[發明專利]一種定量評價核級電纜老化程度的綜合方法

有效

• 申請號: 201910705427.4
• 申請日: 2019-08-01
• 公開（公告）號: CN110455698B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 龔嶷;楊振國;楊曉蕾
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00;G01N21/17;G01N21/65;G01N1/06
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

本發明為一種定量評價核級電纜老化程度的綜合方法。本發明通過對核級電纜聚合物材料老化前后性能的綜合分析，包括針對性的宏觀機械和理化性能測試，以及利用顯微紅外分析技術和顯微拉曼分析技術對老化機理及其微觀特征的測定，建立了宏觀性能、微觀特征、老化時間三者間的定量關系。本發明可用于定量分析核級電纜在服役及試驗工況下的老化程度，進而為使用壽命預測提供支撐。

技術領域

本發明屬于核電設備材料檢測技術領域，具體涉及一種定量評價核級電纜老化程度的綜合方法，尤其是涉及一種針對核級電纜絕緣和護套用聚合物材料在服役及試驗工況下老化程度的定量評價方法。

背景技術

核電廠中需用到大量核級電纜，初步估算一臺百萬千瓦核電機組的電纜長度超過1000千米，合同額至少達10億元人民幣。典型的核級電纜結構一般由芯部導體、絕緣層、無機填料和護套層等組成。其中，絕緣層和護套層由聚合物材料制成，與金屬材料和無機非金屬材料相比，它們耐熱、氧、輻照、機械載荷和化學介質等的能力較弱。因此，核級電纜的老化主要指的就是電纜上聚合物材料的老化，故對其開展實際服役工況下和加速老化試驗中的老化規律、失效行為和壽命預測等研究，歷來是業界關注的重點。

現有的核級電纜老化程度的評定方法，多為半定量的或孤立性的。如熱老化，通常將材料制成標準啞鈴條，在不同老化溫度下每隔一段時間取樣測定斷裂伸長率，將達到失效判據（如降為初始值的50%）時的時間視為該溫度下的使用壽命，再通過阿倫尼烏斯公式求得材料的熱老化表觀活化能；如輻照老化，通常也將材料制成標準啞鈴條，經受不同累積劑量后測定斷裂伸長率，直至達到目標累積劑量（如核電廠堆芯局部區域設計壽期內的累積劑量）后判定斷裂伸長率是否仍滿足失效判據，以此評估電纜性能是否合格。可見，一方面這些試驗結果大多是基于經驗的、半定量的，如失效判據的制定、輻照累積劑量的設定等；另一方面，這些試驗結果彼此間大多是單一的、孤立的，如斷裂伸長率、體積電阻率、氧化誘導時間等隨老化時間的變化規律有時竟然是矛盾的、無法互相佐證的。

究其原因，這些傳統方法主要局限在聚合物材料的宏觀機械和理化性能上，而未深入探究這些宏觀性能與微觀機理間的相互關系。盡管現有的聚合物材料老化機理已較為成熟，且提出了各種化學反應方程式和數理公式，如交聯機理、斷鏈機理、線性能量轉移機理、擴散限制氧化機理等，但如何建立它們與材料宏觀性能、老化時間三者間的相互關系，尤其是定量關系，仍未有較有效的方法，從而無法對材料的老化規律和使用壽命進行較準確的預測。為此，有必要建立一種兼具科學合理性和工程實踐性的綜合方法，對核級電纜的老化程度進行定量評價，進而為壽命預測提供支撐。

發明內容

本發明針對背景技術中存在的問題，提出了一種可以系統、準確、有效地定量評價核級電纜老化程度的綜合方法。

本發明提出的定量評價核級電纜老化程度的綜合方法，具體步驟如下：

（１）對不同老化時間后的核級電纜聚合物材料試樣，根據其功能進行針對性的宏觀性能測試，以此作為綜合評定的基礎；

（２）垂直于核級電纜聚合物材料試樣表面，即沿核級電纜聚合物材料試樣厚度方向切取片狀樣品，越薄越好，且盡可能厚度均勻、平整無卷曲；

（３）采用顯微紅外分析技術和顯微拉曼分析技術的微區面掃描功能對步驟（２）所得樣品表面進行全掃描，所需設置的掃描精度（即探測點的面積）、分辨率（即探測點間的距離）和掃描時間等，建議根據檢測設備能力和實驗周期將掃描精度、分辨率和掃描時間調至最優；

（４）根據老化機理不同，選擇針對性的微觀特征表現形式及其在整個核級電纜聚合物材料剖面沿厚度與寬度的分布規律，對于交聯機理，采用顯微拉曼分析技術測得的主鏈特征峰等；對于氧化機理，采用顯微紅外分析技術測得的羰基特征峰等；

（５）由此建立步驟（１）得到的宏觀性能、步驟（３）得到的微觀特征和步驟（４）得到的老化時間三者間的定量關系，進而為壽命預測提供支撐。