CN103819821A - Ap1000核电站用电缆绝缘材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

AP1000核电站用电缆绝缘材料的制备方法，属于电缆生产技术领域，本发明通过对乙丙橡胶进行改性处理，添加阻燃剂、复合抗氧化剂、增塑剂、活性剂等添加剂，从而达到提供一种具有高电气性能、高阻燃性能、高抗辐射性能、使用寿命长的核电站用电缆绝缘料的目的。用本发明绝缘料制造的电缆，具有无卤低烟阻燃性能好、耐老化抗辐照性能强、电气性能机械性能优、使用寿命达60年以上等优异性能。

Description

AP1000核电站用电缆绝缘材料的制备方法
技术领域
本发明属于电缆生产技术领域，特别涉及电缆生产用绝缘料的生产技术领域。
背景技术
根据中国核电十二五规划，未来将在确保安全的基础上加强核电发展，目前中国核电建设将迎来又一个春天。AP1000 是美国西屋公司开发的一种双环路1117 到1154 MWe 的第三代先进型核电站，它具有更强的自然之力合简洁的设计，具有更可靠的安全性能更少的建设费用，得到了广泛推广应用。作为核电站“血管”和“神经”的电缆线路系统，是核电站的一个重要电气部件。按照核电规范要求，核电站用电缆不仅要具有普通电缆使用的一般特性，而且应具有60年的使用寿命，低烟、无卤、阻燃等性能，还要具有特定的耐环境性，如耐辐射性和耐LOCA性等。由于电缆材料的限制，目前许多企业只能生产制造核电站安全壳外的电线电缆，AP1000核电站安全壳内的电缆则很少生产，不能满足市场需求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术不足，提供一种适应我国核电站发展的需要的具有优良的阻燃性能、机械性能、电气性能和抗辐射性能的AP1000核电站用电缆绝缘材料的制备方法。
本发明包括以下步骤：先将三元乙丙橡胶、二元乙丙橡胶、补强剂、抗氧剂和活性剂在密炼机内混合2-4min，待温度升至85℃-95℃时加入阻燃剂、偶联剂和增塑剂，再混合2-5min，待温度升至110℃-125℃时出料，经开炼机再次混炼后，再经滤橡机滤橡后冷却至70℃以下，然后再与交联剂及交联助剂置于密炼机内混合1-4min后出料，再混炼后制成片状或粒状绝缘料；所述二元乙丙橡胶中丙烯质量分数为40-50%，三元乙丙橡胶中丙烯质量分数为30-50%。
本发明通过对乙丙橡胶进行改性处理，添加阻燃剂、复合抗氧化剂、增塑剂、活性剂等添加剂，从而达到提供一种具有高电气性能、高阻燃性能、高抗辐射性能、使用寿命长的核电站用电缆绝缘料的目的。用本发明绝缘料制造的电缆，具有无卤低烟阻燃性能好、耐老化抗辐照性能强、电气性能机械性能优、使用寿命达60年以上等优异性能。
以上各原料的投料质量比为：三元乙丙橡胶：30-50份；二元乙丙橡胶：30-50份；补强剂：5-15份；抗氧剂：2-4份；活性剂：5-10份；阻燃剂：90-140份；偶联剂：1.5-3份；增塑剂：4-8份；交联剂：2-4份；交联助剂：1-2份。
所述的阻燃剂由纳米氢氧化铝和纳米氢氧化镁组成，纳米氢氧化铝和纳米氢氧化镁的混合质量比为2-8︰1。
本发明在电缆绝缘材料三元乙丙橡胶、二元乙丙橡胶共聚物中加入了由纳米氢氧化镁和纳米氢氧化铝组成的阻燃剂，不仅具有阻燃作用，而且具有填充作用。
所述的补强剂为半补强粉。
所述的抗氧剂为2，6-二叔丁基对甲酚或2-硫醇基甲基苯并咪唑中的至少任意一种。
所述的偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷。
所述的增塑剂为液体聚丁二烯或癸二酸二辛酯中的任意一种。
所述的活性剂为硬脂酸或氧化锌中的至少任意一种。
所述的交联剂为过氧化二异丙苯（DCP）。
所述的交联助剂为二甲基丙烯酸乙烯酯或对醌二肟中的任意一种。
具体实施方式
一、生产工艺：
本发明产品制备需要的主要工艺设备为：密炼机、滤橡机、三辊辗页机、挤橡机等。
实施例一
    1、分别称取丙烯质量分数为40%的二元乙丙橡胶30kg、丙烯质量分数为30%的三元乙丙橡胶30 kg、纳米氢氧化铝80 kg、纳米氢氧化镁10 kg、半补强粉5 kg、2，6-二叔丁基对甲酚2 kg、2-硫醇基甲基苯并咪唑1.5 kg、乙烯基三甲氧基硅烷1.5 kg、液体聚丁二烯4 kg、硬脂酸3 kg、氧化锌2 kg、过氧化二异丙苯2 kg和二甲基丙烯酸乙烯酯1.5 kg。
2、生产方法：先将称量的三元乙丙橡胶和二元乙丙橡胶送入密炼机塑炼2min，再在密炼机中加入补强剂半补强粉，加入抗氧剂——2，6-二叔丁基对甲酚和2-硫醇基甲基苯并咪唑，加入活性剂——氧化锌，混炼2-4min，待温度升至85-95℃时，再加入阻燃剂——纳米氢氧化铝和纳米氢氧化镁、偶联剂——乙烯基三甲氧基硅烷和增塑剂——液体聚丁二烯，混合2-5min，待温度升至110-125℃时出料，经开炼机补充混炼，再经滤橡机滤胶，将去除杂质和大颗料后的均匀胶料置于室温中自然冷却至70℃以下时，然后将胶料和交联剂——过氧化二异丙苯、交联助剂——二甲基丙烯酸乙烯酯加入密炼机混合1-4min后出料，再以开炼机混炼后进入三辊辗页机制成片状绝缘料。如有需要，还可将上述片状绝缘料送入挤橡机挤出加工，得到粒状绝缘料。
实施例二
    1、分别称取丙烯质量分数为45%的三元乙丙橡胶40 kg、丙烯质量分数为45%的二元乙丙橡胶40 kg、纳米氢氧化镁40 kg、纳米氢氧化铝80 kg、半补强粉7 kg、2，6-二叔丁基对甲酚2 kg、2-硫醇基甲基苯并咪唑2 kg、乙烯基三甲氧基硅烷 2.5 kg、癸二酸二辛酯5 kg、硬脂酸4 kg、氧化锌4 kg、过氧化二异丙苯3.5 kg、对醌二肟1 kg。
    2、生产方法：同例一。
实施例三
    1、分别称取丙烯质量分数为50%的三元乙丙橡胶50 kg、丙烯质量分数为50%的二元乙丙橡胶50 kg、半补强粉15 kg、纳米氢氧化镁40 kg、纳米氢氧化铝100 kg、2-硫醇基甲基苯并咪唑4 kg、乙烯基三甲氧基硅烷3 kg、癸二酸二辛酯8 kg、硬脂酸10 kg、过氧化二异丙苯4 kg、二甲基丙烯酸乙烯酯2 kg。
    2、生产方法：类同例一，不同的是：密炼机中加入的增塑剂为癸二酸二辛酯，加入的活性剂为硬脂酸。
除上述各实施例，本发明的实施方案还有很多，可以进行多种组合，凡采用等同或等效的替换方案，均在本发明的保护范围之内。
    二、用本发明电缆绝缘料产品生产的电线电缆质量优良，经测试具有如下特殊性能。
Figure 156750DEST_PATH_IMAGE002
从以上数据可以看出，本发明在电缆绝缘材料三元乙丙橡胶、二元乙丙橡胶共聚物中加入了由纳米氢氧化镁和纳米氢氧化铝组成的阻燃剂，不仅具有阻燃作用，而且具有填充作用。片层状的纳米填料，在补强剂的协同作用下，有效增强了复合材料的力学性能，使绝缘的原始机械性能得到提高。此外，片状的纳米氢氧化物在高温下可脱水生成致密的有遮掩作用的金属氧化物陶瓷膜，包覆在绝缘外层隔绝氧气，提高了阻燃效果，保证了绝缘线芯能够通过单根垂直燃烧试验。
本发明中绝缘材料通过添加复合抗氧化剂，在核环境下聚合物的降解速率明显减速，分子发生破碎或生成碳质残渣明显减少，控制了局部C-C键因受激发而造成的链断裂，提高了材料热老化性能。通过阿累尼尔斯公式计算，该电缆的使用寿命达60年以上。

Claims (8)

1.AP1000核电站用电缆绝缘材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：先将三元乙丙橡胶、二元乙丙橡胶、补强剂、抗氧剂和活性剂在密炼机内混合2-4min，待温度升至85℃-95℃时加入阻燃剂、偶联剂和增塑剂，再混合2-5min，待温度升至110℃-125℃时出料，经开炼机再次混炼后，再经滤橡机滤橡后冷却至70℃以下，然后再与交联剂及交联助剂置于密炼机内混合1-4min后出料，再混炼后制成片状或粒状绝缘料；所述二元乙丙橡胶中丙烯质量分数为40-50%，三元乙丙橡胶中丙烯质量分数为30-50%。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于：各原料的投料质量比为：三元乙丙橡胶：30-50；二元乙丙橡胶：30-50份；补强剂：5-15份；抗氧剂：2-4份；活性剂：5-10份；阻燃剂：90-140份；偶联剂：1.5-3份；增塑剂：4-8份；交联剂：2-4份；交联助剂：1-2份。
3.根据权利要求1或2所述制备方法，其特征在于：所述的阻燃剂由纳米氢氧化铝和纳米氢氧化镁组成，纳米氢氧化铝和纳米氢氧化镁的混合质量比为2-8︰1。
4.根据权利要求1或2所述制备方法，其特征在于：所述的补强剂为半补强粉。
5.根据权利要求1或2所述制备方法，其特征在于：所述的抗氧剂为2，6-二叔丁基对甲酚或2-硫醇基甲基苯并咪唑中的至少任意一种。
6.根据权利要求1或2所述制备方法，其特征在于：所述的偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷。
7.根据权利要求1或2所述制备方法，其特征在于：所述的增塑剂为液体聚丁二烯或癸二酸二辛酯中的任意一种。
8.根据权利要求1或2所述制备方法，其特征在于：所述的活性剂为硬脂酸或氧化锌中的至少任意一种。
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