Estado atual da pesquisa e aplicação da modificação de plásticos de engenharia PBT

PBT O PBT é um tipo de poliéster saturado linear cristalino, produzido a partir de ácido tereftálico (PTA) ou tereftalato de dimetila (DMT) e 1,4-butanodiol (BDO) por reação de policondensação. Possui boas propriedades mecânicas, sua estrutura molecular simétrica permite o empilhamento compacto, apresenta alta cristalinidade e cristaliza rapidamente em baixas temperaturas. O processamento de peças em PBT é facilitado pela moldagem por fluxo, com ciclos de moldagem curtos, o que reduz os custos de produção. Além disso, o PBT apresenta resistência à umidade, abrasão e óleo, e baixa fluência.

Como o PBT contém partes cristalinas e não cristalinas, é fácil modificá-lo adicionando outras substâncias. No entanto, o PBT também apresenta alta inflamabilidade, precipitação de pequenas moléculas em contato com refrigerantes, propriedades dielétricas insuficientes em componentes de paredes finas, tendência à deformação e outros defeitos, o que limita seu escopo de aplicação. Para compensar as deficiências de desempenho da resina PBT pura, diversas pesquisas têm sido realizadas para sua modificação.

1. Máquina de extrusão de plásticos de engenharia PBT: Estado atual da pesquisa de modificação

Nos últimos anos, as empresas do setor têm desenvolvido diversas aplicações de novas tecnologias e novos produtos, direcionando o plástico de engenharia PBT para aplicações de alto desempenho, funcionais e diversificadas. Atendendo às necessidades do mercado industrial, a modificação para aprimorar a funcionalidade do PBT tem se mostrado vantajosa. Atualmente, a modificação por copolimerização, a adição de materiais inorgânicos, a nanotecnologia e a mistura são os principais métodos utilizados, tanto no mercado nacional quanto internacional, para melhorar o desempenho geral do PBT. As pesquisas sobre a modificação de materiais PBT concentram-se principalmente em características como alta resistência mecânica, alta resistência à chama, baixa deformação, baixa precipitação e baixa constante dielétrica.

Propriedades mecânicas

A resina PBT pura apresenta baixa resistência à tração, à flexão e módulo de flexão, o que limita seu uso industrial e exige modificações para melhorar suas propriedades mecânicas. A fibra de vidro, por sua vez, oferece vantagens como ampla aplicabilidade, processo de enchimento simples e baixo custo. A adição de fibra de vidro ao PBT permite o aproveitamento das vantagens originais da resina, resultando em melhorias significativas na resistência à tração, à flexão e ao impacto com entalhe dos produtos de PBT.

Além da fibra de vidro, outras fibras podem ser introduzidas para melhorar as propriedades mecânicas do PBT. Zeng Deming et al. utilizaram basalto de corte curto para reforçar a resina de PBT; após a aplicação do basalto como agente de acoplamento, observou-se uma melhor compatibilidade com o PBT, o que aumentou efetivamente as propriedades mecânicas dos compósitos de PBT.

Propriedades retardantes de chama

O PBT puro produzido por granulação em máquina de combustão vertical atinge apenas o nível HB, sendo altamente inflamável e com queima contínua por gotejamento, além de apresentar chamas que se propagam facilmente. Suas aplicações em automóveis, eletrodomésticos e têxteis, entre outros, são limitadas. Retardantes de chama halogenados e não halogenados são frequentemente adicionados ao PBT para sua modificação. Os retardantes de chama halogenados liberam gases tóxicos contendo haleto de hidrogênio durante a combustão, prejudiciais à saúde humana e ao meio ambiente. Alguns desses retardantes já foram proibidos na União Europeia. A modificação do PBT para retardamento de chama utiliza principalmente retardantes de chama fosforados e inorgânicos.

Ao utilizar retardantes de chama inorgânicos, o excesso de conteúdo pode levar à redução das propriedades mecânicas do material; porém, os retardantes de chama à base de fósforo não apresentam esse defeito, possuindo baixa emissão de fumaça, baixa toxicidade e alta capacidade de retardamento de chama. Os retardantes de chama à base de fósforo são geralmente combinados com compostos nitrogenados para obter um sistema retardante de chama mais eficiente. Durante o processo de combustão, o fósforo gera anidrido fosfórico, que promove a carbonização por desidratação do material combustível. A camada de carbono formada reduz a condução de calor, retardando ou impedindo a produção de gases combustíveis. Após o aquecimento, o anidrido fosfórico forma um material fundido que cobre a superfície do material combustível, dificultando a liberação desses gases.

Deformação por deformação

O deslizamento molecular relativo do material PBT é fácil, facilitando a orientação e a cristalização, o que resulta em grande contração do material e causa deformação por empenamento nas peças de PBT, especialmente nas peças de paredes finas e grandes dimensões. No caso do PBT reforçado com fibra de vidro, devido à anisotropia das fibras de vidro, a taxa de contração do material durante a moldagem por injeção varia em diferentes direções, aumentando a deformação por empenamento das peças. Isso afeta não apenas a qualidade da superfície e o desempenho de instalação dos produtos plásticos, mas também a resistência do plástico.

Para reduzir a deformação de peças de PBT, além de aprimorar o formato das peças, o projeto do molde e os parâmetros do processo de moldagem também podem ser modificados para retardar a deformação por empenamento do material. Nos últimos anos, a redução da deformação por empenamento em materiais de PBT tem sido alcançada principalmente pelo uso de cargas inorgânicas e pela mistura com ouro. As cargas inorgânicas incluem cargas inorgânicas simples e cargas combinadas com fibra de vidro, sendo os principais materiais inorgânicos utilizados talco, mica, wollastonita, microesferas de vidro, caulim, fibras de sulfato de cálcio, entre outros.

Desempenho da precipitação

Como as matérias-primas do material PBT não reagem completamente durante o processo de produção, pequenas moléculas, oligômeros, etc., são gerados, e os produtos feitos de material PBT não modificado produzem precipitação sob certas condições, o que afeta a eficácia das peças. Quando o material PBT é usado no silenciador dentro do compressor do refrigerador, na estrutura da bobina do motor e na estrutura de isolamento do ar condicionado, etc., devido às condições especiais de trabalho, a precipitação de um grande número de pequenas moléculas do refrigerante (Freon, diclorodifluorodiclorometano) dissolvido no tubo de refrigeração pode facilmente obstruí-lo, causando falha na refrigeração.

O PBT precipita principalmente a forma zwitteriônica da própria resina e uma pequena quantidade de aditivos nela contidos. O uso de fibra de vidro e resina de alta viscosidade, preenchida com uma certa quantidade de adsorvente, pode reduzir a quantidade de precipitação de PBT. Atualmente, a principal forma de adsorção é o material poroso inorgânico, e a adição de agentes bloqueadores, extensores de cadeia, 1,4-cicloexanodimetanol (CHDM) e outros métodos químicos são utilizados para modificar a precipitação de PBT.

Propriedades dielétricas

Em circuitos integrados, blindagem eletromagnética e outras aplicações, os materiais PBT têm suas propriedades dielétricas influenciando significativamente a velocidade de transmissão e a perda de sinal. Nos últimos anos, as propriedades dielétricas dos materiais isolantes têm sido alvo de exigências cada vez mais rigorosas, com a constante dielétrica da resina isolante não podendo ultrapassar 2.8. Considerando que as propriedades dielétricas do PBT puro não atendem aos requisitos de comunicação, o desenvolvimento de materiais PBT com baixa constante dielétrica e baixa perda dielétrica é de grande importância.

Atualmente, as propriedades dielétricas do PBT são modificadas principalmente pela adição e mistura de copolímeros de baixa constante dielétrica, sendo os materiais de enchimento mais comuns o politetrafluoroetileno em pó e microesferas de vidro ocas. Os nanotubos de carbono também apresentam um certo efeito positivo nas propriedades dielétricas do PBT, porém, a adição de uma quantidade excessiva aumenta a constante dielétrica e as perdas dielétricas do material.

Com o rápido desenvolvimento dos veículos elétricos, os requisitos de rigidez dielétrica dos materiais dos conectores para transmissão de alta tensão são cada vez maiores. Embora o PBT apresente boa resistência ao arco elétrico e seja fácil de moldar em alta velocidade, sua baixa rigidez dielétrica o torna inviável para veículos elétricos. A modificação das propriedades dielétricas do PBT, seja por meio da adição de materiais condutores ou cargas cerâmicas, visa melhorar a rigidez dielétrica do material e garantir a segurança dos veículos elétricos.