1、109综述NO.02 2023塑料科技 Plastics Science and TechnologyPBT工程塑料改性的研究现状及应用进展卜和安1,刘世军1,吴文洋2,桑 琳2*（1.康辉新材料科技有限公司，辽宁 营口 115200；2.大连理工大学汽车工程学院，辽宁 大连 116024）摘要：为了满足聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）在工业设备中的应用需要，需对PBT进行改性处理。文章综述PBT在力学性能，阻燃性能、翘曲变形、析出性能及介电性能等方面的改性研究进展。介绍了PBT改性工程塑料在汽车、电子电器、机械设备、通信以及纺织等领域的应用。指出未来应当开发符合低碳环保且具有高附加功能的PBT
2、材料，通过提升改性技术加快功能性PBT产品的开发。关键词：聚对苯二甲酸丁二醇酯；力学性能；阻燃性能；翘曲变形中图分类号：TQ323 文献标识码：A 文章编号：1005-3360（2023）02-0109-05 DOI：10.15925/ki.issn1005-3360.2023.02.022Research Status and Application Progress of Modification of PBT Engineering PlasticsBU He-an1,LIU Shi-jun1,WU Wen-yang2,SANG Lin2*(1.Kanghui New Material
3、Technology Co.,Ltd.,Yingkou 115200,China;2.School of Automotive Engineering,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China)Abstract:In order to meet the application needs of polybutylene terephthalate(PBT)in industrial equipment,PBT needs to be modified.The research progress of PBT in mechanica
4、l properties,flame retardancy,warpage,precipitation properties and dielectric properties is reviewed.The application of PBT modified engineering plastics in the fields of automobile,electronics,machinery and equipment,communication and textile was introduced.It is pointed out that PBT materials with
5、 low carbon environmental protection and high additional functions should be developed in the future,and the development of functional PBT products should be accelerated by improving the modification technology.Key words:Polybutylene terephthalate;Mechanical properties;Flame retardancy,Warpage聚对苯二甲酸
6、丁二醇酯(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。PBT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。PBT具有较高的结晶性，在低温下可迅速结晶1-2。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3-4。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5-6。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7。为弥补纯PBT树脂性能的不足，对PBT树脂已有一些改性研究。本
7、研究针对目前国内外有关PBT工程塑料改性的研究现状及应用进展进行综述，并对PBT材料的改性研究进行展望。1PBT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8。目前，国内外主要采用共聚改性、无机材料填充改收稿日期：2022-10-14基金项目：2022年辽宁省自然科学基金计划（2022-YKLH-01）*联系人，引用本文：卜和安,刘世军,吴文洋,等.PBT工程塑料改性的研究现状及应用进展J.塑料科技,2023,51(2):109-113.Citation：Bu H
8、A,Liu S J,Wu W Y,et al.Research status and application progress of modification of PBT engineering plasticsJ.Plastics Science and Technology,2023,51(2):109-113.110综述NO.02 2023塑料科技 Plastics Science and Technology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。1.1力学性能方面纯PBT树脂的拉伸强度、弯曲
9、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9。程奎等10添加短玻纤大幅度提高PBT的拉伸强度和弯曲强度。研究表明：短玻纤含量在30%范围内时，短玻纤对PBT的增强作用随短玻纤质量分数的增加而进一步提高。宋功品等11研究表明：随着长玻纤含量的增加，改性PBT材料的拉伸强度和弯曲强度均得到改善。当长玻纤的质量分数从20%增至50%，改性PBT材料的拉伸强度达到160 MPa，弯曲强度达到215 MPa。玻纤
10、质量分数为40%时，改性PBT材料的冲击强度达到最高值42.3 kJ/m2。使用玻纤对PBT进行改性时，为了使玻纤和PBT更好融合，通常对玻纤的表面进行处理。陈秀宇等12研究表明：经偶联剂表面处理的玻纤对PBT的力学性能改善作用优于未处理玻纤。加入表面处理后玻纤，PBT的拉伸强度提升了10.6%，弯曲强度提升了13%，弯曲模量提高了5.3%，缺口冲击强度提升了19.6%。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13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。当玄武岩的加入量达到30%时，PBT的弯曲模量和拉伸强度、
11、弯曲强度可分别提高244.5%、140%、130.3%，缺口冲击强度也从4.28 kJ/m2提高至10.05 kJ/m2。1.2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14-15。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
12、含氮化合物协同作用达到更高效的阻燃体系16。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。此外，阻燃剂受热分解挥发性磷化物，能够捕捉燃烧链式反应中生成的活性自由基，终止反应进程，起阻燃作用17。雷祖碧等18研究氮-磷系阻燃剂HT-2、磷酸盐系阻燃剂F-240对复合材料阻燃性能的影响。结果表明：氮-磷系的阻燃效果优于磷酸盐系阻燃剂。少量阻燃剂可使PBT复合材料达到UL-94 V-0级，且力学性能表现相对突出。张友强等19研究氮-磷系无卤阻燃剂HT-202A对PBT阻燃性能的影响。当无卤
13、阻燃剂加入量为16%，PBT的UL-94等级可提升至V-0级，与含卤阻燃剂性能相当。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20。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21。徐建林等22研究Sb2O3的粒径大小对PBT阻燃性能的影响。结果表明：与微米级的Sb2O3相比，加入纳米级的Sb2O3对PBT阻燃性能更好。随着含量的增加，对PBT改善性能的提升越明显。当加入Sb2O3的含量为5%，PBT的UL-94等级提升至V-0级。Gallo等23将二乙基次膦酸铝和纳米二氧化钛加入PBT中，发现PBT的UL-94等级可达到V-
14、0级。1.3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24。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。吕智25
15、对玻纤增强PBT复合材料填充不同含量的无机填料（滑石粉、云母、玻璃微珠等）进行力学性能测试和翘曲观察，比较不同无机填料对PBT复合材料翘曲变形的改善效果。结果表明：采用滑石粉、云母、硅灰石、玻璃微珠、高岭土进行填充，制品的抗翘曲变形均得到明显改善。无机填料形状的对称性越好，表现的各向同性越明显，填充的制品抗翘曲变形和流动性越好。玻璃微珠填充制品的抗翘曲变形在所有无机填料中相对较好。Xie等26研究发现：将玻纤、滑石粉、碳酸钙、硅灰石粉填充到PBT，不仅使制备材料获得均匀的收缩性，还增强了材料的力学性能。胡志刚等27研究硫酸钙晶须的填充对玻纤增强PBT材料翘曲的改善情况。由于相比玻纤，硫酸钙晶须
16、的长径比更小，能够减弱各向的不对称收缩。结果表明：当采用质量分数20%的硫酸钙晶须代替玻纤时，玻纤增强PBT的翘曲度从20 mm降至5 mm，下降约75%。随着硫酸钙晶须替代玻纤比例的增加，PBT材料的翘曲度逐渐减小，抗翘曲性能得到明显提升。111综述NO.02 2023塑料科技 Plastics Science and Technology此外，由于聚碳酸酯(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共混后可以有效改善PBT的收缩率28。迟东东29将ABS与PBT进行共混降低PBT材料的收缩率。结果表明：ABS影响PBT的结晶，使PBT体系的横向、纵向收缩率均降低。添加ABS后体系的纵横收缩比由纯PBT的0.725提升至0.842，有效改善体系收缩的均匀性，解决PBT制件的翘曲问题。有些研究中同时应用无机物和非晶聚合物，使二者协同作用改善PBT复合材料的翘曲变形。廖航等30向纯玻纤增强PBT树脂中添加具有低收缩率的非结晶性ABS树脂和PC树脂，同时加入滑石粉，使PBT复合材料的横纵向收缩率差值降至0