核岛内电缆无卤阻燃外绝缘料、电缆外绝缘层及制备方法技术

本发明专利技术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。

Halogen-free flame-retardant external insulator for cables in nuclear island and its preparation method

The invention discloses a halogen-free flame retardant external insulating material for cables in nuclear island, an external insulating layer for cables and a preparation method thereof. The raw materials of halogen-free flame-retardant external insulation material for cables in the nuclear island include polymer base material, inorganic flame retardant, zinc borate, polyphosphazene flame retardant, phosphorus-nitrogen flame retardant, smoke-selling agent, antioxidant, compound antioxidant, irradiation agent and processing aids. The preparation method is that the polymer base material, inorganic flame retardant, zinc borate, polyphosphazene flame retardant, phosphorus-nitrogen flame retardant, antioxidant, smoke pin agent, composite antioxidant and anti-irradiation agent are mixed and lifted to a double-stage twin screw extruder, and the air-cooled extrusion granulation can be completed. The insulator has super long life (90 70), high radiation resistance (gamma rays, (> 2400 kGy) and good flame retardancy (insulating core burns vertically through a single wire), and low smoke, halogen-free and low toxicity.

【技术实现步骤摘要】
核岛内电缆无卤阻燃外绝缘料、电缆外绝缘层及制备方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有绝缘材料热老化及耐辐照性能不能满足所有三代核电电缆绝缘要求、无卤阻燃性能不够理想等缺陷，提供核岛内用电缆无卤阻燃外绝缘料、电缆外绝缘层的制备方法和应用，使其具有超长寿命(90℃、≥70年)、高耐辐照性能(γ射线、≥2400kGy)、绝缘层通过单根垂直燃烧，且低烟、无卤、低毒。本专利技术的技术方案之一是，提供一种核岛内电缆无卤阻燃外绝缘材料，其包括以下重量份计的原料：聚合物基材90-112份；无机阻燃剂60-80份；硼酸锌10-20份；聚磷腈阻燃剂8-12份；磷氮系阻燃剂10-20份；销烟剂1-3份；防老剂1-3份；复合抗氧剂4-8份；抗辐照剂3-8份：加工助剂5-10份；其中，所述的聚合物基材包括低密度聚乙烯(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)；所述的加工助剂包括交联敏化剂和润滑剂；所述的无机阻燃剂包括氢氧化镁；所述的聚磷腈阻燃剂包括六苯氧基环三磷腈和苯氧基聚聚磷腈；所述的磷氮系阻燃剂包括次磷酸铝；所述的复合抗氧剂包括主抗氧剂、辅助抗氧剂和紫外线吸收剂；其中，所述的主抗氧剂包括季戊四醇酯和/或β-(3，5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸十八酯；所述的辅助抗氧剂包括硫酯类抗氧剂；所述的紫外线吸收剂包括2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-5'-特辛基苯基)苯并三唑或2-(2'-羟基-3',5'-双(a、a-二甲基苄基)苯基)苯并三唑中的一种或几种。所述的抗辐照剂包括抗辐照剂A和抗辐照剂B，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；其中，所述的交联敏化剂包括三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和/或三烯丙基异三聚氰酸酯，所述的润滑剂包括聚乙烯蜡、硬脂酸锌或硬脂酸钙中的一种或几种。其中，上述物质的成分和含量如前所述。本专利技术中较佳的，所述的低密度聚乙烯(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)的质量比为50-60:20-30:10-15:10-15。更佳的，所述的超低密度聚乙烯(VLDPE)为陶氏化学的VLDPE-DFDB-6005NT(电缆料级)；本专利技术中较佳的，以上所述的六苯氧基环三磷腈和苯氧基聚聚磷腈的质量比为10-15:0-5。本专利技术中较佳的，所述的硫酯类抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酯(抗氧剂DLTP)和/或硫代二丙酸双十八酯(抗氧剂DSTP)。本专利技术中，较佳的，所述的紫外线吸收剂为2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并三唑(UV-328)。较佳的，所述的主抗氧剂、辅助抗氧剂和紫外线吸收剂的添加量的质量比为1:1-3:0.1-0.5。本专利技术中较佳的，所述的抗辐照剂A与抗辐照剂B的加入质量比为3-4:1-2。较佳的，所述的高苯基硅橡胶苯基含量为40％；更佳的，所述的苯撑基硅橡胶苯撑含量为60％，苯基含量为30％；本专利技术中较佳的，所述的交联敏化剂与润滑剂的质量比为1:1-2。较佳的，所述的加工助剂还包括环保型色母粒；所述的环保型色母粒、交联敏化剂与润滑剂的质量比为1.5-4:1-2:1.5-4。本专利技术中较佳的，所述的核岛内电缆无卤阻燃外绝缘材料的制备方法，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B及润滑剂放入密炼机中混炼，熔融后至130℃左右混炼5分钟，然后加入交联敏化剂及抗辐照剂A，在130-150℃温度范围内混炼5-10分钟，然后提升至双阶双螺杆挤出机，在120-160℃温度范围内风冷挤出造粒，即可。当原料中含有环保型色母粒时，其步骤包括：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B、润滑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核岛内电缆无卤阻燃外绝缘材料，其特征在于，其包括以下重量份计的原料：聚合物基材90‑112份；无机阻燃剂60‑80份；硼酸锌10‑20份；聚磷腈阻燃剂8‑12份；磷氮系阻燃剂10‑20份；销烟剂1‑3份；防老剂1‑3份；复合抗氧剂4‑8份；抗辐照剂3‑8份：加工助剂5‑10份；其中，所述的聚合物基材包括低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、三元乙丙橡胶和乙烯‑辛烯共聚物；所述加工助剂包括交联敏化剂和润滑剂。

【技术特征摘要】
1.一种核岛内电缆无卤阻燃外绝缘材料，其特征在于，其包括以下重量份计的原料：聚合物基材90-112份；无机阻燃剂60-80份；硼酸锌10-20份；聚磷腈阻燃剂8-12份；磷氮系阻燃剂10-20份；销烟剂1-3份；防老剂1-3份；复合抗氧剂4-8份；抗辐照剂3-8份：加工助剂5-10份；其中，所述的聚合物基材包括低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、三元乙丙橡胶和乙烯-辛烯共聚物；所述加工助剂包括交联敏化剂和润滑剂。2.根据权利要求1所述的核岛内电缆无卤阻燃外绝缘材料，其特征在于，所述复合抗氧剂包括主抗氧剂、辅助抗氧剂和紫外线吸收剂。3.根据权利要求2所述的核岛内电缆无卤阻燃外绝缘材料，其特征在于，所述主抗氧剂包括季戊四醇酯和/或β-(3，5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸十八酯；所述辅助抗氧剂包括硫酯类抗氧剂；所述紫外线吸收剂包括2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-5'-特辛基苯基)苯并三唑或2-(2'-羟基-3',5'-双(a、a-二甲基苄基)苯基)苯并三唑中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的核岛内电缆无卤阻燃外绝缘材料，其特征在于，所述抗辐照剂包括抗辐照剂A和抗辐照剂B，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。5.根据权利要求1所述的核岛内电缆无卤阻燃外绝缘材料，其特征在于，所述交联敏化剂包括三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和/或三烯丙基异三聚氰酸酯，所述润滑剂包括聚乙烯蜡、硬脂酸锌或硬脂酸钙中的一种或几种。6.根据权利要求1所述的核岛内电缆无卤阻燃外绝缘材料，其特征在于，所述的低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、三元乙丙橡胶和乙烯-辛烯共聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立刚，王长春，张聪，朱峰，洪启付，郭大利，鲍蕾蕾，史佳麟，夏同方，胡敦胜，李吉豪，蒋海青，陆权，崔媛媛，
申请(专利权)人：常州八益电缆股份有限公司，青岛中科汉缆高分子材料有限公司，中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32