Производство и применение ПБТ, его сополимеров и композиционных материалов на их основе

Благодаря сочетанию физико-химических, механических и диэлектрических свойств и высокой скорости кристаллизации ПБТ широко используют для изготовления деталей электротехники, электроники и автомобилестроения.

По оценкам зарубежных специалистов ПБТ в будущем будет не только конкурировать с традиционными конструкционными термопластами, но и заменит некоторые термореактивные смолы и металлические отливки. Замечательные свойства полимера определили быстрый рост его выпуска. В 1995 году его мировой выпуск составил 270 тыс.т. [74], а к 1998 году мировая потребность в ПБТ выросла на рынке до 410 тыс.т/г (ежегодный прирост 6-8%/г). Резкое увеличение потребности в ПБТ на международном рынке заставило основных поставщиков этого полимера увеличить (или создать новые) производственные мощности по его получению. Из основных фирм данного профиля отмечены: новое предприятие Du Pont мощностью 30 тыс.т/г, Hoechst, на 50% расширившее своё производство, доведя общий объём выпуска ПБТ до 32 тыс.т/г. Этой фирмой проводится с 1997 года переориентация завода по выпуску полиэтилентерефталата на ПБТ с удвоенной производственной возможностью и, наконец, в 1998 года BASF и GE Plastiks введено в действие производство ПБТ 60 тыс.т/г. и в Китае планируется быстрый ввод в действие производства этого полимера мощностью 26 тыс.т/г [75].

Сообщают, что на заводе в Эммене (Нидерланды) фирмы DSM Engneering Plastics со 2-го квартала 1998 года расширено производство ПБТ до 30 тыс.т./г. После освоения и оценки технологического процесса фирма DSM будет ежегодно увеличивать выпуск этого термопластичного полиэфира на 8-9% и будет укреплять и расширять свои позиции на рынке [76].

Стоимость ПБТ постоянно снижается и, в первую очередь, из-за доступного и дешёвого сырья для его производства, в т.ч. для ПБТ, армированного 30% стекловолокна и углеродными волокнами, который является прекрасным конструкционным материалом для машиностроения и строительства. ПБТ и композиты на его основе широко применяются в автомобилестроении и электронной промышленности. Полимер обладает высокой прочностью и жёсткостью, имеет хорошие диэлектрические свойства и высокую химическую стойкость. Обнадёживающей перспективой для дальнейшего развития производства и применения ПБТ является отсутствие в его структуре хлорсодержащих агентов и соединений, что в полной мере удовлетворяет требованиям по экологии, повышенную огнестойкость, пожаро- и взрывобезопасность изделий из него.

Одним из главных потребителей ПБТ и композиционных материалов на его основе является автомобиле- и машиностроение, где они применяются для производства кузовов, рам, бамперов и деталей внутренней отделки автомобилей.

Сообщают, что в Северной Америке впервые появились новые, легкие двухсторонние бамперы, полученные литьём под давлением с раздувом из Xenoy – смеси поликарбоната и ПБТ фирмой General Elektric Plastics, которая составляет конкуренцию бамперам из металла и пенополипропилен по стилю и цене; новые бамперы на 45% легче существующих, выдерживают -29°С без разрушения на больших скоростях. Бамперы с двойной стенкой хорошо абсорбируют энергию удара и стойкость к ударам выше, чем у металлов [77].

Фирмой Bayer Corp. намечается в 2000г. внедрение смесей и сплавов ПБТ с поликарбонатом для получения тонкостенных решёток радиаторов машин и бамперов, фирма Toyota планирует дальнейшее усовершенствование технологии производства этих весьма прогрессивных материалов для конструкции своих машин, в частности, например, снижения хрупкости изделий и повышения их устойчивости к растрескиванию и действию неблагоприятных атмосферных условий [78].

Из ПБТ марки Ultradur S 4090G6 фирмы BASF можно изготавливать автомобильные зеркала заднего вида без обычных металлических несущих деталей [79].

Новый материал для литья под давлением на основе ПБТ, прложенный фирмой Du Pont под названием Crastin серии 93, обладает высокой стабильностью размеров (на 50% выше, чем у обычного ПБТ), что достигается введением дисперсных наполнителей (стеклошариков, минеральных порошков). В автомобильной промышленности используют для литья штекерных разъёмов с закладными деталями. Хорошее сочетание механических свойств при меньшей плотности и более коротком цикле литья делают новый материал конкурентноспособным [80].

Другой важный потребитель ПБТ – электронная и электротехническая промышленности. Из композиционных материалов на основе ПБТ изготавливают лазерные диски, формуют соединительные корпуса для мест подключения электропроводки, отливают детали электротехники и электроники: выключатели, реле, соединители и др.[68, 81, 82, 83].

Для разнообразного применения ПБТ в электротехнике требуются формовочные композиции с определёнными свойствами, которые достигают за счёт модификации базовых марок ПБТ. Для этого имеются разносторонние возможности: сополимеризация с 5-25% мономера придаёт ПБТ гибкость, смеси с каучуком и термопластами повышают ударную вязкость или устраняют коробление, что важно при литье деталей с металлической арматурой; введение стекловолокна повышает жёсткость и теплостойкость; с помощью бромсодеращих антипиренов получают самозатухающие материалы, применяемые для штепсельных соединений. Фирма Huls (Германия) выпускает самозатухающие материалы марки Vestodur X 7292, 7383, 7384, не содержащие галогенов и имеющие модуль упругости 750 и 2000 Н/м и предназначенные для изоляции жил, конденсаторов в закрытом корпусе и корпусных частей соответственно, а марка 7384 является специфичной для нанесения надписей лазером. Для штепсельных разъёмов, где требуется хорошая стабильность размеров при большой длине ~200мм, применяют ПБТ улучшенной текучести с индексом расплава 40см/10мин при 250°и 2,16кГ. Большое значение для электротехники имеет изолирующая способность термопластов при искровом разряде вдоль загрязнения поверхности термопласта, которая оценивается по DIN/IEC 112 сравнительным индексом (СИ) образования токопроводящего мостика в изоляторе. Немодифицированный ПБТ характеризуется высоким СИ 600, а у самозатухающих марок СИ снижается и составляет 175-200, но за счёт специальной модификации удаётся повысить СИ до 400 [84].

Композиционный материал для штепсельных разъёмов содержит ПБТ с характеристической вязкостью 0,6-1,5 [30°, (40:60) тетрахлорэтан-фенол], 0,01-3% смазки, например, соли монтанового воска или его эфиров и 0,01-3% антиоксиданта, например, затруднённого фенольного или фосфитного соединения [85].

Фирма Elko (Норвегия) изготавливает монтажные плиты для выключателей и штепсельных розеток для установки на стену. Эти плиты сделаны из ПБТ, упрочнённого стекловолокном, который изготавливает компания DSM. Этот материал не горюч и отличается улучшенными реологическими свойствами и незначительной плотностью, что позволяет уменьшить затраты на его переработку [86].

В изделиях бытового назначения ПБТ-материалы нашли применение в качестве ручек для духовых шкафов, ручек сковородок, деталей корпуса телефонных аппаратов.

Сообщается о пластмассовой раковине для кухни, которая выглядит как из гранита, но менее дорогая. Она сделана из конструкционного композита, который можно формовать в изделия с фактически не разрушаемой твёрдой поверхностью, сопротивляющейся отслаиванию. Большинство пятен можно удалить с помощью моющих составов, наждачная бумага удаляет глубокие пятна. Раковину изготавливают литьём под давлением из композита на основе ПБТ марки Heavy Valox (60% минерального наполнителя) [87].

Из композиционных материалов на основе ПБТ изготавливают бутылки (в т.ч. окрашенные) для напитков и ёмкости для косметических продуктов [88].

Картон, покрытый плёнкой ПБТ, используют в качестве упаковочного материала для пищевых продуктов, выдерживающего нагрев до 230-290°. Кроме того, ПБТ можно применять для изготовления предметов домашнего обихода, корпусов бытовых приборов, подшипников, трубчатых передач, медицинских инструментов и оргтехники [89].

Упрочнённые материалы на основе ПБТ применяют при изготовлении регуляторов давления для бытовых газовых баллонов, деталей часов. Эти упрочнённые материалы успешно заменяют металл в таких изделиях, как втулки велосипедных колёс, полотёры и др. ПБТ – материалы, которые производит фирма Du Pont (США), совмещают в себе свойства резины с лёгкостью переработки, свойственной термопластам. Их применяют в тягах рулевого колеса в автомобилях, в деталях бытовых пылесосов, в гидравлических узлах, работающих под водой и других деталях [90].

Фирма Hilti Kunststofftechnik GmbH производит гильзы для раздельного помещения двухкомпонентных клеёв из термопластичного полиэфира (Bergadur PB40) на основе ПБТ. Материал обеспечивает необходимую ударную прочность, жёсткость, химстойкость, размерную стабильность и обладает достаточной текучестью при переработке. До сих пор гильзы формовали из полипропилена [91].

Комфортабельные велосипедные сидения фирмы Global Plast (Италия) из термопластичных эластомеров на основе ПБТ и полиэфиргликоля (Hytrel фирмы Du Pont) получают литьём под давлением. Они лёгкие, гибкие и достаточно прочные [92]. ПБТ обладает высокой способностью к волокнообразованию при прядении из расплава, а готовые пряди волокон имеют гораздо большую способность к вытяжке, прядению и ткачеству, чем волокна из полиамида-6 и других полиэфиров при гораздо меньшей стоимости исходного сырья и готового материала. ПБТ-волокна успешно конкурируют со штапельным волокном по органолептическим и комфортным свойствам, пригодны для изготовления ковровых изделий, где немаловажное значение имеет и экономический фактор. ПБТ-волокна значительно дешевле и доступнее, чем волокна из полиэтилентерефталата, меньше электризуются и не накапливают пылевидные частицы и др. загрязнения в помещениях [93].

Рециклуемые ковры из пучков ПБТ-волокна, склеенных между собой и приклеенных к подкладке клеем – расплавом на основе ПБТ. Ковры, полностью изготовленные из полиэфира, хорошо рециклуются: их можно измельчить, высушить и экструдировать снова в полиэфирное волокно [94].

ПБТ идёт также на получение нитей и плёнок. Из ПБТ изготавливают огнестойкие плёнки, плёнки для термочувствительной чертёжной бумаги, плёнку, хорошо свариваемую при нагревании и многое другое [50, 95-98].

Центром по композиционным материалам [102] разработан марочный ассортимент композиционных материалов конструкционного назначения, отличающихся повышенной теплостойкостью, прочностью, бензо-, маслостойкостью, гидролитической устойчивостью, превосходными электротехническими свойствами. Полученные материалы удовлетворяют требованиям, предъявляемым машиностроительными и электротехническими отраслями промышленности и показали положительные результаты при испытаниях в изделиях.