本发明属于电缆材料。更具体地，涉及一种具有阻燃性能的pvc电缆材料及其制备方法。
背景技术：
1、聚氯乙烯(pvc)作为一种常用的塑料材料，具有良好的可加工性、耐久性以及电绝缘性，在电缆材料中广泛应用。通常情况下，pvc内部较高的氯含量使其具有一定的阻燃性，但在pvc制造的过程中，因添加增塑剂及黏合剂使其阻燃性受到影响。此外，长时间的外部辐射导致pvc材料老化，从而影响其阻燃性能。因此，有必要开发有效的阻燃涂料以改善pvc塑料电缆的阻燃性能。
2、为获得较高阻燃性能的电缆涂层，研究人员通过研究不同涂层材料对pvc塑料电缆阻燃性能的影响，开发出许多高性能的阻燃剂，阻燃剂包括金属水合物、无机磷系阻燃物、有机硅化合物以及金属化合物等。刘立华等通过超细氢氧化镁合成了具有较高阻燃性能的电缆复合材料，其极限氧指数(loi)最高可达34%。高苏亮等将三嗪系成炭剂与聚磷酸铵进行复合并添加到聚丙烯中得到了loi为30%以上的阻燃电缆材料。即通过添加阻燃剂材料可以改善pvc塑料电缆阻燃性能。
3、cn111019269b公开了一种pvc电缆材料及其制备方法。所述pvc电缆材料按重量份数计包括：pvc树脂90-110份、对苯二甲酸二辛酯30-50份、环氧大豆油5-20份、填料10-20份、有机阻燃剂1-10份、无机阻燃剂1-10份、主抗氧剂3-6份、辅助抗氧剂3-6份、润滑剂1-5份和稳定剂1-5份。所述pvc电缆材料中各组分相互配合，协同增效，不仅有效提高了电缆材料的抑烟阻燃性，而且还可以提高电缆材料的机械强度，有效地减少机械损伤，有助于延长电缆的使用寿命。
4、cn111269506a公开了耐日晒高阻燃聚氯乙烯电缆材料，原料按重量份包括以下组分：聚氯乙烯40-50份、十二烷基硫酸钠10-20份、甲基乙烯基硅橡胶5-10份、稻米脂肪酸聚酯3-6份、增塑剂20-30份、填充剂20-30份、复合稳定剂1-3份、润滑剂0.1-1份、复合阻燃剂0.1-1份、紫外线吸收剂0.1-1份；解决电缆材料因增塑剂导致的阻燃问题以及环保健康问题，具有高阻燃和耐日晒的特点，且电缆材料稳定性好，力学性能优异。
5、cn109486049a公开了一种高阻燃聚氯乙烯电缆材料，按照质量份数包括以下组份：聚氯乙烯80-100份，eva树脂30-50份，pvc树脂40-60份，氢氧化铝0-20份，阻燃剂30-60份，三氧化锑0-1.0 份，三氧化二锑0-1.5份，三聚氰胺氰尿酸盐6-8份，邻苯二甲酸二辛酯3-5份，邻苯二甲酸二癸酯3-5份，碳酸钙5-15份，环氧大豆油0.5-1.0 份，偶联剂0.1-0.3份，抗氧剂0.1-0.4份，硬脂酸0.02-0.1 份；本发明减小液体增塑剂的体积，具有高阻燃性能可广泛用作通讯电缆和电缆外壳的绝缘层，对于其他需要阻燃性软pvc应用也是有利，本发明无毒、易实施。
6、cn104086916b公开了用于电力系统的环保型的聚氯乙烯电缆材料及其生产方法，原料质量百分比为：色母粒为1～5％，增塑剂为1～5％，润滑剂为1～5％，助剂为1～5％，阻燃剂pbt为1～10％，聚氯乙烯为余量。本发明的电线电缆材料阻燃性优异，同时具有优良的绝缘性、机械性、耐老化性和环保性；该无卤阻燃电线电缆材料的制备方法工艺简单，容易操作且生产效率高、成本低。
7、综上所述，虽然现有技术中对聚氯乙烯电缆材料进行改性来改善阻燃性能，但是在保证阻燃性能的前提下，其力学性能受到影响，因而如何保证阻燃性能的前提下仍具有优异的力学性能仍是待解决的问题。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术中存在的缺陷和不足，提供一种具有阻燃性能的pvc电缆材料及其制备方法。按重量份数计，所述pvc电缆材料包括：pvc树脂100-120份、增塑剂40~60份；填料15-24份、阻燃剂为5~15份、抗氧剂5-10份、润滑剂2-4份和稳定剂3-6份；所述填料为改性的tio2纳米纤维和氮化硅纳米纤维；所述改性用的改性剂为四正丁基溴化膦；所述阻燃剂为磷酸甲苯二苯酯和丁基锡酸根插层钇和铈改性的镁铁类水滑石；所述磷酸甲苯二苯酯和丁基锡酸根插层钇和铈改性的镁铁类水滑石的质量比为1:2~4。本发明制备的pvc电缆材料具有优异的阻燃性能和力学性能。
2、本发明的目的是提供一种具有阻燃性能的pvc电缆材料。
3、本发明另一目的是提供一种具有阻燃性能的pvc电缆材料的制备方法。
4、本发明上述目的通过以下技术方案实现：
5、一种具有阻燃性能的pvc电缆材料，按重量份数计，所述pvc电缆材料包括：pvc树脂100-120份、增塑剂40~60份；填料15-24份、阻燃剂为5~15份、抗氧剂5-10份、润滑剂2-4份和稳定剂3-6份；
6、所述填料为改性的tio2纳米纤维和氮化硅纳米纤维；所述改性用的改性剂为四正丁基溴化膦；
7、所述阻燃剂为磷酸甲苯二苯酯和丁基锡酸根插层钇和铈改性的镁铁类水滑石；所述磷酸甲苯二苯酯和丁基锡酸根插层钇和铈改性的镁铁类水滑石的质量比为1:2~4。
8、优选的，所述pvc树脂的聚合度为1800-2000；所述抗氧化剂为2,4二叔丁基苯基-亚磷酸三酯、硫代二丙酸二月桂酯、硫代二丙酸二硬脂醇酯中的至少一种；所润滑剂为硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸锌、聚乙烯蜡、蒙旦蜡或石蜡中的至少一种；所述稳定剂为二月桂酸二丁基锡、二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡、甲基硫醇锡、丁基硫醇锡、双丁基二氯化锡或辛基硫醇锡中的至少一种。
9、优选的，所述增塑剂为甘油三戊酸酯和对苯二甲酸二辛酯，所述甘油三戊酸酯和对苯二甲酸二辛酯的质量比为1：3~6。
10、优选的，所述tio2纳米纤维的长度为50～90nm，长径比为40~70:1；所述氮化硅纤维的长度为40～80nm，长径比为30~60：1；所述tio2纳米纤维和氮化硅纳米纤维的质量比为1:0.5~2.5。
11、优选的，所述改性的tio2纳米纤维和氮化硅纳米纤维的制备方法为：将tio2纳米纤维和氮化硅纳米纤维添加到醇溶液中，搅拌均匀得到分散液，然后将四正丁基溴化膦添加到分散液中，在搅拌条件反应，所述反应温度为65~85℃，反应时间为6~10h，然后过滤、洗涤、在60~80℃真空干燥10~14h，得到述改性的tio2纳米纤维和氮化硅纳米纤维。
12、优选的，所述tio2纳米纤维和氮化硅纳米纤维的质量比为1:0.5~2.5；所述tio2纳米纤维与四正丁基溴化膦的质量比为：1：0.3~0.7；所述醇为乙醇或异丁醇。
13、优选的，所述丁基锡酸根插层钇和铈改性的镁铁类水滑石的制备方法为：将镁源、铁源、钇源和铈源添加到去离子水中，搅拌均匀得到混合溶液，然后将含有碱液和丁基锡酸的乙醇水溶液，缓慢滴加到混合溶液中，条件ph为10~12；然后加热至80~100℃，反应2~4h，然后进行水热反应，水热条件为在120~160℃下反应4~10h，冷却至室温、过滤、洗涤，在60~80℃真空干燥6~12h，得到基锡酸根插层钇和铈改性的镁铁类水滑石；
14、优选的，所述镁源、铁源、钇源和铈源的摩尔比为1:1.5~3.5:0.02~0.04；0.01~0.05；所述碱与丁基锡酸的摩尔比为2：1；所述乙醇和水的体积比为1:0.2~0.4；所述碱的浓度为0.05mol/l，所述丁基锡酸的浓度为0.025mol/l；
15、优选的，所述镁源为硝酸镁、醋酸镁、氯化镁中的至少一种；所述铁源为硝酸铁、氯化铁、醋酸铁中的至少一种，所述钇源为硝酸钇、醋酸钇、氯化钇中的至少一种；所述铈源为硝酸铈、醋酸铈、氯化铈中的至少一种；所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种。
16、基于上述所述的具有阻燃性能的pvc电缆材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
17、(1)将pvc树脂、增塑剂混合搅拌，得到混合浆；所述搅拌温度为75~85℃，搅拌转速为800~1000r/min，搅拌时间为5~10min；
18、(2)向步骤(1)得到的混合浆中加入填料、阻燃剂、抗氧剂、润滑剂和稳定剂，混合搅拌，得到混合物料；所述搅拌温度为105~115℃，搅拌转速为1500~2000r/min，搅拌时间20~40min；然后降温至50~70℃；
19、(3)将步骤(2)得到的混合物放入双螺杆挤出机中进行熔融捏合并挤出，挤出温度为175~185℃，切粒，得到所述pvc电缆材料。
20、本发明具有以下有益效果：
21、（1）本发明是通过四正丁基溴化膦改性的tio2纳米纤维和氮化硅纳米纤维，不仅改善了其分散性，同时还改善了电缆材料的阻燃性能等性能；
22、（2）通过添加磷酸甲苯二苯酯和丁基锡酸根插层钇和铈改性的镁铁类水滑石，利用两种之间的相互作用，显著改性了电缆材料的阻燃性能等性能。
23、（3）通过填料和阻燃剂的相互作用，进一步改善了电缆材料的阻燃性能等性能。
24、（4）本发明的制备工艺简单，原料易得，具有优异的应用前景。