■金暘新材料
前言
電，已經變得和水、空氣一樣，成為人類生活不可或缺的一種資源。無論是居家生活，還是上班工作，人們幾乎時時刻刻都離不開電。用電安全也因此變得至關重要。採用熱塑性塑料，特別是通用工程塑料，製造各種電子電器的外殼或零部件、照明產品是目前比較普遍的現象，常用的塑料種類有PC、PA、PP、ABS、PBT 等。
作為最堅韌的工程熱塑材料之一，改性PBT（聚對苯二甲酸丁二酯) 因其出色的阻燃、高耐熱性、易加工成型、耐有機溶劑好等性能，廣泛應用於電子電器、家電、汽車等領域，是名副其實的用電安全“衛士”。
作為一種工程塑料，PBT 的增長速度高於市場平均增長水平，其中約三分之一被用於汽車製造、電氣工程與電子產業（如外殼、插座等），以及通用應用等領域。與其它工程熱塑性塑料相比，PBT 的年增長率高於平均水平，據卓創資訊數據分析目前全球PBT 總產能約200萬噸/ 年左右，國內PBT 總產能約92 萬噸/ 年，國內PBT 聚合廠家平均開工負荷約為81% 以上，開工率較為穩定，2018 年PBT 行業再現產能擴張計劃，預計產能增速高達20.22%。可預見未來國內PBT 市場將逐漸轉為弱勢局面，處於高開工率、低需求階段。這使其成為在經濟上很吸引人的一類材料，也促使改性塑料生產商從技術上研究這種材料的深層次發展，從而幫助客戶提高成本效益。
一、PBT 的結構與性能
PBT 的分子結構如圖所示。PBT 的分子鍊為線型結構，沒有支鏈，結構規整，且結構單元相比PET，有4 個亞甲基-(CH2)-，分子鏈柔曲性更好，分子鏈排列更加規整，因此材料結晶能力高於PET，尤其在低溫下結晶速度快，易於成型加工。分子鏈中空間位阻大的苯環和極性基團酯基，兩者形成一個共軛體系，使分子鏈剛性增加。高溫下，酯基使其易於水解而發生斷裂，從而影響聚合物的性能[1]。
圖1：PBT 的分子結構
PBT 的溶解度參數為10.8(J/cm3)1/2，與許多塑料相接近，所以其共混的範圍比較廣泛。另外，PBT 的分子鏈末端含有羥基或羧基，其容易與環氧、酸酐、羧基或羥基等發生化學反應，在共混時可以與含有這些官能團的增韌劑更好地混合，與增韌劑的界面粘合性增強，從而達到更好的增韌效果。PBT 樹脂具有優良的力學性能、良好的耐候性、低吸濕性、良好的電絕緣性、非晶態聚酯有良好的光學透明性等，但PBT 仍存在一些不足，如其缺口衝擊強度低、阻燃性不高、熱變形溫度較低、高溫下尺寸穩定性差等。
結合PBT 優良的性能，針對其不足，對PBT 的改性成為擴大PBT 使用範圍的重要手段。
圖2：PBT 主要應用領域; 圖3：LED 燈外殼
二、PBT 主要改性類型
PBT 種類繁多，在實際應用領域，大部分的PBT 都需要經過改性，才能滿足相應的要求。PBT 的主要的改性類型有：阻燃PBT、玻纖增強PBT 和PBT 共混合金。
1、阻燃PBT
PBT 樹脂容易燃燒，難以成炭，阻燃性均屬於UL94HB 級，需要加入阻燃劑以達到所需的阻燃級別。常用的阻燃劑有溴化物、銻化物、含磷阻燃劑等。阻燃PBT 可能存在燃燒時產生煙霧、滴落、衝擊性能低，甚至高溫條件下表面析出等問題，影響到產品的電性能特性和外觀。低聚物和高分子聚合物型阻燃劑、抗滴落劑的加入有利於上述問題的改善。出於環保方面的考量，各行業積極推進使用無鹵阻燃PBT，其中磷系阻燃劑的研究與應用較為廣泛。
2、玻纖增強PBT
純PBT 熔點高， 但負荷熱變形溫度（1.82MPa） 僅為54℃，且機械性能不如其他工程塑料。但玻璃纖維的加入賦予了PBT 材料更高的強度和抗衝擊性能。比如30%玻纖增強PBT 的負荷熱變形溫度（1.82MPa）可提高至205℃，但玻纖的加入也存在一些不利影響，如降低材料流動性、造成材料某些部位產生各向異性、產品橫縱收縮率差異大等等[2]。為了提高玻纖與樹脂的相容性，一般會對玻纖表面進行包覆改性。儘管玻纖的加入有利於抑製材料的易燃性，但是並不能完全起到阻燃的效果，仍然需要經過阻燃改性。在GF-PBT 中，鹵系阻燃劑對材料力學性能影響較小，但會使材料密度增加。根據GFPBT的流動性、長期老化性等不同需求，需要添加不同的阻燃劑。常用的高分子溴代類阻燃劑有溴化環氧樹脂、溴代聚苯乙烯、溴代芳基丙烯酸樹脂、四溴雙酚A 聚碳酸酯等。
3、PBT 合金共混改性
PBT 改性引進其他不同性能聚合物，可使共混組分在性能上實現互補，提高材料的綜合性能。以PBT/PET合金為例，PET 的加入有利於加纖PBT 產品光澤度的提高，但對於兩者間的酯交換反應觀點不一。有的觀點認為，只有在嚴格的條件下，PBT 與PET 才能形成共聚物。有的觀點則認為，PBT 與PET 共混時極易發生酯交換反應，生產嵌段或者無規共聚物，造成聚合物性能下降。
此外，針對PBT 缺口敏感的缺點，常使用彈性體、聚乙烯和聚碳酸酯（PC）增韌PBT。（1）彈性體增韌PBT，有利於材料抗衝擊性的提高。但彈性體含量增加會降低材料的模量，同時彈性體作為分散相，其相態顆粒尺寸與在連續相中的分散對聚合物的韌性影響較大。（2）少量的聚乙烯（約3%）可以提高PBT 的韌性，含量增加會造成材料分層甚至性能下降[3]。
（3）PC 可以改善聚合物的衝擊性能，同時可以提供低的收縮性、較好的尺寸穩定性和低負載下高的比熱容。但PBT 和PC 兩者在常規混合和模塑時，都會出現酯交換反應，產生共聚物，造成材料的熱性能下降，材料變黃。
圖4：接插件/ 國家電網專用的端子/ 散熱風扇/ 汽車大燈
三、改性PBT 的產品應用
改性PBT 材料主要應用於電子電器領域，如繼電器外殼及繞線軸、燈殼燈座、插座、光纖接頭等，汽車製造領域如接線盒、點火系統零件、外門把手等。以下圍繞用電安全介紹幾款PBT 產品在不同行業的應用：
1、LED 燈或節能燈外殼在照明行業中，燈殼大部分使用的是增強阻燃PBT 材料，其外觀要求色澤通透或者遮光、表面光潔、無浮纖，性能要求阻燃3.2mm 或1.6mm 阻燃V0、耐高溫、耐黃變效果好、機械性能良好，易於加工。以金暘為例，針對客戶的需求，金暘研發的燈殼產品分為色澤通透的增強阻燃PBT 產品（TG15EX、TG25EX、TG30EX 等）和遮光PBT 產品（TGM20EX），其中遮光PBT（TGM20EX ）可根據客戶要求，遮光程度達到0.8mm 產品厚度不透光。
以上兩類產品均可用於全塑照明產品外殼和塑包鋁照明產品外殼，產品如圖所示。其中用於塑包鋁照明產品的材料，可滿足客戶終端產品在-30℃ ~120℃環境下高低溫循環測試200 次~500 次。
2、接插件
電子接插件產品主要以30% 玻纖增強阻燃材料為主，也有15% 玻纖增強或不增強阻燃的材料。金暘就電子接插件產品推出的TG30EX 和TG15EX 兩款材料，其性能滿足阻燃級別3.2mm 或1.6mmV0，強度和韌性高，可經受多次插入和拔出，外觀要求光澤好，無明顯浮纖，產品如下圖所示。
3、國家電網用端子
國家電網專用的端子主要為30% 玻纖增強阻燃材料，金暘開發的兩款相應產品——TG30EX-4U 和TG30EX-6U，其性能符合國家電網對端子產品的材料要求，即灼熱絲可燃性指數GWFI960℃，強度與韌性高，外觀以PANTONE4U和6U 顏色為主。
4、電腦散熱風扇
電腦散熱風扇因CPU 的表面溫度可達130~140℃，因此要求材料能夠長期耐受高溫工作條件，同時因直接接觸金屬線圈，材料也需具備較高的阻燃性能。此外，散熱風扇需要通過嚴格的動平衡測試，所以材料需要良好的流動性、尺寸穩定性。而金暘推出用於散熱風扇的30% 玻纖增強阻燃PBT 材料TG30EX，該產品阻燃級別為1.6mmV0，具有優良的流動性和尺寸穩定性，滿足材料高溫條件使用要求。
5、繼電器
繼電器內的線圈軸一般要求材料具有良好的絕緣性、高耐熱性、高阻燃性、高流動性、高剛度，可適用材料有酚醛樹脂、PBT、PA6、PET。 PBT 材料流動性好，結晶速度快，耐熱性高，因此用於尺寸小、形狀複雜的產品都有較大的優勢。金暘針對繼電器內的線圈軸產品推出30% 玻纖增強阻燃PBT 材料（TG30WX），阻燃可達到0.35mmV0，已有UL 黃卡（經UL 試驗並認證的安全性評價數據表卡片）。
圖5：繼電器
圖6：光纖接頭
6、光纖接頭
光纖接頭類型多，接頭材料主要為工程塑料，有利於插拔方便，安裝密度高，但其尺寸小、製件薄、長期與電接觸，因此產品對材料的流動性、韌性、阻燃性和尺寸穩定性有較高的要求。金暘對此開發出阻燃1.6mmV0、韌性高、流動性好的TG15EX 產品，制得的產品尺寸穩定，可經受多次插拔。
7、汽車用材料
在汽車製造領域，改性PBT 主要應用於汽車保險桿、汽車大燈燈飾圈、汽車傳動器齒輪盒、馬達外殼等器件。以應用於汽車大燈燈飾圈的PBT 材料為例，其要求材料耐溫性好、流動性高且易於成型。根據以上特點，金暘推出兩款適用於汽車大燈燈飾圈產品TM20E 和TM00E。 TM20E 為礦物填充PBT/PET，產品適用於有底塗的汽車大燈燈飾圈和反射鏡等，具有高耐熱、優良的機械性能和表觀效果。TM00E 為免底塗PBT，具有良好的加工性能、高光澤、低析出的表觀效果，所射出的產品達到高光潔的表面效果，無需噴底漆可直接真空鍍鋁。
總結
改性PBT 樹脂已在電子電器行業、汽車製造等領域得到廣泛使用，相比其他工程塑料，目前國內PBT 市場處於高開工率階段，PBT 樹脂是更具經濟吸引力的材料之一。我國禁止白熾燈的使用，並提倡使用環保節能的燈具，目前節能燈得到普遍使用，而LED 照明在國內乃至全球市場也逐步推廣成熟，國內外照明巨頭紛紛加強佈局智能照明，這可能成為改性PBT 在電子電器領域的市場消費增長點。我國計算機產量保持著穩定的增長，通訊行業快速發展，這使得電子計算機散熱器、光纖接頭、電子設備連接器等改性PBT 應用的電子元器件市場需求也逐步增加。我國汽車製造業的迅猛發展，也將使得汽車用工程塑料PBT 用量快速增長。用於電子電器外殼或零部件、照明產品的改性PBT，直接或間接的與電接觸，因此材料需要阻燃、耐高溫、耐漏電起痕、耐有機溶劑，以有利於人們生活工作中的用電安全。
參考文獻
[1] 魏剛. 聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）的增韌增強改性及其結構與性能研究[D]. 四川大學,2004.[2]魏家瑞. 熱塑性聚酯及其應用[M] . 化學工業出版社,2012.[3]J. 謝爾斯,TE 朗. 現代聚酯[M]. 化學工業出版社,2007. 郵箱：service@jinyoung.cn ■
