一种抗辐射电线及其制备方法与流程

本发明属于电缆电线领域，具体涉及一种抗辐射电线及其制备方法。

背景技术：

1、在面对极端的灾害情况时，目前的机器人技术仍面临着巨大的挑战。进入反应堆内部的通道十分狭窄，又没有被充分清洁，用于探测和清理的机器人的结构要经过严格的设计，反应堆内部的高强度辐射会破坏机器内部的电路、探测器和相机。因此，辐射安全成为核技术发展的核心因素之一。除了对人体本身的核防护外，各类核设施和核设备防护需要性能更高的材料。核设施和设备的防护材料不仅需要具有辐射防护功能、同时还要求材料能够耐高温潮湿、腐蚀性、耐水解，具有一定的工程结构、优异的机械力学性能和稳定性。在众多的装备和器件中，都离不开电路的支撑，稳定的电路提供可靠的能量才能维持装备和器件的正常运行。

2、辐射屏蔽要面对各种射线，如不同能量的中子、γ射线、二次γ射线、其它带电粒子、高能射线。其中，中子是一种不带电的粒子，中子穿过物质时主要会与靶物质的原子核相互作用，中子辐射能量大，其本身具有比电子和γ射线更强的穿透力，对人体造成的伤害比其同等吸收剂量下的电子、γ射线、x射线更大。

3、常规使用的电线由金属芯和绝缘外层组成。外层绝缘层常见的有：聚氯乙烯(pvc)、聚烯烃(聚乙烯及其衍生物)、氟塑料(ptfe或f4)、聚全氟乙丙烯(f46或fep)、四氟乙烯乙烯共聚物(f40)、聚三氟氯乙烯、聚丙烯(pp)、聚苯乙烯(ps)、氯化聚醚等。这些聚合物具有绝缘、韧性高、耐潮湿环境、使用温度宽等优异性能，有些品种还具有良好的抗辐射性能，如f40、f46等。

4、电线的内芯一般有铜、铝金属线构成，根据需要可以是单股或多股芯。因为铜和铝具有很低的电阻、导电性良好，同时具有良好的延展性和强度，电力输送过程损耗较小，成为电线的主力。但是在极端物理条件下，如在反应堆周围、辐照强度高的环境中，其抗辐照性能较差，短路的几率就更大，会导致装备失效失灵。

5、因此耐强辐照、高温和腐蚀环境下的电线是保证装备在该条件下正常运行的基础，具有决定性作用。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明使用高纯高韧聚芳硫醚以及少量散热耐辐射添加剂为绝缘层，以钽、钨、铌或钆金属线为内芯，制备了一种新型的聚芳硫醚钽/钨/铌/钆电线或电缆，其可以在强辐照高温、高湿环境使用，为在极端物理条件下如核反应堆周围或辐射环境中的各类装备提供可靠的电力输运以及设备正常运转提供保障。本发明的外层绝缘层材料选择高纯高韧低离子含量的聚芳硫醚，其抗拉伸、抗弯曲强度特别是模量非常优异，并且聚芳硫醚的使用温度可高于250℃即具有较好的耐热性；此外聚芳硫醚耐辐照性能好：计量达1×108gy，是其它工程塑料无法比拟的。

2、本发明的技术方案：

3、本发明要解决的第一个技术问题是提供一种抗辐射耐高温耐腐蚀电线，所述电线包括绝缘外层和金属内芯，其中，所述金属内芯为重金属钽、钨、铌或钆；所述绝缘外层的原料包括高纯低离子聚芳硫醚树脂和抗静电纳米填料。

4、进一步，高纯低离子聚芳硫醚树脂和抗静电纳米填料的比例为：聚芳硫醚树脂100重量份，抗静电纳米填料5～25重量份。

5、进一步，所述绝缘层外层的材料采用下述方法制得：先将抗静电纳米填料与溶剂1混匀制得分散均匀的纳米乳液；然后将低离子含量的聚芳硫醚树脂原粉加入到纳米乳液中使其分散混匀；之后回收溶剂并干燥得到散热和抗静电的聚芳硫醚树脂绝缘层原料；最后经过双螺杆挤出机挤出造粒，得到散热和抗静电聚芳硫醚树脂绝缘层材料。

6、进一步，所述溶剂1为无水乙醇、无水四氢呋喃或无水二氧六环等。

7、进一步，将抗静电纳米填料与溶剂1混匀制得分散均匀的纳米乳液的方法为：先将抗静电纳米填料与溶剂配制成5～25wt％悬浮液，再将悬浮液通过超声分散5～10分钟或快速搅拌(200～500转速30～60分钟)形成纳米乳液。

8、进一步，通过真空回收溶剂。

9、进一步，所述高纯低离子聚芳硫醚采用下述制备方法制得：将硫和有机碱加入有机极性非质子溶剂中，在氮气或惰性气体保护搅拌下逐步升温至140℃～220℃，脱去原料或生成的水分；脱完水降温至120～180℃，加入多卤代芳香化合物，在氮气或惰性气体保护下，于200℃～320℃搅拌下密闭加压反应5～10个小时，其中210～250℃反应3～5小时，250～320℃反应2～5小时；最后加入高沸点封端单体，在260～300℃继续反应15～45分钟结束反应；其中，多卤代芳香化合物与硫的摩尔比为(mol)0.9950～0.9975:1.00，高沸点封端单体与硫的摩尔比为(mol)：0.005～0.01：1.00；

10、其中，所述高沸点封端单体选自：4-氯联苯、4-溴代联苯、1-溴代萘、1-氯萘、1-溴蒽、2-溴蒽、9-溴蒽、1-溴芘、2-溴芘、1-溴菲、9-溴菲、2-溴菲或3-溴菲等。

11、进一步，所述硫为硫化钠或硫氢化钠。

12、进一步，所述多卤代芳香化合物可以选自：1,4-二卤苯2,4-二卤苯4,4’-二卤联苯x＝f,cl、b和i等。

13、进一步，所述有机碱为苯肼、组氨酸或精氨酸中的至少一种；本发明的聚合反应在弱碱条件下进行，ph为7.5-11之间，为了不增加聚合体系的金属离子，本发明只用有机碱，以苯肼、组氨酸、精氨酸作为酸碱调节组分。

14、进一步，上述高纯低离子聚芳硫醚的制备方法中，所述有机极性非质子溶剂可以是以下溶剂的一种或几种：n-甲基-2-吡咯烷酮(nmp)、n-乙基吡咯烷酮、六甲基磷酰胺(hmpa)、n,n-二甲基乙酰胺、n-乙基己内酰胺、n,n-乙烯基吡咯烷酮、己内酰胺、四甲基脲、二甲基亚砜或环丁砜，有机极性非质子溶剂用量为100～1000ml/每摩尔多卤代芳香化合物(m2)。

15、进一步，上述高纯低离子聚芳硫醚的制备方法中，封端单体加入前前先加入高沸点有机极性非质子溶剂制成相应的溶液，所述高沸点有机极性非质子溶剂选自n-辛基吡咯烷酮(303℃)或n-环己基吡咯烷酮(304℃)。使用压强为10～20mpa的高压注射枪将高沸点封端单体的溶液注射到反应釜内。

16、进一步，上述高纯低离子聚芳硫醚的制备方法中，密闭加压反应中，其聚合压力为0～10mpa，大多数情况下为0.5～5mpa。

17、进一步，上述高纯低离子聚芳硫醚的制备方法中，反应结束后将聚合反应釜冷却至120℃以下，分离，溶剂回收，产品使用60～90℃的去离子水洗涤5～8次，水用量为1g树脂为5～20g水；洗涤完成后，产品在80～120℃烘箱干燥8～24小时；即可得到高惰性无端基高性能聚芳硫醚。

18、进一步，所述电线的内芯直径为0.1～5.0mm，绝缘层外层的厚度为0.2～10mm。

19、进一步，本发明制造的线径为

20、本发明要解决的第二个技术问题是提供上述抗辐射耐高温耐腐蚀电线的制备方法，所述制备方法为：将绝缘层外层和内芯通过包覆工艺制得。

21、进一步，所述制备方法为：使用电线电缆电子线电缆一体机挤出机进行电线的制造，整机由放线架、进线架、主机、冷却水槽、吹干、印字机、履带牵引、收排线机、温度控制电器操作柜等组成机组。

22、进一步，本发明内芯丝线包覆前采取有机缓冲表面处理法进行表面处理。

23、更进一步，所述表面处理的方法为：将金属钽、钨、铌或钆丝线浸泡在缓冲溶液中，在60～80℃保持30～60分钟，然后取出金属丝线，用去离子水或乙醇清洗后氮气密封保存。

24、进一步，所述缓冲溶液使用edta-edta2na缓冲体系或hedta-hedta2na缓冲体系

25、具体的，所述缓冲溶液采用下述方法制得：

26、将edta溶于去离子水中，然后加入edta-2na，形成ph为1.5～2.5的edta-edta2na缓冲溶液，其中，edta与edta-2na的体积比为1.0～2.0：1.0；或：

27、将hedta溶于去离子水中，然后加入hedta-2na，形成ph为1.5～2.5的hedta-hedta-2na缓冲溶液，其中，hedta与hedta-2na的体积比为1.0～2.0：1.0。

28、本发明要解决的第三个技术问题是提供一种电缆电线用绝缘层材料，所述绝缘层材料采用下述方法制得：先将抗静电纳米填料与溶剂混匀制得分散均匀的纳米乳液；然后将低离子含量的聚芳硫醚树脂原粉加入到纳米乳液中使其分散混匀；之后回收溶剂并干燥得到散热和抗静电的聚芳硫醚树脂绝缘层原料；最后经过双螺杆挤出机挤出造粒，得到散热和抗静电聚芳硫醚树脂绝缘层材料。

29、进一步，所述抗静电纳米填料选自：纳米氮化硼、纳米氧化锆、纳米蓝宝石粉、纳米二氧化硅粉或纳米二氧化钛粉。

30、进一步，所述溶剂为无水乙醇、无水四氢呋喃或无水二氧六环等。

31、进一步，将抗静电纳米填料与溶剂混匀制得分散均匀的纳米乳液的方法为：先将抗静电纳米填料与溶剂配制成悬浮液，再将悬浮液通过超声分散或快速搅拌形成纳米乳液。

32、进一步，通过真空回收溶剂。

33、本发明的有益效果：

34、本发明电线的耐化学腐蚀性能好：与聚四氟乙烯(ptfe)相近，能抵抗酸、碱、烃、酮、醇、酯、氯烃等化学品的侵蚀，低于175℃以下不溶于现已知的任何有机溶剂，只有在175℃以上时才溶于氯代萘中。

35、本发明电线电气性质相当稳定：聚苯硫醚的介电常数很小，介电损耗相当低，表面电阻和体积电阻对频率、温度、湿度的变化不敏感，是优良的电绝缘材料，它的耐电弧时间也较长。即使在高温、高湿、高频率条件下仍具有优良的电性能。

36、本发明电线阻燃性能好：氧指数为46％～53％，在火焰上能燃烧，但不会滴落，且离火自熄，发烟率低于卤化聚合物，不需添加阻燃剂就可达到ul94 v-0标准.

37、本发明电线尺寸稳定性好：其成型收缩率及线性膨胀系数较小，成型收缩率为0.15％～0.30％，最低可达0.01％，吸水率低，长期暴露在水中其尺寸的改变量几乎可以忽略，在有机物中尺寸的改变量也相当有限；在高温或高湿条件下仍表现出良好的尺寸稳定性。

38、本发明电线耐辐照性能好：计量达1×108gy，是其它工程塑料无法比拟的，广泛用于电子、军工、航天。