[发明专利]核用电缆无卤阻燃绝缘料、电缆绝缘层，制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种核用电缆无卤阻燃绝缘料、电缆绝缘层的制备方法和应用。

背景技术

第三代核电，如美国西喔公司AP1000核电机组，已在我国大量建设。为了我国科技的全局和长远发展，中国科学院提出战略性先导科技专项，未来先进核裂变能(第四代)——钍基熔盐堆核能系统(TMSR)的研制工作。无论是第三代还是第四代核能系统，核电的电缆及电缆附件绝缘和护套材料必须具有优良的长期热老化性能(第一、二代核电机组90℃下长期使用寿命为40年，第三、四代核电机组90℃下长期使用寿命为60年)，稳定的耐辐照性能和电气性能、良好的阻燃性能以及低烟、无卤、低毒等特点。

核电站用电缆绝缘材料的基材料通常为聚乙烯、交联聚乙烯、三元乙丙橡胶及乙烯-辛烯共聚物等，在长期热老化作用及大量射线照射下，绝缘材料易发生变脆、机械性能变差，特别是材料的断裂伸长率大幅下降等现象，影响材料使用。

核裂变会产生大量各种射线，如ν及β射线等，事故发生时会产生的高温高压酸碱液体，长期暴露在如此严酷的核电站环境下，聚合物材料会易发生分子间化学键断裂，产生活性自由基(R-或ROO-)或活性离子，并会进一步发生化学反应，活性自由基或活性离子引发大分子链的降解反应、交联反应、氧化反应及分子异构化反应，这些反应使材料分子反应速率加快，其结果是导致聚合物材料的分子量愈来愈小，最终电缆绝缘材料的各项性能将不能满足核电使用需要。因此，作为核电电缆用绝缘材料除了具有长期热老化性能外，它必须具有优良的耐辐照性能。

此外，电缆阻燃性能也是一个非常关键问题，而且必须具有低烟、无卤、低毒等特点。如中国专利(公开号：CN101456992A)公开的核电站用绝缘料，该绝缘料包括以下组分及含量重量份：乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-辛烯共聚物及高密度聚乙烯共混物基材100份；无机阻燃剂氢氧化铝110-170份、氢氧化镁0-50份、硼酸锌0-10份；主抗氧剂β-(3、5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八醇酯2-4份或四[β-(3、5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯2-4份；辅助抗氧剂硫代二丙酸双硬酯醇酯1-2份；抗辐照剂2-氨基-5-(对-甲氧基苯基)-1、3、4-噻二唑稀土金属有机配合物1-6份；碳化硼2-10份；该核电站用电缆绝缘料阻燃剂采用常规无机阻燃剂氢氧化铝、氢氧化镁及硼酸锌混合物，特别采用氢氧化铝为主阻燃剂。氢氧化铝分解温度为200℃左右，在245℃-300℃范围内基本完成脱水反应，释放出结晶水。从第三代核电开始，电缆材料使用寿命为60年，验证材料使用寿命方法是采用Arrhenius公式的热寿命评定，采用多个温度点进行热寿命试验，其中最高温度点为180℃/100h以上时间，长时间高温下，氢氧化铝易脱水，导致材料断裂伸长率下降，材料变脆，丧失使用价值。

专利CN101456992A采用单一无机阻燃剂的复配技术，总所周知，采用单一无机阻燃剂阻燃材料氧指数数值可以很高(氧指数为37.6)，但不一定能通过核电电缆绝缘层单根垂直燃烧试验。同时该专利的耐辐照仅仅只能达到550KGy的耐辐照性能要求。

同时中国专利(公开号：CN101649083A)公开的核电IE级K1类绝缘料及制备工艺，采用无机阻燃剂与有机含氮阻燃剂复配技术，具体配方是聚烯烃树脂40-80份；阻燃剂20-50份；抗辐照改性剂1-5份；增韧改性剂1-10份；抗氧剂1-4份；甲基硫醇锡1-6份；塑料加工助剂1-10份；其中阻燃剂采用氢氧化铝、氢氧化镁及氮系阻燃剂复配技术，此材料的阻燃性能虽然高于单一无机阻燃剂，但仍不能达到较高的指标。

目前无卤阻燃绝缘料大多数采用单一无机阻燃剂的复配技术，单一复配无机阻燃剂燃烧时主要释放出结晶水，降低燃烧温度，从而产生阻燃效果；含有单一复配无机阻燃剂的绝缘料，要满足电缆阻燃标准，即单根垂直燃烧标准，势必需要添加大量无机阻燃剂，影响绝缘材料机械性能，这种现象亟待解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有绝缘材料长期热老化及耐辐照性能差、无卤阻燃性能不够理想等缺陷，提供核用电缆无卤阻燃绝缘料、电缆绝缘层的制备方法和应用，该绝缘料具有稳定的耐辐照性能和电气性能、良好的阻燃性能，且低烟、无卤、低毒。

本发明的技术方案之一是，提供一种核用电缆无卤阻燃绝缘料的制备方法；

其包括以下重量份的原料：

聚合物基材：100份；无机阻燃剂：70-100份；聚磷腈阻燃剂：10-20份；复合抗氧剂：4-8份；抗辐照剂：5-15份：加工助剂：4-10份；