ПЭТ и ПБТ: кристаллизация делает различие

July 7, 2022

TDD-global

13582

Руководство

Основные моменты

В статье подробно сравниваются химические структуры и физико-механические свойства полиэтилентерефталата (ПЭТ) и полибутилентерефталата (ПБТ). Основное различие — длина алкильной цепи между ароматическими кольцами: в ПБТ это бутандиол, в ПЭТ — этиленгликоль. Это определяет скорость кристаллизации: ПБТ кристаллизуется быстрее и всегда полукристалличен, тогда как ПЭТ может быть как аморфным (в упаковке), так и полукристаллическим (при контролируемом охлаждении). Ароматические кольца обеспечивают жёсткость и влияют на температуру стеклования и термостойкость. Для корректного сравнения характеристик требуется анализ материалов с одинаковым типом и содержанием наполнителей.

химические структурыпитомециПБТв основном очень похожи. полиэстер синтезируется из органической кислоты (здесь, терефталевой кислоты) и спирта. для PBT его алкогольный мономер становится бутандиолом, в то время как ПЭТ является этиленгликолем. полученные таким образом полимеры хорошо известны-PBT и PET.

лучший способ понять разницу между PBT и PET-это изучить химическую структуру повторяющихся единиц, составляющих полимерную молекулярную цепочку, как показано на рис. (1). основной особенностью, отличающей PBT и PET от других материалов, является группа терефталатов, из которой происходит название этого класса материалов. другие полимеры, такие какПТТи PCT, также являются членами этого химического семейства, демонстрируя лишь незначительные различия в их структурах.

другой ключевой химической особенностью этого класса материалов является наличие шестичленных колец через регулярные промежутки времени на полимерной позвоночнике. эта структурная единица, называемая бензольным кольцом, также известная как ароматическое кольцо, обеспечивает жесткость полимерной цепи. это повлияет на несколько важных свойств, включая температуру перехода стекла, выше которой полимер теряет большую часть своих несущих свойств.

2D перспектива химической структуры не очень очевидна, но трехмерная перспектива показывает, что ароматические кольца находятся в яркой плоскости, независимо от того, могут ли многие химические группы на полимерной цепи быть проецированы на бумажную плоскость. таким образом, ароматические кольца ограничивают внутренние свойства вращения и вибрации других групп на молекулярной цепи. это является частью эффекта закалки ароматической кольцевой структуры. это снижение подвижности бензольного кольца и его громоздкий характер также повлияют на способность полимера кристаллизоваться при охлаждении. PBT имеет большее расстояние между ароматическими бензольными кольцами, и кристаллизация более эффективна, чем ПЭТ. тем не менее, ПЭТ, если он будет кристаллизован более эффективно, обеспечит лучшие механические свойства, включая прочность, жесткость и производительность при высоких температурах.

многие потребители знакомы с ПЭТ-материалами для контейнеров для розлива воды и безалкогольных напитков. этот тип ПЭТ является аморфным и спроектирован, чтобы предотвратить его кристаллизацию. если сорт ПЭТ для бутылки кристаллизуется, он становится облачным и непрозрачным, и, что более важно, он теряет свою ударную стойкость. таким образом, в то время как под капюшоном может быть много частей, которые формованы из кристаллического ПЭТ, существуют высокие температуры и суровые химические среды; и большая часть ПЭТ в мире потребляется в упаковке, где он аморфный, некристаллический армированный, не может справиться с вышеуказанной суровой средой.

типы ПЭТ, которые мы рассмотрим во второй части этой статьи, аморфны и всегда содержат высокую долю стеклянных волокон и / или минеральных наполнителей. тем не менее, полиэфирный PBT предоставляется в кристаллической форме, как заполненной, так и незаполненной. на самом деле, поскольку PBT кристаллизуется быстрее, чем PET, невозможно производить аморфные части PBT в нормальных условиях обработки. если полимеры кристаллизованы достаточно эффективно, все они могут достичь определенного уровня организации в своей структуре. жесткость полиэфирной группы и ароматического кольца сбалансирована с гибкостью и подвижностью бутильной группы. тем не менее, в PET более короткие виниловые группы допускают селективность кристаллизации. если мы охлаждаем ПЭТ быстро, мы получаем аморфный ПЭТ; в противном случае мы охлаждаем его медленно, и мы получаем полукристаллический ПЭТ.

многие ПЭТ-бутылки начинаются как преформы путем литья под давлением. эти преформы прозрачны с более толстыми стенками, чтобы предотвратить эффект истончения, возникающий при повторном нагревании последующих преформ и растяжении в бутылки. если вы когда-либо работали на фабрике по производству бутылок, вы знаете, что на этапе предварительного нагрева, если преформы станут слишком горячими, они станут облачными и непрозрачными-признак кристаллизации. (на самом деле, если вы приблизитесь к воротам преформы, вы увидите небольшое количество тумана в этой области, вызванное перегревом части в этой части). если бы вы пытались взорвать бутылку с этой непрозрачной частично кристаллизованной преформой, это снизило бы производительность удара. если образуется достаточно кристаллов, преформа может даже сломаться во время процесса формования удара. таким образом, трюк заключается в том, чтобы держать материал выше температуры перехода стекла и ниже температуры кристаллизации. это температурное окно может быть не очень широким, как показано на рисунке (2).

на этом графике показано поведение аморфного полиэстера PET, незаполненного прозрачного материала, используемого для изготовления деталей, которые требуют прочности и четкости, но не высокой температурной производительности. когда материал нагревается от комнатной температуры, первым заметным явлением является переход стекла. это, по-видимому, шаг в изменении энтальпии материала, в котором процесс осуществляется при 75 ° C (167F). в этот момент материал теряет жесткость при комнатной температуре и становится мягким и совместимым. по мере повышения температуры вязкость размягченного полимера начала уменьшаться до тех пор, пока она не приблизилась к 110 ° C (230 F). это температура, при которой исходная линия сканирования начинает быстро увеличиваться, и разрыв между 75 ° C и 110 ° C представляет собой окно возможности для формования ПЭТ-бутылок.

многие заводы по розливу в бутылки, которые я посетил, используют претепловую температуру, близкую к 100С (212F). как только начинается процесс кристаллизации, материал начинает размываться. затем материал начнет восстанавливать некоторую жесткость, которую он потерял, когда он прошел температуру перехода стекла. если этот процесс будет продолжаться, полимер будет кристаллизоваться при температуре 140 ° C (473F). таким образом, ПЭТ может существовать в двух формах-аморфной или полукристаллической-в зависимости от того, как он обрабатывается.

Однако в нормальных коммерческих условиях ПБТ всегда является полукристаллическим.Таким образом, чтобы правильно понять разницу в характеристиках между ПЭТ и ПБТ, нам нужно сравнить кристаллогенерацию каждого полимера по разумному стандарту.Поскольку ПЭТ кристаллизируется очень медленно, использование материалов с этой полукристаллической структурой для изготовления деталей требует помощи определенных химических веществ, таких как ядерные агенты, и некоторых твердых частиц, таких как наполнители и усиляющие агенты.Таким образом, коммерческий полукристаллический ПЭТ всегда твердо заполнен или усилен.Поэтому для того, чтобы провести справедливое сравнение производительности ПЭТ и ПБТ, нам нужно сравнить материалы одного типа наполнителя с одним и тем же соотношением наполнения.

Переработка нейлона разлагается и разлагается, и модификация расширения цепи должна обратить внимание на эти 4 ключевых момента!

Трудно ли контролировать усадку полипропилена?Оказалось, что эти пять факторов являются виновными.