[發明專利]一種核用PEEK電纜壽命評估方法

在審

• 申請號: 202110252908.1
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN112630136A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 李建喜;周城;張海松;徐偉
• 申請（專利權）人: 中廣核三角洲（太倉）檢測技術有限公司
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00;G01N3/08
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 馬明渡

本發明提供了一種核用PEEK電纜壽命評估方法，用于核級電纜的服役壽命快速評估。傳統的熱氧老化不能準確的評估電纜的服役壽命。而本發明的評估方法以熱氧老化和輻照老化結合，最大程度上模擬核用電纜實際工況，為核級電纜服役壽命的快速評估提供方法。本發明的評估方法過程簡單高效，并能以PEEK電纜為模板對先有的其它核級電纜材料、復合材料進行服役壽命快速評估。

技術領域

本發明屬于核用材料領域，特別涉及一種核用PEEK電纜壽命評估方法。

背景技術

核電廠安全殼內的電纜在處于不同環境的使用過程中，不可避免的受到溫度、輻照、濕度、腐蝕性蒸汽、臭氧、應力等環境因素累積的影響。這些復雜因素的長期影響引起材料發生熱伸縮、氧化、分解等化學反應，以及變脆、變硬、龜裂等物理變化，導致絕緣性和力學性能被破壞，嚴重危害核電站系統、構筑物、設備等安全運行。

而在影響核級電纜老化的環境因素中，最重要的是溫度和輻照劑量。研究表明，熱氧老化是核級電纜是其生命周期中主要的老化因素。電纜絕緣材料劣化，絕緣材料自身以及內部添加劑的熱分解都會使得絕緣材料的導電性能增強，增加電纜絕緣失效的風險。自從美國三里島核事故起，國內外研究人員對安全殼在極端事故下的承載能力進行了更多的研究。

聚醚醚酮(PEEK)是一種由芳環、醚鍵和酮鍵組成的聚合物，是高性能工程塑料的典型代表。聚醚醚酮具有非常好的熱穩定性，其玻璃化轉變溫度（Tg）為143℃，熔點334℃，最大結晶度48%，典型制品的結晶度為20%-30%，由于具有良好的耐熱性、耐疲勞性、耐磨性、耐輻射性、電絕緣性能，聚醚醚酮材料可用作高溫、原子能等工程的射線輻照或者有耐磨損要求的場合所使用的電線電纜及其他部件的絕緣層材料。

由于PEEK材料熔點高，其加工所需要的溫度也相應較高。現有的關于PEEK熱穩定性的研究，主要是針對其在不同熱處理條件下發生熱交聯和熱降解反應的現象和反應機理。J.N.Hay等人采用高溫裂解質譜對PEEK的熱穩定性進行研究。通過對裂解出的小分子質量進行計算，指明了PEEK發生裂解交聯反應的具體位置；M.Day等人發現，400℃熱處理時，空氣條件下處理的樣品熱性能變化遠遠大于在氮氣條件下處理的樣品熱性能，并且處理時間越長，熱性能變化越大。K.C.Cole等人采用紅外光譜法對PEEK的裂解交聯反應進行了研究，采用衰減全反射紅外對樣品進行定性及定量化的研究；A.Jonas等人采用GPC測定分子量的方法對PEEK的熱穩定性進行研究，發現PEEK在氮氣條件下385-440℃處理時，分子量變化不明顯，在空氣條件下處理時分子量明顯升高，說明PEEK在高溫下處理時在空氣氣氛下容易發生裂解反應。

由于核電站反應堆環境的特殊性，PEEK材料受高溫、輻照等影響容易造成老化開裂，同時PEEK材料敷設使用環境的特殊性導致材料的日常例行檢查以及維護使用方面具有很大的困難，材料老化開裂后更換難度大，使用成本及更換成本高。為保證核電站的安全穩定運行，需要對核電站用PEEK絕緣材料進行理化性能測試，評估其老化狀態，預測PEEK材料的使用壽命。

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. 自然老化是評定材料環境壽命最好的方法,但試驗周期長,環境條件無法控制,各種影響因素無法分離研究。而加速老化的老化方法,可縮短試驗周期,控制環境條件進行研究,得到具有可比性的結果。人工加速老化有多種,現有的常規加速熱氧老化法是在至少三個不同的溫度下，進行幾百至幾千小時的熱空氣氧化老化試驗,直至試樣的物理性能下降到規定的臨界指標或失效指標以下為止,得到至少三個相對應的壽命，通過一元線性回歸分析，得到被測材料的壽命線性方程，外推至20000h，所對應的溫度即可等到該材料的耐熱等級。該方法經過長期大量的試驗驗證，可靠性高，是國際上公認的壽命試驗方法，但該試驗一次既要1年左右，需要耗費大量的人力和物力。