馬玫，黃慶武，雷祖碧(廣州合成材料研究院有限公司，廣東廣州510665)

PBT的濕熱老化性能研究(一)

馬玫，黃慶武，雷祖碧
(廣州合成材料研究院有限公司，廣東廣州510665)

從PBT材料(聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、填料)及環(huán)境(溫度、濕度)的內(nèi)外因素出發(fā)，綜合分析了各因素對(duì)PBT材料的濕熱老化性能的影響。阻燃劑、玻纖會(huì)影響PBT材料的原始性能，但不會(huì)加速PBT的水解;使用環(huán)境的溫度越高、濕度越大，PBT材料的壽命也越短。

聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，濕熱老化，壽命

聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是熱塑性工程塑料，具有非常好的化學(xué)穩(wěn)定性、力學(xué)強(qiáng)度、電絕緣性，由吸濕引起的電性能變化很小，絕緣電壓很高，且成型穩(wěn)定性和尺寸精度優(yōu)良。PBT樹(shù)脂是對(duì)苯二甲酸與丁二醇的縮聚物，分子鏈中有大量的酯基，鏈端含有一定量的羧基，因此在高溫高濕的環(huán)境下極易水解，導(dǎo)致分子鏈斷裂，直接影響材料的物理性能［1－3］。本文從PBT材料(樹(shù)脂、填料)性能及環(huán)境(溫度、濕度)的內(nèi)外因素出發(fā)，綜合分析了PBT材料的濕熱老化性能，為PBT材料的改性與應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料及設(shè)備

PBT，1100、1200，長(zhǎng)春;玻纖，泰山;十溴聯(lián)苯醚、三氧化二銻、抗氧劑市售。

雙螺桿擠出機(jī)，HT－30，南京橡塑機(jī)械廠;注塑機(jī)，BT－80V－I，廣州博創(chuàng)有限公司;恒定濕熱試驗(yàn)箱，SHR0.05，上海上器集團(tuán)試驗(yàn)設(shè)備有限公司;立式壓力蒸汽滅菌器，LS－B35L－Ⅱ型，江陰濱江醫(yī)療設(shè)備有限公司;分光測(cè)試儀，Dataflah 100，Dataflash;液晶電子拉力試驗(yàn)機(jī)，XLD－10，承德市金建檢測(cè)儀器有限公司;懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)，XJU 5.5，承德德盛試驗(yàn)機(jī)廠;熱失重分析儀，TG209 F3，NETZSCH。

1.2 試樣制備

PBT1100、1200樹(shù)脂分別用注塑機(jī)，按要求制作標(biāo)準(zhǔn)樣條，獲得1100、1200樣品;選用PBT1200樹(shù)脂與適量的抗氧劑混合，并添加20%的玻纖經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)造粒，并用注塑機(jī)按要求制作標(biāo)準(zhǔn)樣條，獲得加纖樣品;選用PBT1200樹(shù)脂與適量的抗氧劑、20%的阻燃劑混合，并添加20%的玻纖經(jīng)雙螺桿擠出造粒，并用注塑機(jī)制作標(biāo)準(zhǔn)樣條，獲得阻燃加纖樣品，該樣品的阻燃性能達(dá)到V－0(0.8mm)。

1.3 性能測(cè)試

色差按GB/7921－1997測(cè)試，D65日常光源;彎曲性能按GB/T 9341測(cè)試;拉伸性能按GB/T 1040測(cè)試;懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度按GB/T 1843測(cè)試;熱失重在氮?dú)鈿夥障拢郎厮俣?K/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 PBT樹(shù)脂及組成對(duì)材料濕熱性能的影響

把上述四種樣品，在98℃、相對(duì)濕度100%的濕熱箱中進(jìn)行老化實(shí)驗(yàn)，按周期取出并進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖1～5。

圖1各種PBT材料濕熱老化——色差Fig.1△E of PBT samples

圖1 中，兩種PBT純樹(shù)脂的顏色變化明顯快于有填料的PBT材料。說(shuō)明在98℃*RH100%的條件下，引起PBT材料變色的主要因素是樹(shù)脂本身，沒(méi)有填料的樹(shù)脂色差兩周內(nèi)就達(dá)到5。高粘的1100樹(shù)脂變色略快于1200樹(shù)脂。

2各種PBT材料濕熱老化——懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度Fig.2 IZOD of PBT samples

圖2 中，四種PBT材料的沖擊強(qiáng)度快速下降，其中阻燃加纖在一周內(nèi)即下降到低于原始性能的一半，另外三種在兩周內(nèi)下降到原始性能的一半;在兩周的老化時(shí)間內(nèi)，純樹(shù)脂保持較穩(wěn)定的老化速度且變化趨勢(shì)很接近，含填料的樹(shù)脂則在老化后期老化速度明顯減緩。

圖3中，四種PBT材料在兩周內(nèi)彎曲強(qiáng)度降低到原始值的一半;添加填料的兩種PBT材料在早期老化速度遠(yuǎn)高于沒(méi)有填料的純樹(shù)脂;而純樹(shù)脂后期的老化速度明顯加快。高粘的1100樹(shù)脂略快于低粘的1200樹(shù)脂。

圖3各種PBT材料濕熱老化——彎曲強(qiáng)度Fig.3 Flexural strength of PBT samples

圖4 中，四種PBT材料在兩周內(nèi)拉伸強(qiáng)度降低到原始值的一半;添加填料的兩種PBT材料迅速老化，兩種純樹(shù)脂則在后期加速老化。高粘的1100樹(shù)脂略快于低粘的1200樹(shù)脂。

圖4各種PBT材料濕熱老化——拉伸強(qiáng)度Fig.4 Tensile strength of PBT samples

圖5 中，純PBT材料在一周內(nèi)伸長(zhǎng)率降低到原始值的一半，高粘的1100樹(shù)脂略快于低粘的1200樹(shù)脂。添加填料的兩種PBT材料原始值很低，甚至為零，不適用此判斷。

圖5 各種PBT材料濕熱老化—伸長(zhǎng)率Fig.5 Elongation of PBT samples

在上述各項(xiàng)指標(biāo)中，伸長(zhǎng)率的變化是反映PBT樹(shù)脂老化最敏感的一項(xiàng)指標(biāo)，但是不適用于添加了填料的PBT材料;沖擊、彎曲、拉伸可以作為判斷PBT老化的有力補(bǔ)充;顏色變化是這幾個(gè)指標(biāo)中最緩慢的一個(gè)。

通過(guò)添加玻纖、阻燃劑改性的PBT材料雖然其原始的物理性能得到大幅提高，但是經(jīng)濕熱老化后，早期性能下降速度極快，后期與未實(shí)施改性的純樹(shù)脂相近。也就是說(shuō)，影響PBT材料耐濕熱性能的關(guān)鍵內(nèi)部因素是樹(shù)脂本身;而就PBT純樹(shù)脂而言，高粘度的PBT樹(shù)脂對(duì)濕熱環(huán)境的反應(yīng)比低粘度的樹(shù)脂敏感，經(jīng)濕熱老化后物性相對(duì)變化略快。

2.2 溫度對(duì)PBT濕熱老化性能的影響

設(shè)定相對(duì)濕度為100%，改變PBT樹(shù)脂的老化溫度，對(duì)PBT樹(shù)脂1100樣品實(shí)施老化，按一定的周期檢測(cè)老化前后的性能，見(jiàn)圖6～10。

圖6 溫度對(duì)PBT樹(shù)脂濕熱老化色差的影響Fig.6 influence of temperature on△E of PBT

圖7 溫度對(duì)PBT樹(shù)脂濕熱老化沖擊強(qiáng)度的影響Fig.7 influence of temperature on IZOD of PBT

圖8 溫度對(duì)PBT樹(shù)脂濕熱老化彎曲強(qiáng)度的影響Fig.8 influence of temperature on flexural strength of PBT

圖9 溫度對(duì)PBT樹(shù)脂濕熱老化拉伸強(qiáng)度的影響Fig.9 influence of temperature on tensile strength of PBT

圖10 溫度對(duì)PBT樹(shù)脂濕熱老化伸長(zhǎng)率的影響Fig.10 influence of temperature on elongation of PBT

從圖6～10可知，在相同的相對(duì)濕度下，PBT樹(shù)脂的老化與溫度有很強(qiáng)的相關(guān)性，溫度越高老化速度越快;但是對(duì)于一些力學(xué)性能，如沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度而言，環(huán)境溫度低于80℃，PBT樹(shù)脂對(duì)溫度的依賴性就明顯下降，即使在高濕的環(huán)境下，老化速度明顯減緩。

2.3 濕度對(duì)PBT濕熱老化性能的影響

設(shè)定98℃的環(huán)境溫度，改變相對(duì)濕度，對(duì)PBT樹(shù)脂1100樣品實(shí)施老化，按一定的周期檢測(cè)老化前后的性能，見(jiàn)圖11～15。

圖11 濕度對(duì)PBT樹(shù)脂濕熱老化色差的影響Fig.11 influence of relative humidity on△E of PBT

圖12 濕度對(duì)PBT樹(shù)脂濕熱老化沖擊強(qiáng)度的影響Fig.12 influence of relative humidity on IZOD of PBT

圖13 濕度對(duì)PBT樹(shù)脂濕熱老化彎曲強(qiáng)度的影響Fig.13 influence of relative humidity on flexural strength of PBT

圖14 濕度對(duì)PBT樹(shù)脂濕熱老化拉伸強(qiáng)度的影響Fig.14 influence of relative humidity on tensile strength of PBT

圖15 濕度對(duì)PBT樹(shù)脂濕熱老化伸長(zhǎng)率的影響Fig.15 influence of relative humidity on elongation of PBT

由圖11～15可知，在相同的環(huán)境溫度下，PBT樹(shù)脂隨著濕度的增大，老化速度也在增快。即使在60%的相對(duì)濕度下，PBT絕大多數(shù)的物理性能在兩、三周內(nèi)即下降到一半;而在干燥的環(huán)境下，各性能仍保持良好?？梢?jiàn)，在高溫下，PBT樹(shù)脂對(duì)濕氣非常敏感，使用壽命嚴(yán)重縮短。

3 結(jié)論

(1)評(píng)估PBT材料濕熱老化、伸長(zhǎng)率的變化雖是很有效的一項(xiàng)指標(biāo)，但是不適用于添加了填料的PBT材料;沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度可作為判斷PBT老化的技術(shù)指標(biāo)。

(2)通過(guò)添加玻纖、阻燃劑改性的PBT材料雖然其原始的物理性能得到大幅提高，但是影響PBT材料耐濕熱性能的關(guān)鍵內(nèi)部因素是PBT樹(shù)脂;就PBT純樹(shù)脂而言，高粘度的PBT樹(shù)脂對(duì)濕熱環(huán)境的反應(yīng)比低粘度的樹(shù)脂敏感。

(3)在相同的相對(duì)濕度下，溫度越高PBT的老化速度也越快;但是對(duì)于沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度而言，環(huán)境溫度低于80℃，PBT樹(shù)脂對(duì)溫度的依賴性就明顯下降。

(4)在相同的環(huán)境溫度下，PBT樹(shù)脂隨著濕度的增大，老化速度也在增快。值得關(guān)注的是在高溫下，PBT樹(shù)脂對(duì)濕氣非常敏感，使用壽命快速縮短。

［1］JR MARTIN，R JGARDNER.長(zhǎng)期濕熱老化對(duì)塑料的影響［J］.合成材料老化與應(yīng)用，1983，(1):34－51.

［2］胡戰(zhàn)洪，等.光纜用PBT松套管材料的熱水解性能的實(shí)驗(yàn)研究(一)［J］.網(wǎng)絡(luò)電信，2004，5:33－35.

［3］郭寶華，等.聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)抗水解性能的研究［J］.材料科學(xué)與工藝，2001，3(9):312－315.

Study on Hum idity-heat Aging of PBT(Ⅰ)

MA Mei，HUANG Qing-wu，LEIZu-bi
(Guangzhou Research Institute Co.Ltd.of Synthetic Materials，Guangzhou 510665，Guangdong，China)

Basing on the polybutylene terephthalate(PBT)resin，packing and the aging condition，this article analysed the factors comprehensively which would influence the lifetime of PBT.The retardant agents and glass fiber can affect the physical performance of PBT，but not speed up the hydrolysis.In the environmental conditions，themore temperature or humility，themore PBT shorten life.

polybutylene terephthalate(PBT)，humidity-heat aging，lifetime

TQ326.3

2012－03－15