一種核電1e級k3類熱縮套管材料及其製備的製作方法

2023-06-10 18:36:06

專利名稱：一種核電1e級k3類熱縮套管材料及其製備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種核電IE級K3類熱縮套管材料及其製備，屬於核電材料領域。
背景技術：
核電站IE級熱縮電纜附件指完成反應堆緊急停堆；安全殼隔離、堆芯應急冷卻、反應堆餘熱導出、反應堆安全殼的熱導出；防止放射性物質向周圍環境排放等功能的電氣系統設備的安全級的產品，按核·電站電氣系統設備的安全類別分為三類:K1、K2、K3。其中，K3類產品是安裝在核反應堆安全殼以外，在正常環境條件下和在SL2 (安全停堆地震動)載荷下仍能執行其規定的功能。核電站用電纜附件對材料使用壽命、耐輻射、低煙、無滷、低毒、性能要求十分苛亥IJ，對核電熱縮材料提出了新要求，要求材料在滿足低煙、低滷、低毒的條件下，同時在90°C下達到40年的使用壽命。這對國內熱縮材料來說是一個新的挑戰。

發明內容
本發明的目的是提供一種核電IE級K3類熱縮套管材料及其製備方法，該核電IE級K3類熱縮套管材料在滿足低煙、低滷、低毒的條件下，同時在90°C下達到40年的使用壽命。為了實現上述目的，本發明採用如下的技術方案來實現:本發明的核電IE級K3類熱縮套管材料，其原料由如下重量份數的組分組成:聚烯烴樹脂20-50份；無滷阻燃劑40-50份；防老劑2-3份；增韌劑15-20份抗氧劑1.5-2份；改性劑1-5份；塑料加工助劑3-10份。較佳的，本發明採用的聚烯烴樹脂為乙烯醋酸乙烯基樹脂(EVA)和聚乙烯辛烯共彈體(POE)的混合物，兩者的重量比例為(1-3): I。較佳的，本發明採用的無滷阻燃劑為氫氧化鋁、氫氧化鎂以及氮系阻燃劑相復配的低煙無滷阻燃劑；且氮系阻燃劑為硼酸鋅(ZB)和氮系阻燃劑FR-PN相復配的氮系阻燃齊U，所述氮系阻燃劑FR-PN來自深圳宏泰基實業有限公司的FR-PN阻燃劑，其中，氫氧化鋁、氫氧化鎂和氮系阻燃劑的重量比例為:(3-4): (1-3): (3-4);硼酸鋅(ZB)和氮系阻燃劑FR-PN的配比任意，優選為1:1。所述氫氧化鋁和氫氧化鎂均為經矽烷偶聯劑進行表面處理的氫氧化鋁和氫氧化鎂，並且各自重量份數也是偶聯處理後的重量份數；矽烷偶聯劑與氫氧化鋁或氫氧化鎂的重量配比為1: 100 ;配置時，將按配比配製好的兩種物質的混合物置於高速攪拌機中，在120°C下高速攪拌15分鐘即得。較佳的，本發明採用的防老劑為MB和RD相復配的防老劑，MB主要成分為2_巰基苯並咪唑，RD主要成分為2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉聚合體，均來自石家莊市茂豐化工有限公司防老劑MB和RD。較佳的，本發明採用的增韌劑為三元乙丙橡膠3072EM，所述的三元乙丙橡膠3072EM來自日本三井化學公司。較佳的，本發明採用的抗氧劑為抗氧劑1010，來自上海金海雅寶精細化工有限公司的抗氧劑1010，其名稱為四[甲基-￠-(3, 5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯。較佳的，本發明採用的塑料改性劑為矽橡膠。較佳的，本發明採用的塑料加工助劑選自潤滑劑、著色劑、敏化劑以及紫外光吸收劑等。進一步的，所述潤滑劑選自高聚物加工助劑飛流(鞍山市隆興工程塑料有限公司)；所述著色劑選自炭黑N330(天津海豚炭黑有限公司)；所述敏化劑選自TAIC名稱為鄰苯二甲酸二烯丙酯；所述紫外光吸收劑選自螢光增白劑0B，名稱為2，5-雙(5-叔丁基-2-苯並噁唑基)噻吩。優選的，所述塑料加工助劑中，潤滑劑:著色劑:敏化劑:紫外光吸收劑的重量比為 5: 1.5: 2: 0.1。本發明的核電IE級K3類熱縮套管材料的製備方法，包括如下步驟:I)按照核電IE級K3類熱縮套管材料的原料配比分別稱取各原料。2)將稱量好後的氫氧化鋁、氫氧化鎂用高速攪拌機採用矽烷偶聯劑進行表面處理，處理溫度在100_120°C，攪拌時間為10-15分鐘。上述表面處理時採用攪拌的方式實現，攪拌時，先打到低速檔採用低速啟車，然後打到高速高速攪拌10-15分鐘，所用的高速攪拌機為東莞市琅菱機械有限公司的LBM-T2型號高速攪拌機，該高速攪拌機只設有低速和高速兩檔。3)將除潤滑劑和敏化劑以外的其他原料置於密煉機中進行混煉，擠出造粒，完成
第一次密煉造粒。其中，第一次密煉造粒時的混煉採用130°C _135°C下混煉15-20分鐘。其中，造粒機的各段溫度為130°C、130°C、13(TC。4)將第一次密煉後的母料置於密煉機中進行混煉,擠出造粒,完成第二次密煉造粒。其中，第二次密煉造粒時的混煉採用130°C _135°C下混煉10-15分鐘。5)將第二次密煉後的母料置於密煉機中進行混煉，然後加入潤滑劑和敏化劑，再進行混煉，完成第三次密煉造粒。其中，第三次密煉造粒時的兩次混煉均採用130°C _135°C下混煉8-10分鐘。6)將第三次密煉造粒獲得的初料置於液壓機中先不加壓預熱，再加壓加熱，然後保壓冷卻至室溫，得到片材。

較佳的，所述液壓機的溫度為140 150°C，液壓機加壓的壓強不低於15MPa。較佳的，所述不加壓預熱的時間為5 IOmin ;加壓加熱時間，如為5 6min。
7)將上述步驟6)獲得的片材進行輻照交聯，得到交聯耐油耐低溫型低煙無滷阻燃電纜材料，即為本發明所述的核電IE級K3類熱縮套管材料，其中輻照劑量為9 12Mrad0本發明所述的輻照交聯可採用電子加速器進行。本發明的高速攪拌機、密煉造粒機、開煉機、液壓機和電子加速器均為現有技術中常規的裝置。本發明的核電IE級K3類熱縮套管材料選擇合適的基體樹脂、無滷阻燃劑、防老齊U、增韌劑、抗氧化劑、改性劑、交聯敏化劑等原料以及各原料的恰當配比，因而獲得的核電IE級K3類熱縮套管材料同時具有相對平衡且優異的機械性能、低煙性能、無毒性能、阻燃性能、耐熱性能、耐輻照等性能，尤其優異的耐熱性能和耐輻照性能。本發明的核電IE級K3類熱縮套管材料可廣泛應用於核電站領域的電纜附件中。本發明的有益效果為: 本發明的核電IE級K3類熱縮套管材料具有優異的機械性能(拉伸強度在12MPa以上、斷裂伸長率在350%以上)、低煙性能(透光度>70%)、無毒性能(毒性指數< 5)、阻燃性能(Imin自熄)、耐熱性能(90°C下40年)、耐輻照性能(4.0X IO4Gy)，本發明的材料同時具有上述這些優異的性能，且各性能達到平衡。
具體實施例方式下面結合具體實施例進一步闡述本發明，應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的保護範圍。以下實施例中的POE選自日本三井的型號810的POE ;EVA選自日本三井的型號260和北京有機化工廠型號14-2的EVA ;增韌劑選自日本三井的三元乙丙橡膠3072EM ;防老劑選自石家莊市茂豐化工有限公司防老劑MB和RD ;抗氧劑選自上海金海雅寶精細化工有限公司的抗氧劑1010 ;矽橡膠選自上海至潤有機矽材料有限公司的型號120-1的矽橡膠；著色劑選自天津海豚炭黑有限公司的型號N330的著色劑。實施例1將29gP0E (型號 810) ,3IgEVA (型號 260)，37g 三元乙丙橡膠 3072EM，3.5g 防老劑RD, 1.Sg防老劑MB，2g抗氧劑1010，34g偶聯處理的氫氧化鋁，20g偶聯處理後的氫氧化鎂，15g氮系阻燃劑FR-PN, 15g硼酸鋅，3g矽橡膠(120-1)、1.5g著色劑(N330)以及0.1g紫外光吸收劑OB加入密煉機中，在135°C下混煉20分鐘，完成第一次密煉造粒，其中造粒機的各段溫度為130°C、13(TC、13(rC ;再在135°C下混煉15分鐘後，完成第二次密煉造粒；然後將第二次密煉造粒的母料在135°C下混煉10分鐘後，加入潤滑劑飛流5g，敏化劑(TAIC) 2ml，在135°C下混煉10分鐘。得到核電IE級K3類熱縮套管材料的母料，將此母料用平板硫化機壓片制樣，先不加壓預熱5 IOmin,再加壓加熱5 6min,然後保壓冷卻至室溫,得到初料，其中所述液壓機的溫度控制為140 150°C，液壓機加壓的壓強控制不低於15MPa ;然後用電子加速器輻照90KGy，其中輻照劑量控制為9 12Mrad，得到核電IE級K3類熱縮套管材料1#。實施例2將 29gP0E (型號 810)、18gEVA (型號 260)，13gEVA (型號 14_2)，37g 三元乙丙橡膠3072EM，3.5g防老劑RD, 1.8g防老劑MB, 2g抗氧劑1010，34g偶聯處理的氫氧化鋁，20g偶聯處理後的氫氧化鎂，15g氮系助燃劑FR-PN，15g硼酸鋅，3g矽橡膠(120-1)、1.5g著色劑(N330)以及0.1g紫外光吸收劑OB加入密煉機中，135°C下混煉20分鐘，完成第一次密煉造粒，其中造粒機的各段溫度為130°C、130°C、130°C ;再在135°C下混煉15分鐘後，完成第二次密煉造粒；然後將第二次密煉造粒的母料在135°C下混煉10分鐘後，加入潤滑劑飛流5g，敏化劑(TAIC) 2ml，在135°C下混煉10分鐘。得到核電IE級K3類熱縮套管材料的母料，將此母料用平板硫化機壓片制樣，先不加壓預熱5 IOmin,再加壓加熱5 6min,然後保壓冷卻至室溫，得到初料，其中所述液壓機的溫度控制為140 150°C，液壓機加壓的壓強控制不低於15MPa ;然後用電子加速器輻照90KGy，其中輻照劑量控制為9 12Mrad，得到核電IE級K3類熱縮套管材料2#。實施例3將29gP0E(型號 810)、31gEVA(型號 14-2)，37g 三元乙丙橡膠(型號 3072EM)，
3.5g防老劑RD，1.8g防老劑MB，2g抗氧劑1010，34g偶聯處理的氫氧化鋁，20g偶聯處理後的氫氧化鎂，15g氮系助燃劑FR-PN，15g硼酸鋅，3g矽橡膠(120-1)、1.5g著色劑(N330)以及0.1g紫外光吸收劑OB加入密煉機中，135°C下混煉20分鐘，完成第一次密煉造粒，其中造粒機的各段溫度為130°C、130°C、130°C;再在135°C下混煉15分鐘後，完成第二次密煉造粒；然後將第二次密煉造粒的母料在135°C下混煉10分鐘後，加入潤滑劑飛流5g，敏化劑(TAIC) 2ml，在135°C下混煉10分鐘。得到核電IE級K3類熱縮套管材料的母料，將此母料用平板硫化機壓片制樣，先不加壓預熱5 IOmin,再加壓加熱5 6min,然後保壓冷卻至室溫，得到初料，其中所述液壓機的溫度控制為140 150°C，液壓機加壓的壓強控制不低於15MPa ;然後用電子加速器輻照90KGy，其中輻照劑量控制為9 12Mrad，得到核電IE級K3類熱縮套管材料3#。實施例1-3獲得的材料經檢測，其各性能達到表2中所示的各技術性能指標。

表I實施例1-3的原料配比(單位g)
權利要求
1.一種核電IE級K3類熱縮套管材料，其原料由如下重量份數的組分組成: 聚烯烴樹脂20-50份； 無滷阻燃劑40-50份； 防老劑2-3份； 增韌劑15-20份； 抗氧劑1.5-2份； 改性劑1-5份； 塑料加工助劑3-10份。
2.如權利要求1所述的核電IE級K3類熱縮套管材料，其特徵在於，所述聚烯烴樹脂為乙烯醋酸乙烯基樹脂EVA和聚乙烯辛烯共彈體POE的混合物，兩者的重量比例為(1-3):1。
3.如權利要求1所述的核電IE級K3類熱縮套管材料，其特徵在於，所述無滷阻燃劑為氫氧化鋁、氫氧化鎂以及氮系阻燃劑相復配的低煙無滷阻燃劑，且氮系阻燃劑為硼酸鋅和FR-PN相復配的氮系阻燃劑。
4.如權利要求3所述的核電IE級K3類熱縮套管材料，其特徵在於，所述氫氧化鋁、氫氧化鎂和氮系阻燃劑的重量比例為(3-4): (1-3): (3-4)。
5.如權利要求1所述的核電IE級K3類熱縮套管材料，其特徵在於，所述防老劑為MB和RD相復配的防老劑，MB主要成分為2-巰基苯並咪唑，RD主要成分為2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉聚合體；所述增韌劑為三元乙丙橡膠3072EM ;所述抗氧劑為抗氧劑1010，其名稱為四[甲基-β-(3, 5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯；所述改性劑為矽橡膠。
6.如權利要求1所述的核電IE級K3類熱縮套管材料，其特徵在於，所述塑料加工助劑選自潤滑劑、著色劑、敏化劑以及紫外光吸收劑。
7.如權利要求6所述的核電IE級K3類熱縮套管材料，其特徵在於，所述潤滑劑選自飛流；所述著色劑選自炭黑N330 ;所述敏化劑選自鄰苯二甲酸二烯丙酯TAIC ;所述紫外光吸收劑為2，5-雙(5-叔丁基-2-苯並噁唑基)噻吩。
8.如權利要求1-7任一項所述的核電IE級K3類熱縮套管材料的製備方法，包括如下步驟: .1)按照核電IE級K3類熱縮套管材料的原料配比分別稱取各原料； .2)將稱量好後的氫氧化鋁、氫氧化鎂採用矽烷偶聯劑進行表面處理，處理溫度在100-120°C，攪拌時間為10-15分鐘； .3)將除潤滑劑和敏化劑以外的其他原料置於密煉機中進行混煉，擠出造粒，完成第一次S煉造粒； .4)將第一次密煉後的母料置於密煉機中進行混煉，擠出造粒，完成第二次密煉造粒； .5)將第二次密煉後的母料置於密煉機中進行混煉，然後加入潤滑劑和敏化劑，再進行混煉，完成第三次密煉造粒； .6)將第三次密煉造粒獲得的初料置於液壓機中先不加壓預熱，再加壓加熱，然後保壓冷卻至室溫，得到片材，其中所述液壓機的溫度為140 150°C，液壓機加壓的壓強不低於15MPa ；.7)將獲得的片材進行輻照交聯，得到所述核電IE級K3類熱縮套管材料，其中輻照劑量為 9-12Mrad。
9.如權利要求8所述的製備方法，其特徵在於，步驟3)中，第一次密煉造粒時的混煉採用130°C-135°C下混煉15-20分鐘；步驟4)中，第二次密煉造粒時的混煉採用130°C-135°C下混煉10-15分鐘；步驟5)中，第三次密煉造粒時的兩次混煉均採用130°C -135°C下混煉8-10分鐘；步驟6)中，所述不加壓預熱的時間為5-1Omin ;加壓加熱時間為5-6min。
10.如權利要求1-7任一項所述的核電IE級K3類熱縮套管材料在核電站電纜附件中的應用。
全文摘要
本發明涉及一種核電1E級K3類熱縮套管材料及其製備。本發明核電1E級K3類熱縮套管材料，其原料由如下重量份數的組分組成聚烯烴樹脂20-50份；無滷阻燃劑40-50份；防老劑2-3份；增韌劑15-20份；抗氧劑1.5-2份；改性劑1-5份；塑料加工助劑3-10份。本發明的材料選擇一定配比的基體樹脂、無滷阻燃劑、防老劑、增韌劑、抗氧化劑、改性劑、交聯敏化劑等原料經過一系列工藝步驟製備而得，獲得的核電1E級K3類熱縮套管材料同時具有相對平衡且優異的機械性能、低煙性能、無毒性能、阻燃性能、耐熱、耐輻照等性能，尤其優異的耐熱性能和耐輻照性能。該核電1E級K3類熱縮套管材料可廣泛應用於核電站領域中。
文檔編號B29B7/28GK103087377SQ201110350728
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月8日 優先權日2011年11月8日
發明者尤麗萍, 嚴永昌, 劉旌平, 孫萍, 嚴波, 何壹成 申請人:上海特纜電工科技有限公司