“象水一样流动”的功能聚合物CBT

“象水一样流动”的功能聚合物CBT

2010-03-16 15:03:40 阅读6 评论0 字号:

 

 

简介:

  全球新品CBT功能树脂具有大环寡聚酯结构(类PBT结构)。加热时,会变得象水一样,粘度极低;若加入催化剂并在适当的温度下,CBT会聚合成高分子量的PBT树脂。CBT树脂由Cyclics公司制造。

  Cyclics公司成立于1999年,并从GE公司购买了生产环状PBT、PET和PC的专利。2005年下半年在德国施瓦茨海德(Schwarzeheide)投产的工厂,产能为2500T/年。由于产能的一半以上已被大公司订购,Cyclics公司拟在2006年底将产能提高为5000T/年,并计划再建第二个产能为25000~50000T/Y的工厂(2009年投产)。

  目前,Cyclics公司已与众多合作伙伴就CBT树脂的应用与发展达成了协议:

  ⑴、2004年年初,Cyclics公司与爱尔兰Clarehill Plastics(滚塑制品加工厂)达成协议,确定了xx利用CBT树脂的合作伙伴。

  ⑵、与DOW汽车公司在轿车、卡车、巴士及轨道列车等5个应用领域合作,开发CBT的注塑成型、RTM传递模塑成型和SMC片状模压料成型制品在车身底盘、车厢、承重板及保险杠等部件的应用。

  ⑶、Alcan公司的子公司Alcan复合材料公司则得到了开发CBT在建筑、装饰市场以及诸如桥梁的碳纤维增强包带等一般工业结构等领域应用的授权。

  ⑷、爱尔兰的Gaoth公司和日本三菱重工(Mitsubishi)将与Cyclics公司合作开发复合材料缠绕管螺旋片。这种螺旋片是由CBT预浸泡材料与环氧树脂预浸泡材料层压共挤而形成的,其中CBT预浸泡材料位于上层。

  ⑸与芬兰的Ahlstrom Glassfibre Oy of Helsinki公司签署协议,利用Ahlstrom的增强材料开发CBT在缠绕管以及船舶产品中的应用。

  ⑹、与意大利Ferrara 公司结为战略伙伴,合力开发CBT旋转模塑成型产品的欧洲市场。

CBT的制造:

  CBT是以PBT为原料,用催化剂在溶液中将PBT裂解为短链的齐聚物,并闭合成环状。CBT是不同低分子量环状齐聚物的混合物。如果将来可以采用PBT的合成工艺来生产CBT,则可以极大地降低生产成本,也更有利于CBT在更广范围内的应用。

  Cyclics公司目前只采用两个级别的PBT材料作为CBT的原料,由它们解聚成的CBT的牌号分别为CBT100和CBT200(混合物中较大分子量的齐聚物要少一些,因此具用更低的粘度和熔点)。

  作为基础树脂,CBT100和CBT200是不含催化剂的,在正常的加工条件下,保持环状结构。

在CBT100※※混加入催化剂(锡类和钛酸酯类催化剂),成为CBT160(one part system)。CBT100和均可以在加工过程中另外加入催化剂(two part system),在适当的温度下开环聚合成线性PBT(是通用PBT树脂分子量的两倍);反应时间可以控制为几十秒到几十分钟!

典型CBT的指标:

1, CBT100和CBT200基材(未聚合)

物性

测试方法

CBT100

CBT200

 固体热容J/g.℃

ASTME1269

1.25

1.25

 液态热容J/g.℃(180℃)

ASTME1269

1.96

1.96

 融熔热J/g

ASTME793

64

64

 熔点℃

 

180

165

 液态密度g/cm3

 

1.14

1.14

 熔体粘度MPa.s,170℃

 

 

37

 熔体粘度MPa.s,180℃

Cone and plate 10 1/s shear rate

33

28

 熔体粘度MPa.s,190℃

Cone and plate 10 1/s shear rate

26

22

 熔体粘度MPa.s,200℃

Cone and plate 10 1/s shear rate

18

17

 熔体粘度MPa.s,210℃

Cone and plate 10 1/s shear rate

15

13

 熔体粘度MPa.s,220℃

Cone and plate 10 1/s shear rate

12

11

2,CBT100和CBT200聚合后性能(加催化剂)(注射成型)

性能

测试方法

CBT100 和 CBT200

 屈服拉伸强度MPa

ISO 527

54

 屈服形变%

ISO 527

3.2

 断裂形变% (5mm/min 形变速率)

ISO 527

>50

 拉伸模量MPa

ISO 527

2700

 弯曲模量MPa

ISO 178

2380

 弯曲强度MPa

ISO 178

74

 Izod缺口冲击KJ/ m2 (23℃)

ISO 180/1A

6.7

 Izod非缺口冲击(23℃)

ISO 180/1U

NB

 比重g/cm3(23℃)

ASTMD792

1.31

 熔点℃

ASTMD3418

225

 线性模收缩率%(4mm/0.16”厚)

ASTMD995

1.5

 Flame rating(4mm/0.16”厚)

UL 94

HB

CBT特性:

1,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{jj0}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xx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。

2,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)       (Rotational Molding)

  铸塑(铸型,浇铸)     (Casting)

  共混            (Compounding)

  挤出            (Extrusion)

  注射成型          (Injection Molding)

  压铸成型          (Compression Molding)

  真空袋成型         (Vacuum Bagging)

  传递模塑成型        (RTM)(Resin Transfer Molding)

  反应注射成型        (RIM,SRIM)(Reactive Injection Molding)

  淤浆法           (Slurry Processing)

  粉末涂料          (Powder Coating)

3,相 容 性:

  ⑴与高分子:CBT100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。

  ⑵与填料:CBT100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                   Glass fiber

·                                 碳纤                   Carbon fiber

·                                 碳酸钙(硬脂酸表面处理)       Calcium carbonate (stearic acid treated)

·                                 硅灰石                  Wollastonite

·                                 滑石粉                  Talc

·                                 气相二氧化硅(硅烷表面处理)       Fumed silica (siloxane treated)

·                                 玻璃微珠                 Glass beads (3M Scotchlite)

·                                 颜料(碳黑,钛白粉)         Pigments (carbon black, titanium dioxide)

·                                 热稳定剂(抗氧剂,亚磷酸脂)   Heat stabilizers (antioxidants, phosphites)

·                                 脱模剂(季戊四醇硬脂酸酯,聚乙烯)    Mold releases (PETS, polyethylene)

  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。

4,材料优点:

  CBT在一定条件下聚合为高分子量PBT,可作为通用工程塑料PBT(并可进行各种改性),优点如下:

· 好的刚性和韧性    Stiffness and toughness

· 高耐热性       High heat resistance

· 耐化学性       Chemical resistance

· 尺寸稳定/低吸水    Dimensional stability / Low water absorption

· 电绝缘好/高耐电弧   Electrical insulation and high arc resistance 

· 阻燃         Flame retardant

· 可热成型       Thermoformable

· 后加工方便      Post-mold operations (e.g., welding, gluing, painting, labeling)

· 可再利用       Recyclable

 

分类及应用:

牌号

特性

主要用途

CBT100

非聚合型

  · 共混改性(大幅度提高流动性):与聚酯(PBT, PET,PC, PCT,etc.)、PA、PPO、POM、PMMA、TPU、ABS、SAN、PEI、PSU及合金(PC/ABS、PC/PEI、PC/PBT、PC/PET)等的相容性很好;用CBT改性这些材料(加:0.5~5%),可以大幅度提高流动,而几乎不影响力学性能;即使增强型的工程塑料,由于加入CBT,也能够轻松实现薄壁、长流程的注射;添加到透明基体中,对基体材料的透明性无不良影响:1~5%CBT加到PC或PET中,大幅度提高流动性,不影响透明性。 

· 母料: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。

CBT200

非聚合型

(熔点更低,融化时粘度更低)

CBT160

聚合型

(高于190℃聚合成高分子量PBT)

 · 滚塑(各种性能优于PE;可以添加各种功能填料而不影响成型)

 · 铸塑(铸型,浇铸):仍为热塑材料;

 · 复合材料和纳米复合材料:保持热塑性;

 · 高填充特殊功能聚合物(高导电、高导热等);

 · 通过反应挤出,与端羟基化合物聚合,可制造功能聚合物(弹性体,IDP抗静电剂等);

 · 涂层:无溶剂,无VOC。

CBT100+催化剂

混配型

(快速聚合成线形PBT)

应用举例:

1,提高玻纤增强PC的流动性

2,热导共混物

  热导率要达到10 W/mK,氮化硼要加到70%,而传统的热塑树脂根本做不到如此高的填充量。以CBT160为基材,则可得到热导率10~60 W/mK可注射的共混物。

3,反应挤出制备热塑性弹性体

  聚合型CBT160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!

4,CBT树脂滚塑

 

5,CBT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。CBT中填加玻璃微珠(e.g. 3M Scotchlite?),进行浇铸,制得复合泡沫塑料。与环氧基复合泡沫塑料相比,CBT基复合泡沫塑料可以达到:表面{jj0}、边角整齐、易清洁;高的使用温度。还可以二次加工成复杂的形状。离心浇铸和真空辅助浇铸,可以制得各种尺寸的棒、管、球、盘和膜。

6,CBT基纳米复合材料

  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{jj0}“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。碳纳米管在CBT中良好的分散,可应用在: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)。

7,CBT粉末涂料

  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。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!

可采用热固性加工方式的CBT树脂

  CBT树脂是由PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)树脂解聚而成的,其性能与PBT相当。该树脂一方面具有液态热固型树脂的加工特性,可以用更多的方式来成型,另一方面,它在聚合后又具有PBT树脂的可重复加工性。基于这种特点,CBT树脂的应用领域正在不断得到拓展,其市场前景看好。

CBT树脂可用作风力发电机涡轮的叶片

  最近,一族全新的被称为CBT的树脂将由Cyclics公司(成立于1999年)首次投入商业化生产,其{zd0}年产量为550万磅/年。该公司是在获得了GE(通用电气)公司的专利许可后决定建立此工厂来生产这种新型树脂。CBT树脂实质上是一种PBT的低聚物。由于它的分子量很低,使其在常温下呈现固态,在相对较低温度就可熔化,熔化后能够形成粘度与水接近的液体,此时它就很容易渗透进入到纤维增强材料中,或者很容易吸纳大量的填充物。如果继续加热,CBT液体树脂就会进一步发生聚合,并最终成为高分子量PBT聚酯。

  CBT树脂克服了性能优异的热塑性PBT材料成型方法较少的缺陷,使旋转注塑成型、铸塑成型、注塑成型以及粉料涂布成型等方法都能够顺利进行。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、再冷却至固态,而不发生固化反应。它还可以在低温下与颜料或其他助剂共混,制成母料后再添加到热塑性树脂中使用。同时,这种低粘度CBT树脂在纳米复合材料混配料的制备中也具有独特的优势,这是因为CBT树脂能使纳米粘土颗粒分层。

  快速增长的市场需求

  Cyclics公司的这个CBT生产基地位于BASF公司在德国Schwartzheide的研究中心。 

  Cyclics公司将采用BASF公司生产的通用型PBT树脂,使其发生部分解聚反应而生成低分子量的CBT树脂。据Cyclics公司称,由于某个客户的订单量很大,他们计划扩大CBT的生产能力,正在选址另建一个新厂。今年该公司CBT树脂的产量将达到110万磅,力争到2009年使年生产能力增加到550-1100万磅。对于CBT树脂的价格,一旦开始大规模投产,其价格将会接近于通用型PBT的价格。

RTM传递模塑成型机

  目前,Cyclics公司已与众多合作伙伴就CBT树脂的应用和发展达成了协议。例如,该公司授与了DOW汽车公司在轿车、卡车、巴士以及轨道列车等5个应用领域的长期{dj2}经营权。据悉,DOW汽车公司将致力于开发CBT的注塑成型、RTM传递模塑成型和SMC片状模压料成型制品在车身底盘、车厢、承重板以及保险杠等部件的应用。

  Alcan公司的子公司Alcan复合材料公司则得到了开发CBT在建筑、装饰市场以及诸如桥梁的碳纤维增强包带等一般工业结构等领域应用的{dj2}授权。

  爱尔兰的Gaoth公司和日本三菱重工(Mitsubishi)将与Cyclics公司合作开发复合材料缠绕管螺旋片。这种螺旋片是由CBT预浸泡材料与环氧树脂预浸泡材料层压共挤而形成的,其中CBT预浸泡材料位于上层。Cyclics公司还与芬兰的Ahlstrom Glassfibre Oy of Helsinki公司签署协议,利用Ahlstrom 的增强材料开发CBT在缠绕管以及船舶产品中的应用。

  此外,Cyclics公司已与意大利的Ferrara公司结为战略伙伴,两家公司将合力开发CBT树脂的旋转模塑成型产品的欧洲市场。为此,Cyclics最近还专为其旋转模塑成型部门任命了一位财务经理。

  Cyclics公司的CBT树脂的首次商业化应用是一种具有高硬度和高耐热性的热成型柱塞,它可机加工成棒材、板材和片材。该柱塞之所以具有这么好的性能是因为在其内部含有“Eccolite” 超结构泡沫。

  CBT树脂的牌号及性能

  尽管这项技术也适用于其他聚酯材料,如PCT、PTT以及聚碳酸酯,但考虑到一方面PBT的成本较低,另一方面CBT还是环氧树脂和其他树脂的潜在共聚体,因此Cyclics公司目前只采用两个级别的PBT材料作为CBT的原料,由它们解聚成的CBT的牌号分别为CBT100和CBT200。它们的初始熔融粘度约为10-40cps,初始加工温度范围为170℃-220℃。

  CBT100可用于注塑成型、旋转模塑成型,以及用于聚合物共混、纳米复合材料以及热塑性塑料母料的生产。它的熔融温度约为180℃,加工温度为190℃-240℃。在加工的初期,它有一个快速结晶的过程。由于温度不同,其结晶过程也有快有慢,为几秒钟到一分钟不等。

  CBT200则用于成型时间较长的复合工艺,如铸塑成型和涂布成型。它的熔融温度约为160℃,加工温度为170℃-220℃,固化时间从几分钟到一小时不等。

  上述两种材料的机械性能均与作为其原料的PBT树脂相当,若有所下降的话,则至少相当于通用型PBT的性能。有关CBT树脂的性能见表1。

  据Cyclics公司介绍,与通用型PBT树脂相比,CBT树脂的分子量通常是后者的两倍,但是却不会影响其加工性能。CBT树脂正是因为具有比PBT更高的分子量,所以才具有更好的耐候性和耐磨性。

CBT100和CBT200树脂的结构既可为单组份,也可为双组份。在CBT聚酯聚合反应中所用的催化剂为锡类和钛酸酯类催化剂,这些催化剂的优势是环保性好,对加工人员无任何毒害作用。

 

Cyclics公司成立于1999年,并从GE公司购买了生产环状PBT、PET和PC的专利。2005年下半年在德国施瓦茨海德(Schwarzeheide)投产的工厂,产能为2500T/年。由于产能的一半以上已被大公司订购,Cyclics公司拟在2006年底将产能提高为5000T/年,并计划再建第二个产能为25000~50000T/Y的工厂(2009年投产)。

Cyclics公司的CBT树脂的首次商业化应用是一种具有高硬度和高耐热性的热成型柱塞,它可以加工成棒材、板材和片材。该柱塞之所以具有这么好的性能,是因为在其内部含有“Eccolite”超结构泡沫。

目前,Cyclics公司已与众多合作伙伴就CBT树脂的应用与发展达成了协议:

(1)2004年年初,Cyclics公司与爱尔兰Clarehill Plastics(滚塑制品加工厂)达成协议,确定了xx利用CBT树脂的合作伙伴。

(2)与DOW汽车公司在轿车、卡车、巴士及轨道列车等5个应用领域合作,开发CBT的注塑成型、RTM传递模塑成型和SMC片状模压料成型制品在车身底盘、车厢、承重板及保险杠等部件的应用。

(3)Alcan公司的子公司Alcan复合材料公司则得到了开发CBT在建筑、装饰市场以及诸如桥梁的碳纤维增强包带等一般工业结构等领域应用的授权。

(4)爱尔兰的Gaoth公司和日本三菱重工(Mitsubishi)将与Cyclics公司合作开发复合材料缠绕管螺旋片。这种螺旋片是由CBT预浸泡材料与环氧树脂预浸泡材料层压共挤而形成的,其中CBT预浸泡材料位于上层。

(5)与芬兰的Ahlstrom Glassfibre Oy of Helsinki公司签署协议,利用Ahlstrom的增强材料开发CBT在缠绕管以及船舶产品中的应用。

(6)与意大利Ferrara 公司结为战略伙伴,合力开发CBT旋转模塑成型产品的欧洲市场。

低粘环状聚酯CBT树脂应用现状

 

关于CBT

  CBT结构

  CBT特性

  CBT应用

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{jj0}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xx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:

l        滚塑(旋转模塑)  

l        铸塑(铸型,浇铸)   

l        共混        

l        挤出        

l        注射成型

l        压铸成型      

l        真空袋成型       

l        传递模塑成型(RTM)

l        反应注射成型(RIM,SRIM)

l        淤浆法       

l        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:

u      玻纤     

u      碳纤    

u      碳酸钙(硬脂酸表面处理)    

u      硅灰石      

u      滑石粉

u      气相二氧化硅(硅烷表面处理) 

u      玻璃微珠           

u      颜料(碳黑,钛白粉)

u      热稳定剂(抗氧剂,亚磷酸脂) 

u      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、{jj0}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。

l        CBT滚塑举例:

   小船      

u      压力容器      

u      水箱      

u      化学储罐       

u      燃油箱

u      抗静电燃油箱  

u      身体护板      

u      设备密封    

u      电子/电器//通讯封装 

u      吸声封装

u      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{jj0}、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。

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{jj0}“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。

PBT材料“结构重组”

作者:Joseph Ogando -- 设计创新 2005-05-22

  最近一种新型聚对苯二甲酸丁二酯材料为汽车、工业产品及日常用具中的铸件部分的设计提供了新的途径。

  热塑性工程塑料,包括PBT,通常是直链型的聚合物。但是Cyclics公司的科学家最近成功地改变了这些常用工程材料的分子结构。他们发明了一种专利技术,可以打断PBT的长链,将它们重组成更小的环状结构。公司将这种环状低聚体称为“CBT”,并且已经开始限量向市场供应这种材料。

  环状结构的PBT将具有一系列独特的性能。首先它的粘度将大大降低,CBT在320F时具有150cP的粘度,在380F时具有20cP的粘度而普通塑料的粘度是这个数字的5,000倍;其次,它具有与普通热塑性塑料xx不同的融解特性,当温度超过320F时CBT也会xx变成液态,可以充满整个型腔。与其他热固塑料一样,在它的融解过程中也会发生一系列的化学反应。Cyclics公司的科学家在这种名为CBT的塑料融解前或者融解的时候放入某些催化剂,这些催化剂将诱发一种不放热的化学反应。通过这种反应,CBT材料可以重新聚合生成部分结晶体的固态PBT。这一化学反应在温度为350F到400F的时候最为剧烈,整个反应过

程通常持续不到一分钟。一旦反应结束,整个部件可以不必冷却就可以直接从型腔中取出来。这将大大缩短生产周期。

  化学工程师,Cyclics公司的创建者之一Steve Winckler博士说,“你可以把CBT看作一种可以像热固性塑料那样容易加工而又具备热塑性塑料所有优点的材料。”

当使用离心成型工艺加工时,CBT部件具有更好的机械性能。它能制造出比聚乙烯材料具有更高强度和硬度,更加耐热的部件。

  CBT具有热固性塑料和热塑性塑料双重特性,因此它将适用于不同的成型技术。使用离心成型技术生产时,它的机械性能大大优于聚乙烯,而目前聚乙烯是离心成型工艺最常采的材料。CBT同样扩展了喷射成型和压模成型技术的加工范围。在汽车领域具有Cyclics公司技术{dj2}使用权的Dow Automotive公司在离心成型和喷射成型加工的研发工作中处于{lx1}地位。“我们认为CBT将改变现有的部件喷涂技术,并将逐步取替代目前钢质结构部件而成为主流。”该公司的新业务经理Bob Rogowski这么说。

  现在让我们来详细了解一下CBT的设计和加工前景。

  离心成型

  目前,离心成型技术已经取得很大发展。使用这种技术,工程师们就可以用较低的成本制造出结构复杂的空心部件。对于生产数量少、精度要求不太严格的部件而言,离心成型是一种很好的选择。但是这种工艺对材料的要求很高。离心成型技术的专业公司Integrated Design Systems公司的Michael Paloian称,“大约95%的应用都局限于聚乙烯材料上。”当然,这种技术有时也采用尼龙作为加工材料。但总体而言,采用该工艺生产的部件的性能主要取决于所用聚乙烯材料线性密度的高低。

  CBT的出现将改变这个现状。实验表明,这种材料很适合用离心成型工艺。Winckler的报告称Cyclics已经用CBT材料试制了各种不同的部件,由于CBT继承了PBT的特性,难怪这些部件的机械性能远优于聚乙烯材料。Winckler将这些优良性能归结为“更高的拉伸强度,更高的模数,以及更好的蠕变性能。”事实上,未经纤维增强的PBT部件的弯曲模数以及拉伸强度已经是聚乙烯部件的三倍。而CBT可以用玻璃纤维来进一步提高它的机械性能。Paloian还指出,CBT的抗热变形能力应该也强于聚乙烯材料。聚乙烯材料的性能随温度变化的不稳定性以及其较低的硬度都不利于部件质量的稳定性。

  采用离心成型制造的CBT材料的部件其表面质量也会有所改善。Winckler说,“我们已经可以制造出光洁度接近A级标准的表面。”,他还表示,公司已经实现了部件的离心成型喷涂,且可以实现彩色喷涂。由于CBT具有很低的粘度,易于在表面回流叠盖,这对嵌入标签类产品提供了制造的便利。

  Winckler指出,采用离心成型的CBT部件利用了该材料的抗油料渗透性能。由于CBT具有比聚乙烯材料至少高10倍的渗透性能,因此它可用于制造小型油罐,由于CBT的抗油料渗透性能很好,用它可以制造更薄的油罐,或者使用由CBT和较低聚乙烯材料组成的双层结构来防止油料渗漏。

  Paloian在发言中指出了这种材料的两点不足之处,“聚乙烯材料比起CBT材料具有更好的抗冲击性能,而CBT材料的抗紫外光辐射性能也较弱”。

  在广泛应用这种材料之前,还有很多工作要做。Paloian 解释说,“许多零件和工具制造商只有用聚乙烯材料进行生产的经验,而CBT在加工过程中表现出的属性

 

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