本发明涉及聚酯领域，特别涉及一种PBT材料及其制备方法。
背景技术：
公开号为CN105255126A的中国专利公开了一种玻纤增强PBT材料及其制备方法，该玻纤增强PBT材料在刚性、韧性、耐热性、流动性等性能上均具有良好的表现。
但是，随着社会的发展，人们对于PBT材料的性能有进一步需求，而现有的PBT材料无法满足人们的需求，有待改进。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种力学性能良好的PBT材料。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种PBT材料，包括如下重量分数的组分：
所述改性纳米氧化锌为纳米氧化锌经过偶联剂处理后与对苯二甲酸、1，4-丁二醇进行接枝改性所得产物。
本发明进一步设置为：所述偶联剂选用异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯中的一种。
本发明进一步设置为：所述预处理玻璃纤维为玻璃纤维经过稀土化合物的乙醇溶液处理后得到的产物。
本发明进一步设置为：所述稀土化合物选用LaCl、YCl中的一种。
本发明进一步设置为：所述抗氧剂选用抗氧剂1010、抗氧剂1076中的一种。
本发明进一步设置为：所述阻燃剂包括季戊四醇、聚磷酸铵、三聚氰胺，按照重量比，所述季戊四醇∶聚磷酸铵∶三聚氰胺＝5-10∶10-15∶1。
本发明进一步设置为：按照重量份，还包括磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的复合物4-6份，按照重量比，所述磷酸三苯酯∶亚磷酸三辛酯＝3-5∶1。
本发明进一步设置为：所述改性纳米氧化锌的制备方法包括如下步骤：
步骤1：加入纳米二氧化锌、偶联剂和甲苯，搅拌并加热回流2h，离心，丙酮洗涤，在120℃下烘2h，其中纳米氧化锌与偶联剂的重量比为1∶0.3，纳米氧化锌与甲苯的质量体积比为1∶10g/mL；
步骤2：依次加入烘干的经过偶联剂处理的纳米氧化锌、对苯二甲酸、1，4-丁二醇，加热至熔融后加入催化剂钛酸丁酯，搅拌，升温至有水蒸出，恒温反应30min，将真空度抽至2000Pa，继续反应1h；其中纳米氧化锌与对苯二甲酸的重量比为1∶4-8，对苯二甲酸、1，4-丁二醇和钛酸丁酯的摩尔比为1∶1.2-1.5∶0.01-0.03；
步骤3：往反应物中加入溶剂苯酚，超声震荡至反应物全部溶解后进行离心分离，依次用苯酚和丙酮洗涤一次，于80℃真空环境下烘3h得到产物。
本发明进一步设置为：所述预处理玻璃纤维的制备方法包括如下步骤：
Step1：将稀土化合物、玻璃纤维分别在100℃下烘干12h除去水分；
Step2：往体积分数为75％的乙醇溶液中加入稀土化合物配制成稀土化合物的乙醇溶液，其中稀土化合物的含量为0.1-0.15wt％；将玻璃纤维浸渍于稀土化合物的乙醇溶液中，其中玻璃纤维与稀土化合物的乙醇溶液的重量比为1∶2；控制转速为60-80r/min，搅拌30-60min，过滤，于70℃真空环境下烘0.5h得到产物。
本发明另一目的在于提供一种PBT材料的制备方法，包括如下制备步骤：
S1：按照重量份，称取PBT 65-75份、改性纳米氧化锌8-15份、预处理玻璃纤维5-10份、抗氧剂0.3-0.5份、阻燃剂0.5-1.5份、硬脂酸钙3-5份、磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的复合物4-6份，加入高速混合机中，控制转速为400-500r/min，混合均匀；
S2：双螺杆挤塑机的各段温度设为225℃、230℃、235℃、235℃、240℃，机头温度为235℃，螺杆转速110r/h，将高速混合机中的物料通过双螺杆挤塑机挤出，在通过冷切粒机造粒。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、PBT为乳白色半透明到不透明、结晶型热塑性聚酯。具有高耐热性、韧性、耐疲劳性，自润滑、低摩擦系数，耐候性、吸水率低，仅为0.1％，在潮湿环境中仍保持各种物性(包括电性能)，电绝缘性，但介电损耗大。耐热水、碱类、酸类、油类、但易受卤化烃侵蚀，耐水解性差，低温下可迅速结晶，结晶速度快，成型性良好；
2、抗氧剂1010，化学名为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，抗氧剂1076，化学名为β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯。作为抗氧剂，抗氧剂1010和抗氧剂1076均能提高尼龙的抗氧性能；
3、季戊四醇可与金属形成络合物，具有良好的表面活性；聚磷酸铵又称多聚磷酸铵或缩聚磷酸铵，无毒无味，不产生腐蚀气体，吸湿性小，热稳定性高；三聚氰胺不可燃，在常温下性质稳定；
4、硬脂酸钙，白色粉末，不溶于水、冷的乙醇和乙醚，溶于热苯、苯和松节油等有机溶剂，微溶于热的乙醇和乙醚。加热至400℃时缓缓分解，可燃，遇强酸分解为硬脂酸和相应的钙盐，有吸湿性；
5、磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯使树脂易于加工，具有韧性，且磷含量高，具有阻燃性；本发明人意外发现磷酸三苯酯、亚磷酸三辛酯和硬脂酸钙之间能够产生协同作用，增强本发明的耐高温和耐低温性能以及耐摔性能；
6、纳米级氧化锌的突出特点在于产品粒子为纳米级，同时具有纳米材料和传统氧化锌的双重特性。具有光化学效应和较好的遮蔽紫外线性能，其紫外线遮蔽率高达98％；同时，它还具有抗菌抑菌、祛味防酶等一系列独特性能。一方面，纳米氧化锌具有比表面积大和比表面能大等特点，自身易团聚；另一方面，纳米氧化锌表面极性较强，在有机介质中不易均匀分散，极大地限制了其纳米效应的发挥；
7、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯均为钛酸酯类偶联剂。利用钛酸酯类偶联剂对纳米氧化锌进行表面处理，增强纳米氧化锌在有机质中的分散效果。再将经偶联剂处理过的纳米氧化锌与苯二甲酸、1，4-丁二醇进行接枝，进一步增强纳米氧化锌在有机质中的分散效果；
8、玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。玻璃纤维的加入能够增强PBT的机械强度。但是玻璃纤维与PBT的粘结强度较弱，通过LaCl、YCl等稀土化合物的乙醇溶液进行处理后与PBT的粘结强度能够得到极大提高，从而进一步BT的机械强度；
9、本发明通过对PBT的配方进行优化设计，并根据PBT的配方进行工艺条件的优化，各个组分能够协同作用，相互促进，增强本发明力学性能。
具体实施方式
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例1
步骤1：加入纳米二氧化锌、偶联剂异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯和甲苯，搅拌并加热回流2h，离心，丙酮洗涤，在120℃下烘2h，其中纳米氧化锌与偶联剂的重量比为1∶0.3，纳米氧化锌与甲苯的质量体积比为1∶10g/mL；
步骤2：依次加入烘干的经过偶联剂处理的纳米氧化锌、对苯二甲酸、1，4-丁二醇，加热至熔融后加入催化剂钛酸丁酯，搅拌，升温至有水蒸出，恒温反应30min，将真空度抽至2000Pa，继续反应1h。其中纳米氧化锌与对苯二甲酸的重量比为1∶4，对苯二甲酸、1，4-丁二醇和钛酸丁酯的摩尔比为1∶1.2∶0.01；
步骤3：往反应物中加入溶剂苯酚，超声震荡至反应物全部溶解后进行离心分离，依次用苯酚和丙酮洗涤一次，于80℃真空环境下烘3h得到产物。
实施例2
步骤1：加入纳米二氧化锌、偶联剂异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯和甲苯，搅拌并加热回流2h，离心，丙酮洗涤，在120℃下烘2h，其中纳米氧化锌与偶联剂的重量比为1∶0.3，纳米氧化锌与甲苯的质量体积比为1∶10g/mL；
步骤2：依次加入烘干的经过偶联剂处理的纳米氧化锌、对苯二甲酸、1，4-丁二醇，加热至熔融后加入催化剂钛酸丁酯，搅拌，升温至有水蒸出，恒温反应30min，将真空度抽至2000Pa，继续反应1h。其中纳米氧化锌与对苯二甲酸的重量比为1∶6，对苯二甲酸、1，4-丁二醇和钛酸丁酯的摩尔比为1∶1.3∶0.02；
步骤3：往反应物中加入溶剂苯酚，超声震荡至反应物全部溶解后进行离心分离，依次用苯酚和丙酮洗涤一次，于80℃真空环境下烘3h得到产物。
实施例3
步骤1：加入纳米二氧化锌、偶联剂异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯和甲苯，搅拌并加热回流2h，离心，丙酮洗涤，在120℃下烘2h，其中纳米氧化锌与偶联剂的重量比为1∶0.3，纳米氧化锌与甲苯的质量体积比为1∶10g/mL；
步骤2：依次加入烘干的经过偶联剂处理的纳米氧化锌、对苯二甲酸、1，4-丁二醇，加热至熔融后加入催化剂钛酸丁酯，搅拌，升温至有水蒸出，恒温反应30min，将真空度抽至2000Pa，继续反应1h。其中纳米氧化锌与对苯二甲酸的重量比为1∶8，对苯二甲酸、1，4-丁二醇和钛酸丁酯的摩尔比为1∶1.5∶0.03；
步骤3：往反应物中加入溶剂苯酚，超声震荡至反应物全部溶解后进行离心分离，依次用苯酚和丙酮洗涤一次，于80℃真空环境下烘3h得到产物。
实施例4
Step1：将LaCl、玻璃纤维分别在100℃下烘干12h除去水分；
Step2：往体积分数为75％的乙醇溶液中加入LaCl配制成LaCl的乙醇溶液，其中LaCl的含量为0.1wt％。将玻璃纤维浸渍于LaCl的乙醇溶液中，其中玻璃纤维与LaCl的乙醇溶液的重量比为1∶2。控制转速为60r/min，搅拌30min，过滤，于70℃真空环境下烘0.5h得到产物。
实施例5
Step1：将YCl、玻璃纤维分别在100℃下烘干12h除去水分；
Step2：往体积分数为75％的乙醇溶液中加入YCl配制成YCl的乙醇溶液，其中YCl的含量为0.13wt％。将玻璃纤维浸渍于YCl的乙醇溶液中，其中玻璃纤维与YCl的乙醇溶液的重量比为1∶2。控制转速为70r/min，搅拌45min，过滤，于70℃真空环境下烘0.5h得到产物。
实施例6
Step1：将LaCl、玻璃纤维分别在100℃下烘干12h除去水分；
Step2：往体积分数为75％的乙醇溶液中加入LaCl配制成LaCl的乙醇溶液，其中LaCl的含量为0.15wt％。将玻璃纤维浸渍于LaCl的乙醇溶液中，其中玻璃纤维与LaCl的乙醇溶液的重量比为1∶2。控制转速为80r/min，搅拌60min，过滤，于70℃真空环境下烘0.5h得到产物。
实施例7
S1：按照重量份，称取PBT 65份、改性纳米氧化锌15份、预处理玻璃纤维8份、抗氧剂10100.3份、阻燃剂0.5份、硬脂酸钙3份、磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的复合物4份，加入高速混合机中，控制转速为400r/min，混合均匀；
S2：双螺杆挤塑机的各段温度设为225℃、230℃、235℃、235℃、240℃，机头温度为235℃，螺杆转速110r/h，将高速混合机中的物料通过双螺杆挤塑机挤出，在通过冷切粒机造粒。
其中，阻燃剂包括季戊四醇、聚磷酸铵和三聚氰胺。按照重量比，季戊四醇∶聚磷酸铵∶三聚氰胺＝5∶10∶1。磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的复合物中磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的重量比为3∶1。
实施例8
S1：按照重量份，称取PBT 68份、改性纳米氧化锌8份、预处理玻璃纤维5份、抗氧剂1076 0.5份、阻燃剂0.8份、硬脂酸钙4份、磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的复合物5份，加入高速混合机中，控制转速为425r/min，混合均匀；
S2：双螺杆挤塑机的各段温度设为225℃、230℃、235℃、235℃、240℃，机头温度为235℃，螺杆转速110r/h，将高速混合机中的物料通过双螺杆挤塑机挤出，在通过冷切粒机造粒。
其中，阻燃剂包括季戊四醇、聚磷酸铵和三聚氰胺。按照重量比，季戊四醇∶聚磷酸铵∶三聚氰胺＝8∶12∶1。磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的复合物中磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的重量比为4∶1。
实施例9
S1：按照重量份，称取PBT 70份、改性纳米氧化锌10份、预处理玻璃纤维7份、抗氧剂1010 0.4份、阻燃剂1.1份、硬脂酸钙5份、磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的复合物6份，加入高速混合机中，控制转速为450r/min，混合均匀；
S2：双螺杆挤塑机的各段温度设为225℃、230℃、235℃、235℃、240℃，机头温度为235℃，螺杆转速110r/h，将高速混合机中的物料通过双螺杆挤塑机挤出，在通过冷切粒机造粒。
其中，阻燃剂包括季戊四醇、聚磷酸铵和三聚氰胺。按照重量比，季戊四醇∶聚磷酸铵∶三聚氰胺＝10∶15∶1。磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的复合物中磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的重量比为5∶1。
实施例10
S1：按照重量份，称取PBT 72份、改性纳米氧化锌12份、预处理玻璃纤维9份、抗氧剂10760.3份、阻燃剂1.3份、硬脂酸钙4份、磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的复合物5份，加入高速混合机中，控制转速为475r/min，混合均匀；
S2：双螺杆挤塑机的各段温度设为225℃、230℃、235℃、235℃、240℃，机头温度为235℃，螺杆转速110r/h，将高速混合机中的物料通过双螺杆挤塑机挤出，在通过冷切粒机造粒。
其中，阻燃剂包括季戊四醇、聚磷酸铵和三聚氰胺。按照重量比，季戊四醇∶聚磷酸铵∶三聚氰胺＝8∶10∶1。磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的复合物中磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的重量比为4∶1。
实施例11
S1：按照重量份，称取PBT 75份、改性纳米氧化锌13份、预处理玻璃纤维10份、抗氧剂10100.5份、阻燃剂1.5份、硬脂酸钙5份、磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的复合物6份，加入高速混合机中，控制转速为500r/min，混合均匀；
S2：双螺杆挤塑机的各段温度设为225℃、230℃、235℃、235℃、240℃，机头温度为235℃，螺杆转速110r/h，将高速混合机中的物料通过双螺杆挤塑机挤出，在通过冷切粒机造粒。
其中，阻燃剂包括季戊四醇、聚磷酸铵和三聚氰胺。按照重量比，季戊四醇∶聚磷酸铵∶三聚氰胺＝10∶12∶1。磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的复合物中磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的重量比为5∶1。
对比例1
选用公开号为CN105255126A的中国专利的实施例1作为对比例1。
对比例2
与实施例3的区别在于去除硬脂酸钙，其他均与实施例3相同。
对比例3
与实施例3的区别在于去除磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的复合物，其他均与实施例3相同。
对比例4
与实施例3的区别在于同时去除磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的复合物和硬脂酸钙，其他均与实施例3相同。
力学性能试验
选取拉伸强度、压缩强度和弯曲性能作为力学性能的表征。
拉伸强度按照GB/T 1040-2006测试；缺口冲击强度按照GB/T 1843-1996测试；弯曲性能按照GB/T 9341-2008测试。
表1实施例7-11和对比例1-4的力学性能试验记录表
从表1可得出以下结论：
对比实施例7-11和对比例1，实施例1-5在拉伸强度、缺口冲击强度和弯曲强度的性能上均明显优于对比例1。可见，相比于现有技术，本发明的力学性能较好。在实施例7-11中，实施例9的拉伸强度、缺口冲击强度和弯曲强度的性能均稍优于其他实施例。
对比实施例9与对比例2-4，对比例2和3在拉伸强度、缺口冲击强度和弯曲强度上的性能均优于对比例4，且对比例2的各项性能优于对比例4，可见磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的复合物和硬脂酸钙均能增强本发明在拉伸强度、缺口冲击强度和弯曲强度上的性能，且磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的复合物所起的作用要大于硬脂酸钙。但是结合实施例9可知，同时使用磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的复合物和硬脂酸钙的增益效果优于单独使用磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的复合物和硬脂酸钙的增益效果之和。可见磷酸三苯酯和亚磷酸三辛酯的复合物和硬脂酸钙在本发明中能够产生协同效应，增强本发明的力学性能。