PBT的湿热老化性能研究(一)

马玫，黄庆武，雷祖碧(广州合成材料研究院有限公司，广东广州510665)

PBT的湿热老化性能研究(一)

马玫，黄庆武，雷祖碧
(广州合成材料研究院有限公司，广东广州510665)

从PBT材料(聚对苯二甲酸丁二醇酯、填料)及环境(温度、湿度)的内外因素出发，综合分析了各因素对PBT材料的湿热老化性能的影响。阻燃剂、玻纤会影响PBT材料的原始性能，但不会加速PBT的水解;使用环境的温度越高、湿度越大，PBT材料的寿命也越短。

聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，湿热老化，寿命

聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是热塑性工程塑料，具有非常好的化学稳定性、力学强度、电绝缘性，由吸湿引起的电性能变化很小，绝缘电压很高，且成型稳定性和尺寸精度优良。PBT树脂是对苯二甲酸与丁二醇的缩聚物，分子链中有大量的酯基，链端含有一定量的羧基，因此在高温高湿的环境下极易水解，导致分子链断裂，直接影响材料的物理性能［1－3］。本文从PBT材料(树脂、填料)性能及环境(温度、湿度)的内外因素出发，综合分析了PBT材料的湿热老化性能，为PBT材料的改性与应用提供指导。

1 实验部分

1.1 原料及设备

PBT，1100、1200，长春;玻纤，泰山;十溴联苯醚、三氧化二锑、抗氧剂市售。

双螺杆挤出机，HT－30，南京橡塑机械厂;注塑机，BT－80V－I，广州博创有限公司;恒定湿热试验箱，SHR0.05，上海上器集团试验设备有限公司;立式压力蒸汽灭菌器，LS－B35L－Ⅱ型，江阴滨江医疗设备有限公司;分光测试仪，Dataflah 100，Dataflash;液晶电子拉力试验机，XLD－10，承德市金建检测仪器有限公司;悬臂梁冲击试验机，XJU 5.5，承德德盛试验机厂;热失重分析仪，TG209 F3，NETZSCH。

1.2 试样制备

PBT1100、1200树脂分别用注塑机，按要求制作标准样条，获得1100、1200样品;选用PBT1200树脂与适量的抗氧剂混合，并添加20%的玻纤经双螺杆挤出机造粒，并用注塑机按要求制作标准样条，获得加纤样品;选用PBT1200树脂与适量的抗氧剂、20%的阻燃剂混合，并添加20%的玻纤经双螺杆挤出造粒，并用注塑机制作标准样条，获得阻燃加纤样品，该样品的阻燃性能达到V－0(0.8mm)。

1.3 性能测试

色差按GB/7921－1997测试，D65日常光源;弯曲性能按GB/T 9341测试;拉伸性能按GB/T 1040测试;悬臂梁缺口冲击强度按GB/T 1843测试;热失重在氮气气氛下，升温速度5K/min。

2 结果与讨论

2.1 PBT树脂及组成对材料湿热性能的影响

把上述四种样品，在98℃、相对湿度100%的湿热箱中进行老化实验，按周期取出并进行测试，结果见图1～5。

图1各种PBT材料湿热老化——色差Fig.1△E of PBT samples

图1 中，两种PBT纯树脂的颜色变化明显快于有填料的PBT材料。说明在98℃*RH100%的条件下，引起PBT材料变色的主要因素是树脂本身，没有填料的树脂色差两周内就达到5。高粘的1100树脂变色略快于1200树脂。

2各种PBT材料湿热老化——悬臂梁缺口冲击强度Fig.2 IZOD of PBT samples

图2 中，四种PBT材料的冲击强度快速下降，其中阻燃加纤在一周内即下降到低于原始性能的一半，另外三种在两周内下降到原始性能的一半;在两周的老化时间内，纯树脂保持较稳定的老化速度且变化趋势很接近，含填料的树脂则在老化后期老化速度明显减缓。

图3中，四种PBT材料在两周内弯曲强度降低到原始值的一半;添加填料的两种PBT材料在早期老化速度远高于没有填料的纯树脂;而纯树脂后期的老化速度明显加快。高粘的1100树脂略快于低粘的1200树脂。

图3各种PBT材料湿热老化——弯曲强度Fig.3 Flexural strength of PBT samples

图4 中，四种PBT材料在两周内拉伸强度降低到原始值的一半;添加填料的两种PBT材料迅速老化，两种纯树脂则在后期加速老化。高粘的1100树脂略快于低粘的1200树脂。

图4各种PBT材料湿热老化——拉伸强度Fig.4 Tensile strength of PBT samples

图5 中，纯PBT材料在一周内伸长率降低到原始值的一半，高粘的1100树脂略快于低粘的1200树脂。添加填料的两种PBT材料原始值很低，甚至为零，不适用此判断。

图5 各种PBT材料湿热老化—伸长率Fig.5 Elongation of PBT samples

在上述各项指标中，伸长率的变化是反映PBT树脂老化最敏感的一项指标，但是不适用于添加了填料的PBT材料;冲击、弯曲、拉伸可以作为判断PBT老化的有力补充;颜色变化是这几个指标中最缓慢的一个。

通过添加玻纤、阻燃剂改性的PBT材料虽然其原始的物理性能得到大幅提高，但是经湿热老化后，早期性能下降速度极快，后期与未实施改性的纯树脂相近。也就是说，影响PBT材料耐湿热性能的关键内部因素是树脂本身;而就PBT纯树脂而言，高粘度的PBT树脂对湿热环境的反应比低粘度的树脂敏感，经湿热老化后物性相对变化略快。

2.2 温度对PBT湿热老化性能的影响

设定相对湿度为100%，改变PBT树脂的老化温度，对PBT树脂1100样品实施老化，按一定的周期检测老化前后的性能，见图6～10。

图6 温度对PBT树脂湿热老化色差的影响Fig.6 influence of temperature on△E of PBT

图7 温度对PBT树脂湿热老化冲击强度的影响Fig.7 influence of temperature on IZOD of PBT

图8 温度对PBT树脂湿热老化弯曲强度的影响Fig.8 influence of temperature on flexural strength of PBT

图9 温度对PBT树脂湿热老化拉伸强度的影响Fig.9 influence of temperature on tensile strength of PBT

图10 温度对PBT树脂湿热老化伸长率的影响Fig.10 influence of temperature on elongation of PBT

从图6～10可知，在相同的相对湿度下，PBT树脂的老化与温度有很强的相关性，温度越高老化速度越快;但是对于一些力学性能，如冲击强度、弯曲强度、拉伸强度而言，环境温度低于80℃，PBT树脂对温度的依赖性就明显下降，即使在高湿的环境下，老化速度明显减缓。

2.3 湿度对PBT湿热老化性能的影响

设定98℃的环境温度，改变相对湿度，对PBT树脂1100样品实施老化，按一定的周期检测老化前后的性能，见图11～15。

图11 湿度对PBT树脂湿热老化色差的影响Fig.11 influence of relative humidity on△E of PBT

图12 湿度对PBT树脂湿热老化冲击强度的影响Fig.12 influence of relative humidity on IZOD of PBT

图13 湿度对PBT树脂湿热老化弯曲强度的影响Fig.13 influence of relative humidity on flexural strength of PBT

图14 湿度对PBT树脂湿热老化拉伸强度的影响Fig.14 influence of relative humidity on tensile strength of PBT

图15 湿度对PBT树脂湿热老化伸长率的影响Fig.15 influence of relative humidity on elongation of PBT

由图11～15可知，在相同的环境温度下，PBT树脂随着湿度的增大，老化速度也在增快。即使在60%的相对湿度下，PBT绝大多数的物理性能在两、三周内即下降到一半;而在干燥的环境下，各性能仍保持良好。可见，在高温下，PBT树脂对湿气非常敏感，使用寿命严重缩短。

3 结论

(1)评估PBT材料湿热老化、伸长率的变化虽是很有效的一项指标，但是不适用于添加了填料的PBT材料;冲击强度、弯曲强度、拉伸强度可作为判断PBT老化的技术指标。

(2)通过添加玻纤、阻燃剂改性的PBT材料虽然其原始的物理性能得到大幅提高，但是影响PBT材料耐湿热性能的关键内部因素是PBT树脂;就PBT纯树脂而言，高粘度的PBT树脂对湿热环境的反应比低粘度的树脂敏感。

(3)在相同的相对湿度下，温度越高PBT的老化速度也越快;但是对于冲击强度、弯曲强度和拉伸强度而言，环境温度低于80℃，PBT树脂对温度的依赖性就明显下降。

(4)在相同的环境温度下，PBT树脂随着湿度的增大，老化速度也在增快。值得关注的是在高温下，PBT树脂对湿气非常敏感，使用寿命快速缩短。

［1］JR MARTIN，R JGARDNER.长期湿热老化对塑料的影响［J］.合成材料老化与应用，1983，(1):34－51.

［2］胡战洪，等.光缆用PBT松套管材料的热水解性能的实验研究(一)［J］.网络电信，2004，5:33－35.

［3］郭宝华，等.聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)抗水解性能的研究［J］.材料科学与工艺，2001，3(9):312－315.

Study on Hum idity-heat Aging of PBT(Ⅰ)

MA Mei，HUANG Qing-wu，LEIZu-bi
(Guangzhou Research Institute Co.Ltd.of Synthetic Materials，Guangzhou 510665，Guangdong，China)

Basing on the polybutylene terephthalate(PBT)resin，packing and the aging condition，this article analysed the factors comprehensively which would influence the lifetime of PBT.The retardant agents and glass fiber can affect the physical performance of PBT，but not speed up the hydrolysis.In the environmental conditions，themore temperature or humility，themore PBT shorten life.

polybutylene terephthalate(PBT)，humidity-heat aging，lifetime

TQ326.3

2012－03－15