[发明专利]核电站用1E级K2类可辐照交联无卤阻燃线缆材料及制法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可辐照交联无卤阻燃线缆材料及其制备方法，具体涉及一种核电站用1E级K2类可辐照交联无卤阻燃线缆材料及其制备方法，属于化工新材料领域。

背景技术

利用核能发电已成为世界各国解决能源问题的重要途径，已经有17个国家其核电发电量占总发电量的比例超过25%。在美国，运行的核电机组超过100台，为世界最多，装机容量达9741万千瓦，2000年核电发电量为7539亿kWh，占美国发电总量的19.83%，目前，我国正在运行的机组有8台，总装机容量达590万千瓦，占全国发电量的1.18%，随着全球化能源危机的日益严重，发展核电也成为我国能源战略的核心任务，而核电站用电线电缆作为核电的“心脏”，积极开发核能电缆是实现核能装备国产化的重要组成部分之一。

美国、法国等发达国家已制定出较为成熟的核电站用电线电缆的技术标准，由于我国的核电建设正处于起步阶段，核级电缆的研究也刚刚开始，其产品的性能指标及技术要求尚不完全统一，为规范行业标准，我国按国标GB/T 22577-2008核电站用IE级电缆通用要求也制定了相应的技术标准，核电站用1E级电线电缆安全级别分为三类：K1、K2、K3，其中K2类是安装在安全壳内或安全壳外对辐射有要求的场合，其必须具备在核电站正常运行工况的相应环境条件下以及在地震荷载下完成其规定的电缆，线缆必须具备低烟、无卤、阻燃等特性，且整个寿命期应能耐受累积剂量250 kGy的高能射线辐照。

目前制备核级线缆材料主要有以下两种途径，一是选择本身就具有较强抗辐射能力的高分子材料作为线缆材料的基体，如聚酰亚胺，其结构中含有稳定性高的苯环结构，生产工艺复杂，设备一次性投入大，成本极高；二是通过在高分子材料中添加能大量捕获自由基的抗氧剂，这种方法不用更改设备，生产工艺成熟。核级线缆对材料的阻燃性能有严格要求，传统无卤阻燃线缆主要存在以下缺点：其一，为了满足阻燃性能需求，通常在电缆料的基体中复配添加有如氢氧化镁、氢氧化铝、红磷等大量的无机阻燃剂，红磷虽然阻燃效率高，但其与基础树脂相容性差且制备的材料颜色单一，氢氧化镁、氢氧化铝阻燃效率较低，要达到一定阻燃效果必需大量添加在基础树脂里，势必造成材料机械性能和加工性能的严重下降，同时还会降低材料的耐温等级。其二，电缆料的基体以高分子材料为主，经高能射线辐照会发生降解，导致性能恶化，不能满足核电站线缆对抗辐射性能的使用需求。因此，合理调节配方以便得到综合性能优良的阻燃材料成为制约线缆企业的瓶颈。

如中国专利201010619410.6公开了一种可用于核电站电缆的可辐照交联低烟无卤阻燃绝缘料，所述绝缘料包括如下重量组分：(A)基础树脂100份；(B)抗氧剂2～5份；(C)抗辐照剂3～10份；(D)阻燃剂110～170份；(E)相容剂2～10份；(F)抗铜剂0.1～0.8份；(G)润滑剂0.2～2份(H)交联敏化剂2～10份；所述组分(A)的基础树脂包括如下组分：乙烯-辛烯共聚物(POE)、乙烯-丙烯酸丁酯(EBA)以及线型超低密度聚乙烯(VLDPE)三者的组合，且三者重量比依次为(10～20)∶(65～80)∶(10～20)。该专利所述无卤阻燃绝缘料由三种不同基础树脂共混，其阻燃体系添加量为110-170份，且以无机氢氧化物阻燃剂为主，阻燃体系效率较低，产品的挤出加工速度慢。

再如中国专利201210244369公开一种核电站用1E级K1类无卤阻燃材料，包括下述物质：乙烯基聚合物100份；聚合物相容剂1-20重量份；有机硅聚合物0.5-10重量份；复合抗氧剂1-10重量份；光稳定剂0.1-10重量份；高分子量聚磷酸铵0.1-100重量份和/或磷酸酯类阻燃剂0.1-50重量份和/或三聚氰胺氰脲酸盐0.1-50重量份和/或密胺焦磷酸盐0.1-50重量份；所述复合抗氧剂是重量比为1∶(1~4)∶(1~2)∶(0.5~1)的受阻酚类主抗氧剂与硫醚类辅助抗氧剂、受阻胺辅助抗氧剂、抗铜剂调配而成的复合剂，该材料可作为核电站用1E级K1类无卤阻燃热缩管、电线电缆以及电缆附件的绝缘材料。该专利所述无卤阻燃材料在用于制备核电站用线缆绝缘层的配方中，采用了氢氧化铝/高分子量聚磷酸铵/三聚氰胺氰脲酸盐/密胺焦磷酸盐复配构成阻燃体系，阻燃体系添加量为100份，阻燃体系构成复杂、添加量大且各组分与聚合物相容性有差异，导致产品的断裂伸长率较低且挤出加工速度慢，其次，由于聚磷酸铵的pH偏酸性，在空气中易吸潮，发生潮解且热稳定性不好，在加工过程中易受热和机械作用析出，从而导致制品的性能和使用寿命降低。

发明内容