PBT改性工程塑料在汽车领域的应用

PBT是一种由对苯二甲酸(PTA)或对苯二甲酸二甲酯(DMT)与1,4-丁二醇(BDO)，经缩聚反应而制得的结晶性线型饱和聚酯。具有良好的力学性能，其对称的分子结构能够实现紧密堆砌，具有较高的结晶性，在低温下可迅速结晶。PBT制件加工时易流动成型且成型周期短，能够降低生产成本，而且PBT具有耐湿、耐磨、耐油等优点，蠕变也较小。 由于PBT含有结晶部分和非结晶部分，加入其他物质容易对其进行改性。但PBT也存在易燃烧、与冷媒接触小分子析出量大、介电性能不足、薄壁制件易翘曲等缺陷，限制其应用范围。为弥补纯PBT树脂性能的不足，对PBT树脂已有一些改性研究。

一、PBT工程塑料的改性研究现状

近年来，相关企业开发各种应用新技术新产品，PBT工程塑料向高性能化、功能化、多元化方向发展。针对工业领域的需要，通过改性提升PBT的功能性，受市场的青睐。目前，国内外主要采用共聚改性、无机材料填充改性、纳米复合技术、共混改性等方法提高PBT的综合性能。对PBT材料的改性研究主要集中在高强度、高阻燃、低翘曲、低析出、低介电等方面。

01力学性能方面

纯PBT树脂的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量均较低，在工业领域无法大范围应用，需对其进行改性以提高力学性能。玻纤具有适用性强、填充工艺简单及成本低等优点。PBT中加入玻纤，使PBT树脂原有优势得到发挥，而且PBT制品的拉伸强度、弯曲强度以及缺口冲击强度均得到显著提升。

除了玻纤，还可以引入其他纤维提高PBT的力学性能。曾德明等采用短切玄武岩增强PBT树脂，经偶联剂作用后玄武岩能够与PBT较好相容，有效提升PBT复合材料的力学性能。

02阻燃性能方面

纯PBT垂直燃烧等级只能达到HB级，易燃烧且燃烧时连续滴落，火焰容易蔓延，其在汽车、电子电器和纺织等方面的应用受到限制。常添加卤系阻燃剂和无卤阻燃剂对PBT进行阻燃改性。卤系阻燃剂燃烧时释放含卤化氢有毒烟雾对人类健康和生态环境有危害，欧盟已禁用部分卤系阻燃剂。对PBT进行阻燃改性时主要采用磷系阻燃剂和无机阻燃剂。 使用无机阻燃剂改性时，添加含量过多会导致材料的力学性能下降；但磷系阻燃剂没有此缺陷，且具有低烟、低毒、高阻燃的优良特性。磷系阻燃剂通常与含氮化合物协同作用达到更高效的阻燃体系。磷系阻燃剂在燃烧过程中生成磷酸酐使可燃物脱水碳化，炭层能够降低热传导，延缓或阻止可燃气体的产生，且磷酸酐受热后形成熔融物覆盖在可燃物表面，阻碍可燃性气体释放。

除了传统阻燃剂，目前还有在PBT材料中加入纳米填料改善其阻燃性能和抗滴落性能，且不损坏其加工性能。常用的纳米材料主要为纳米金属氧化物聚合物和碳族纳米复合材料。

03翘曲变形方面

PBT材料分子相对滑移容易，易取向、结晶，导致材料的收缩率大，引起PBT制件尤其是大型薄壁制件的翘曲变形。对于玻纤增强PBT，由于加入的玻纤具有各向异性，导致材料在注塑中不同方向上收缩率不同，增加制件的翘曲变形，不仅影响塑料制品的表面质量和安装性能，而且影响塑料的强度。

对于PBT制件的翘曲，除了改善制件的造型、模具的设计以及成型工艺参数，还可对PBT材料进行改性以减缓翘曲变形。近年来，主要通过无机物填充和共混合金改善PBT材料的翘曲变形。无机物填充包含单一无机物填充和与玻纤合并填充，用于填充的无机物主要有滑石粉、云母、硅灰石、玻璃微珠、高岭土、硫酸钙晶须等。

此外，聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)等非晶聚合物在注塑过程中没有发生结晶过程，与PBT共混后也可以有效改善PBT的收缩率。

04析出性能方面

由于PBT材料在生产过程中原料无法完全反应，生成了小分子、寡聚物等，未改性PBT材料制成的产品在一定条件下产生析出，影响制件效用。当PBT材料应用于冰箱压缩机内部的消音器、马达线圈骨架以及空调绝缘骨架等，由于工况特殊，析出大量的小分子物质，在冷媒（氟利昂、二氟二氯甲烷）中溶解，易堵塞制冷管，使其制冷失效。

PBT析出物主要是树脂本身的小分子齐聚物以及内含的少量添加物。采用玻纤以及高黏度树脂，填充一定量的吸附剂可以降低PBT的析出量。目前，主要采用无机多孔材料吸附形式以及加入封端剂、扩链剂、1,4环己烷二甲醇(CHDM)等化学方式对PBT进行析出改性。

05介电性能方面

PBT材料在集成电路和电磁屏蔽等领域的应用，其介电性能对信号传输速度、信号损失等起重要作用。近年来，对绝缘材料的介电性能提出更严格的要求，要求绝缘树脂材料的介电常数不超过2.8。而纯PBT材料的介电性能无法满足通信要求，开发一种低介电常数、低介电损耗的PBT材料具有重要意义。

目前主要通过填充和共混低介电常数的共聚物改性PBT的介电性能，常用的填充物为聚四氟乙烯粉末和空心玻璃微珠。碳纳米管对PBT材料的介电性能也有一定积极影响，但加入含量过高使材料的介电常数和介电损耗增加。

随着电动汽车的迅速发展，其高压传输对连接器材料的介电强度要求更高，PBT虽然耐电弧性好，易于实现高速成型但介电强度低，无法实现在电动汽车上进行高压传输。通过导体类或陶瓷类填料对PBT介电性能进行改性，提高材料的介电强度以保证电动汽车的安全。

二、PBT改性工程塑料在汽车领域的应用

随着以塑代钢的逐步发展，越来越多的有色金属和合金材料被塑料取代。PBT具有良好的耐化学腐蚀性、耐应力开裂、耐磨性、耐候性、抗老化性和高强度性能，在汽车外部零件中得到广泛应用，如雨刷器手柄支架、保险杠、门把手、后视镜外壳、车底板、车身侧板、散热器风扇、雷达穿透盖、转角格栅和照明灯部件等。

由于PBT的加工性能、绝缘性能较好，在汽车零部件中也得到大量应用，如仪表板、加速器及离合器踏板、车载烟灰缸、内镜撑条等。此外，由于PBT良好的耐油性，也被应用在汽车发动机系统配件中，如供油系统零部件、火花塞子板等。经过合金改性的PBT近年来被应用于汽车减震器的减震套管、轴承等。改性PBT由于具有良好的阻燃性、介电性、低翘曲性以及吸水性低的优点，在汽车的发动机设备也得到广泛应用。

（信息来源：网易-第八元素塑料版）