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德国巴斯夫PBT塑料的性能介绍

添加时间:2011-12-29 08:26

Ultradur PBT 的性能

Ultradur PBT 系列产品是基于聚对苯二甲酸丁二醇脂的聚对苯二甲酸亚烷基酯模塑化合物,其化学结构可用下列结构分子式表示:

PBT化学式
 
Ultradur PBT 由对苯二甲酸或对邻苯二甲酸二甲酯与1,4-丁二醇在催化剂作用下缩聚而成.对苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯和1,4-丁二醇由石化原料(如:二甲苯和乙炔)提炼而成.

产品范围
Ultradur PBT 的最主要应用是在汽车工程、电气工程、电子和通信产品以及精密仪器工程和普通机械工程.对于这些应用领域,可以选择多款Ultradur PBT 型号的产品.我们的技术销售人员会帮助您针对具体应用选择类型最合适的产品.

非增强型产品
Ultradur PBT 系列包括各种PBT 牌号,它们的流动特性、脱模和设置特性各不相同.未增强牌号可制造表面质量极高的零件,其应用范围包括包装薄膜、电气工程用掐丝接头以及齿轮等功能零件.高粘度和未增强的牌号用于挤塑场合,例如制造光线电缆.

增强型产品
Ultradur PBT 充分展示玻璃纤维增强牌号各种有利特性的潜力.根据需要,可以在Ultradur PBT 标准牌号内掺杂玻璃纤维,其含量最高可达50%.加工成注塑成型零件后,这些Ultradur PBT 牌号的产品扮演了组件的关键角色,即使在汽车发动机

舱等高温环境下也能承受很高的机械应力.除了纯 PBT/玻璃纤维化合物以外,增强牌号系列也包括玻璃纤维增强PBT 混合物,该混合物的表面质量和尺寸稳定性已被进一步优化.由于Ultradur PBT 具有出色的轮廓性能和高度一致的产品质量,知名的电子组件制造商已经充分信任增强Ultradur PBT 是一款理想的外壳材料.

具有增强流动特性的增强Ultradur PBT 牌号
凭借创新的 Ultradur PBT High Speed 牌号,它不仅可以填充复杂的模具,而且也可以比标准材料明显缩短循环时间.这些特别经济的Ultradur PBT  High Speed 牌号含有不同的玻璃纤维含量,也可PBT/ASA 混合物、S4090 牌号的形式提供.由于采用了纳米技术,Ultradur PBT High Speed 牌号的性能得到了提升.掺入其中的特殊添加剂可在分子链中形成纳米结构;与标准结构相比,该结构在熔化状态下更容易滑动,从而表现出更佳的流动特性.具有极低翘曲的增强Ultradur PBT 牌号制造大型、尺寸稳定的零件,例如汽车通风格栅,一直是塑料加工厂商的一大挑战.该牌号减少了翘曲,令加工变得更加容易.这些材料的各向异性填料和增强材料含量更少.在特殊设置下,可以实现横向和纵向两个方向大致相等的加工速率-这是生产可见低翘曲零件的最佳条件.

具有极佳耐水解性的增强Ultradur PBT 牌号
特殊添加剂使得原本就强健的 Ultradur PBT 更加具有各种抵抗力,即使暴露在高温的水中或潮湿环境.各种测试结果表明,这类特殊牌号产品的耐水解时间远远长于标准PBT.

机械性能
Ultradur PBT 系列包括不同机械性能(如:硬度、强度和耐冲击性能)的各级产品.

非增强 Ultradur PBT 的独特之处在于完美融合了是刚度和强度、良好的耐冲击性、热稳定性和滑动摩擦性及出色的尺寸稳定性.

玻璃纤维增强型Ultradur PBT产品的强度和刚度远高于非增强型Ultradur PBT 产品.如图7 所示,弹性模量与玻璃纤维含量之间的关系.

通过观察扭摆试验(依照 ISO6721-2 标准)测得的剪切模量和阻尼值(图2 和图3)随温度变化的情况,我们可深入了解非增强型和增强型Ultradur PBT 产品的性能与温度的关系.对数衰减曲线中对应 50 °C 时的最大值表示非晶体部分的软化范围,而晶体部分仅当温度达到220 °C 以上时才开始软化,从而能在较宽温度范围内保证尺寸稳定性和强度.

非增强型和玻璃纤维增强型Ultradur PBT 产品具有高强度,即使在高温条件下也能耐受机械负荷(图4-6).短单轴拉伸负荷下的性能如应力-应变图所示.图7 和图8 分别为不同温度条件下非增强型Ultradur PBT B 4520 和玻璃纤维增强型产品的应力-应变图.由图8 我们发现,增加玻璃纤维含量的效果显而易见.

韧性、冲击强度和低温耐冲击性
例如,在应力-应变图中,可通过断裂变形能来评估冲击强度(见图7 和图8).韧性的另一衡量标准为无切口测试棒的耐冲击强度,该强度需依照ISO 179/1eU 标准进行测试.根据表1,非增强型Ultradur PBT B4520 的耐冲击性高于玻璃纤维增强型Ultradur PBT 产品.

冲击强度及冲击断裂能与玻纤含量的关系
 
按照 DIN 53443 进行抗冲击试验或落锤冲击试验,可在接近实际条件的冲击负荷下测量材料的耐冲击性.根据该标准,采用壁厚1.5 mm 试验箱测定部件的50%冲击断裂能(E50),即当50%的部件损坏时所对应的落锤能量(见表1).断裂能与尺寸、壁厚、模制品的增强成分及加工条件按有关.
若对切口冲击强度或低温冲击强度有极高的要求,则应使用冲击改性产品.
图1弹性模量与断裂伸长率
 
图3-4非增强型Ultradu产品的剪切模量和对数衰减率与温度的关系
 
长期静负荷下的性能
材料在较长时间的静负荷作用下,其受载能力可通过恒定应力或应变来评估.依照DIN 53444 的拉伸蠕变试验和DIN 53441 的应力松弛试验,可测定材料在长期负荷下的伸长率、机械强度和应力松弛特性等有关参数.在较长的静负荷下,材料的负荷具有应力或应变恒定的特点.
连接器
连接器测试结果可用蠕变模量曲线、蠕变曲线和等时应力-应变曲线(图9 和图10)表示.此处所绘曲线图仅为大量塑料数据库中的的一例.如有需要,我们可为您提供这些数据.
图4非增强型Ultradur的屈服应力与温度的关系(根据
图 6:玻璃纤维增强型Ultradur的拉伸强度力与温度的关系
图 8:玻璃纤维增强型Ultradur在不同温度条件下的应力-应变图
图 9:根据DIN 50014-23/50-2,Ultradur®B 4520 在正常条件下对应60°C 和100°C 的等时应力-应变曲
图 10:根据DIN 50014-23/50-2,Ultradur®B 4300 G6 在正常条件下对应60°C、100°C 和140°C 的等时应力-应变曲线
 
循环负荷下的性能、弯曲疲劳强度
工程零件经常需要承受动态负荷施加的应力,尤其是交替或循环负荷,它们以相同方式周期性地作用于构件上.在此类负荷下,其性能需通过长期弯曲疲劳强度试验或在极高负荷循环速率的旋转弯曲疲劳试验(DIN 53442)中测定.试验结果如W PBT hler曲线图所示,该曲线图通过绘制每种情况下施加的应力与达到负荷循环速率获得(见图11).弯曲疲劳强度是指样本可耐受至少1000 万次循环时对应的应力大小.
图 11:根据DIN 50014-23/50-2 标准,测定常规条件下
观察曲线图可知,Ultradur PBT B 4300 G6 在正常条件下的弯曲疲劳强度为40MPa.试验数据实际应用时,必须考虑:在负荷变化频率较高的情况下,工件可能因内部摩擦加剧而迅速升温.此类情况与使用温度较高的情况类似,弯曲疲劳强度会有所下降.

摩擦性能
Ultradur PBT 具有出色的滑动性能和极强的耐磨性,是制造滑动零部件的理想材料.

图12 和图13 举例说明了非增强型和玻璃纤维增强型Ultradur PBT 在两种粗糙度不同的特殊摩擦表面上的摩擦参数和磨损率.滑动性能很大程度上取决于所接触的表面,因此,必须根据零部件选择适合的试验基材.

图 12~13粗糙度

滑动摩擦系数和滑动摩擦磨损率与接触压力、滑动表面温度和滑动距离有关.配对材料的表面粗糙度和硬度是决定性因素.如果滑动表面未出现发热和变形,则滑动速度并不影响滑动摩擦系数及磨损率.

热性能
Ultradur PBT 是一种半结晶塑料,其熔化温度范围较小(220 °C~225 °C).由于含有高结晶成分,未受压的Ultradur PBT 模塑件在短时间内加热至刚好低于熔化温度不会发生变形或降解.

Ultradur PBT 的特点之一于线性热膨胀系数极低,尤其是增强型产品,在温度发生变化时表现出良好的尺寸稳定性.但是,对于玻璃纤维增强型产品,线性热膨胀主要取决于纤维的方向.

玻璃纤维增强型产品受热时的尺寸稳定性(ISO75)明显优于非增强型产品.

短暂受热时的性能
除了产品自身的热性能之外,Ultradur PBT 部件受热时的性能也与受热时间、受热方式及负荷条件有关.零部件的形状也是一个十分重要的因素.因此,不能简单地基于各种标准化测试的温度值来评估UltradurPBT 部件的尺寸稳定性.

依照 ISO6721-2 标准进行扭摆试验,测定剪切模量和阻尼值与温度的关系,其结果有助于我们深入了解其温度特性.通过比较剪切模量曲线图(图8、9 和14)研究总结了在较低变形应力和速度条件下的热机械效应差异.根据实际经验,扭摆试验测定得出的温度值能够反映成品部件的热稳定性,试验初始阶段的软化现象较为明显.

耐热老化性
温度指数可用于评估诸多产品和性能(如:拉伸强度).Ultradur PBT 产品范围表中也列入了温度指数这一参数.如有需要,我们也可提供数据以及数据多媒体格式的相关计算程序.热老化是指在高温作用下性能发生的持续、不可逆变化(退化).

由于零件的使用寿命很长,因此,在正常使用条件下测定成型零件的老化性能往往难以进行.

热老化试验使用标准试样,充分利用高温加快化学反应速率的原理.采用阿伦尼乌斯方程以数学形式描述使用寿命与温度的相关性,是国际标准IEC 216、ISO 2578 和美国标准UL 746B 的基础.Ultradur®模塑件在上述温度时间范围内长期经受热应力负荷后,仅出现轻微变色.未染色的Ultradur® B4520 在110°C 条件下保存150 天也仅出现轻微变色.即使在140°C 条件下保存100天后,该材料的氧化变****况也十分轻微,因此该材料适用于生产需经受高温的外露部件,如:家用电器.
温度指数(TI)是指经过一定时间后(通常为20000小时)达到允许限值(一般指性能参数下降到初始值的50%)的温度值(°C).

温度指数可用于评估诸多产品和性能(如:拉伸强度).Ultradur®产品范围表中也列入了温度指数这一参数.如有需要,我们也可提供数据以及数据多媒体格式的相关计算程序.

如图14 所示,Ultradur PBT 的拉伸强度随储存时间和储存温度变化的情况.根据IEC 216 标准,我们可由图推断出:拉伸强度下降至50%时对应的温度-时间极限值为约140°C 和20000 小时.

Ultradur PBT 模塑件在上述温度时间范围内长期经受热应力负荷后,仅出现轻微变色.未染色的Ultradur PBTT B4520 在110°C 条件下保存150 天也仅出现轻微变色.即使在140°C 条件下保存100天后,该材料的氧化变****况也十分轻微,因此
该材料适用于生产需经受高温的外露部件,如:家用电器.

连接器
电气性能
Ultradur PBT 是应用于电气工程和电子产品的重要材料,可用于制造插接板、接点片和插塞式接头等绝缘零部件.此种塑料融合了良好的绝缘性能(接触电阻和表面电阻)、高介电强度、出色的防爬电性、优异的耐热老化性,且含有阻燃剂,满足较高的防火安全要求.有关电气性能的相关试验值参见Ultradur PBT 产品范围手册.
如图15 所示,Ultradur PBT S 4090 G4 的介电常数和耗散因数与频率的变化关系.空气中的水分含量不会影响电气性能.
图14~15玻璃纤维增强型
防火性能
基本注意事项
在290°C 以上温度条件下,Ultradur PBT 产品会逐渐缓慢分解,并释放出可燃气体,气体点燃后会持续燃烧.上述过程受到诸多因素的影响,因此,如同各类可燃固体材料一样,无法确定闪点.炭化和燃烧的分解产物主要是二氧化碳和水,并且根据供氧情况,可能还有少量一氧化碳、四氢呋喃、对苯二甲酸、乙醛和烟灰.毒理学研究表明,400℃以下温度范围内形成的分解产物,其毒性比相同条件下木材产生的分解产物小.在更高温度下,两者的毒性相同.依照DIN 51900 测得的热值Hu 约为31,000 kJ/kg(非增强型产品).

耐化学性
Ultradur PBT High Speed 对酒精、醚、酯、高脂肪族酯和脂肪烃等常见溶剂及脂肪和油(如:燃料、刹车油和变压器油)都具有极高的耐受性.

在室温条件下,Ultradur PBT 仅溶于特殊溶剂,如:高氟化酒精.高温条件下,Ultradur PBT 溶于邻二氯苯/苯酚、四氯乙烷/苯酚或邻氯苯酚/二氯乙酸的混合物.室温条件下,Ultradur PBT 不与纯水或碱性水溶液发生化学反应.对稀酸的耐受性较低,对碱的水溶液不具有耐受性.聚酯容易水解,因此,应避免Ultradur PBT 长期接触水或温度高于60°C 的碱溶液.但短时间接触温水或热水则不会出现问题.Ultradur PBT B4030G6 是一种特殊材料,可用于制造对抗水解要求极高的产品.目前尚未Ultradur PBT 因溶剂或其它化学物质而发生应力断裂.若要将该材料制成接触腐蚀性化学物质的高负荷部件,必须先检验该材料的化学稳定性.根据经验,这可通过使用类似条件下相同介质中的相同材料制成的类似部件进行试验,或通过在实际条件下对部件进行测试加以确定.

耐候性
将 Ultradur PBT 模塑件暴露于中欧气候条件下3年,结果表明该模塑件只出现了极微小的变色,表面几乎没有变化.其机械性能,如刚度、拉伸强度和抗裂强度也几乎未受影响.在Xenotest1200 装置中的3,600 小时耐气候测试后,拉伸强度值仍为初始值的90 %.另一方面,断裂延伸率受到了一定影响.巴斯夫使用Xenotest1200 设备模拟5 - 6 年的露天气候.为了防止因表面侵蚀使强度受损,户外使用的部件应采用黑色材料制造.纤维增强型产品,如表面质量出众、耐紫外线辐射性高的Ultradur PBT B 4040G2/G4/G6/G10 适用于暴露于极端恶劣气候条件中的部件.这些产品具有非凡的表面质量,以及极高的耐紫外线辐射性.

图16:非增强型Ultradur的吸湿率与储存

试验
为评估电气绝缘材料的防火性能,进行了各种各样的材料试验.在欧洲,根据IEC 60695,灼热丝试验是常用的方法.Ultradur PBT 系列产品的分类参见表2.依照美国保险商实验室公司的UL94 标准“装置和器械中零部件的塑料材料的可燃性测试”对棒形试样进行另一项测试.

在汽车电机生产中,采用 DIN 75200 试验法测定内饰材料的易燃性.板状样品水平放置后用本生灯火焰进行测试,该方法与FMVSS 302( 美国) 大同小异.如下产品范围列表所示,Ultradur PBT 系列产品满足厚度高达1mm 塑料板的所有要求(燃烧速率<100mm/分钟).根据 DIN 4102 补充条款“建筑材料和建筑部件防火性能”的要求,对建筑材料进行试验.非增强型和玻璃纤维增强型Ultradur PBT 制成的板材被归为普通可燃建筑材料(按照德国建筑法规命名),属于B2 类建筑材料.试验结果参见表4.

表3防火性能表
 

巴斯夫塑料PBT,PA66,POM型号命名方式