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高强度|高抗冲击|低翘曲的PBT材料介绍
添加时间:2012-03-07 23:431、前言
目前,本公司正在研发树脂材料的新型增强技术.将这种新型增强技术应用于PBT树脂「DURANEX®」(聚对苯二甲酸丁二醇酯),可望获得兼具高强度、高抗冲击、低翘曲这三大优点的新型PBT材料.本文对这种新型增强技术的成果进行介绍.由于PBT材料具有优良的力学性能、耐热性、电性能,被广泛地应用于以轿车、电器电子行业为代表的各个领域.特别是由于通过在PBT树脂中添加玻璃纤维可以大幅度地提高其力学性能,因此其作为玻璃纤维增强材料得到了大量的使用.图1代表这类材料的玻璃纤维添加量与比强度(=拉伸强度/比重)的关系.对于采用传统增强技术的PBT材料,玻璃纤维的重量含量在30%以下的范围内,随着玻璃纤维添加量的增加其比强度线性地提高,但是超过这个比例范围时,强度的提升就变得十分缓慢了.与之形成鲜明对比的是,如果采用我们正在研发的新型增强技术,可以最大限度的发挥玻璃纤维的增强效果;如图1所示,与传统的PBT材料相比,成功地获得了显著提高的比强度.下面介绍应用新型增强技术获得的高强度、高抗冲击性、低翘曲材料「DURANEX」RSX-10622(玻璃纤维重量含量50%)的性能.
图1.玻璃纤维含量与比强度的关系
图2是新型材料RSX-10622与普通的玻璃纤维增强PBT、PPS(聚苯硫醚)材料的物性比较.与普通PBT材料相比,RSX-10622的拉伸强度和弯曲强度都显著提高.具有和PBT的上游树脂PPS同等的强度.而且,RSX-10622的抗冲击性能很高,是普通PBT、PPS材料的抗冲击强度的约1.5倍.
图2.与PSX-10622的物性比较
表1.新型材料RSX-10622 的一般物性 | |||||
性能 | 单位 | 新开发PBT | 普通PBT | PPS | 特殊PA |
RSX-10622 GF 50% |
3400 GF 40% |
1140A6 GF 40% |
50%RH) GF50% |
||
密度 | g/cm3 | 1.73 | 1.64 | 1.66 | 1.65 |
拉伸强度 | Mpa | 200 | 155 | 210 | 205 |
拉伸破坏应变 | % | 2.1 | 2.0 | 1.9 | 1.5 |
弯曲强度 | Mpa | 290 | 245 | 290 | 280 |
弯曲模量 | Mpa | 14000 | 12500 | 14000 | 17000 |
简支梁抗冲击强度 | kJ/m2 | 17 | 12 | 11 | 5 |
热变形温度(1.8Mpa) | ℃ | 220 | 214 | 270 | 230 |
阻燃性 | (UL94) | HB | HB | V−0 | HB |
3、翘曲变形特性
新型材料RSX-10622不仅具有优良的力学性能,而且它还具有平板状成型件的翘曲变形很小的特点.表2.是有关平板成型制品的平面度的数据.从表中可知与普通PBT材料相比RSX-10622的非平面度极小,也就意味着翘曲变形很小.树脂材料的翘曲变形一般来讲源于流动方向与垂直流动方向上的收缩率的各向异性.通过采用特殊的增强技术,RSX-10622在垂直流动方向上的收缩率显著小于普通PBT材料的相应值,使得收缩率的各向异性也显著变小,其结果就是翘曲变形得到了抑制.RSX-10622最适合应用于容易发生翘曲变形的薄壁的板状零件.
表2.新型材料RSX-10622 的平板平面度和收缩率 | ||||
测试项 | 单 位 | 新开发PBT | 普通PBT | 普通 PBT |
RSX-10622 GF 50% |
3300 GF 30% |
3400 GF 40% |
||
平面度 | mm | 0.5 | 10.6 | 10.5 |
(a)收缩率 流动方向 |
% | 0.20 | 0.27 | 0.26 |
(b)收缩率 垂直流动方向 |
% | 0.42 | 0.77 | 0.82 |
收缩率各向异性 差:(b)-(a) |
% | 0.22 | 0.50 | 0.56 |
测试条件 成型制品:80×80×1.5mmt平板(注射压力70MPa) 测试点数:平板上10点/CNC 图象测试仪 |
4、成型加工性能
对于RSX-10622这种玻璃纤维的重量含量高达50%材料,都会担心注射成型时的流动性下降问题的发生.图3.代表厚度1mm时的棒流动长度.可以看出,即使玻璃纤维的重量含量达40%的RSX-10622仍然具有与普通PBT材料同等的流动性,没有观察到流动性的显著恶化.此外,关于其它的成型加工性能,如成型前的预烘干、成型周期、料筒内的滞留稳定性、对模具的脱模性、成型制品的溢料特性、模具维护周期、金属摩耗特性等,都已经证实与传统PBT相同.
图3.流动性比较(厚度1mm,棒流动)
发挥RSX-10622的高强度、高抗冲击、低翘曲、良成型性等特点,可以期待用它替代特殊PA及PPS材料之类的在PBT树脂上游(更昂贵)的树脂材料.如果可以替换的话,就有可能实现对包括批量成型的高效率化在内的总体成本的削减.此外,如表3.所示,RSX-10622具有与PPS、LCP(液晶高分子)、部分金属材料相媲美的高比强度,可期待实现成型制品的薄壁化和通过用它代替金属材料实现轻量化.作为具体的应用实例;可以用作各种便携式终端的外壳材料(照片1)及内部的增强板、家电设备的外壳材料、各种框架、盒子等的结构部材、机械零件等.
表3.新型材料RSX-10622 的比强度比较 | |
材料名 | 比强度 |
RSX-10622 PBT | 116 |
GF40% 增强 PBT | 95 |
GF30% 增强 改性PPE | 79 |
GF40% 增强PC | 90 |
GF43% 增强 PA66 | 100 |
GF40% 增强 PPS | 120 |
GF30% 增强 LCP | 130 |
CS 增强 热塑性树脂 | 150 |
铝合金 | 95-150 |
钢 | 80-150 |
镁合金 | 150-190 |
照片1.新型材料RSX-10622的手机外壳应用例
6、今后的展望
如上所述,采用新型增强技术开发出来的新型材料RSX-10622具有诸多传统的PBT材料所没有的优良的性能,因此可期待其在以前的PBT材料所没有涉及过的领域的应用.现在,本公司正展开相关的规模化生产技术研发.此外,为了扩大其应用的可能性,本公司在增强技术的基础上,还在着手开展与外观特性、阻燃性、耐冷热循环性等与其它性能复合化的技术.为能够满足来自客户的各种各样的需求,我们将进一步探索这项新型增强技术的更多更大的可能性.
(我们也正在征集应用本技术的,正在研发中的有关「DURANEX」PBT材料的各种提案和想法)