PET和PET：结晶发挥作用
2022年07月07日
TDD-global
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指南
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本文深入解析PBT与PET两种聚酯材料的化学结构差异及其对性能的影响。二者均以对苯二甲酸为酸组分，但醇组分不同（PBT用丁二醇，PET用乙二醇），导致主链刚性、结晶行为显著不同：PBT结晶速度快、天然呈半结晶态；PET则易制得无定形态（如饮料瓶），其结晶需特定温控（75–110°C为吹塑窗口），否则雾化、脆化。芳香苯环赋予刚性并提升耐热性，而柔性链段影响结晶效率——PBT因苯环间距大更易结晶，PET则依赖成核剂或填料（如玻纤）实现半结晶。文章强调：性能对比必须基于相同填充体系，方具实际意义。（字数：398）
三氯甲烷的化学结构宠物和PBT基本上是非常相似的。聚酯是由有机酸(这里是对苯二甲酸)和酒精合成的。对于PBT，其醇单体为丁二醇，而PET为乙二醇。这样得到的聚合物是众所周知的--PBT和PET。
了解PBT和PET之间差异的最好方法是检查组成聚合物分子链的重复单元的化学结构，如图(1)所示。PBT和PET区别于其他材料的基本特征是对苯二甲酸酯基，这类材料的名字就是从这个基团来的。其他聚合物，如PTT和PCT，也是这个化学家族的成员，在结构上只显示出微小的差异。
这类材料的另一个关键化学特征是在聚合物主干上以规则的间隔存在六元环。这种结构单元称为苯环，也通常被称为芳香环，为聚合物链提供刚性。这将影响几个重要的性质，包括玻璃化转变温度，超过这个温度，聚合物将失去大部分承载性能。
化学结构的2D透视不是很明显，但3D透视显示芳环位于一个明亮的平面内，无论聚合物链上的许多化学基团是否可以投影到纸平面上。因此，芳环限制了分子链上其他基团的旋转和振动的固有性质。这是芳香环结构硬化效应的一部分。苯环流动性的降低及其笨重的性质也会影响聚合物在冷却时结晶的能力。PBT的芳香族苯环间距较大，结晶效率高于PET。然而，如果结晶效率更高，PET将提供更好的机械性能，包括强度、硬度和高温性能。
许多消费者熟悉用于装瓶水和软饮料容器的PET材料。这种类型的聚酯是无定形的，经过精心设计，可以防止其结晶。如果瓶子用的PET等级结晶，它就会变得浑浊不透明，更重要的是，它会失去抗冲击性。因此，虽然引擎盖下可能有许多部件是由结晶PET成型的，但有高温和恶劣的化学环境；而且世界上大多数PET都是在包装中消费的，在那里它是无定形的、非结晶的增强的，无法应对上述恶劣环境。
我们将在本文第二部分讨论的PET类型是无定形的，并且总是包含高比例的玻璃纤维和/或矿物填料。然而，聚酯PBT是以其结晶形式提供的，填充或未填充。事实上，由于PBT的结晶速度比PET快，所以在正常的加工条件下不可能生产出非晶态的PBT零件。如果聚合物的结晶效率足够高，它们都可以在其结构中实现一定程度的组织化。聚酯基和芳香环的刚性与丁基的柔韧性和流动性相平衡。然而，在PET中，较短的乙烯基团允许结晶过程中的选择性。如果我们快速冷却PET，我们就会得到无定形的PET；否则，我们会慢慢冷却它，我们就会得到半结晶的PET。
许多聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)瓶一开始是通过注塑成型的预制件。这些预制件是透明的，壁较厚，以防止随后的预制件被重新加热并拉伸到瓶子中时所经历的变薄效果。如果你曾在瓶子厂工作过，你就知道在预热阶段，如果预制件太热，它们会变得浑浊不透明--这是结晶的迹象。(事实上，如果你走近预制件的浇口，你会看到这一区域有少量的雾，这是由于这一部分过热造成的)。如果你试图用这种不透明的部分结晶的预制件吹塑一个瓶子，那会降低冲击性能。如果形成足够多的晶体，预制件甚至可能在吹塑过程中破裂。因此，诀窍是保持材料的玻璃化转变温度高于其玻璃化温度，低于其结晶温度。该温度窗口可能不会很宽，如图(2)所示。
此图显示了无定形PET聚酯的行为，这种未填充的透明材料用于制造需要韧性和透明度但不要求高温性能的部件。当材料从室温加热时，第一个值得注意的现象是玻璃化转变。这似乎是在75°C(167华氏度)下完成该过程的材料热变的一个步骤。在这一点上，材料失去了它在室温下的刚性，变得柔软和顺从。随着温度的升高，软化聚合物的粘度开始下降，直到接近110°C(230F)。这是扫描基线开始快速上升的温度，75°C和110°C之间的间隙代表着吹塑PET瓶的机会之窗。
我参观过的许多装瓶厂使用的预热温度接近100摄氏度(212华氏度)。一旦开始结晶过程，材料就开始变得模糊。然后，这种材料将开始恢复其在超过玻璃化转变温度时失去的一些硬度。如果这个过程继续下去，聚合物将在140°C(473F)的温度下结晶。因此，PET可以两种形式存在--非晶态或半晶态--这取决于它的处理方式。
然而，在正常商业条件下，PDC始终是半结晶的。因此，为了正确了解PET和Abbott之间的性能差异，我们需要将每种聚合物的晶体形成与合理的标准进行比较。由于PET结晶速度非常慢，因此使用具有这种半结晶结构的材料来制造零件需要某些化学物质（例如成核剂）和一些固体颗粒（例如填充剂和增强剂）的帮助。因此，商用半结晶PET始终是固体填充或增强的。为了公平地比较PET和PET的性能，因此我们需要比较相同填充比的同类型填充剂的材料。
了解PBT和PET之间差异的最好方法是检查组成聚合物分子链的重复单元的化学结构，如图(1)所示。PBT和PET区别于其他材料的基本特征是对苯二甲酸酯基，这类材料的名字就是从这个基团来的。其他聚合物，如PTT和PCT，也是这个化学家族的成员，在结构上只显示出微小的差异。
这类材料的另一个关键化学特征是在聚合物主干上以规则的间隔存在六元环。这种结构单元称为苯环，也通常被称为芳香环，为聚合物链提供刚性。这将影响几个重要的性质，包括玻璃化转变温度，超过这个温度，聚合物将失去大部分承载性能。
化学结构的2D透视不是很明显，但3D透视显示芳环位于一个明亮的平面内，无论聚合物链上的许多化学基团是否可以投影到纸平面上。因此，芳环限制了分子链上其他基团的旋转和振动的固有性质。这是芳香环结构硬化效应的一部分。苯环流动性的降低及其笨重的性质也会影响聚合物在冷却时结晶的能力。PBT的芳香族苯环间距较大，结晶效率高于PET。然而，如果结晶效率更高，PET将提供更好的机械性能，包括强度、硬度和高温性能。
许多消费者熟悉用于装瓶水和软饮料容器的PET材料。这种类型的聚酯是无定形的，经过精心设计，可以防止其结晶。如果瓶子用的PET等级结晶，它就会变得浑浊不透明，更重要的是，它会失去抗冲击性。因此，虽然引擎盖下可能有许多部件是由结晶PET成型的，但有高温和恶劣的化学环境；而且世界上大多数PET都是在包装中消费的，在那里它是无定形的、非结晶的增强的，无法应对上述恶劣环境。
我们将在本文第二部分讨论的PET类型是无定形的，并且总是包含高比例的玻璃纤维和/或矿物填料。然而，聚酯PBT是以其结晶形式提供的，填充或未填充。事实上，由于PBT的结晶速度比PET快，所以在正常的加工条件下不可能生产出非晶态的PBT零件。如果聚合物的结晶效率足够高，它们都可以在其结构中实现一定程度的组织化。聚酯基和芳香环的刚性与丁基的柔韧性和流动性相平衡。然而，在PET中，较短的乙烯基团允许结晶过程中的选择性。如果我们快速冷却PET，我们就会得到无定形的PET；否则，我们会慢慢冷却它，我们就会得到半结晶的PET。
许多聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)瓶一开始是通过注塑成型的预制件。这些预制件是透明的，壁较厚，以防止随后的预制件被重新加热并拉伸到瓶子中时所经历的变薄效果。如果你曾在瓶子厂工作过，你就知道在预热阶段，如果预制件太热，它们会变得浑浊不透明--这是结晶的迹象。(事实上，如果你走近预制件的浇口，你会看到这一区域有少量的雾，这是由于这一部分过热造成的)。如果你试图用这种不透明的部分结晶的预制件吹塑一个瓶子，那会降低冲击性能。如果形成足够多的晶体，预制件甚至可能在吹塑过程中破裂。因此，诀窍是保持材料的玻璃化转变温度高于其玻璃化温度，低于其结晶温度。该温度窗口可能不会很宽，如图(2)所示。
此图显示了无定形PET聚酯的行为，这种未填充的透明材料用于制造需要韧性和透明度但不要求高温性能的部件。当材料从室温加热时，第一个值得注意的现象是玻璃化转变。这似乎是在75°C(167华氏度)下完成该过程的材料热变的一个步骤。在这一点上，材料失去了它在室温下的刚性，变得柔软和顺从。随着温度的升高，软化聚合物的粘度开始下降，直到接近110°C(230F)。这是扫描基线开始快速上升的温度，75°C和110°C之间的间隙代表着吹塑PET瓶的机会之窗。
我参观过的许多装瓶厂使用的预热温度接近100摄氏度(212华氏度)。一旦开始结晶过程，材料就开始变得模糊。然后，这种材料将开始恢复其在超过玻璃化转变温度时失去的一些硬度。如果这个过程继续下去，聚合物将在140°C(473F)的温度下结晶。因此，PET可以两种形式存在--非晶态或半晶态--这取决于它的处理方式。
然而，在正常商业条件下，PDC始终是半结晶的。因此，为了正确了解PET和Abbott之间的性能差异，我们需要将每种聚合物的晶体形成与合理的标准进行比较。由于PET结晶速度非常慢，因此使用具有这种半结晶结构的材料来制造零件需要某些化学物质（例如成核剂）和一些固体颗粒（例如填充剂和增强剂）的帮助。因此，商用半结晶PET始终是固体填充或增强的。为了公平地比较PET和PET的性能，因此我们需要比较相同填充比的同类型填充剂的材料。
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