本發明涉及一種核級電纜用無鹵低煙阻燃聚烯烴絕緣料及其制備方法，屬于電纜。

背景技術：

1、核電站運行時會產生大量的電離輻射，包括α射線、β射線、γ射線和中子射線等，這些射線能量很高，會使高分子材料的分子結構發生變化，如化學鍵斷裂、交聯等，從而使材料的性能下降，出現硬化、脆化、變色等情況，同時核電站內部分區域溫度很高，并且存在熱和氧氣的作用環境，在高溫和氧氣的雙層作用下，材料分子的熱運動加劇，會加速材料的老化過程，使電纜的絕緣性能和機械性能變差，可能導致電纜短路等故障，影響核電站的正常運行。所以為確保其安全可靠地工作，避免因電纜損壞而引發核事故等嚴重后果，核級電纜用絕緣料應具備優異的耐長期熱氧老化性能、抗輻射性能和電氣絕緣性能。

技術實現思路

1、本發明的第一目的是提供一種核級電纜用無鹵低煙阻燃聚烯烴絕緣料，由其制備的絕緣電線經在常規工況下(耐60co-γ射線累積劑量500kgy/室溫)及事故工況下(dba及ag，耐60co-γ射線累積劑量850kgy/室溫)下輻射，總累積劑量達到1350kgy，以及在長期高溫熱氧老化作用下，仍能保持優異的阻燃性能和電氣絕緣性能，且電線以20倍的外徑彎曲仍不開裂。

2、本發明的第二目的是提供一種核級電纜用無鹵低煙阻燃聚烯烴絕緣料，采用常用的阻燃劑、阻燃協效劑、抗氧劑等復配使用，同樣可達到抗核輻射的目的。

3、本發明的第三目的是提供一種核級電纜用無鹵低煙阻燃聚烯烴絕緣料的制備方法，采用先密煉、再雙螺桿混煉工藝生產，確保各類添加材料能夠均勻的分散，避免產生聚集的問題，導致局部缺陷的存在。

4、為實現上述目的，本發明的技術方案是一種核級電纜用無鹵低煙阻燃聚烯烴絕緣料，其原料組分和各組分的重量份分別為：

5、

6、其中，

7、所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，其醋酸乙烯酯的質量分數為14％。

8、——申請人經研究發現，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物eva，醋酸乙烯酯的質量分數越小，分子結構的規整性就越好，結晶度高，電子不容易找到傳導路徑，絕緣性能和耐低溫性能就越好。

9、所述的聚烯烴塑性體為茂金屬催化的乙烯辛烯共聚物pop，共聚單體辛烯的質量分數在(15～20)％，密度范圍(0.9～0.92)g/cm3，熔點＞90℃。

10、——申請人經研究發現，相比較聚烯烴彈性體poe，聚烯烴塑性體pop在高溫下表現出的電氣絕緣性能更優，一般熔點在90～100℃之間。而聚烯烴彈性體poe因其熔點低，一般低于80℃，所以在90℃的浸水條件下，聚烯烴彈性體poe已開始軟化，內部分子結構出現變化，結晶度降低，絕緣性能下降。且聚烯烴塑性pop在合成過程中，經茂金屬催化，其物理機械性能更優。

11、所述的聚乙烯為超低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯中的1種或2種混合物。

12、進一步優選，所述的聚乙烯為超低密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯的質量比1：(1～2)的混合物。

13、——申請人經研究發現，超低密度聚乙烯uldpe，與其它聚烯烴樹脂有良好的相容性，因其結晶度低，因而有類似于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物eva容納無機填料的能力，但其熔點相較于線性低密度聚乙烯要明顯偏低，在90～100℃之間，所以在高溫條件下，其絕緣性能不如線性低密度聚乙烯，而線性低密度聚乙烯熔點較低密度聚乙烯更高，一般在120～125℃之間，其在高溫條件下絕緣性能仍較為優異，但是填充能力較差，所以選用超低密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯復配可在一定程度上起到性能互補作用。

14、所述接枝料為馬來酸酐接枝pe、馬來酸酐接枝pop、馬來酸酐接枝eva中的1種。

15、進一步優選，所述的接枝料為馬來酸酐接枝聚乙烯，載體為線性低密度聚乙烯，馬來酸酐接枝率為1.1％，熔融指數為0.3g/10min，其主要作用是起到連接高分子聚合物與填料之間的“橋梁”作用，增加相界面的結合力，從而提高材料的拉伸性能。此外，相比較eva和pop接枝料，pe接枝料的耐高溫性能更好。

16、所述的阻燃劑為氫氧化鋁、氫氧化鎂、三氧化二銻、三聚氰胺氰尿酸鹽中的1種或多種混合物。

17、進一步優選，所述的阻燃劑為氫氧化鋁、氫氧化鎂和三氧化二銻的質量比(1-3)：(1-2)：1的混合物。

18、——申請人經研究發現，氫氧化鋁、氫氧化鎂和三氧化二銻三者復配使用的阻燃效果更好，特別對于電線的單根垂直燃燒性能。其中氫氧化鋁的分解溫度更低，超過200℃后，就開始脫水、吸熱、稀釋可燃氣體，且結晶水較氫氧化鎂多，所以在燃燒前期，氫氧化鋁的阻燃效果更加；但是在中后期，氫氧化鎂起到的阻燃作用要優于氫氧化鋁，除脫水、吸熱、稀釋可燃氣體外，其成炭效果較氫氧化鋁優異，主要是因為氧化鎂分解殘留的金屬氧化物，會與硼酸鋅發生共晶反應，在阻燃的同時，會增強燃燒殘余物的強度。而三氧化二銻除，主要起到氣相阻燃的作用，能夠捕捉燃燒產生的高活性自由基，降低火焰區域中自由基的濃度，中斷燃燒反應，以及能夠促進炭化層的形成，進一步增強阻燃性能。同時三氧化二銻也是一種耐核輻射性能較優的材料，其不僅能夠減弱核輻射對高分子材料主體結構的破壞，同時也可以改善材料經電子加速器輻照后成炭變差的問題。而未選三聚氰胺氰尿酸鹽的原因是其一方面高溫分解產生的氧化氮、氰化氫會影響絕緣材料的毒性指數，另一方面是會導致絕緣材料的電導率變大，影響高溫下的電氣絕緣性能。

19、所述的阻燃協效劑為硼酸鋅、碳納米管、水滑石中的1種。

20、進一步優選，所述的阻燃協效劑為硼酸鋅。

21、——申請人經研究發現，硼酸鋅兼具阻燃和耐核輻射的性能，一方面在高溫下發生熱分解，釋放出結晶水，降低燃燒面的溫度和稀釋空氣中的氧氣，同時分解形成的b2o3玻璃狀薄膜覆蓋于聚合物上，起到隔熱阻氧的作用，另一方面硼酸鋅中的硼原子對吸收中子有很好的效果，在核輻射環境下，硼原子可有效捕獲中子，從而減少中子對材料基體的損傷，就像在材料面前設置了一道“防護墻”來攔截中子。而未選用碳納米管或水滑石，主要是因為碳納米管具備一定的導電性，會影響到材料電氣絕緣性能，而水滑石屬于納米級別阻燃劑，當大量添加的情況下，容易出現團聚現象，以及界面結合不良的問題，影響材料的物理機械性能。

22、所述的潤滑劑為聚乙烯蠟、ppa、硬脂酸鋅、油酸酰胺、ebs中的1種或2種混合物。

23、進一步優選，所述的潤滑劑為聚乙烯蠟和硬脂酸鋅的質量比1：1的混合物，兩者復配起到內外潤滑兼具的作用。

24、所述的抗氧劑為1010、168、dltp、ky405、412s、1024中的至少2種。

25、進一步優選，所述的抗氧劑為1010、412s、dltp和1024的質量比(1～2)：(1～2)：(1～3)：1的混合物。

26、——申請人經研究發現，412s是一種耐高溫長效抗氧劑，有利于聚烯烴材料耐長期高溫熱氧老化。此外，抗氧劑在一定程度上會抑制聚烯烴材料在輻射環境下二次交聯反應的產生。

27、所述的光穩定劑為受阻胺光穩定劑與苯并三唑類紫外線吸收劑中的1種或2種混合物

28、受阻胺光穩定劑可選uv-944或uv-770(即uv-770df，雙(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯)，苯并三唑類紫外線吸收劑可選uv-329或uv-326。

29、進一步優選，所述的光穩定劑為并三唑類紫外線吸收劑(uv-329)和受阻胺光穩定劑(uv-770)的質量比1：1的混合物。

30、——申請人經研究發現，光穩定劑與抗氧劑復配，在抑制或延緩高分子材料光老化和熱老化的過程中能夠相互補充，產生協同效應，光穩定劑可以捕獲和失活由抗氧劑產生的過氧化物自由基，從而阻止其進一步分解產生自由基，而抗氧劑則可以捕獲這些自由基，形成穩定的化合物，從而保護高分子材料不受氧化和光老化的影響。同時，光穩定劑在一定程度上可以抑制核輻射引起的二次交聯反應的進行。

31、上述核級電纜用無鹵低煙阻燃聚烯烴絕緣料的制備方法，其步驟為：

32、按質量份數稱取原材料投入密煉機混煉，當混煉至料溫達到150～155℃時出料，經過雙錐喂料系統至雙螺桿擠出機，最后進入單螺桿擠出造粒，風冷包裝，得到成品料。

33、雙錐喂料系統溫度設定為90～100℃，雙螺桿擠出機的一區到七區溫度設定為一區到二區90～100℃、三區到七區80～90℃；所述的單螺桿擠出機溫度設定為一區110～115℃、二區120～125℃、三區125～130℃、機頭為130～135℃、熱切模面為130～135℃。

34、所述核級電纜用無鹵低煙阻燃聚烯烴絕緣料，其原料組分和各組分的重量份較優為：

35、

36、

37、所述核級電纜用無鹵低煙阻燃聚烯烴絕緣料，其原料組分和各組分的重量份較優為：

38、

39、所述核級電纜用無鹵低煙阻燃聚烯烴絕緣料，其原料組分和各組分的重量份最優為：

40、

41、與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

42、本發明所用原材料簡單、來源廣泛、配比合理，各組分之間的協同效應顯著，因而可獲得良好的加工性能和優異的理化性能，可滿足工業化批量生產要求。

43、本發明通過在聚烯烴基材中引入阻燃劑、阻燃協效劑、抗氧劑和光穩定劑，使的聚烯烴材料經長期高溫老化以及核輻射的傷害下，仍保持優異的電氣絕緣性能、阻燃性能和抗彎曲開裂性能。