สถานะการวิจัยและการประยุกต์ใช้การดัดแปลงพลาสติกวิศวกรรม PBT

PBT PBT เป็นโพลีเอสเตอร์อิ่มตัวเชิงเส้นผลึกชนิดหนึ่งที่ผลิตจากกรดเทเรฟทาลิก (PTA) หรือไดเมทิลเทเรฟทาเลต (DMT) และ 1,4-บิวเทนไดออล (BDO) โดยปฏิกิริยาพอลิคอนเดนเซชัน มีคุณสมบัติทางกลที่ดี โครงสร้างโมเลกุลสมมาตรทำให้เกิดการเรียงตัวที่แน่นหนา มีความเป็นผลึกสูง และสามารถตกผลึกได้อย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิต่ำ การขึ้นรูปชิ้นส่วน PBT ทำได้ง่ายด้วยการขึ้นรูปไหล และรอบการขึ้นรูปสั้น สามารถลดต้นทุนการผลิตได้ นอกจากนี้ PBT ยังมีข้อดีอื่นๆ เช่น ทนต่อความชื้น ทนต่อการสึกหรอ ทนต่อน้ำมัน และการคืบตัวน้อย

เนื่องจาก PBT ประกอบด้วยส่วนที่เป็นผลึกและส่วนที่ไม่เป็นผลึก จึงง่ายต่อการดัดแปลงโดยการเติมสารอื่นๆ อย่างไรก็ตาม PBT ก็มีข้อเสียคือติดไฟง่าย และเกิดการตกตะกอนของโมเลกุลขนาดเล็กเมื่อสัมผัสกับสารทำความเย็น คุณสมบัติทางไฟฟ้าไม่ดีพอ ชิ้นส่วนผนังบางจึงบิดเบี้ยวได้ง่าย และมีข้อบกพร่องอื่นๆ ซึ่งจำกัดขอบเขตการใช้งาน เพื่อชดเชยข้อเสียของเรซิน PBT บริสุทธิ์ จึงมีการวิจัยดัดแปลงเรซิน PBT อยู่หลายด้าน

1. เครื่องอัดรีดพลาสติกวิศวกรรม PBT สถานะปัจจุบันของการวิจัยปรับปรุงแก้ไข

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา บริษัทที่เกี่ยวข้องได้พัฒนาเทคโนโลยีใหม่และผลิตภัณฑ์ใหม่ ๆ มากมาย โดยมุ่งเน้นการพัฒนาพลาสติกวิศวกรรม PBT ให้มีประสิทธิภาพสูง มีฟังก์ชันการใช้งานหลากหลาย และตอบสนองความต้องการของภาคอุตสาหกรรม การปรับปรุงคุณสมบัติของ PBT เพื่อเพิ่มฟังก์ชันการใช้งานจึงได้รับความนิยมจากตลาด ปัจจุบัน วิธีการปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของ PBT ที่ใช้กันทั้งในและต่างประเทศ ได้แก่ การปรับปรุงด้วยการโคพอลิเมอไรเซชัน การเติมสารอนินทรีย์ เทคโนโลยีนาโนคอมโพสิต และการผสม การวิจัยเกี่ยวกับการปรับปรุงวัสดุ PBT ส่วนใหญ่เน้นไปที่ความแข็งแรงสูง ความทนไฟสูง การบิดเบี้ยวต่ำ การตกตะกอนต่ำ ค่าไดอิเล็กตริกต่ำ เป็นต้น

สมบัติเชิงกล

ความแข็งแรงดึง ความแข็งแรงดัด และโมดูลัสการดัดของเรซิน PBT บริสุทธิ์นั้นต่ำ จึงไม่สามารถนำมาใช้ได้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม จำเป็นต้องมีการปรับปรุงคุณสมบัติทางกลโดยการดัดแปลงเส้นใยแก้ว เส้นใยแก้วมีข้อดีหลายประการ เช่น สามารถใช้งานได้หลากหลาย กระบวนการเติมง่าย และต้นทุนต่ำ เป็นต้น การเติมเส้นใยแก้วลงใน PBT ช่วยให้ดึงเอาข้อดีดั้งเดิมของเรซิน PBT ออกมาใช้ได้อย่างเต็มที่ และความแข็งแรงดึง ความแข็งแรงดัด และความแข็งแรงต่อแรงกระแทกของผลิตภัณฑ์ PBT ก็ได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ

นอกจากเส้นใยแก้วแล้ว ยังสามารถเติมเส้นใยชนิดอื่นเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของ PBT ได้อีกด้วย Zeng Deming และคณะ ได้ใช้หินบะซอลต์ตัดสั้นเพื่อเสริมความแข็งแรงให้กับเรซิน PBT หลังจากที่หินบะซอลต์ทำหน้าที่เป็นสารเชื่อมประสาน ทำให้สามารถเข้ากันได้ดีกับ PBT มากขึ้น และช่วยเพิ่มคุณสมบัติทางกลของวัสดุคอมโพสิต PBT ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

คุณสมบัติหน่วงไฟ

เครื่องอัดเม็ด PBT บริสุทธิ์แบบเผาไหม้แนวตั้งสามารถผลิตได้เพียงระดับ HB เท่านั้น ติดไฟง่าย และเผไหม้ต่อเนื่อง เปลวไฟลุกลามได้ง่าย การใช้งานจึงจำกัดอยู่ในอุตสาหกรรมยานยนต์ เครื่องใช้ไฟฟ้า และสิ่งทอ เป็นต้น จึงมักมีการเติมสารหน่วงไฟที่มีฮาโลเจนและสารหน่วงไฟที่ไม่มีฮาโลเจนลงใน PBT เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติการหน่วงไฟ สารหน่วงไฟที่มีฮาโลเจนจะปล่อยควันพิษที่มีไฮโดรเจนเฮไลด์เมื่อเผไหม้ ซึ่งเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อม และสารหน่วงไฟที่มีฮาโลเจนบางชนิดถูกห้ามใช้ในสหภาพยุโรป การปรับปรุงคุณสมบัติการหน่วงไฟของ PBT ส่วนใหญ่ใช้สารหน่วงไฟที่มีฟอสฟอรัสและสารหน่วงไฟอนินทรีย์

เมื่อใช้สารหน่วงไฟอนินทรีย์ในการปรับปรุงวัสดุ การเติมปริมาณมากเกินไปจะทำให้คุณสมบัติทางกลของวัสดุลดลง แต่สารหน่วงไฟฟอสฟอรัสไม่มีข้อเสียนี้ และมีควันน้อย ความเป็นพิษต่ำ และคุณสมบัติหน่วงไฟสูง สารหน่วงไฟฟอสฟอรัสโดยทั่วไปจะใช้ร่วมกับสารประกอบที่มีไนโตรเจนเพื่อให้ได้ระบบหน่วงไฟที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ในกระบวนการเผาไหม้ สารหน่วงไฟฟอสฟอรัสจะสร้างฟอสฟอรัสแอนไฮไดรด์ ทำให้สารที่ติดไฟได้เกิดการคายน้ำและกลายเป็นคาร์บอน ชั้นคาร์บอนสามารถลดการนำความร้อน ชะลอหรือป้องกันการเกิดก๊าซที่ติดไฟได้ และฟอสฟอรัสแอนไฮไดรด์หลังจากได้รับความร้อนจะกลายเป็นวัสดุหลอมเหลวที่เคลือบผิวของวัสดุที่ติดไฟได้ ขัดขวางการปล่อยก๊าซที่ติดไฟได้

การบิดเบี้ยว

วัสดุ PBT มีการเลื่อนตัวสัมพัทธ์ของโมเลกุลได้ง่าย ทำให้เกิดการจัดเรียงตัวและการตกผลึกได้ง่าย ส่งผลให้วัสดุหดตัวมาก ทำให้ชิ้นส่วน PBT โดยเฉพาะชิ้นส่วนผนังบางขนาดใหญ่ เกิดการบิดเบี้ยว สำหรับ PBT เสริมใยแก้ว เนื่องจากมีการเติมใยแก้วที่มีคุณสมบัติไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ทำให้ในทิศทางต่างๆ ระหว่างการฉีดขึ้นรูป อัตราการหดตัวของวัสดุแตกต่างกัน ส่งผลให้การบิดเบี้ยวของชิ้นส่วนเพิ่มมากขึ้น ไม่เพียงแต่ส่งผลต่อคุณภาพพื้นผิวของผลิตภัณฑ์พลาสติกและประสิทธิภาพการติดตั้งเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อความแข็งแรงของพลาสติกอีกด้วย

สำหรับการป้องกันการบิดงอของชิ้นส่วน PBT นอกจากการปรับปรุงรูปทรงของชิ้นส่วนแล้ว การออกแบบแม่พิมพ์และพารามิเตอร์กระบวนการขึ้นรูปยังสามารถปรับเปลี่ยนได้เพื่อชะลอการเสียรูปจากการบิดงอของวัสดุ PBT ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การปรับปรุงการป้องกันการบิดงอของวัสดุ PBT ส่วนใหญ่ทำได้โดยการเติมสารอนินทรีย์และการผสมทองคำ สารอนินทรีย์ที่เติมนั้นรวมถึงการเติมสารอนินทรีย์เดี่ยวและการเติมแบบผสมกับใยแก้ว โดยวัสดุอนินทรีย์ที่ใช้ในการเติมส่วนใหญ่ได้แก่ ทัลก์ ไมกา วอลลาสโตไนต์ ลูกปัดแก้ว เคโอไลน์ เส้นใยแคลเซียมซัลเฟต เป็นต้น

ประสิทธิภาพการตกตะกอน

เนื่องจากวัตถุดิบของวัสดุ PBT ไม่สามารถทำปฏิกิริยาได้อย่างสมบูรณ์ในระหว่างกระบวนการผลิต จึงเกิดโมเลกุลขนาดเล็ก โอลิโกเมอร์ ฯลฯ ขึ้น และผลิตภัณฑ์ที่ทำจากวัสดุ PBT ที่ไม่ได้ดัดแปลงจะเกิดการตกตะกอนภายใต้เงื่อนไขบางประการ ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพของชิ้นส่วน เมื่อใช้วัสดุ PBT ในท่อเก็บเสียงภายในคอมเพรสเซอร์ตู้เย็น โครงขดลวดมอเตอร์ และโครงฉนวนของเครื่องปรับอากาศ ฯลฯ เนื่องจากสภาวะการทำงานพิเศษ การตกตะกอนของโมเลกุลขนาดเล็กจำนวนมากในสารทำความเย็น (ฟรีออน ไดคลอโรไดฟลูออโรไดคลอโรมีเทน) ที่ละลายอยู่ในท่อสารทำความเย็นนั้นง่ายต่อการอุดตันในท่อสารทำความเย็น ทำให้การทำความเย็นล้มเหลว

PBT ตกตะกอนส่วนใหญ่จากโมเลกุลขนาดเล็กที่เป็นซวิตเตอร์ไอออนของเรซินเองและสารเติมแต่งจำนวนเล็กน้อย การใช้ใยแก้วและเรซินที่มีความหนืดสูงซึ่งเติมด้วยสารดูดซับในปริมาณที่เหมาะสมสามารถลดปริมาณการตกตะกอนของ PBT ได้ ปัจจุบัน วิธีการหลักในการปรับปรุงการตกตะกอนของ PBT คือการดูดซับด้วยวัสดุพรุนอนินทรีย์และการเติมสารปิดกั้น สารเพิ่มความยาวโซ่ 1,4 ไซโคลเฮกเซนไดเมทานอล (CHDM) และวิธีการทางเคมีอื่นๆ

คุณสมบัติของอิเล็กทริก

วัสดุ PBT มีบทบาทสำคัญในวงจรรวม การป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และสาขาการใช้งานอื่นๆ โดยคุณสมบัติทางไดอิเล็กทริกมีผลต่อความเร็วในการส่งสัญญาณ การสูญเสียสัญญาณ และอื่นๆ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการกำหนดข้อกำหนดที่เข้มงวดมากขึ้นสำหรับคุณสมบัติทางไดอิเล็กทริกของวัสดุฉนวน โดยกำหนดให้ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของวัสดุเรซินฉนวนต้องไม่เกิน 2.8 ในขณะที่คุณสมบัติทางไดอิเล็กทริกของวัสดุ PBT บริสุทธิ์ไม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านการสื่อสารได้ ดังนั้นการพัฒนาวัสดุ PBT ที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกต่ำและการสูญเสียไดอิเล็กทริกต่ำจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

ในปัจจุบัน คุณสมบัติทางไดอิเล็กทริกของ PBT ส่วนใหญ่ได้รับการปรับปรุงโดยการเติมและผสมโคพอลิเมอร์ที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกต่ำ โดยสารเติมแต่งที่ใช้กันทั่วไปคือผงโพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีนและลูกปัดแก้วกลวง นอกจากนี้ ท่อนาโนคาร์บอนยังมีผลดีต่อคุณสมบัติทางไดอิเล็กทริกของวัสดุ PBT ในระดับหนึ่ง แต่หากเติมในปริมาณมากเกินไป ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกและการสูญเสียไดอิเล็กทริกของวัสดุจะเพิ่มขึ้น

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของรถยนต์ไฟฟ้า ความต้องการความแข็งแรงทางไฟฟ้าของวัสดุตัวเชื่อมต่อสำหรับการส่งกระแสไฟฟ้าแรงสูงจึงสูงขึ้น แม้ว่า PBT จะทนต่อประกายไฟได้ดีและขึ้นรูปได้ง่าย แต่ความแข็งแรงทางไฟฟ้าต่ำ ทำให้ไม่สามารถนำมาใช้ในการส่งกระแสไฟฟ้าแรงสูงในรถยนต์ไฟฟ้าได้ ดังนั้น การปรับปรุงคุณสมบัติทางไฟฟ้าของ PBT โดยการเพิ่มชนิดของตัวนำหรือสารเติมแต่งเซรามิก เพื่อเพิ่มความแข็งแรงทางไฟฟ้าของวัสดุ จึงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อความปลอดภัยของรถยนต์ไฟฟ้า