[发明专利]核岛内电缆无卤阻燃外绝缘料、电缆外绝缘层及制备方法

说明书

本发明公开了一种核岛内电缆无卤阻燃外绝缘料、电缆外绝缘层及制备方法。该核岛内电缆无卤阻燃外绝缘料原料包括：聚合物基材、无机阻燃剂、硼酸锌、聚磷腈阻燃剂、磷氮系阻燃剂、销烟剂、防老剂、复合抗氧剂、抗辐照剂和加工助剂。制备方法为将聚合物基材、无机阻燃剂、硼酸锌、聚磷腈阻燃剂、磷氮系阻燃剂、防老剂、销烟剂、复合抗氧剂、抗辐照剂混炼后提升至双阶双螺杆挤出机，风冷挤出造粒，即可。该绝缘料具有超长寿命（90℃≥70年）、高耐辐照（γ射线、≥2400kGy）及良好的阻燃性能（绝缘芯线通过单根垂直燃烧），且低烟、无卤、低毒。

技术领域

本发明属于核岛内电缆绝缘料领域，具体涉及一种核岛内电缆无卤阻燃外绝缘料、电缆外绝缘层及制备方法。

背景技术

核电是一种安全、清洁、经济的能源。三代核电如AP1000、CAP1400、华龙一号等堆型在二代核电堆型90℃下长期使用寿命40年基础上提升至90℃下长期使用寿命为60年。核电站中使用的核电1E级电缆(特别是核岛内K1电缆)工作环境十分严酷，在整个寿命期内，电缆必须经受核环境条件下电场、温度、氧气、核辐射、蒸汽湿气和化学药品等多因素交集于一体的综合作用。但在正常运行时，湿度、化学物质等对电缆的老化影响很小，而极端条件下的湿度、化学物质的影响可以通过LOCA实验及浸没试验进行检测，对核电电缆各种试验主要是对电缆材料加速老化试验，通过热老化性能和辐照老化性能评定试验来研究核电站用电缆材料的物理化学性能变化，研究长期的电场、热、辐照、氧气等环境因素对电缆材料的影响，对电缆的使用寿命进行预测进而评估其安全性。

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。

核电站用1E级电缆(特别是核岛内K1电缆)绝缘层必须通过低烟无卤单根垂直燃烧试验，同时电缆绝缘强度≥3760MΩ·km，为了满足以上二项性能，目前核电站用1E级电缆(特别是核岛内K1电缆)绝缘层采用双层结构，内层采用不添加阻燃剂无卤绝缘材料(如低密度聚乙烯(LDPE)、超低密度聚乙烯(VLDPE)、三元乙丙橡胶(EPDM)和乙烯-辛烯共聚物(POE))，外层采用低烟无卤阻燃聚烯烃材料。如中国专利(CN102952316B)公开的一种核用电缆无卤阻燃绝缘料，具体配方为：低密度聚乙烯和三元乙丙橡胶：100份；无机阻燃剂包括氢氧化镁：70-100份；聚磷腈阻燃剂包括六苯氧基环三磷腈：10-20份；复合抗氧剂包括主抗氧剂、辅助抗氧剂和紫外线吸收剂：4-8份；抗辐照剂包括抗辐照剂A和抗辐照剂B：5-15份：加工助剂包括交联敏化剂和润滑剂：4-10份；其中抗辐照剂A为高苯基硅橡胶和/或苯撑硅橡胶；抗辐照剂B为碳化硼和/或氮化硼。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。该绝缘料具有三代核电60年使用寿命及耐1500kGyγ射线。但是该材料抗张强度、耐老化与耐辐照性能仍然需要进一步提升。

三代核电如AP1000、华龙一号等核电站，在安全性能方面比二代要求更高，因此，在二代核电的基础上，其对核电设备辐照老化和事故辐照考验提出了更加苛刻的要求，在γ射线辐照考验的基础上，增加了低剂量率静态β射线辐照考验，β辐射的能量为1.2MeV，其条件严格定为剂量率为每小时二十千格瑞(20kGy/h)，样品β射线辐照考验时处于静止状态，AP1000总吸收剂量为2700kGy，华龙一号总吸收剂量为1800kGy，以考察相应设备、仪表或材料(如电线电缆)的低剂量率静态β射线辐照损伤，按美国西喔公司进行的β射线与γ射线辐照等效试验结果为1.8:1。目前三代核电电缆外绝缘材料聚合物基材采用LDPE和三元乙丙橡胶共混，材料抗张强度较低，添加大量阻燃剂大幅降低了电缆材料的机械性能，因此需要进行进一步研究来提升电缆绝缘材料的综合性能。

发明内容