（更新于 2022 年 10 月 29 日 发布于 2012 年 9 月 29 日）

--要正确理解 PET 和 PBT 之间的性能差异，我们需要进行同类比较——即比较每种聚合物的半结晶形态。

我们之前（2012年9月）曾概述过聚甲醛聚合物家族中不同化学物质之间的异同。本月，我们将开始对市面上的聚酯 材料PBT 和 PET 进行类

似的比较。许多年前，当我为一家定制化生产的注塑厂工作时，我曾与一位客户密切合作，将一系列零件从 30% 玻璃纤维增强 PBT 转换为

具有相同填充物水平的 PET。这实际应用了这两种材料在加工和性能水平上的差异。

从根本上说，PET 和 PBT 的化学性质非常相似。聚酯是通过有机酸（本例中为对苯二甲酸）与醇反应合成的。对于 PBT，醇通常称为丁二醇，

而对于 PET，则是乙二醇。因此，所得的聚合物分别称为聚对苯二甲酸丁二醇酯 (PBT) 和聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)。

通过检查构成聚合物链的重复单元的化学结构（如图 1 所示），可以最好地理解材料的差异。使这些材料与众不同的基本特征是酯基，该材料

家族也由此得名。其他聚合物，如 PTT 和 PCT，也属于这个化学家族，它们的结构略有不同。

这种材料化学结构的另一个关键特征是在主链中间隔出现的六元环。该结构称为苯环，或更通常地称为芳香环，它为聚合物链提供刚性。这

影响几个重要特性，包括玻璃化转变温度——聚合物在该温度区域会丧失相当大比例的承载性能。

从化学结构的二维表示中看不出来，但三维视图会显示，虽然聚合物链中的许多化学基团会伸入或伸出页面，但芳香环位于一个平面内。它

还限制了链中其他基团旋转和振动的自然趋势。这是该环结构产生刚性效应的一部分。降低的流动性和环的庞大体积也影响了聚合物冷却时

结晶的能力。PBT 的芳香环间距更大，其结晶效率比 PET 更高。但 PET 如果成功结晶，能提供更好的机械性能，包括强度、刚度和高温性能。

大多数消费者熟悉的是用于瓶装水或软饮料的 PET 容器。这类 PET 是无定形的，并且经过设计以防止结晶。如果瓶用级 PET 发生结晶，它会

变得浑浊，更重要的是，会失去抗冲击性。因此，虽然您的汽车引擎盖下可能有很多部件是由结晶 PET 聚酯注塑成型的，这些部件会遇到高温

和侵蚀性化学环境；但世界上绝大多数 PET 消耗在包装领域，这些 PET 是无定形的、未增强的，无法应对如此严苛的环境。

我们将在本文第二部分讨论的 PET 类型是半结晶的，并且几乎总是含有高含量的玻璃纤维和/或矿物填料。然而，PBT 聚酯可以以半结晶形态

提供，包括填充和未填充的。事实上，由于 PBT 的结晶速度比 PET 快，在正常的加工条件下不可能生产出无定形的 PBT 零件。该聚合物结晶

效率足够高，总能使其结构达到一定程度的规整度。酯基和芳香环的刚性，与丁二醇基团的柔韧性和流动性达到了平衡。但在 PET 中，较短

的乙二醇基团使得结晶性成为可选项。如果我们快速冷却，可以得到无定形 PET；如果我们缓慢冷却，则可以得到半结晶 PET。

大多数 PET 瓶最初是作为注塑成型的瓶坯开始的。它们透明、坚韧且壁相对较厚，以便承受瓶坯被重新加热和拉伸成型为瓶子时瓶壁将经历

的变薄效应。如果您在制瓶厂工作过，您会知道，在预热周期中，如果瓶坯温度过高，它们会变浑浊——这是结晶的迹象。（事实上，如果您

仔细观察瓶坯的浇口区域，您会看到该区域有少量雾状现象，这是由于零件该区域产生的额外热量所致）。

如果您尝试用这种浑浊的、部分结晶的材料吹制瓶子，其抗冲击性能会下降。如果结晶度足够高，瓶坯甚至可能在吹制过程中破裂。所以诀

窍在于将材料温度保持在其玻璃化转变温度以上，但低于其结晶温度。这个温度窗口可能不是很宽，如图 2 所示。

该图表显示了无定形 PET 聚酯的行为，这是一种未填充的透明材料，用于制造需要韧性和透明度但不需要承受高温的零件。随着材料从室温

开始加热，第一个显著事件是玻璃化转变。这表现为材料热含量的阶跃变化，对于这种化合物，该过程在 75°C (167°F) 完成。此时，材料已

失去其在室温下所具有的刚性，变得柔软且易弯曲。随着温度升高，软化聚合物的粘度会降低，直至温度接近 110°C (230°F)。这是扫描基线

开始快速上升的温度，75°C 到 110°C 之间的区间代表了吹制瓶子的操作窗口。

我参观过的大多数 PET 制瓶厂运行的预热温度都在 100°C (212°F) 附近。一旦结晶过程开始，材料就开始变得浑浊。它也会开始恢复一些在

经历玻璃化转变时失去的刚度。如果这个过程进行得足够充分，聚合物会在约 140°C (284°F) 时结晶。此时，材料将变得不透明且脆化，并保

持这种状态，直到晶体结构在大约 245°C (473°F) 熔化。因此，PET 可以有两种形态——无定形或半结晶——这取决于我们如何处理它。

但在正常的商业环境下，PBT 总是半结晶的。因此，要正确理解 PET 和 PBT 之间的性能差异，我们需要进行同类比较——即比较每种聚合物

的半结晶形态。由于 PET 结晶非常缓慢，生产具有半结晶结构的零件需要称为成核剂的化学物质的帮助，以及填料和增强材料的固体颗粒的

存在。因此，商业半结晶 PET 聚酯总是以填充或增强的形式出售，为了公平比较 PET 与 PBT 的性能，我们需要比较具有同等水平和相同类

型填料的材料。我们将在本研究的第二部分进行此比较，并讨论注塑商在使用这两种聚合物家族时会遇到的加工差异。

**关于作者：** Michael Sepe 是一位独立的材料和加工顾问，常驻亚利桑那州塞多纳，客户遍布北美、欧洲和亚洲。他在塑料行业拥有超过

 45 年的经验，协助客户进行材料选择、可制造性设计、工艺优化、故障排除和失效分析。联系方式：(928) 203-0408

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