PBT塑料和PET塑料结晶度的差异
PBT 和 PET 聚酯：结晶度的差异
为了正确理解 PET 和 PBT 之间的性能差异,我们需要比较苹果和苹果——每种聚合物的半结晶形式.
缩醛聚合物系列中不同化学物质之间的异同.本月,我们将开始对不同的市售聚酯（称为 PBT 和 PET）进行类似的比较.
多年前,在为定制注塑成型商工作时,我与我们的一位客户密切合作,将一系列零件从 30% 玻璃纤维增强 PBT 转换为具有相同填料水平的 PET.
它作为材料在加工和性能水平上差异的实际应用.
从根本上说,PET 和 PBT 的化学性质很好相似.聚酯是通过酸（在这种情况下是对苯二甲酸）与醇反应合成的.在 PBT 的情况下,醇通常被称为丁二醇,而在 PET 中,
它是乙二醇.因此,所得聚合物已知为聚对苯二甲酸丁二醇酯 (PBT) 和聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET).
通过检查构成聚合物链的重复单元的化学结构,可以很好地理解材料的差异,如图 1 所示.使材料与众不同的基本特征是酯基团,这使得它的名字来源于这个家族的材料.
其他聚合物如 PTT 和 PCT 也是该化学家族的成员,它们的这些结构略有不同.
这种材料化学的另一个关键特征是六边环,它以规则的间隔出现在骨架中.该元素被称为苯环或更一般地称为芳环,该元素为聚合物链提供刚度.
这会影响几个重要的特性,包括玻璃化转变温度,这是聚合物失去其承载特性的很大一部分的区域.
从化学结构的二维渲染来看,这并不明白,但 3D 视图会显示,虽然聚合物链中的许多化学基团投射到页面中或投射出页面,但芳环位于一个平面内.
它还限制了链中其他组旋转和振动的自然趋势.这是该环形结构的硬化结果的一部分.环的流动性下降和体积大的特性也会影响聚合物在冷却时结晶的能力.
PBT的芳环间距更大,比 PET 更有效地结晶.但 PET 如果成功结晶,则可提供很好的机械性能,包括强度、刚度和高温性能.
大多数消费者都熟悉装有瓶装水或软饮料的容器中的 PET.这种类型的 PET 是无定形的,旨在阻止结晶.如果瓶级 PET 确实结晶,它会变得混浊,更重要的是,它会失去抗冲击性.
因此,虽然您的汽车引擎盖下可能有很多由结晶 PET 聚酯模制而成的零件,但它们会遇到高温和腐蚀性化学环境；世上绝大多数 PET 都用于包装中,它是无定形的、未增加强度的,
无法处理如此严苛的环境.
我们将在本文第 2 部分讨论的 PET 类型是半结晶的,几乎总是含有大量的玻璃纤维和/或矿物填料.然而,PBT 聚酯可以以填充和未填充的半结晶形式提供.
事实上,由于 PBT 的结晶速度比 PET 快,因此在正常加工条件下不可能生产出无定形的 PBT 部件.聚合物结晶足够有效,以在其结构中始终达到一定程度的组织.
酯基和芳环的刚度由丁烯基的柔韧性和流动性平衡.但在 PET 中,较短的亚乙基使结晶度成为可选.如果我们快速冷却,我们可以得到无定形 PET,如果我们缓慢冷却,
我们可以得到半结晶 PET.
大多数 PET 瓶都是从注塑成型的瓶坯开始的.它们透明且坚韧且壁相对较厚,以便在预制件重新加热和拉伸以形成瓶子时使壁变薄.如果您曾在瓶子制造厂工作,
您就会知道,如果在预热循环期间,瓶坯变得太热,它们会变得混浊——这是结晶的迹象.（事实上,如果您仔细观察预制件的浇口区域,
您会发现该区域由于部件的该区域产生的额外热量而产生少量雾霾）.如果您尝试用这种混浊、部分结晶的材料吹制瓶子,则会下降冲击性能.
如果结晶度足够高,预制件甚至可能在吹制过程中破碎.所以诀窍是保持材料高于其玻璃化转变温度,但低于其结晶温度.该温度窗口可能不会很宽,
该图显示了无定形 PET 聚酯的行为,这是一种未填充的透明材料,用于制造需要韧性和透明度但不需要承受高温的零件.
当材料从室温开始加热时,一个值得注意的事件是玻璃化转变.这表现为材料热含量的阶跃变化,并且在该化合物中,该过程在 75 C (167 F) 下完成.
在这一点上,材料已经失去了它在室温下的刚性,变得柔软而柔韧.随着温度升高,软化聚合物的粘度会下降,直到温度接近 110 C (230 F).
这是扫描基线开始快速上升的温度,75 C 和 110 C 之间的差距代表吹瓶的机会窗口.
我访问过的大多数 PET 瓶厂的预热温度都在 100 C (212 F) 附近.一旦结晶过程开始,材料开始变浑浊.它也将开始恢复在经历玻璃化转变时失去的一些刚度.
如果此过程进行得足够远,聚合物会在约 140 摄氏度（284 华氏度）下结晶.在这一点上,材料将变得不透明且易碎,并将保持这种状态,
直到晶体结构在大约 245 摄氏度（473 华氏度）熔化.因此,PET 可以是无定形的或半结晶的,这取决于我们如何对待它.
但在正常的商业环境下,PBT 总是半结晶的.因此,为了正确理解 PET 和 PBT 之间的性能差异,我们需要将苹果与苹果进行比较——每种聚合物的半结晶形式.
由于 PET 结晶很好缓慢,因此生产具有半结晶结构的部件需要借助称为成核剂的化学品以及填料和增加强度材料的固体颗粒.
因此,商业半结晶 PET 聚酯总是以填充或增加强度形式出售,为了公平比较 PET 与 PBT 的性能,我们需要将材料与同等水平的相同类型的填料进行比较.
我们将在本次调查的第 2 部分进行讨论,并讨论成型商在使用这两种聚合物系列时会遇到的加工差异.
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