在高湿度下其电性能的变化也很 小。表 2-7列出了玻璃纤维增强 PBT在绝对干燥和高湿度环境下的电性能。

PBT对于有机溶剂具有很强的抵抗力，但由于其属于聚酯类高分子化合物， 因此不耐强酸、强碱及苯酚类等化学药品。另外，在 50℃以下的温水中，其性能基本不受影响，但在热水中，力学强度将明显下降。

2. PBT的成型加工

（1）成型特性

PBT具有良好的成型流动性，因此可制得厚度较薄的制品。料温为 250～270℃时，物料充满型腔所需的注射压力并不很大，显示了 PBT优良的流动性。

用玻璃纤维增强的 PBT在成型时，由于玻璃纤维在一定方向上的取向，成型收缩率存在着各向异性的趋势。另外，增强 PBT虽然已经具有较高的结晶度， 但在较高的温度下，其结晶化程度还会进一步提高。因此，对于在高温下使用的 PBT制品，必须考虑到这一因素，而将加热成型收缩率与标准条件下的成型收缩率进行叠加。

PBT是整个工程塑料中吸水率最低的品种之一，在 23℃ 时的吸水率仅 0.3％。PBT因吸水而导致制品尺寸的变化也极小，玻璃纤维增强 PBT在成型时，对其制品因吸水而引起的尺寸变化情况，基本可忽略不计。

（2）注射成型

目前 PBT的成型大多采用注射成型法。由于 PBT的二次转移温度 （冻结温度）处于室温附近，这样，它的结晶化就能充分快速地进行， 注射成型时模具温度可以较低，成型周期也可以缩短，而且被加热的物料在型腔 内的流动性也非常好。PBT的注射成型可采用柱塞式或螺杆式注射机。但对于小型 PBT制品，柱 塞式注射机也可满足要求。采用单螺杆注射机时，螺杆行程为 （0.8～1.0）D （D为注射机螺杆的直径）。一般采用三段式螺杆，以确保 PBT物料的熔融塑化。螺杆的有效长度为（16～20）D。

为了避免塑化时 PBT熔融物料溢出喷嘴，应采用密闭式喷嘴和回流阻止器， 以便有效地达到缓冲长时间加压的作用，机筒和回流阻止器之间的间隙应不大于 0.6mm。由于 PBT结晶速度快，成型周期短，为了能够通过物料塑化时的压力 来抵消冷却时出现的体积收缩，在设计模具时，应避免将浇口分流道尺寸和浇口 尺寸计算得太小。模具采用自隔热浇口分流道对 PBT的注射成型是适宜的，但 分流道截面直径不能小于 Φ15mm。为了在发生故障时或开机前浇口分流道脱模 迅速，应有快速关闭装置。

PBT注射成型的成型工艺如下：

1）干燥。注射成型前，PBT物料一般不需预干燥，长期在潮湿环境中贮存 的物料则需进行干燥。干燥条件是空气中为 120℃，3～6h或 150℃，1～3h；真 空中为 80℃，6～8h。

2）机筒温度。PBT的熔融温度为 220～225℃，适宜的机筒温度为 230～ 270℃。温度低于 230℃，物料不能充分熔融，缺乏流动性；高于 270℃，则容易 使物料发生热老化。机筒的温度控制分为 5段：第 1段 230℃，第 2段 235℃， 第 3段 240℃，第 4段 245℃，第 5段 250℃。喷嘴温度控制在 255℃左右。机筒温度越高，停留时间越长，则拉伸强度的下降幅度就越大。此外，在注射成型阻 燃级 PBT制品时，料筒温度应比通常低 20℃左右。

3）模具温度。PBT的结晶化在 30℃时即能充分进行，因此，PBT在注射成 型时的模具温度一般均可控制得较低：未增强 PBT为 60℃左右，增强 PBT为 80℃左右。如果成型精密制品，模具温度的波动幅度应不大于4℃。

（3）挤出成型

PBT一般仅在成型片材和薄膜时，才采用挤出成型法。挤 出成型的工艺条件与注射成型基本相似，仅机筒温度略高些。原料在 120℃下预 干燥 3～4h，机筒温度控制在 274～293℃，通常采用压缩比为 3.0～3.9的聚丙烯用挤出螺杆。