一种核电厂用耐高温全氟醚橡胶功能材料及制备方法与流程

1.本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种核电厂用耐高温全氟醚橡胶功能材料及制备方法。


背景技术：

2.核电厂核岛内装备配套的橡胶密封件要求耐高温、耐辐照、耐介质，具有稳定可靠的密封功能，作为密封件的基础，橡胶材料本身亦须满足以上要求。
3.压水堆(pwr)主要由核岛(一回路系统)和常规岛(二回路系统)组成，核岛中的四大部件是蒸汽发生器、稳压器、主泵和堆芯。大型反应堆竖装有150～250个燃料组件，一回路将堆芯产热导出堆外，通过蒸汽发生器将热量传递给二回路水，水受热转换为蒸汽做功推动汽轮发电机发电，可见，一回路系统长期处在高温、高压和中子等辐射场下运行。反应堆内和燃料组件之间注有大量的含硼水，硼含量为2000～2500ppm，起屏蔽中子的作用。通过含硼水层，中子就被慢化屏蔽捕获，但含硼水具有腐蚀性。核岛内装备配套的橡胶密封件既要长期耐300℃高温和辐照，又要抵御含硼水腐蚀。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种核电厂用耐高温全氟醚橡胶功能材料，该橡胶功能材料能够满足核岛装备的技术要求，具有耐高温、抵御辐照、抵御腐蚀的特性，能够保障核岛装备6年正常运行及核岛事故时保持稳定密封状态，保证核岛装备密封部位的可靠密封。
5.本发明的目的之一，是提供一种核电厂用耐高温全氟醚橡胶功能材料，包括以下重量份的原料：全氟醚橡胶100份，氧化锌3～5份，碳纳米管0.05份，n990炭黑10～15份，矽丽粉5～10份，防老剂40201.5份，硫化剂1～2.5份，taic 0.3～0.8份，zrv2o715～20份。
6.较佳地，所述全氟醚橡胶由四氟乙烯、全氟甲基乙烯基醚和通式为cf2＝cf-orfx(式中x为-coor、-cn、-c6h5)的取代全氟乙烯醚共聚而成，氟含量为72％。
7.较佳地，氧化锌纯度为为99.99％。
8.较佳地，碳纳米管为未改性单壁碳纳米管。
9.较佳地，硫化剂为2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)已烷，即双-2,5。
10.较佳地，taic纯度为100％。
11.本发明的目的之二，提供上述核电厂用耐高温全氟醚橡胶功能材料的制备方法，包括以下步骤：
12.s101、使用开炼机及专用微波辅助装置，开启设备，将开炼机辊距调至0.3～0.5mm，称取全氟醚橡胶，过辊、包辊，将多余橡胶下料备用，称量并加入碳纳米管，打八把刀，3～5h后将备用橡胶加入，打八把刀，混炼均匀，累积20h，将混合料下片，得到预混料1，混炼过程中杜绝引入杂质；
13.s102、将开炼机辊距调至2～3mm，将预混料1包辊，称量并加入zrv2o7，打八把刀，混
炼均匀，将开炼机辊距调至0.5mm，薄通0.5h下片，得到预混料2；
14.s103、将开炼机辊距调至2～3mm，将预混料2包辊，称量并加入氧化锌、防老剂4020、矽丽粉，打八把刀，混炼均匀，薄通10遍下片，得到预混料3；
15.s104、将开炼机辊距调至3～4mm，将预混料3包辊，称量并加入n990、双-2,5、taic，将辊距调至0.5mm，薄通10遍，得到混炼胶；
16.s105、将适量的混炼胶置于模具中，在平板硫化机上合模进行一段硫化，再在烘箱内进行二段硫化，条件为升温8h-恒温4h-降温8h，得到耐高温低膨胀率橡胶材料。
17.较佳地，步骤s105中，一段硫化条件为180℃
×
15～20min
×
15mpa。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19.本发明的全氟醚橡胶功能材料具有优异的耐高温性能，保证了高温下的密封功能，可满足核岛装备密封件耐温的需求。
20.本发明的全氟醚橡胶功能材料具有良好的耐辐照性能，橡胶分子链柔顺，耐辐照能力强，可满足核岛装备密封件抵御辐照的需求。
21.本发明的全氟醚橡胶功能材料具有优异的耐介质性能，能抵御2600余种溶剂，抵御腐蚀能力很强，可满足核岛装备密封件抵御腐蚀的需求。
具体实施方式
22.下面结合实施例，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.防老剂4020，n-(1,3-二甲基)丁基-n'-苯基对苯二胺，化学式c
18h24
n2。
24.taic，三烯丙基异氰脲酸酯，化学式c
12h15
n3o3。
25.实施例1
26.本实施例的核电厂用耐高温全氟醚橡胶功能材料，原料及重量为：全氟醚橡胶100份，氧化锌3份，碳纳米管0.05份，n990炭黑10份，矽丽粉10份，防老剂40201.5份，硫化剂1份，taic 0.3份，zrv2o715份。所述重量份可以为克、两、斤、公斤、吨等重量计量单位。
27.所述全氟醚橡胶由四氟乙烯、全氟甲基乙烯基醚和通式为cf2＝cf-orfx(式中x为-coor、-cn、-c6h5)的取代全氟乙烯醚共聚而成，氟含量为72％。
28.所述氧化锌纯度为为99.99％。
29.所述碳纳米管为未改性单壁碳纳米管。
30.所述硫化剂为2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)已烷，即双-2,5。
31.所述zrv2o7为各向同性负热膨胀材料，粉末，响应温度区间为100～500℃；
32.本实施例的核电厂用耐高温全氟醚橡胶功能材料的制备方法为：
33.s101、使用开炼机及专用微波辅助装置，开启设备，将开炼机辊距调至0.3～0.4mm，称取全氟醚橡胶，过辊、包辊，将多余橡胶下料备用，称量并加入碳纳米管，打八把刀，5h后将备用橡胶加入，打八把刀，适时将全部胶料过辊，混炼均匀，累积20h，将混合料下片，得到预混1，混炼过程中杜绝引入杂质；每次连续混炼时间不少于4h，每次混炼完成后待混炼胶冷却至室温，装入洁净的自封袋密封保存，做好标识和记录。使碳纳米管均匀分散在橡胶基体中。
34.作为一种优选方式，开炼机平行的2个辊筒转动速度不同，对橡胶材料形成剪切力，开炼机辊距调至0.3～0.4mm，且辊筒间距越窄，剪切作用力越强。
35.本实施例通过将微波辅助装置产生的微波覆盖辊筒剪切区域，提供高能量，并和开炼机辊筒对橡胶形成的剪切力共同作用，打开团聚，实现碳纳米管以纳米尺度在橡胶中分散。
36.s102、关闭微波辅助装置，将开炼机辊距调至2～3mm，将预混1包辊，称量并加入zrv2o7，打八把刀，混炼均匀，将开炼机辊距调至0.5mm，薄通0.5h下片，得到预混2；
37.s103、将开炼机辊距调至2～3mm，将预混2包辊，称量并加入氧化锌、防老剂4020、矽丽粉，打八把刀，混炼均匀，薄通10遍下片，得到预混3；
38.s104、将开炼机辊距调至3～4mm，将预混3包辊，称量并加入n990、双-2,5、taic，将辊距调至0.5mm，薄通10遍，得到混炼胶；
39.s105、将适量的混炼胶置于模具中，在平板硫化机上合模进行一段硫化，条件为180℃
×
20min
×
15mpa，再在烘箱内进行二段硫化，条件为升温8h+恒温4h+降温8h，整个二段硫化过程采用氮气保护，具体为从室温升温至80℃(1h)，升温至100℃(0.5h)，升温至120℃(0.5h)，升温至140℃(0.5h)，升温至160℃(0.5h)，升温至180℃(0.5h)，升温至200℃(1h)，升温至210℃(1h)，升温至220℃(1h)，升温至230℃(1h)，升温至240℃(0.5h)，240℃恒温4h，降温至230℃(1h)，降温至220℃(1h)，降温至210℃(1h)，降温至200℃(1h)，降温至180℃(1h)，降温至160℃(0.5h)，降温至140℃(0.5h)，降温至120℃(0.5h)，降温至100℃(0.5h)，降温至80℃(0.5h)，降温至室温(0.5h)，得到耐高温低膨胀率橡胶材料。
40.实施例2
41.本实施例的核电厂用耐高温全氟醚橡胶功能材料，原料及重量为：全氟醚橡胶100份，氧化锌4份，碳纳米管0.05份，n990炭黑12份，矽丽粉8份，防老剂40201.5份，硫化剂1.7份，taic 0.5份，zrv2o717份。
42.所述全氟醚橡胶由四氟乙烯、全氟甲基乙烯基醚和通式为cf2＝cf-orfx(式中x为-coor、-cn、-c6h5)的取代全氟乙烯醚共聚而成，氟含量为72％。
43.所述氧化锌纯度为为99.99％。
44.所述碳纳米管为未改性单壁碳纳米管。
45.所述硫化剂为2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)已烷，即双-2,5；
46.所述zrv2o7为各向同性负热膨胀材料，粉末，响应温度区间为100～500℃；
47.本实施例的核电厂用耐高温全氟醚橡胶功能材料的制备方法为：
48.s101、使用开炼机及专用微波辅助装置，开启设备，将开炼机辊距调至0.3～0.5mm，称取全氟醚橡胶，过辊、包辊，将多余橡胶下料备用，称量并加入碳纳米管，打八把刀，4h后将备用橡胶加入，打八把刀，适时将全部胶料过辊，混炼均匀，累积20h，将混合料下片，得到预混1，混炼过程中杜绝引入杂质；每次连续混炼时间不少于4h，每次混炼完成后待混炼胶冷却至室温，装入洁净的自封袋密封保存，做好标识和记录。
49.s102、关闭微波辅助装置，将开炼机辊距调至2～3mm，将预混1包辊，称量并加入zrv2o7，打八把刀，混炼均匀，将开炼机辊距调至0.5mm，薄通0.5h下片，得到预混2；
50.s103、将开炼机辊距调至2～3mm，将预混2包辊，称量并加入氧化锌、防老剂4020、矽丽粉，打八把刀，混炼均匀，薄通10遍下片，得到预混3；
51.s104、将开炼机辊距调至3～4mm，将预混3包辊，称量并加入n990、双-2,5、taic，将辊距调至0.5mm，薄通10遍，得到混炼胶；
52.s105、将适量的混炼胶置于模具中，在平板硫化机上合模进行一段硫化，条件为180℃
×
15min
×
15mpa，再在烘箱内进行二段硫化，条件为升温8h+恒温4h+降温8h，整个二段硫化过程采用氮气保护，具体为从室温升温至80℃(1h)，升温至100℃(0.5h)，升温至120℃(0.5h)，升温至140℃(0.5h)，升温至160℃(0.5h)，升温至180℃(0.5h)，升温至200℃(1h)，升温至210℃(1h)，升温至220℃(1h)，升温至230℃(1h)，升温至240℃(0.5h)，240℃恒温4h，降温至230℃(1h)，降温至220℃(1h)，降温至210℃(1h)，降温至200℃(1h)，降温至180℃(1h)，降温至160℃(0.5h)，降温至140℃(0.5h)，降温至120℃(0.5h)，降温至100℃(0.5h)，降温至80℃(0.5h)，降温至室温(0.5h)，得到耐高温低膨胀率橡胶材料。
53.实施例3
54.本实施例的核电厂用耐高温全氟醚橡胶功能材料，原料及重量为：全氟醚橡胶100份，氧化锌5份，碳纳米管0.05份，n990炭黑15份，矽丽粉5份，防老剂40201.5份，硫化剂2.5份，taic 0.8份，zrv2o720份。
55.所述全氟醚橡胶由四氟乙烯、全氟甲基乙烯基醚和通式为cf2＝cf-orfx(式中x为-coor、-cn、-c6h5)的取代全氟乙烯醚共聚而成，氟含量为72％。
56.所述氧化锌纯度为为99.99％。
57.所述碳纳米管为未改性单壁碳纳米管。
58.所述硫化剂为2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)已烷，即双-2,5；
59.所述zrv2o7为各向同性负热膨胀材料，粉末，响应温度区间为100～500℃；
60.本实施例的核电厂用耐高温全氟醚橡胶功能材料的制备方法为：
61.s101、使用开炼机及专用微波辅助装置，开启设备，将开炼机辊距调至0.3～0.5mm，称取全氟醚橡胶，过辊、包辊，将多余橡胶下料备用，称量并加入碳纳米管，打八把刀，3h后将备用橡胶加入，打八把刀，适时将全部胶料过辊，混炼均匀，累积20h，将混合料下片，得到预混1，混炼过程中杜绝引入杂质；每次连续混炼时间不少于4h，每次混炼完成后待混炼胶冷却至室温，装入洁净的自封袋密封保存，做好标识和记录。
62.s102、关闭微波辅助装置，将开炼机辊距调至2～3mm，将预混1包辊，称量并加入zrv2o7，打八把刀，混炼均匀，将开炼机辊距调至0.5mm，薄通0.5h下片，得到预混2；
63.s103、将开炼机辊距调至2～3mm，将预混2包辊，称量并加入氧化锌、防老剂4020、矽丽粉，打八把刀，混炼均匀，薄通10遍下片，得到预混3；
64.s104、将开炼机辊距调至3～4mm，将预混3包辊，称量并加入n990、双-2,5、taic，将辊距调至0.5mm，薄通10遍，得到混炼胶；
65.s105、将适量的混炼胶置于模具中，在平板硫化机上合模进行一段硫化，条件为180℃
×
15min
×
15mpa，再在烘箱内进行二段硫化，条件为升温8h+恒温4h+降温8h，整个二段硫化过程采用氮气保护，具体为从室温升温至80℃(1h)，升温至100℃(0.5h)，升温至120℃(0.5h)，升温至140℃(0.5h)，升温至160℃(0.5h)，升温至180℃(0.5h)，升温至200℃(1h)，升温至210℃(1h)，升温至220℃(1h)，升温至230℃(1h)，升温至240℃(0.5h)，240℃恒温4h，降温至230℃(1h)，降温至220℃(1h)，降温至210℃(1h)，降温至200℃(1h)，降温至180℃(1h)，降温至160℃(0.5h)，降温至140℃(0.5h)，降温至120℃(0.5h)，降温至100℃
(0.5h)，降温至80℃(0.5h)，降温至室温(0.5h)，得到耐高温低膨胀率橡胶材料。
66.本发明的核电厂用耐高温全氟醚橡胶功能材料的检测方法所依照的标准和检测结果如表1和表2所示。
67.表1性能检测的方法及所依照的标准
[0068][0069][0070]
表2耐高温全氟醚橡胶功能材料的检测结果
[0071][0072]
表2中结果表明，全氟醚橡胶功能材料满足核岛装备密封件要求。
[0073]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。