＊邢福發(fā) 劉磊 楊昭云 王佰茂 饒喜梅 王思聰

（1.深圳市沃爾核材股份有限公司 廣東 518118 2.上海核工程研究設(shè)計院 上海 200233）

1.前言

隨著電力行業(yè)節(jié)能減排深入推進。全國平均供電煤耗、線損率、污染物排放水平均穩(wěn)步下降，煤電機組超低排放改造比例進一步提升。而核電由于其高效、綠色、安全的特點，每年的裝機容量正逐年遞增，在2019年，其核電裝機容量已經(jīng)達到4874萬千瓦，比上年增長9.1%。核電有著很大的應(yīng)用前景與發(fā)展前景。

1E級熱縮管用于核電站內(nèi)電線電纜的終端連接與中間接頭連接，需要在極端惡劣設(shè)計基準事故環(huán)境下起到電線電纜密封、連接和再絕緣的作用，并且在發(fā)生地震、超設(shè)計基準的嚴重事故下仍能提供有效保護，這就需要熱縮管具有很好的耐熱性能、耐輻照性能、耐潮濕性能。1E級熱縮管通過電子加速器的輻照交聯(lián)賦予管材“形狀記憶”功能，制造出擴張倍率大小可調(diào)的各型熱縮套管，而后熱縮管還需經(jīng)歷事故輻照考驗，為使1E級熱縮管性能達到最佳，本文探究了不同輻照劑量下1E級熱縮套管的性能。

2.材料與方法

(1)實驗原料與加工設(shè)備

核電母粒：通過密煉機密煉，雙螺桿造粒后得到，公司自制；核電熱熔膠：通過密煉機密煉，雙螺桿造粒后得到，公司自制；35L密煉機，昆山科信KSML-35；雙螺桿造粒機江蘇新達科技PSHJ-50；單螺桿復(fù)合擠出機組，上海通冷SJ-65和齊昌塑機SJ-45復(fù)合擠出機組；電子直線加速器，無錫愛邦A(yù)B-30、AB-40；比利時IBA RDI5.0/30；擴張機，WOER正壓擴張機；微機控制電子拉力試驗機，高鐵檢測儀器AI-7000-S；老化箱GWS，PHH-201。

(2)1E級熱縮管的制備

將核電母粒和核電熱熔膠干燥預(yù)熱后加入單螺桿復(fù)合擠出機組料斗，將母料擠出成管材，SJ-45螺桿各區(qū)溫度分別為85℃、125℃、135℃、135℃，SJ-65螺桿各區(qū)溫度為115℃、135℃、150℃、155℃。機頭溫度為150℃。擠出后的管材經(jīng)冷卻后收卷上盤。本文將以實際生產(chǎn)中，生產(chǎn)數(shù)量最多的Ф28mm規(guī)格為試驗對象。

將收卷后的管材以一定的速度通過電子直線加速器，輻照劑量分別為8Mrad、10Mrad、12Mrad、14Mrad、16Mrad、18Mrad、20Mrad、22Mrad、24Mrad、26Mrad、28Mrad、30Mrad。

(3)測試與表征

①力學(xué)性能測試。按GB/T 2951.11-2008執(zhí)行。

②老化性能測試。按照GB/T 2951.12-2008執(zhí)行，老化溫度為150℃±3℃，老化時間為168h，取出放置完全冷卻后測量其拉伸強度與斷裂伸長率。計算其變化率。

③熱延伸性能測試。按照GB/T 2951.21-2008執(zhí)行，烘箱溫度設(shè)置為200℃±3℃。

④擴張良品率測定。在相同的擴張條件下擴張不同輻照劑量的1E級熱縮管，通過檢測產(chǎn)品的合格率來測定其擴張性能。

3.結(jié)果與討論

(1)輻照劑量對拉伸強度的影響

在電子加速器高能電子的轟擊下，聚合物分子鏈會被打斷，被打斷的部分形成自由基，與其他自由基組合，將原來的鏈狀分子結(jié)構(gòu)變?yōu)槿S網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。從圖1我們可以看到，隨著輻照劑量的增加，熱縮管的拉伸強度有所增加，當輻照劑量為24Mrad時，其拉伸強度達到最大為13.68MPa，這主要由于聚合物交聯(lián)反應(yīng)占優(yōu)導(dǎo)致的，隨著輻照劑量的繼續(xù)增加，拉伸強度開始緩慢下降，這是由于輻照劑量過大，聚合物開始呈裂解趨勢。

圖1 輻照劑量對拉伸強度的影響

(2)輻照劑量對斷裂伸長率的影響

隨著輻照劑量的增加，1E級熱縮管斷裂伸長率的變化如圖2所示，一直呈下降趨勢。輻照劑量的增加到一定幅度時，聚合物交聯(lián)度開始增加，交聯(lián)反應(yīng)起主導(dǎo)作用，聚合物形成了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，分子鏈由鏈狀變?yōu)榫W(wǎng)狀，所以其斷裂伸長率有所上漲。隨著輻照劑量的繼續(xù)增加，聚合物分子鏈逐漸斷裂，聚合物裂解反應(yīng)起主導(dǎo)作用，所以其斷裂伸長率開始緩慢下降。

圖2 輻照劑量對斷裂伸長率的影響

(3)輻照劑量對老化性能的影響

不同輻照劑量后的產(chǎn)品在150℃±3℃老化168h后，隨著輻照劑量增加，交聯(lián)度不斷增加，老化后其拉伸強度均有所提升，斷裂伸長率都有一定幅度的降低，隨著輻照劑量的增加，其熱老化后的伸長率變化率在不斷降低，到達一個最小值，這得益于聚合物的網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，隨著輻照劑量的繼續(xù)增大，其變化率開始增大，這是由于輻照劑量過大后，聚合物開始發(fā)生降解，不能繼續(xù)保持良好的老化性能。

(4)輻照劑量對熱延伸的影響

聚合物輻照后形成網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)結(jié)構(gòu)，而熱延伸便能很直觀的反應(yīng)聚合物的交聯(lián)程度，測試了不同輻照劑量的1E級熱縮套管的熱延伸，我們可以從圖3中看出，隨著輻照劑量的增加，交聯(lián)程度開始增大，其熱延伸開始降低。當輻照劑量繼續(xù)增大時，分子鏈開始呈現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，交聯(lián)程度開始減小，其熱延伸開始增大。其結(jié)果與力學(xué)性能測試相符，也進一步說明了輻照對聚合物的影響。

圖3 輻照劑量對熱延伸的影響

(5)輻照劑量對擴張投入產(chǎn)出比的影響

我們對1E級熱縮管進行了不同輻照工藝和不同輻照劑量的實驗，在相同的擴張條件下對不同輻照工藝和不同輻照劑量的熱縮管進行了擴張。擴張相同長度的熱縮管，檢測其擴張投入產(chǎn)出比。

由于電子加速器輻照高劑量時，容易產(chǎn)生很多熱量，連續(xù)輻照高劑量產(chǎn)品后容易造成電子加速器束下裝置發(fā)生故障，所以調(diào)整輻照工藝，通過二遍或者三遍輻照，使輻照劑量累加到實驗所需劑量。輻照遍數(shù)增加，1E級熱縮管經(jīng)過輻照后變熱，存在輻照拉伸的風(fēng)險，輻照遍數(shù)不能太多。

1E級熱縮管二遍輻照累加劑量對擴張投入產(chǎn)出比的影響，隨著輻照劑量的增加，其擴張投入產(chǎn)出比呈現(xiàn)出先增后減的趨勢。到輻照累加劑量在20-24Mrad時，其擴張投入產(chǎn)出比達到最高值。這是由于當輻照劑量過低時，會導(dǎo)致1E級熱縮管交聯(lián)度較低，容易發(fā)生擴張壁厚不均勻度大、收縮慢、收縮不到位的情況。當輻照劑量過高時，1E級熱縮管交聯(lián)度呈裂解趨勢，斷裂伸長率逐漸下降，容易發(fā)生擴張開裂或者無法完全擴張的情況。

1E級熱縮管三遍輻照累加劑量對擴張投入產(chǎn)出比的影響，三遍輻照累加劑量和兩遍輻照累加劑量一樣，隨著輻照劑量的增加，其擴張投入產(chǎn)出比呈現(xiàn)出先增后減的趨勢。在低輻照劑量時，同樣輻照劑量的情況下，1E級熱縮管三遍輻照累加劑量的輻照方式比二遍輻照累加劑量的擴張投入產(chǎn)出比高出8%-10%，隨著累加劑量的增加，三遍輻照累加劑量的輻照方式的1E級熱縮管逐漸的比二遍輻照累加劑量的擴張投入產(chǎn)出比8%-10%低，最高也只能達到82%。

4.結(jié)論

通過對拉伸強度、斷裂伸長率、熱老化性能、熱延伸性能的研究以及擴張投入產(chǎn)出比的探究。可以看出隨著輻照劑量的增加，1E級熱縮管的拉伸強度先增加后減小，在24Mrad時達到峰值，其斷裂伸長率先降低后增加，達到一定程度后不斷降低，老化性能與熱延伸率都在輻照劑量為22Mrad時達到最優(yōu)。根據(jù)輻照方式的不同，在性能最佳的輻照劑量情況下，二遍輻照累加劑量的輻照方式的1E級熱縮管比三遍輻照累加劑量的擴張投入產(chǎn)出更高。通過試驗驗證，可以得出1E級熱縮管以二遍輻照累加劑量的輻照方式，輻照劑量累加為20-24Mrad時達到最優(yōu)輻照交聯(lián)效果和最高的擴張投入產(chǎn)出比。