[发明专利]一种核用PEEK电缆寿命评估方法

说明书

本发明提供了一种核用PEEK电缆寿命评估方法，用于核级电缆的服役寿命快速评估。传统的热氧老化不能准确的评估电缆的服役寿命。而本发明的评估方法以热氧老化和辐照老化结合，最大程度上模拟核用电缆实际工况，为核级电缆服役寿命的快速评估提供方法。本发明的评估方法过程简单高效，并能以PEEK电缆为模板对先有的其它核级电缆材料、复合材料进行服役寿命快速评估。

技术领域

本发明属于核用材料领域，特别涉及一种核用PEEK电缆寿命评估方法。

背景技术

核电厂安全壳内的电缆在处于不同环境的使用过程中，不可避免的受到温度、辐照、湿度、腐蚀性蒸汽、臭氧、应力等环境因素累积的影响。这些复杂因素的长期影响引起材料发生热伸缩、氧化、分解等化学反应，以及变脆、变硬、龟裂等物理变化，导致绝缘性和力学性能被破坏，严重危害核电站系统、构筑物、设备等安全运行。

而在影响核级电缆老化的环境因素中，最重要的是温度和辐照剂量。研究表明，热氧老化是核级电缆是其生命周期中主要的老化因素。电缆绝缘材料劣化，绝缘材料自身以及内部添加剂的热分解都会使得绝缘材料的导电性能增强，增加电缆绝缘失效的风险。自从美国三里岛核事故起，国内外研究人员对安全壳在极端事故下的承载能力进行了更多的研究。

聚醚醚酮(PEEK)是一种由芳环、醚键和酮键组成的聚合物，是高性能工程塑料的典型代表。聚醚醚酮具有非常好的热稳定性，其玻璃化转变温度（Tg）为143℃，熔点334℃，最大结晶度48%，典型制品的结晶度为20%-30%，由于具有良好的耐热性、耐疲劳性、耐磨性、耐辐射性、电绝缘性能，聚醚醚酮材料可用作高温、原子能等工程的射线辐照或者有耐磨损要求的场合所使用的电线电缆及其他部件的绝缘层材料。

由于PEEK材料熔点高，其加工所需要的温度也相应较高。现有的关于PEEK热稳定性的研究，主要是针对其在不同热处理条件下发生热交联和热降解反应的现象和反应机理。J.N.Hay等人采用高温裂解质谱对PEEK的热稳定性进行研究。通过对裂解出的小分子质量进行计算，指明了PEEK发生裂解交联反应的具体位置；M.Day等人发现，400℃热处理时，空气条件下处理的样品热性能变化远远大于在氮气条件下处理的样品热性能，并且处理时间越长，热性能变化越大。K.C.Cole等人采用红外光谱法对PEEK的裂解交联反应进行了研究，采用衰减全反射红外对样品进行定性及定量化的研究；A.Jonas等人采用GPC测定分子量的方法对PEEK的热稳定性进行研究，发现PEEK在氮气条件下385-440℃处理时，分子量变化不明显，在空气条件下处理时分子量明显升高，说明PEEK在高温下处理时在空气气氛下容易发生裂解反应。

由于核电站反应堆环境的特殊性，PEEK材料受高温、辐照等影响容易造成老化开裂，同时PEEK材料敷设使用环境的特殊性导致材料的日常例行检查以及维护使用方面具有很大的困难，材料老化开裂后更换难度大，使用成本及更换成本高。为保证核电站的安全稳定运行，需要对核电站用PEEK绝缘材料进行理化性能测试，评估其老化状态，预测PEEK材料的使用寿命。

工程塑料的老化方法通常有自然老化，人工加速老化等方法. 自然老化是评定材料环境寿命最好的方法,但试验周期长,环境条件无法控制,各种影响因素无法分离研究。而加速老化的老化方法,可缩短试验周期,控制环境条件进行研究,得到具有可比性的结果。人工加速老化有多种,现有的常规加速热氧老化法是在至少三个不同的温度下，进行几百至几千小时的热空气氧化老化试验,直至试样的物理性能下降到规定的临界指标或失效指标以下为止,得到至少三个相对应的寿命，通过一元线性回归分析，得到被测材料的寿命线性方程，外推至20000h，所对应的温度即可等到该材料的耐热等级。该方法经过长期大量的试验验证，可靠性高，是国际上公认的寿命试验方法，但该试验一次既要1年左右，需要耗费大量的人力和物力。