本发明涉及电缆制造领域，特别涉及一种高阻燃高导热pvc复合电缆料及其制备方法。
背景技术
电线电缆是输送电能、传送信息和制造各种电机、电器、仪表、汽车、机床等设备所不可缺少的基础器材，是电气化、信息化社会中必要的基础产品。2012年，我国超过美国成为全球第一大电线电缆生产国，行业产值在电工电器行业中仅次于汽车行业。作为重要的基础性产业，电线电缆行业被喻为国民经济的“血管”和“神经”，在我国国民经济中占有很重要的地位，肩负着为各行各业国民经济支柱行业配套的职能。电线电缆主要由导线、绝缘层、填充结构、屏蔽层和护套组成，绝缘层和护套从材料上包括聚氯乙烯、聚四氟乙烯等多种，聚氯乙烯材料具有优秀的机械物理性能、柔韧性、耐化学试剂性能，价格便宜，并且加工性能优异，但是不耐油、有机溶剂且绝缘偏硬，耐高温性也难以满足需求。而聚四氟乙烯材料虽然机械性质较软，表面能低，具有耐高低温、耐腐蚀、耐气候、低摩擦系数、高润滑等使用性能，但是熔点高、熔融流平性能差，导致加工性能差，难以熔融挤出。
技术实现要素：
本发明提供了一种高阻燃高导热pvc复合电缆料及其制备方法，解决了以上所述的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高阻燃高导热pvc复合电缆料，它是由以下重量组份的原料制备而成：
聚氯乙烯100份、聚四氟乙烯微粉31-36份、全氟烷氧基共聚物44-49份、乙烯-三氟氯乙烯共聚物15-25份、复合相容剂30-35份、纳米氧化锌20-30份、导热填料42-53份、对位芳纶纤维10-15份和改性氢氧化镁10-15份，所述改性氢氧化镁由以下方法制备而成：
将氢氧化镁微粉和去离子水配置成浓度为35％的浆料，在70℃下边搅拌边加入表面改性剂并持续搅拌30分钟，然后停止搅拌并在80℃下浸润30分钟-1小时后过滤除去滤液，将滤饼在100-120℃下干燥3-4小时，并研磨成超细粉体，得到改性氢氧化镁；所述表面改性剂为硅烷改性剂、稀土偶联剂和螯合型磷酸酯钛偶联剂的复合改性剂，其中稀土偶联剂、硅烷改性剂和螯合型磷酸酯钛偶联剂的质量比为1.5-2：1:1，所述表面改性剂的用量为2％-3％。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述聚四氟乙烯微粉的平均尺寸为0.05-0.2微米。
进一步，所述导热填料由以下重量组份的原料制备而成：
微米氮化铝粉末25-30份、20微米氧化铝粉末或30微米氧化铝粉末15-20份、纳米氮化硅晶须2-3份，
所述微米氮化铝粉末中，2微米氮化铝粉末和5微米氮化铝粉末的重量比为1-3:1，所述纳米氮化硅晶须的平均粒径为600nm。
进一步，所述导热填料的制备方法包括以下步骤：
将微米氮化铝粉末、氧化铝粉末和氮化硅晶须按重量组份混合均匀后，加入质量分数为3-4％的硅烷偶联剂的环己酮溶液中，在68℃下超声分散2-3小时，过滤除去滤液后烘干，制得所述导热填料。
进一步，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-二乙烯三氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷。
进一步，所述复合相容剂包括甲基丙烯酸环己酯、对甲基苯乙烯和丁酸乙烯酯的混合物，其中所述甲基丙烯酸环己酯、所述对甲基苯乙烯和所述丁酸乙烯酯的质量比为0.8-2.6:1.2-3.5:2-2.5。
进一步，所述对位芳纶纤维先采用混合改性剂进行表面改性，所述混合改性剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基甲基的混合溶液，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷的质量浓度为8％，所述γ-氨丙基甲基的质量浓度为20％。
进一步，所述对位芳纶纤维的表面改性工艺具体为：将所述对位芳纶纤维置于所述混合改性剂中，在30℃下经超声处理后2-3分钟后，继续在30℃-40℃下浸泡1-2小时，然后干燥后热处理活化1-2小时。
为了解决所述技术问题，本发明还提供了一种制备所述高阻燃高导热pvc复合电缆料的方法，包括以下步骤：
步骤1，将氢氧化镁微粉和去离子水配置成浓度为35％的浆料，在70℃下边搅拌边加入表面改性剂并持续搅拌30分钟，然后停止搅拌并在80℃下浸润30分钟-1小时后过滤除去滤液，将滤饼在100-120℃下干燥3-4小时，并研磨成超细粉体，得到改性氢氧化镁；所述表面改性剂为硅烷改性剂、稀土偶联剂和螯合型磷酸酯钛偶联剂的复合改性剂，其中稀土偶联剂、硅烷改性剂和螯合型磷酸酯钛偶联剂的质量比为1.5-2：1:1，所述表面改性剂的用量为2％-3％；
步骤2，将所述聚四氟乙烯微粉31-36份、所述全氟烷氧基共聚物44-49份和所述乙烯-三氟氯乙烯共聚物15-25份经高速混练机混合20-30分钟，得到第一混合料；
步骤3，取聚氯乙烯100份、纳米氧化锌20-30份、导热填料42-53份、对位芳纶纤维10-15份和所述改性氢氧化镁10-15份投入高速混合机内，在90-120℃下高速混合20-30min，同时外加超声波震荡，得到第二混合料；
步骤4，将所述第一混合料、第二混合料和复合相容剂30-35份投入双螺杆挤出机的料斗内，并在双螺杆挤出机内熔融共混，经挤出造粒、冷却及振动筛分选，即可制得所述高阻燃高导热pvc复合电缆料。
进一步，所述导热填料的制备方法包括以下步骤：将微米氮化铝粉末25-30份、20微米氧化铝粉末或30微米氧化铝粉末15-20份、纳米氮化硅晶须2-3份混合均匀后，加入质量分数为3-4％的硅烷偶联剂的环己酮溶液中，在68℃下超声分散2-3小时，过滤除去滤液后烘干，制得所述导热填料，所述微米氮化铝粉末中，2微米氮化铝粉末和5微米氮化铝粉末的重量比为1-3:1，所述纳米氮化硅晶须的平均粒径为600nm；
所述对位芳纶纤维采用混合改性剂进行表面改性，表面改性的具体工艺为：将所述对位芳纶纤维置于所述混合改性剂中，在30℃下经超声处理后2-3分钟后，继续在30℃-40℃下浸泡1-2小时，然后干燥后热处理活化1-2小时，所述混合改性剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基甲基的混合溶液，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷的质量浓度为8％，所述γ-氨丙基甲基的质量浓度为20％。
本发明包括以下有益效果：
(1)全氟烷氧基共聚物(pfa)由一ptfe主链和多个全氟烷氧基侧链组成，是一种性能优异的聚合物，其耐化学腐蚀、耐老化、具有良好的介电性能，耐热，耐候性良好，并且几乎不吸收水分，它不但具有聚四氟乙烯(ptfe)的全部性能，而且可以用加工热塑性塑料的方法加工成型。而乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ectfe)是乙烯和三氟氯乙烯的交替共聚物，其强度、耐磨性、抗蠕变性大大高于聚四氟乙烯、全氟烷氧基共聚物等，同时具有很低的介电常数且置于火焰上时不会熔化或滴落，具有较好的阻燃性。本发明的复合电缆料将聚四氟乙烯以微粉形式分散于全氟烷氧基共聚物和乙烯-三氟氯乙烯共聚物中，然后与聚氯乙烯进行共混，同时加入比例适合的导热填料、阻燃剂和芳纶纤维，因此制备出的复合电缆料化学性能稳定，物理机械性能、电绝缘性能和阻燃性都非常优良，而且热导率高和抗拉强度高，韧性强，便于加工的同时降低了生产成本，能满足电缆制造业尤其是航空电缆、深井电缆等特种电缆的需求。
(2)本发明的复合电缆料对超细无机阻燃粉氢氧化镁的表面改性工艺进行了优化，所制备出的改性氢氧化钠可以大大改善其与有机高聚物的相容性和加工流动性，从而使其与聚合物基材接触更好，进一步提高了复合电缆料的机械性能和阻燃性能。
(3)本发明采用了复合相容剂，并对复合相容剂的组分进行优化设计，提高了聚四氟乙烯对聚氯乙烯的分散性，同时聚氯乙烯和聚四氟乙烯、全氟烷氧基共聚物以及乙烯-三氟氯乙烯共聚物的相溶性更好，从而进一步提高了所述复合电缆料的性能。
(4)本发明导热填料选择了氧化铝粉末、氮化铝粉末和氮化硅晶须，氮化铝粉末室温强度高、导热性好，并且热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料，同时机械性能、电绝缘、介电性能均非常良好，抗折能力强。而氮化硅晶须是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损，能抵抗冷热冲击，氧化铝粉末具备较好的导热性同时成本相对较低。本发明选择不同粒径的氮化铝粉末、氧化铝粉末以及氮化硅晶须进行混合，并对其混配比进行优化设计，不仅大幅提高了所制备出复合电缆料的导热性能，而且降低了生产成本。
(5)本发明采用了芳纶纤维中的对位芳纶纤维，不仅可以提高复合电缆料的物理力学性能，而且可以改善电缆料的耐磨损能力。同时通过对芳纶纤维进行表面改性，提高了芳纶纤维的表面活性，以致提高芳纶纤维和共混物基体间界面结合能力，使芳纶纤维不易从共混物基体中脱离，减少了复合电缆料疲劳裂纹和剥落的产生，降低了复合电缆料的磨损。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
聚氯乙烯100份、聚四氟乙烯微粉36份、全氟烷氧基共聚物49份、乙烯-三氟氯乙烯共聚物15份、复合相容剂30份、纳米氧化锌20份、导热填料42份、对位芳纶纤维10份和改性氢氧化镁15份，
所述复合相容剂中甲基丙烯酸环己酯、对甲基苯乙烯和丁酸乙烯酯的质量比为0.8:1.2:2；
所述导热填料由以下重量组份的原料制备而成：
微米氮化铝粉末25份、20微米氧化铝粉末氧化铝粉末15份、纳米氮化硅晶须2份，
所述微米氮化铝粉末中，2微米氮化铝粉末和5微米氮化铝粉末的重量比为1:1，所述纳米氮化硅晶须的平均粒径为600nm。
上述实施例中，制备所述高阻燃高导热pvc复合电缆料的具体工艺如下：
步骤1，将氢氧化镁微粉和去离子水配置成浓度为35％的浆料，在70℃下边搅拌边加入表面改性剂并持续搅拌30分钟，然后停止搅拌并在80℃下浸润1小时后过滤除去滤液，将滤饼在100℃下干燥4小时，并研磨成超细粉体，得到改性氢氧化镁；所述表面改性剂为硅烷改性剂、稀土偶联剂和螯合型磷酸酯钛偶联剂的复合改性剂，其中稀土偶联剂、硅烷改性剂和螯合型磷酸酯钛偶联剂的质量比为1.5：1:1，所述表面改性剂的用量为2％；
步骤2，将微米氮化铝粉末、微米氧化铝粉末和氮化硅晶须按重量组份混合均匀后，加入质量分数为3％的硅烷偶联剂的环己酮溶液中，在68℃下超声分散3小时，过滤除去滤液后烘干，制得所述导热填料，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷；
步骤3，将所述聚四氟乙烯微粉、所述全氟烷氧基共聚物和所述乙烯-三氟氯乙烯共聚物经高速混练机混合20分钟，得到第一混合料；
步骤4，取聚氯乙烯、纳米氧化锌、导热填料、对位芳纶纤维和所述改性氢氧化镁投入高速混合机内，在90℃下高速混合30min，同时外加超声波震荡，得到第二混合料；
步骤5，将所述第一混合料、第二混合料和复合相容剂投入双螺杆挤出机的料斗内，并在双螺杆挤出机内熔融共混，经挤出造粒、冷却及振动筛分选，即可制得所述高阻燃高导热pvc复合电缆料。
实施例2
聚氯乙烯100份、聚四氟乙烯微粉31份、全氟烷氧基共聚物44份、乙烯-三氟氯乙烯共聚物25份、复合相容剂35份、纳米氧化锌30份、导热填料53份、对位芳纶纤维15份和改性氢氧化镁10份，
所述复合相容剂中甲基丙烯酸环己酯、对甲基苯乙烯和丁酸乙烯酯的质量比为2.6:3.5:2.5；
所述导热填料由以下重量组份的原料制备而成：
微米氮化铝粉末30份、20微米氧化铝粉末氧化铝粉末20份、纳米氮化硅晶须3份，
所述微米氮化铝粉末中，2微米氮化铝粉末和5微米氮化铝粉末的重量比为3:1，所述纳米氮化硅晶须的平均粒径为600nm。
上述实施例中，制备所述高阻燃高导热pvc复合电缆料的具体工艺如下：
步骤1，将氢氧化镁微粉和去离子水配置成浓度为35％的浆料，在70℃下边搅拌边加入表面改性剂并持续搅拌30分钟，然后停止搅拌并在80℃下浸润30分钟后过滤除去滤液，将滤饼在120℃下干燥3小时，并研磨成超细粉体；所述表面改性剂为硅烷改性剂、稀土偶联剂和螯合型磷酸酯钛偶联剂的复合改性剂，其中稀土偶联剂、硅烷改性剂和螯合型磷酸酯钛偶联剂的质量比为2：1:1，所述表面改性剂的用量为3％；
步骤2，将微米氮化铝粉末、微米氧化铝粉末和氮化硅晶须按重量组份混合均匀后，加入质量分数为4％的硅烷偶联剂的环己酮溶液中，在68℃下超声分散2小时，过滤除去滤液后烘干，制得所述导热填料，所述硅烷偶联剂为γ-二乙烯三氨基丙基三乙氧基硅烷；
步骤3，将所述聚四氟乙烯微粉、所述全氟烷氧基共聚物和所述乙烯-三氟氯乙烯共聚物经高速混练机混合30分钟，得到第一混合料；
步骤4，取聚氯乙烯、纳米氧化锌、导热填料、对位芳纶纤维和所述改性氢氧化镁投入高速混合机内，在120℃下高速混合20min，同时外加超声波震荡，得到第二混合料；
步骤5，将所述第一混合料、第二混合料和复合相容剂投入双螺杆挤出机的料斗内，并在双螺杆挤出机内熔融共混，经挤出造粒、冷却及振动筛分选，即可制得所述高阻燃高导热pvc复合电缆料。
实施例3
聚氯乙烯100份、聚四氟乙烯微粉33份、全氟烷氧基共聚物45份、乙烯-三氟氯乙烯共聚物22份、复合相容剂32份、纳米氧化锌25份、导热填料47份、对位芳纶纤维12份和改性氢氧化镁13份，
所述复合相容剂中甲基丙烯酸环己酯、对甲基苯乙烯和丁酸乙烯酯的质量比为1.5:2.6:2.1；
所述导热填料由以下重量组份的原料制备而成：
微米氮化铝粉末28份、20微米氧化铝粉末氧化铝粉末17份、纳米氮化硅晶须2份，
所述微米氮化铝粉末中，2微米氮化铝粉末和5微米氮化铝粉末的重量比为2:1，所述纳米氮化硅晶须的平均粒径为600nm。
上述实施例中，制备所述高阻燃高导热pvc复合电缆料的具体工艺如下：
步骤1，将氢氧化镁微粉和去离子水配置成浓度为35％的浆料，在70℃下边搅拌边加入表面改性剂并持续搅拌30分钟，然后停止搅拌并在80℃下浸润45min后过滤除去滤液，将滤饼在110℃下干燥3小时，并研磨成超细粉体；所述表面改性剂为硅烷改性剂、稀土偶联剂和螯合型磷酸酯钛偶联剂的复合改性剂，其中稀土偶联剂、硅烷改性剂和螯合型磷酸酯钛偶联剂的质量比为1.8：1:1，所述表面改性剂的用量为2.6％；
步骤2，将微米氮化铝粉末、微米氧化铝粉末和氮化硅晶须按重量组份混合均匀后，加入质量分数为3.5％的硅烷偶联剂的环己酮溶液中，在68℃下超声分散3小时，过滤除去滤液后烘干，制得所述导热填料，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷；
步骤3，将所述聚四氟乙烯微粉、所述全氟烷氧基共聚物和所述乙烯-三氟氯乙烯共聚物经高速混练机混合30分钟，得到第一混合料；
步骤4，取聚氯乙烯、纳米氧化锌、导热填料、对位芳纶纤维和所述改性氢氧化镁投入高速混合机内，在110℃下高速混合20min，同时外加超声波震荡，得到第二混合料；
步骤5，将所述第一混合料、第二混合料和复合相容剂投入双螺杆挤出机的料斗内，并在双螺杆挤出机内熔融共混，经挤出造粒、冷却及振动筛分选，即可制得所述高阻燃高导热pvc复合电缆料。
实施例4
聚氯乙烯100份、聚四氟乙烯微粉32份、全氟烷氧基共聚物47份、乙烯-三氟氯乙烯共聚物21份、复合相容剂33份、纳米氧化锌23份、导热填料48份、改性对位芳纶纤维14份和改性氢氧化镁12份，
所述复合相容剂中甲基丙烯酸环己酯、对甲基苯乙烯和丁酸乙烯酯的质量比为1.8:2.4:2.2；
所述导热填料由以下重量组份的原料制备而成：
微米氮化铝粉末28份、20微米氧化铝粉末氧化铝粉末17份、纳米氮化硅晶须3份，
所述微米氮化铝粉末中，2微米氮化铝粉末和5微米氮化铝粉末的重量比为2.5:1，所述纳米氮化硅晶须的平均粒径为600nm。
上述实施例中，制备所述高阻燃高导热pvc复合电缆料的具体工艺如下：
步骤1，将氢氧化镁微粉和去离子水配置成浓度为35％的浆料，在70℃下边搅拌边加入表面改性剂并持续搅拌30分钟，然后停止搅拌并在80℃下浸润1小时后过滤除去滤液，将滤饼在105℃下干燥3.5小时，并研磨成超细粉体；所述表面改性剂为硅烷改性剂、稀土偶联剂和螯合型磷酸酯钛偶联剂的复合改性剂，其中稀土偶联剂、硅烷改性剂和螯合型磷酸酯钛偶联剂的质量比为1.7：1:1，所述表面改性剂的用量为2％；
步骤2，采用混合改性剂对对位芳纶纤维进行表面改性，表面改性的具体工艺为：将所述对位芳纶纤维置于所述混合改性剂中，在30℃下经超声处理后3分钟后，继续在40℃下浸泡2小时，然后干燥后热处理活化2小时，所述混合改性剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基甲基的混合溶液，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷的质量浓度为8％，所述γ-氨丙基甲基的质量浓度为20％；
步骤3，将微米氮化铝粉末、微米氧化铝粉末和氮化硅晶须按重量组份混合均匀后，加入质量分数为3％的硅烷偶联剂的环己酮溶液中，在68℃下超声分散3小时，过滤除去滤液后烘干，制得所述导热填料，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷；
步骤4，将所述聚四氟乙烯微粉、所述全氟烷氧基共聚物和所述乙烯-三氟氯乙烯共聚物经高速混练机混合25分钟，得到第一混合料；
步骤5，取聚氯乙烯、纳米氧化锌、导热填料、改性对位芳纶纤维和所述改性氢氧化镁投入高速混合机内，在110℃下高速混合30min，同时外加超声波震荡，得到第二混合料；
步骤6，将所述第一混合料、第二混合料和复合相容剂投入双螺杆挤出机的料斗内，并在双螺杆挤出机内熔融共混，经挤出造粒、冷却及振动筛分选，即可制得所述高阻燃高导热pvc复合电缆料。
实施例5
聚氯乙烯100份、聚四氟乙烯微粉35份、全氟烷氧基共聚物45份、乙烯-三氟氯乙烯共聚物20份、复合相容剂30份、纳米氧化锌20份、导热填料42份、改性对位芳纶纤维10份和改性氢氧化镁10份，
所述复合相容剂中甲基丙烯酸环己酯、对甲基苯乙烯和丁酸乙烯酯的质量比为1:3:2.5；
所述导热填料由以下重量组份的原料制备而成：
微米氮化铝粉末25份、20微米氧化铝粉末氧化铝粉末20份、纳米氮化硅晶须2份，
所述微米氮化铝粉末中，2微米氮化铝粉末和5微米氮化铝粉末的重量比为1.5:1，所述纳米氮化硅晶须的平均粒径为600nm。
上述实施例中，制备所述高阻燃高导热pvc复合电缆料的具体工艺如下：
步骤1，将氢氧化镁微粉和去离子水配置成浓度为35％的浆料，在70℃下边搅拌边加入表面改性剂并持续搅拌30分钟，然后停止搅拌并在80℃下浸润1小时后过滤除去滤液，将滤饼在100℃下干燥4小时，并研磨成超细粉体；所述表面改性剂为硅烷改性剂、稀土偶联剂和螯合型磷酸酯钛偶联剂的复合改性剂，其中稀土偶联剂、硅烷改性剂和螯合型磷酸酯钛偶联剂的质量比为1.5：1:1，所述表面改性剂的用量为2％；
步骤2，采用混合改性剂对对位芳纶纤维进行表面改性，表面改性的具体工艺为：将所述对位芳纶纤维置于所述混合改性剂中，在30℃下经超声处理后2分钟后，继续在30℃℃下浸泡1小时，然后干燥后热处理活化1小时，所述混合改性剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基甲基的混合溶液，所述γ-氨丙基三乙氧基硅烷的质量浓度为8％，所述γ-氨丙基甲基的质量浓度为20％；
步骤3，将微米氮化铝粉末、微米氧化铝粉末和氮化硅晶须按重量组份混合均匀后，加入质量分数为3％的硅烷偶联剂的环己酮溶液中，在68℃下超声分散3小时，过滤除去滤液后烘干，制得所述导热填料，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷；
步骤4，将所述聚四氟乙烯微粉、所述全氟烷氧基共聚物和所述乙烯-三氟氯乙烯共聚物经高速混练机混合20分钟，得到第一混合料；
步骤5，取聚氯乙烯、纳米氧化锌、导热填料、改性对位芳纶纤维和所述改性氢氧化镁投入高速混合机内，在90℃下高速混合30min，同时外加超声波震荡，得到第二混合料；
步骤6，将所述第一混合料、第二混合料和复合相容剂投入双螺杆挤出机的料斗内，并在双螺杆挤出机内熔融共混，经挤出造粒、冷却及振动筛分选，即可制得所述高阻燃高导热pvc复合电缆料。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。