[发明专利]基于微纳米颗粒调控核电站电缆用聚乙烯材料的陷阱分布的方法

说明书

本发明公开一种基于微纳米颗粒调控核电站电缆用聚乙烯材料的陷阱分布的方法，通过添加不同比例的微米氮化硼(BN)和纳米氧化硅(SiO₂)颗粒制备耐受辐照的聚乙烯基微纳米复合材料；待LDPE粒料用无水乙醇清洗干净后，将LDPE粒料、BN和SiO₂填料均置于恒温干燥箱中以60℃加热干燥24小时，以尽量去除材料中的水分；将LDPE基体放入密炼机中，待基体材料熔融后逐步加入微米BN颗粒、纳米SiO₂颗粒，进行充分的混炼以获得不同质量分数的共混物；将制备的试样进行干燥处理后，在常温、空气氛围下采用⁶⁰Co‑γ射线源对其进行辐照。

技术领域

本发明属于核电站电缆绝缘材料辐照老化研究领域，涉及聚合物材料改性方法，采用微米氮化硼(BN)和纳米氧化硅(SiO₂)颗粒掺杂的方法调控聚合物中的陷阱分布，从而改善聚乙烯基体的耐辐照性能。

背景技术

核电站中电缆以交联聚乙烯以及硅橡胶等聚合物作为绝缘材料，尤其以交联聚乙烯作为主料。在核电站电缆的长期运行过程中，聚合物绝缘材料将不可避免的受到高能射线的辐照，主要是伽马射线，最终导致绝缘性能下降。正常运行的核电站，其电缆材料长期受到的辐照剂量可达2000kGy。在高能射线的作用下，聚合物中会发生电离和激发，进而发生链的断裂、氧化和交联等反应，导致聚合物中物理结构、化学组成均发生变化，材料内陷阱分布特性发生改变。经过长时间的作用，这种转变将最终导致聚合物材料的宏观性质的变化，影响材料的绝缘性能，例如介电损耗和电导率的增加，以及电场耐受性的下降等。

向聚合物中添加适当种类的纳米颗粒，由于纳米颗粒与基体间的界面区作用以及颗粒与基体间的键合作用等多方面因素，材料的陷阱分布发生改变，聚合物电气性能得到改善。向聚合物中添加适当种类的微米颗粒，有助于在体系中形成导热通路，从而提高聚合物基体材料的导热能力。通过微纳米颗粒掺杂的方法改性聚合物，在合适的添加比例下，发挥微纳米颗粒的协同作用，改善聚合物基体材料的电气性能和导热能力，以期获得耐受辐照的聚合物基微纳米复合材料。

发明内容

本发明的目的是基于高能伽玛线辐照，利用微纳米颗粒调控聚乙烯的陷阱分布，通过添加不同比例的微米氮化硼(BN)和纳米氧化硅(SiO₂)颗粒制备耐受辐照的聚乙烯基微纳米复合材料。

本发明是基于微纳米颗粒调控核电站电缆用聚乙烯材料的陷阱分布的方法，通过添加不同比例的微米氮化硼(BN)和纳米氧化硅(SiO₂)颗粒制备耐受辐照的聚乙烯基微纳米复合材料；具体包括以下几个步骤：

1)采用的原料是低密度聚乙烯(LDPE)粒料和硬度均≥99％的微米级BN和纳米级SiO₂；

2)待LDPE粒料用无水乙醇清洗干净后，将LDPE粒料、BN和SiO₂填料均置于恒温干燥箱中以60℃加热干燥24小时，以尽量去除材料中的水分；

3)将LDPE基体放入密炼机中，待基体材料熔融后逐步加入微米BN颗粒、纳米SiO₂颗粒，进行充分的混炼以获得不同质量分数的共混物：

混炼过程中温度设定为160℃，转速为60r/min，时间约为15min。

4)将制备的试样进行干燥处理后，在常温、空气氛围下采用⁶⁰Co-γ射线源对其进行辐照，辐照剂量率为10-130Gy/min，总的辐照剂量偏差小于5％。

本发明所述步骤3)中LDPE基体中添加0-20wt％微米级BN和0-3wt％纳米级SiO₂颗粒。

本发明优选20wt％微米级BN和3wt％纳米级SiO₂颗粒。

有益效果