胡志剛，張作寧，郭海濤，溫玉清

（銀禧工程塑料（東莞）有限公司，廣東東莞 523187）

PBT是一種性能優(yōu)越的工程塑料，其合成技術(shù)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)日趨成熟，2019年我國(guó)PBT產(chǎn)能高達(dá)100萬(wàn)噸/年，全球產(chǎn)能大約200萬(wàn)噸/年。并在許多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用［1］。

PBT樹脂力學(xué)性能低，線膨脹系數(shù)也較大，成型收縮率為1.5%～2.0%，易翹曲變形，影響產(chǎn)品外觀，這些缺陷限制了PBT的應(yīng)用［2-3］。由于PBT分子鏈相對(duì)容易移動(dòng)，大分子鏈易取向結(jié)晶，使產(chǎn)品容易產(chǎn)生翹曲［4］。

硫酸鈣晶須，是一種纖維狀的無(wú)水硫酸鈣單晶體。其尺寸穩(wěn)定,長(zhǎng)徑比為80 ，具有耐高溫、耐腐蝕、韌性較好、強(qiáng)度非常高，容易進(jìn)行表面處理、與高分子聚合物的親和力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)［5］。它可以部分替換玻纖［6］。本研究通過(guò)加入硫酸鈣晶須改善玻纖增強(qiáng)PBT體系的翹曲現(xiàn)象，同時(shí)盡可能保持較好的機(jī)械性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

PBT：2087，恒力集團(tuán)；玻璃纖維：534，巨石集團(tuán)；硫酸鈣晶須：市售；抗氧劑：1010、168，利安??；潤(rùn)滑劑：LUT-30，市售。

1.2 主要儀器與設(shè)備

雙螺桿擠出機(jī)：TSE-35B，金鴻擠出設(shè)備有限公司；注塑機(jī)：K120VT，佛山市凱迪威機(jī)械有限公司；數(shù)字鼓風(fēng)干燥箱：IAT-216，巨孚精密儀器有限公司；電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)：TS-2000M，劍橋檢濁設(shè)備有限公司；沖擊試驗(yàn)機(jī)：ZBC-4，美特斯儀器設(shè)備有限公司；光澤度儀：GL0030，GLOSSMETER；游標(biāo)卡尺：CD-20AX，廣陸精密量?jī)x有限公司。

1.3 試樣制備

按表1配方稱量各種材料，用高速混拌機(jī)將材料混勻,通過(guò)擠出機(jī)擠出、造粒,注意玻璃纖維從螺桿中部側(cè)喂料機(jī)加入。從1～8區(qū)到機(jī)頭擠出溫度分別為220、230、240、250、250、240、240、230、250 ℃。

表1 玻纖增強(qiáng)PBT配方(%)Table 1 Formula of glass fiber reinforced PBT(%)

粒料在115℃進(jìn)行3h干燥，通過(guò)注塑機(jī)注塑成型，1～5區(qū)溫度分別為210、220、230、240、250 ℃。

1.4 性能測(cè)試

拉伸強(qiáng)度：按ISO 527-2濁試；彎曲模量：按 ISO 178濁試；缺口沖擊強(qiáng)度：按ISO180濁試；熔體流動(dòng)速率：按GB/T 3682濁試，條件為250℃*2.16kg。

1.5 翹曲度評(píng)估方法

注塑200mm×200mm×3mm方板，將方板放置于水平桌面上，取變形較大兩個(gè)對(duì)角，按住其中一個(gè)角濁量對(duì)角離桌面的距離。

1.6 表面光澤度評(píng)估方法

注塑50mm×80mm×3mm色板，用光澤度儀濁試進(jìn)膠口附近的光澤度。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫酸鈣晶須含量對(duì)機(jī)械性能的影響

由表2可以看出，玻璃纖維的加入可以大大提高PBT的拉伸強(qiáng)度和彎曲模量，因?yàn)椴ＡЮw維具有較長(zhǎng)的長(zhǎng)徑比，起到骨架樹脂的作用，同時(shí)剛性纖維玻璃化能有效地抑制分子鏈的運(yùn)動(dòng)。從3#配方的性能可以看出，加入5%的硫酸鈣晶須對(duì)體系性能影響不大，因?yàn)榱蛩徕}晶須本身具有一定的長(zhǎng)徑比，和玻纖起到類似的作用，少量加入不會(huì)影響性能。4#～8#配方中，加入硫酸鈣晶須的抗拉強(qiáng)度、彎曲模量和沖擊力呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明硫酸鈣晶須末的長(zhǎng)徑較短，增強(qiáng)效果不如玻璃纖維。另外，作為無(wú)機(jī)填料，會(huì)加大玻璃纖維在體系中的剪切力，縮短玻璃纖維的保留長(zhǎng)度，從而降低其性能。

表2 硫酸鈣晶須含量與機(jī)械性能的關(guān)系Table 2 Relationship between calcium sulfate whisker content and mechanical properties

2.2 硫酸鈣晶須含量對(duì)熔體流動(dòng)速率的影響

由圖1看出，PBT材料加入玻璃纖維后，熔體流動(dòng)速率大幅降低，是因?yàn)殚L(zhǎng)纖維在熔體中對(duì)分子鏈移動(dòng)起到阻礙的作用。隨著硫酸鈣晶須的加入，熔體流動(dòng)速率會(huì)有一定的提高，因?yàn)榱蛩徕}晶須的長(zhǎng)徑比不高，對(duì)分子鏈移動(dòng)影響較小。 較高的流動(dòng)速率，有利于注塑成型，同時(shí)可以降低注塑壓力，較小的注塑壓力對(duì)改善產(chǎn)品翹曲也有正面的影響。

圖1 硫酸鈣晶須與熔體流動(dòng)速率的關(guān)系Fig. 1 Relationship between calcium sulfate whisker and melt flow rate

2.3 硫酸鈣晶須含量對(duì)表面光澤度的影響

由表3看出，玻璃纖維的加入，大幅降低PBT材料的表面光澤度，因?yàn)椴ＡЮw維流動(dòng)性較PBT樹脂差，容易在進(jìn)膠口位置堆積，形成浮纖，影響表面光澤度。隨著硫酸鈣晶須的加入，表面光澤度先提高后降低，在4#配方中達(dá)到最高。因?yàn)榱蛩徕}晶須替代了部分玻纖，提高了體系熔體流動(dòng)速率，但是硫酸鈣晶須容易吸潮，形成結(jié)晶水，在擠出造粒過(guò)程中，無(wú)法通過(guò)抽真空方式抽出結(jié)晶水，該水分在注塑過(guò)程中會(huì)促進(jìn)材料降解在表面形成銀絲狀不良，導(dǎo)致光澤度降低。光澤度的變化，間接地反映出硫酸鈣晶須對(duì)改善浮纖有一定幫助。

表3 硫酸鈣晶須含量與表面光澤度的關(guān)系Table 3 Relationship between calcium sulfate whisker content and surface gloss

2.4 硫酸鈣晶須含量對(duì)翹曲度的影響

如圖2所示，玻璃纖維的加入，使PBT材料產(chǎn)生了較大的翹曲變形，因?yàn)椴ＡЮw維長(zhǎng)徑比較大，使體系產(chǎn)生各向不對(duì)稱收縮，產(chǎn)生翹曲。硫酸鈣晶須含量的增加，翹曲度減小，因?yàn)槠湫￠L(zhǎng)徑比的特性，減弱了各向不對(duì)稱收縮。

圖2 硫酸鈣晶須與翹曲度的關(guān)系Fig. 2 Relationship between calcium sulfate whisker and warpage

3 結(jié)論

（1）玻璃纖維增強(qiáng)PBT材料中添加硫酸鈣晶須對(duì)其力學(xué)性能有負(fù)面影響，但當(dāng)硫酸鈣晶須含量為5%時(shí)，其負(fù)面影響較小。

（2）硫酸鈣晶須的加入，可以提高玻纖增強(qiáng)PBT材料的熔體流動(dòng)速率。

（3）添加硫酸鈣晶須對(duì)材料表面光澤度有影響。硫酸鈣晶須含量為10%時(shí)，光澤度最高。

（4）硫酸鈣晶須替代部分玻璃纖維，能明顯改善PBT材料的翹曲變形性能。

（5）在該復(fù)合材料加入5%～10%的硫酸鈣晶須，可以較好地保留機(jī)械強(qiáng)度及表面光澤度，同時(shí)可以改善翹曲變形。