CN100487821C - 耐核环境电缆绝缘材料 - Google Patents

Abstract

耐核环境电缆绝缘材料，其特征是按重量份的原料构成为乙丙橡胶、阻燃剂、抗氧剂、抗辐照剂、润滑剂、交联剂、活性剂。本发明材料耐辐照、电气性能好、无卤低烟低毒、阻燃、使用寿命长。

Description

耐核环境电缆绝缘材料

技术领域

本发明涉及电缆材料，更具体地说是用于核电站反应堆安全壳内的电线电缆。

背景技术

核电站核岛电缆要求电缆护套材料必须具有优异的耐热老化性能、耐辐射老化性能、阻燃性能、耐湿热性能等。目前常用的绝缘材料为聚乙烯、交联聚烯烃与乙丙材料，通过丙烯酸脂改性的乙丙橡胶的热老化性能、耐γ射线能力、耐臭氧、耐气候及电性能比较优良。在核环境下，正常运行的电缆须要经受γ、β射线的辐照，并且具备在事故情况下的保持电缆正常运行的要求。由于一般聚合物在辐照作用下产生电离或激发等反应后，进一步发生以下化学反应：大分子间由辐照引发的交联反应、辐照引发的降解反应、氧化反应、产生气体产物、其他如异构化等，这些反应在不同的反应速率下发生的程度不同，最终的结果是聚合物材料的分子量愈来愈小，甚至失去聚合物的性质。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种耐辐照、电气性能好、无卤低烟低毒、阻燃、使用寿命超过45年的耐核环境电缆绝缘材料。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

本发明按重量份的原料构成为：

乙丙橡胶 100、阻燃剂 140～160、抗氧剂 2～4、抗辐照剂 10～20、

润滑剂 2～6、交联剂 3～5、活性剂 5～9。

本发明的特点也在于：

乙丙橡胶为三元乙丙橡胶与丙烯酸脂的共聚物，或三元乙丙橡胶和二元乙丙橡胶的共聚物。

阻燃剂为氢氧化铝和氢氧化镁混合物，按重量份的混合比例为1:0.6～1:0.8。

抗氧剂为2-硫醇基苯并咪唑。

抗辐照剂为硼化剂。

润滑剂为石蜡。

交联剂为过氧化二异丙苯，或称为二枯基过氧化物。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明通过乙丙改性、添加抗辐照剂、阻燃剂等满足核级电缆要求的各项指标。在考虑电缆的阻燃性能的同时，还具备了低烟无卤的条件。

本发明通过将原料经橡胶密炼机混合，辗页机下片后，再经挤橡机挤出加工成电线电缆产品，具有优异的耐辐照性、阻燃、耐热老化、电气性能好、无卤低烟低毒等综合性能，环保无污染，保证产品的使用寿命，可广泛用于核电站电缆绝缘。

经检验，产品各方面的性能指标如下表：

 

序号	项目名称	单位	典型值
				1	拉伸强度	MPa	10
2	断裂伸长率	％	400
				3	20℃绝缘电阻常数     最小	MΩ·km	4860
4	150℃/30天热老化后拉伸强度变化率断裂伸长率变化率	％％	15-15
				5	氧指数	％	30
6	γ射线(200Mrad/70℃)辐照后断裂伸长率	％	85
				7	耐高温湿热电气性能湿热老化绝缘变化率110℃*30d156℃下的绝缘电阻常数  最小	％MΩ·km	-3060

综合上表所列数据可以看出，绝缘材料在经过70℃/200Mrad的γ射线辐照后断裂伸长率能达到85％，本发明中三元乙丙橡胶与丙烯酸脂共聚、辐照添加剂和抗氧剂有效地使γ射线的破坏得到抑制，降低了聚合物分子间力受破坏的程度，减少局部C—C键因受激发而造成的链断裂，使降解的速度得到减缓。在核电站标准中要求绝缘材料能通过单根垂直燃烧，常规下乙丙橡胶的氧指数约18—30，乙丙橡胶中加入120～160份阻燃剂使绝缘材料阻燃性提高到35，符合了核电站提出的阻燃要求。本发明中通过加入抗氧剂，在核环境下聚合物的解聚反应速率明显减速，分子发生碎裂或生成的碳质残渣明显减少。由于热降解的过程始于分子链端或分子中的其它薄弱点，相连的单体链节逐个失去，为了控制降解速率，引入了有效的自由基接受体，隔断自由基作为中间物和聚合物反应生成新的自由基，使材料的老化性能能得到很大程度的提高，通过阿累尼乌斯公式计算，材料老化性能达到了60年以上。绝缘材料在设计时，同时考虑到考虑了发生事故(LOCA)下，电线电缆处在比正常运行条件下更高射线剂量的辐照以及高温高压蒸汽和受到化学药剂喷射的环境(LOCA试验)之中，在LOCA试验下，绝缘材料中的聚合物必须具备耐酸、碱性能。绝缘会受到由于从护套中向内渗透的酸碱液，高温高压下酸、碱性渗透物向绝缘表面附着，然后在表面溶解并向聚合物内部迁移或扩散，直至达到稳态浓度。经过LOCA试验后绝缘材料还具有一定的机械性能和电性能，能有效保护电缆的安全运行。

以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

具体实施方式

具体实施中：乙丙橡胶可以为三元乙丙橡胶与丙烯酸脂共聚物；阻燃剂可以为氢氧化铝和氢氧化镁混合物；抗氧剂可以为2-硫醇基苯并咪唑MB；抗辐照剂可以为硼化剂；润滑剂可以为石蜡；交联剂可以为过氧化二异丙苯，或称为二枯基过氧化物DCP；活性剂为氧化锌。

本实施例中按重量份的原料组成为：

三元乙丙橡胶与丙烯酸脂共聚物100、氢氧化铝和氢氧化镁混合物140、

2-硫醇基苯并咪唑MB为3、              硼化剂混合物18、

石蜡为5、                            交联剂DCP为3、

活性剂氧化锌为5。

制备过程：

将乙丙橡胶在密炼机中塑炼1～2分钟，加入阻燃剂、抗氧剂、抗辐照剂、润滑剂、活性剂，混炼20分钟，温度控制在130℃内，在滤橡机中过滤，温度在100～130℃，加入DCP，混炼，辗页。在163℃时起始硫化(焦烧)时间在3分05秒至4分58秒之间，挤出工艺参数如下：蒸气压力：1.4～1.7MPa，机身温度40～70℃，机头温度：80～90℃。

本发明从163℃硫化时间(焦烧时间)3分35秒来看，不会产生烧焦现象，加工安全性能得以保证。

本发明原料构成还可以按下表所列举：

 

组别	乙丙橡胶	阻燃剂	抗氧剂	抗辐照剂	润滑剂	交联剂	活性剂
								1	100	140	2	10	6	3	9
2	100	148	2.8	12	4	4	7
								3	100	160	4	20	2	5	5

上述列表中：

第1组产品的性能抗辐照性能优异，但电缆导体容易氧化；

第3组产品阻燃性能好，断裂伸长率有所下降，生产电缆时挤出工艺性能较差。

第2组产品各项指标比较好。

Claims (6)

1、一种耐核环境电缆绝缘材料，其特征是按重量份的原料构成为：

乙丙橡胶100、       阻燃剂140～160、

抗氧剂2～4、        抗辐照剂10～20、

润滑剂2～6、        交联剂3～5、

活性剂5～9；

所述阻燃剂为氢氧化铝和氢氧化镁混合物，按重量份的混合比例为1∶0.6～1∶0.8。

2、根据权利要求1所述的耐核环境电缆绝缘材料，其特征是所述乙丙橡胶为三元乙丙橡胶与丙烯酸脂的共聚物，或三元乙丙橡胶和二元乙丙橡胶的共聚物。

3、根据权利要求1所述的耐核环境电缆绝缘材料，其特征是所述抗氧剂为2-硫醇基苯并咪唑。

4、根据权利要求1所述的耐核环境电缆绝缘材料，其特征是所述抗辐照剂为硼化剂。

5、根据权利要求1所述的耐核环境电缆绝缘材料，其特征是所述润滑剂为石蜡。

6、根据权利要求1所述的耐核环境电缆绝缘材料，其特征是所述交联剂为过氧化二异丙苯。