[发明专利]一种定量评价核级电缆老化程度的综合方法

说明书

本发明为一种定量评价核级电缆老化程度的综合方法。本发明通过对核级电缆聚合物材料老化前后性能的综合分析，包括针对性的宏观机械和理化性能测试，以及利用显微红外分析技术和显微拉曼分析技术对老化机理及其微观特征的测定，建立了宏观性能、微观特征、老化时间三者间的定量关系。本发明可用于定量分析核级电缆在服役及试验工况下的老化程度，进而为使用寿命预测提供支撑。

技术领域

本发明属于核电设备材料检测技术领域，具体涉及一种定量评价核级电缆老化程度的综合方法，尤其是涉及一种针对核级电缆绝缘和护套用聚合物材料在服役及试验工况下老化程度的定量评价方法。

背景技术

核电厂中需用到大量核级电缆，初步估算一台百万千瓦核电机组的电缆长度超过1000千米，合同额至少达10亿元人民币。典型的核级电缆结构一般由芯部导体、绝缘层、无机填料和护套层等组成。其中，绝缘层和护套层由聚合物材料制成，与金属材料和无机非金属材料相比，它们耐热、氧、辐照、机械载荷和化学介质等的能力较弱。因此，核级电缆的老化主要指的就是电缆上聚合物材料的老化，故对其开展实际服役工况下和加速老化试验中的老化规律、失效行为和寿命预测等研究，历来是业界关注的重点。

现有的核级电缆老化程度的评定方法，多为半定量的或孤立性的。如热老化，通常将材料制成标准哑铃条，在不同老化温度下每隔一段时间取样测定断裂伸长率，将达到失效判据（如降为初始值的50%）时的时间视为该温度下的使用寿命，再通过阿伦尼乌斯公式求得材料的热老化表观活化能；如辐照老化，通常也将材料制成标准哑铃条，经受不同累积剂量后测定断裂伸长率，直至达到目标累积剂量（如核电厂堆芯局部区域设计寿期内的累积剂量）后判定断裂伸长率是否仍满足失效判据，以此评估电缆性能是否合格。可见，一方面这些试验结果大多是基于经验的、半定量的，如失效判据的制定、辐照累积剂量的设定等；另一方面，这些试验结果彼此间大多是单一的、孤立的，如断裂伸长率、体积电阻率、氧化诱导时间等随老化时间的变化规律有时竟然是矛盾的、无法互相佐证的。

究其原因，这些传统方法主要局限在聚合物材料的宏观机械和理化性能上，而未深入探究这些宏观性能与微观机理间的相互关系。尽管现有的聚合物材料老化机理已较为成熟，且提出了各种化学反应方程式和数理公式，如交联机理、断链机理、线性能量转移机理、扩散限制氧化机理等，但如何建立它们与材料宏观性能、老化时间三者间的相互关系，尤其是定量关系，仍未有较有效的方法，从而无法对材料的老化规律和使用寿命进行较准确的预测。为此，有必要建立一种兼具科学合理性和工程实践性的综合方法，对核级电缆的老化程度进行定量评价，进而为寿命预测提供支撑。

发明内容

本发明针对背景技术中存在的问题，提出了一种可以系统、准确、有效地定量评价核级电缆老化程度的综合方法。

本发明提出的定量评价核级电缆老化程度的综合方法，具体步骤如下：

（１）对不同老化时间后的核级电缆聚合物材料试样，根据其功能进行针对性的宏观性能测试，以此作为综合评定的基础；

（２）垂直于核级电缆聚合物材料试样表面，即沿核级电缆聚合物材料试样厚度方向切取片状样品，越薄越好，且尽可能厚度均匀、平整无卷曲；

（３）采用显微红外分析技术和显微拉曼分析技术的微区面扫描功能对步骤（２）所得样品表面进行全扫描，所需设置的扫描精度（即探测点的面积）、分辨率（即探测点间的距离）和扫描时间等，建议根据检测设备能力和实验周期将扫描精度、分辨率和扫描时间调至最优；

（４）根据老化机理不同，选择针对性的微观特征表现形式及其在整个核级电缆聚合物材料剖面沿厚度与宽度的分布规律，对于交联机理，采用显微拉曼分析技术测得的主链特征峰等；对于氧化机理，采用显微红外分析技术测得的羰基特征峰等；

（５）由此建立步骤（１）得到的宏观性能、步骤（３）得到的微观特征和步骤（４）得到的老化时间三者间的定量关系，进而为寿命预测提供支撑。