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低粘环状聚酯CBT树脂应用现状
2008-7-30 2:39:33 来源或作者: 张乃斌(北京星贝达化工材料有限公司 ,北京 100085 )
 
 
关于CBT

CBT树脂该产品具有大环寡聚酯结构,是不同低分子量环状齐聚物的混合物。CBT常温下为固态,加热到一定温度时,会变得象水一样,粘度极低;而且在加入催化剂后(并在适当的温度下),可聚合成高分子量的热塑性聚合物。CBT树脂润湿能力强、填充能力强、加工粘度低;与各种填料、增强材料和高分子材料的相容性好。这些特性使得CBT树脂在不同的应用领域具有独特的作用。几乎适用于所有的热塑性塑料和热固性树脂的加工方式(滚塑/浇铸/共混/挤出/注射成型/压铸成型/真空袋成型/传递模塑成型RTM/反应注射成型RIM,SRIM/淤浆法/粉末涂料)!

CBT结构

CBT是以下各种环状齐聚物分子的混合物。

CBT特性

加工优点:

低 粘 度:CBT常温下为固体;约在190℃,就变为象水一样的液体(相同条件下,PBT的粘度大约是它的5000倍,难于与填料/纤维结合,难于制造薄壁制品)。这有利于快速和极佳地润湿填料/纤维增强材料,并可以在很低的压力下成型。
快速聚合:CBT中加入催化剂(固体/液体,常温/高温,快速/慢速,水敏感/水不敏感),开环聚合为PBT;选择不同的催化剂和反应温度,CBT的完全聚合时间可以控制为几十秒到几十分钟。CBT低粘度和快速聚合的特点,使CBT可以在许多不同的应用中,进行快速加工。

  可热成型:含催化剂的CBT可在180~200℃聚合PBT,并立即开始结晶(形成半晶热塑PBT)。而PBT的熔点为225℃,因此,不需冷却就可脱模!

含催化剂的CBT聚合为PBT,在180~200℃时,为半晶热塑PBT;在200℃以上,反应加快,聚合成的PBT分子量降低,结晶变慢;在接近225℃时,聚合成的PBT难以结晶(若结晶,则需冷却)。因此,含催化剂的CBT合适的聚合/结晶温度为180~190℃。
无反应热:含催化剂的CBT聚合时无反应热释放。因此,反应不会失控;也不会应为反应升温而损坏模内部分。还意味着在制造大型厚壁的制件时,因不用考虑热量的因素,可缩短成型周期!

  无VOC和释放物:CBT加工过程中无气体释放;含催化剂的CBT聚合时也无苯乙烯或VOCs释放。提高成品率和容易获得好的表面。

例如:CBT树脂在进行RTM传递模塑成型时,只需利用真空法将液体树脂导入,并渗透进入到玻璃毡或纤维增强材料中,再聚合即可。它比环氧树脂更容易渗透,可以渗透碳纤维含量超过75%的增强材料。此外,CBT树脂还可以用于制备预浸泡材料,经过熔融、渗透、再冷却至固体,而不发生固化反应。

加工方式:

CBT几乎可以用所有的热塑性塑料和热固性树脂的加工方式,来进行加工:

  滚塑(旋转模塑)  铸塑(铸型,浇铸)   共混        挤出        注射成型
    压铸成型      真空袋成型       传递模塑成型(RTM)反应注射成型(RIM,SRIM)
    淤浆法       粉末涂料

相 容 性:

(1)与高分子:CBT与聚酯(PBT、PET、PC、PCT、Hytrel、etc.)、PA、缩醛(POM)、PPO、PVC、PMMA、TPU、ABS、SAN、PEI、PSU及合金(PC/ABS、PC/PEI、PC/PBT、PC/PET、etc.)等的相容性很好。极少的添加量,就可以大幅度提高树脂的流动性,而几乎不影响力学性能;降低共混能耗和提高产能。

(2)与 填 料:CBT润湿能力强、填充能力强、加工粘度低;与各种填料和增强材料的相容性好。如下是一部份已知与CBT相容性的填料和增强材料:

   玻纤      碳纤     碳酸钙(硬脂酸表面处理)     硅灰石       滑石粉
     气相二氧化硅(硅烷表面处理)  玻璃微珠            颜料(碳黑,钛白粉)
      热稳定剂(抗氧剂,亚磷酸脂)  脱模剂(季戊四醇硬脂酸酯,聚乙烯)

填料和纤维材料本身材质、尺寸、表面处理和加入量的变化,以及催化剂的选择,将最终决定CBT(含催化剂)聚合的程度。

CBT应用

1 滚塑(旋转模塑)

将CBT树脂用于滚塑,可以创造出高附加值的滚塑制品:高光泽可涂装表面、超高的模量和强度、极佳的尺寸稳定性、高的使用温度(>160℃);优异的气体阻隔和纤维增强。

通常用的滚塑材料是聚乙烯(PE)。CBT的滚塑时间等于或短于标准的PE滚塑时间。将混有催化剂的CBT进行预熔化,射入预热的模中,可以显著的减少成型时间。

CBT可以与PE进行滚塑,而形成双层膜体系;且PE与形成的PBT(CBT聚合成的)间的粘接力(由于PE的表面粗糙和CBT的高流动)很强!

由于CBT的低熔体粘度和高润湿能力,可以用滚塑的方法来制造加纤PBT的中空制品,CBT为滚塑制品制造商,提供更广泛的创造空间!

滚塑聚合条件:腔内热气230~250℃,循环5分钟。

 CBT滚塑举例:

   小船      压力容器      水箱      化学储罐       燃油箱
   抗静电燃油箱  身体护板      设备密封    电子/电器//通讯封装 吸声封装
   辐射吸收封装

2 铸塑(铸型,浇铸)

  CBT的低粘度,给铸塑制造商提供多种可能,既可以填充浇铸,也可以非填充浇铸。聚合型CBT浇铸时可聚合为PBT,更是具有优异的性能。还可以二次加工成复杂的形状。

CBT中加入功能填料,进行浇铸,可以得到高填充或增强的复合材料。比如:加矿物填料(如:硫酸钡和石英)的浇铸复合材料,具有优异的耐划痕性、耐热性和机械性能(如:高弯曲模量)。这些高填充复合材料,为我们制造高体积/高固体表面要求的制品,提供了可能。比如制造:厨房台板(耐热温度可达230℃)、工具台和地砖。

工艺举例:CBT――熔化――加玻璃微珠――混和――抽真空(CBT可不干燥)――加锡类催化剂――混和3~4分钟(180~200℃)――浇铸成型――200℃固化5小时――得到型材(待机加工用)。

铸塑优点:低粘/高填充/可调反应时间/无反应热/低于225℃不需冷模/收缩均匀/无VOC/开放时间长。

3 复合材料

  CBT树脂独特的性能和加工优点,为复合材料行业带来了革命性的应用前景。CBT基的复合材料(CBT聚合为PBT),可以达到:轻质/高使用温度/优异耐化学性/好的损害耐受性/断裂改善/环境友好加工过程/热塑性/可再生。CBT基玻纤和碳纤复合材料,正在试用于如下领域:汽车、风能、建筑、运动器具、航海和航空。

风能领域:风涡轮机结构多由玻璃纤维增强复合材料制造,选用CBT为基础树脂,可以大幅度缩短生产周期,提升产能。在厚壁部分,CBT的固化速度要快2~4倍。以CBT为基础树脂,可以用传统工艺来生产风力叶片。

运动器具:以CBT基的复合材料,制造结构增强热塑器件,具有功效:轻质、层间搞剪切强度、高刚性、搞机械强度、改善抗振损害和再利用。可能的应用:高尔夫球杆、冰球杆、网球拍、滑雪板、雪橇及这类制品。

4 高填充特殊功能共混物

  用聚合型CBT可制造高填充特殊材料,优点如下:低熔点/低熔体粘度、高润湿/高填充/宽相容、快速反应/无VOC产生、可以二次成型。生产过程并不局限于高速分散、单/双螺杆共混、在线共混、注射成型和压铸成型。

CBT可用于制造:

  1. 高填充材料:导电、导热、高比重材料(>60%V),轻质(50%空心玻璃珠)复合泡  沫塑料。
  2. 短纤复合材料:纤填充量高、润湿极佳、粘接性优异。
  3. 长纤复合材料(LFT):CBT用作基料或添加剂。
  4. 玻璃毡片热塑性层压板(GMT)。

CBT加工温度:非反应共混温度:130~170℃;反应共混温度:240~265℃。

聚合方式:CBT既可以在加工过程中聚合,也可以先加工成型再在高温真空条件下聚合。

5 CBT齐聚物用作添加剂(共混改性,母料)

  CBT与结晶、半结晶和无定形高分子,有很好的相容性;对它们的熔体流动影响颇佳。极少的添加量,就可以大幅度提高树脂的流动性,而几乎不影响力学性能;降低共混能耗和提高产能。

  CBT与聚酯(PBT、PET、PC、PCT、Hytrel、etc.)、PA、缩醛(POM)、PPO、PVC、PMMA、TPU、ABS、SAN、PEI、PSU及合金(PC/ABS、PC/PEI、PC/PBT、PC/PET、etc.)等的相容性很好;用CBT100改性这些材料(加:0.5~5%),可以大幅度提高流动性,而几乎不影响力学性能;即使增强型的工程塑料,由于加入了CBT,也能够轻松实现薄壁、长流程的注射。

  加工条件:CBT加工温度为130~320℃(在130~150℃,为牙膏状),根据配方而定。

1 CBT用于共混改性时,以主料的加工温度为主。

  2 CBT用于填充料载体时,开始时要低喂料速度,挤出温度120~170℃;连续出料后,可提高喂料速度,降低挤出温度,提高物料粘度,增加剪切和混合。

  3 CBT用于高填充料载体时,开始的挤出温度可以高到170~190℃。

  4 如果挤出的物料强度不够,难以切粒,可以采取水下切粒的方式或模头切粒。

应用:

A.提高玻纤增强PC的流动性

 

帝人 Panlite L1225Z 40%Glass Filled PC

0%CBT

3%CBT

5%CBT

熔 指 g/10min(265℃,5Kg)

14

24

28

“螺旋”流长 Inches(300℃)

20.0

27.3

30.2

“螺旋”流长增加%

-

37

51

屈服拉伸强度 MPa(psi)

95.4(13833)

98.1(14225)

104.8(15200)

断裂伸长率 %

3.1

2.6

2.8

拉伸模量 GPa(psi)

11(1595000)

11.9(172500)

12(1740000)

落锤冲击  J(23℃,3.2mm)

8.1

8.0

8.0

热变形温度HDT ℃(264psi)

142

133

126

弯曲强度  MPa

200.6

176.5

173.5

弯曲模量  GPa

11.6

10.8

10.7

CBT通常的加入量为1~5%,得到了高流动性,又不影响透明性;尽管CBT可以加到10%而不影响透明度,但力学性能会有影响。

B.提高PC/ABS合金的流动性

 

PC/ABS(Bayblend T85)

0%CBT

3%CBT

熔 指  g/10min(260℃,5Kg)

29

39

屈服拉伸强度 MPa(psi)

47.5(6888)

48.2(6989)

断裂伸长率 %

50

60

拉伸模量 MPa(psi)

2030(294000)

2090(303000)

弯曲模量 MPa(psi)

2550(369750)

2580(374100)

弯曲强度 MPa(psi)

82.6(11977)

83.7(12137)

落锤冲击 J(23℃,3.2mm)

50.4

49.1

C.提高阻燃增强PBT的流动性

  CBT在既阻燃又增强PBT中的加入量为2~5%,根据具体配方和需要而定。

D.提高PPO的流动性

  CBT可以用在PPO中,提高流动性,并使其可熔融加工。

E.提高PET的流动性

  CBT添加到透明PET中,不影响吹塑、透明性和着色性。

CBT通常的加入量为1~5%,得到了高流动性,又不影响透明性;尽管CBT可以加到10%而不影响透明度,但力学性能会会有影响。

 

Voridian CB12 PET

0%CBT

0.5%CBT

1.0%CBT

3.0%CBT

拉伸模量 GPa

2.3

2.3

2.4

2.4

屈服拉伸强度 MPa

53

54

55

57

屈服拉伸形变 %

3.0

3.3

3.3

3.4

断裂伸长率 %

241

259

240

235

落锤冲击J(23℃)

50

52

52

51

F.母料

  CBT润湿能力强、填充能力强、加工粘度低,既可以用作母料的载体,也可以用作母料的添加剂。

  CBT与各种填料(碳酸钙、滑石粉、硅灰石、硅粉、玻璃微珠)、纤维(碳纤、玻纤)、稳定剂、阻燃剂、脱模剂和颜料的相容性很好,对它们的润湿能力强;CBT适用于制作各种高填充、易分散的母料。

母料的加工条件与颜料或添加剂的加入量有关:

  (1)CBT为载体:共混温度选130~170℃(牙膏状);

  (2)高填充量颜料(如:80%钛白粉):在170℃下,拉条冷切;

  (3)低填充量颜料(如:50%):要配加其它高分子,来改善熔体强度,进行拉条冷切。

6 反应挤出制备特殊材料

聚合型CBT可以跟相容和不相容的高分子(含双端羟基) 快速聚合,制造出特殊的高分子,如:与聚四氢呋喃反应,合成热塑性弹性体(TPEE)。以反应挤出方式替代反应釜反应方式,降低了成本,简化了工艺,提高了反应的可控性(便于监控反应进程)。从而推动了材料的应用前景!

7 纳米复合材料

  CBT具有低熔体粘度和极性的特点,是纳米级填料(纳米粘土/碳纳米填料/碳纳米管)的极佳“溶剂”。纳米粘土很容易分散到CBT熔体中,并在CBT聚合前层析成纳米结构。

  CBT基纳米复合材料,开创了新的应用领域,如:薄壁连接器和重叠模压敏感电子器件等。

与通常的填充或增强的PBT相比,CBT基纳米复合材料的优点:

  • 低熔体粘度(高熔体流动性)

  • 相似的热变形温度HDT)

  • 固有阻燃

  • 密度低

碳纳米管在CBT中良好的分散,提供了更多可能的应用领域:

  • 注射成型高导热热塑散热器(热管理应用)

  • 注射成型高导电热塑燃料电池金属极板(电子应用)

8 涂层

  CBT独特的物理和机械性能,为其在粉末涂料和液体涂层方面,提供了更多地应用前景。

  CBT粉末涂料优点:

  (1)CBT在约160℃变得象水一样,因此很容易进行液体涂装,不需要溶剂。

  (2)韧性工程塑料涂层。CBT很容易被细粒子吸入,作为粉末涂料,可以制得薄的韧性热塑涂层,解决了现存粉末涂料应用面对的难题。在此之前,用热塑材料不可能制得很薄的热塑涂层!CBT粉末涂料与现存的粉末涂料设备兼容。

  (3)CBT可以与功能填料共混,制造功能粉末涂料。比如:添加氮化硼,可以得到热导粉末涂料。

  (4)涂装/固化过程无VOC或释放物产生。聚合条件:190℃/30min;230℃/3min。


文章投稿:news@newrp.com,国际橡塑网是全球橡塑行业最大、最专业的电子商务门户网站。
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