Ugrás a tartalomhoz

Műanyag kompozitok - 1. rész

Szakács Hajnalka (2012)

Pannon Egyetem

Hőre lágyuló poliészter blendek

Hőre lágyuló poliészter blendek

Az aromás poliészterek jó tulajdonságokkal rendelkeznek. A hőre lágyuló poliészterek legismertebb típusai a poli(etilén-tereftalát) (PET) és a poli(butilén-tereftalát) (PBT). Ezeket a hőre lágyuló poliésztereket régóta használják a csomagolóiparban, autóiparban, orvosi műszerek, illetve háztartási gépek esetében és az elektronikai iparban egyaránt. Általánosan elmondható erről a polimer „családról”, hogy jó villamos tulajdonságokkal rendelkeznek, vegyszereknek jól ellenállnak, mérettartóak, szálerősített kompozitjaik ütésállóak. Azonban hátrányuk, hogy nedvességfelvételük miatt problémaként merül fel a feldolgozás előtti szárítás. Jellemző rájuk, hogy töltő- és erősítőanyagokkal könnyel társíthatók. Néhány tereftálsav alapú kopoliésztert és tulajdonságait a 19. Táblázat tartalmazza.

19. táblázat - Néhány tereftálsav alapú kopoliésztert és tulajdonságai

Típusok, osztályok

Összetétel

Jellemző

Homopolimerek

  

PET

TPA + EG

 

PBT

TPA + 1,4-butándiol

Könnyebb feldolgozhatóság, kevésbé érzékeny a vízre, mint a PET

PTT

TPA + 1,3 propándiol

Kitűnő felületi jellemzőkkel és jó méretstabilitással rendelkezik

PCT

TPA + CHDM

Jobb hőállóság, mint a többi típus esetében

Kopoliészterek

  

PETG

TPA + EG (>50%) + CHDM

Nagy merevség, átlátszóság (üvegszerű)

PCTG

TPA +CHDM (>50%) + EG

A polikarbonátoknál jobb ütésállóság és nyúlás, kitűnő átlátszóság

PCTA

TPA + CHDM + IPA

Nagyobb nyúlás, mint a PET-G-nél, jó átlátszóság, semleges szín


TPA = tereftálsav, EG = etilénglikol, CHDM = ciklohexán-dimetanol, IPA = izoftálsav;

A PET, illetve a PBT a tereftálsav (TPA) etilén-glikollal (EG) és butilénglikollal alkotott poliésztere (hompolimerek). Az egyre növekvő igények miatt a poliészter gyártók új típusok kidolgozásával próbálnak a piacon maradni, az új típusok létrehozásával pedig új alkalmazási területen is használható poliészterek kerülnek forgalomba [18].

20. táblázat - Hőre lágyuló poliészterek tuljadonságainak összehasonlítása

Tulajdonság

PC

PET

PPT

PBT

PEN

PETG

PAr

Húzószilárdság (MPa)

2300

2800

2500

2600

2400

6700

2200

Húzó modulusz (MPa)

62

81

68

52

82

34

60-70

Maximális megnyúlás (%)

120

70

-

200

100

110

7-100

Sűrűség (kg/m3)

1200

1375

1350

1300

 

1250

1190-1210

Tg (oC)

149

98

80

60

117

88

>180

Tm (oC)

220

255

225

223

337

-

-

HDT (oC)

280

149

149

136

109

70

120-175


21. táblázat - Ütőszilárdság értékek

Polimer vagy blend

Ütőszilárdság (kJ/m2)

PET (Arnite)

4,0±0,3

PET (Retech)

4,4±1,1

E-EA-GMA blend

8,3±1,0

E-EA-GMA blenda

12,0±5

E-GMA blend

30,0±2

E-GMA blenda

34,0±7

SEBS-g-MA blend

9,6±1

E-MeA-g-MA

9,4±1


a: levegőn szárított

A PBT és a PA66 keverésével egyedülálló tulajdonságokkal rendelkező blendet lehetne előállítani. A két polimer közötti gyenge összeférhetőség azonban megakadályozza, hogy a gyakorlatban alkalmazható terméket lehessen belőle előállítani. Adalékolás nélkül az epoxi gyanta azonban több okból is alkalmas lehet arra, hogy a két polimer összeférhetőségét javítsa. Az epoxi-végcsoportok képesek reakcióba lépni a PA66-tal és a PBT végcsoportjaival egyaránt, PBT-ko-epoxi-ko-PA66 kopolimert képezve. Az epoxi gyanta oldódik vagy legalább részlegesen oldódik a PBT-ben és az így a kialakuló epoxi-ko-PA66, vagy PA66-ko-epopxi-ko-PA66 blokk kopolimer is javíthatja a PA66/PBT keverék összeférhetőségét. Az epoxi-típusú kompatibilizáló adalék koncentrációjának mechanikai tulajdonságokra gyakorolt hatását mutatjuk be.

22. ábra - PA/PBT blendek húzószilárdságának alakulása az epoxi koncentráció függvényében

22. ábra PA/PBT blendek húzószilárdságának alakulása az epoxi koncentráció függvényében

23. ábra - PA/PBT blendek moduluszának alakulása az epoxi koncentráció függvényében

23. ábra PA/PBT blendek moduluszának alakulása az epoxi koncentráció függvényében

24. ábra - PA/PBT blendek rugalmas megnyúlásának alakulása az epoxi koncentráció függvényében

24. ábra PA/PBT blendek rugalmas megnyúlásának alakulása az epoxi koncentráció függvényében

25. ábra - PA66 blendek Izod ütőmunkájának alakulása az epoxi koncentráció függvényében

25. ábra PBT/PA66 blendek Izod ütőmunkájának alakulása az epoxi koncentráció függvényében

Jól látható, hogy a PA66-ban gazdag blendek esetében nagyobb a jelentősége a kompatibilizáló adalék alkalmazásának, mint a több PBT-t tartalmazóknál. Az epoxi típusú adalék jelenlétében jelentősen javulnak a mechanikai tulajdonságok, viszont azoknál a blendeknél következik be a nagyobb mértékű növekedés, ahol a PA66 van nagyobb koncentrációban. Ennek feltételezhetően az az oka, hogy az epoxi gyanta kevésbé oszlik el az olvadék állapotú keverés során, ezáltal pedig nem tudja nagy mértékben befolyásolni a PA66 belső tulajdonságait a kompatibilizációt követően [19].

Több törekvés irányult a PBT alacsony ütőszilárdságának funkcionalizált gumival (EPR: etilén-propilén-gumi; EPDM: etilén-propilén-dién-terpolimer) történő javítására. Mivel az EVA (etilén-vinil-acetát) elasztikus tulajdonságokkal egyaránt rendelkezik, így ezen tulajdonságok alapján várható, hogy javítani tudja a PBT tulajdonságait.

22. táblázat - DCP és MSA összetétel az ojtási reakciókban

Jele

EVA

EVA1

EVA2

EVA3

EVA4

EVA5

EVA6

EVA7

MAH (v/v)

0

2

2

2

2

2

0

2

DCP (v/v)

0

0

0,05

0,1

0,2

0,3

0,3

0,4


PBT ütésállóságának javítására a polimert az EVA kopolimerrel maleinsav-anhidrid jelenlétében funkcionalizálják. Reaktív kompatibilizálásról van szó, mert peroxid (dikumil-peroxid) jelenlétében, ömledék állapotban reagáltatják a blendet alkotó komponenseket. Mind az EVA-, mind pedig a peroxid-koncentráció jelentősen befolyásolja az ütőszilárdság alakulását, amely a blendek eltérő morfológiájára vezethető vissza. Az alkalmazott koncentrációkat és mintaösszetételeket a 22. Táblázat foglalja össze.

26. ábra - SEM felvételek a (a) PBT/EVA1, (b) PBT/EVA2, (c) PBT/EVA4, and (d) PBT/EVA5 blendekről

26. ábra SEM felvételek a (a) PBT/EVA1, (b) PBT/EVA2, (c) PBT/EVA4, and (d) PBT/EVA5 blendekről

27. ábra - SEM felvételek a PBT/EVA blendekről különböző DCP és MSA koncentrációk mellett (a) DCP (0,1 v/v), MSA (0,0 v/v), (b) DCP (0,1 v/v), MSA (0,5 v/v), (c) DCP (0,3 v/v), MSA (0,0 v/v) és (d) DCP (0,3 v/v), MSA (0,5 v/v), blendekről

27. ábra SEM felvételek a PBT/EVA blendekről különböző DCP és MSA koncentrációk mellett (a) DCP (0,1 v/v), MSA (0,0 v/v), (b) DCP (0,1 v/v), MSA (0,5 v/v), (c) DCP (0,3 v/v), MSA (0,0 v/v) és (d) DCP (0,3 v/v), MSA (0,5 v/v), blendekről

28. ábra - A PBT (80%) ütőszilárdsága PBT /MSA-val ojtott EVA blend esetében

28. ábra A PBT (80%) ütőszilárdsága PBT /MSA-val ojtott EVA blend esetében

29. ábra - PBT/MSA-ojtott EVA (80/20) blend ütőszilárdsága a MSA és a DCP koncentrációjának függvényében

29. ábra PBT/MSA-ojtott EVA (80/20) blend ütőszilárdsága a MSA és a DCP koncentrációjának függvényében

Összefüggés feltételezhető tehát a blendek morfológiája, a diszpergált fázisok részecskemérete és az ütőszilárdságban tapasztalt különbségek között. Az in situ ojtott kopolimer (PBT-g-MSA-EVA) képződésének sokkal nagyobb szerepe van az ütőszilárdság növekedésében, mint a DCP-vel iniciált EVA térhálósításnak [20].

23. táblázat - Néhány hőre lágyuló poliészter blendje

Blend

Jellemzők/kiemelt szempontok

PET/PBT blendek

javított kristályosodás, keverhetőség

PBT 40m/m% PAr-el

elektromos szigetelésekhez, filmek, ömledékek

Módosított PET/PBT blendek

keményítés butil gumival

PET PA-val

jó súrlódási tulajdonságok eléréséhez

PAr PC-vel vagy PEST-tel

ömleszthetőség és ütésállóság

PBT PET-el vagy PHT-val

jó nyújthatóság és ütésállóság

PBT PC-vel

ütésállóság és nyújthatóság

PBT PPE-vel

feldolgozhatóság és mechanikai tulajdonságok

PET PC-vel

nagy korróziós ellenállás

PAr PEST-el és PA-6-tal vagy PPS-sel

további erősített tulajdonságok

PET/PBT blendek

akril-elasztomerekkel módosított

PAr maximális acetát tartalmú POM-mel

a POM feldolgozhatósága

PAr PET-el vagy PBT-vel

átlátszóság, HDT és ütésállóság

PET/PBT/SEBS

ütésállóság, hőállóság és húzószilárdság

PBT/PET/PC

ütésállóság, merevség, szakításnál megfeszül

PBT/PET/

butilakrilát-glicidil-metakrilát-MMA

PAr PCT-vel

feldolgozhatóság, ellenáll az időjárásnak, ütésállóság

PAr/PEST TPU-val

nagy modulusz,

PAr, PET, EEA, TPU stb.

az ütésállóság és a HDT javítására

PET/PBT vagy PEST/PC; keményített

keményebb, MBS, ACM vagy ABS stb.

PBT POM-al vagy PA-val

ionomerrel módosított ütésállóság

PET/PBT és pl: EGMA

feldolgozhatóság és teljesítmény

PBT kémiailag keverve PAr-el

nagy ütésállóság

PET PAr-el és PA-6-tal

feldolgozhatóság, felületi fényesség, HDT, átlátszóság

PAr PEST-vel és PC-vel, ABS-sel, PA-val

feldolgozható blendek, beállítható tulajdonságok

PAR/PEST EGMA-val vagy glicidil-oxibenzil-acrilamiddal oltott EPR-el

kiváló feldolgozhatóság és teljesítmény

PET/PC/PCT, EPR és/vagy MBA

nagy ütésállóság

POM, POM-kopolimer, alifás poliészter és poliéter

feldolgozhatóság, kristályosodás, kicsi zsugorodás, HDT és mechanikai tulajdonságok

POM/TPU/EBA-GMA/PA vagy PEST

feldolgozhatóság és mechanikai tulajdonságok

PEST/POM és izocianát vagy izotiocianát párosító ágens

feldolgozhatóság, mechanikai tulajdonságok és kicsi felületi fényesség

Oldat PAr/PET

elegyíthetetlen: két Tg és χ>0

lineáris és elágazó PET blendje

jó minőségű ásványvizes palackokhoz

PET PCT-vel

jó ütésállóság alacsony hőmérsékleten

PET PEN-nel

transzészterezés, a kristályosodás csökkentése