核电用聚四氟乙烯密封件老化状态研究及使用寿命预测

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.10.015

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (10): 98-103.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.10.015

核电用聚四氟乙烯密封件老化状态研究及使用寿命预测

吴昆¹(), 樊亚勤¹, 沈倩¹, 苗壮¹, 周城²

^1.中广核高新核材科技（苏州）有限公司，江苏太仓 215400
^2.中广核三角洲（太仓）检测技术有限公司，江苏太仓 215400

收稿日期:2022-07-05 出版日期:2022-10-26 发布日期:2022-10-27
作者简介:吴昆（1993-）男，工程师，从事高分子材料老化状态与寿命评估研究，2441825591@qq.com

Study on aging state and life prediction of PTFE seals for nuclear power stations

WU Kun¹(), FAN Yaqin¹, SHEN Qian¹, MIAO Zhuang¹, ZHOU Cheng²

^1.CGN Advanced Materials Technology （Suzhou）Co，Ltd，Taicang 215400，China
^2.CGN?DELTA（Taicang） Testing Technology Co，Ltd，Taicang 215400，China

Received:2022-07-05 Online:2022-10-26 Published:2022-10-27

摘要/Abstract

摘要：

选用核电用聚四氟乙烯（PTFE）材料，在不同温度下（315、300、285 ℃）进行高温加速老化试验。通过傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、热失重分析仪（TG）对材料的微观结构、热性能进行了表征分析，然后采用热老化和热失重法建立了2种老化寿命预测模型。结果表明，随着老化时间的延长，PTFE的FTIR谱图出现了明显的红移，表面出现了明显的孔洞，材料的热稳定性和力学性能变差；寿命预测模型显示热失重法与热老化法推算出的寿命预测结果基本一致，并且随着使用温度的增加，误差进一步缩小，这表明热失重法对PTFE材料使用寿命的推算是可靠的，这种简单易行的方法非常适用于PTFE材料。

关键词: 聚四氟乙烯, 热老化性能, 寿命预测

Abstract:

In this study， a high⁃temperature accelerated aging test was conducted for the polytetrafluoroethylene （PTFE） material used in nuclear power station at temperatures of 315， 300， and 285 ºC. The microstructure and thermal properties of the PTFE material were characterized using Fourier⁃transform infrared spectroscopy， SEM， and thermogravimetric （TG） analyzer. Two aging life prediction models were established through thermal aging using a TG method. The results indicated that PTFE exhibited an evident red shift in its infrared frequency together with some obvious hole marks appearing on its surface， suggesting a deterioration in thermal stability and mechanical property with the aging time. The life prediction model demonstrated that the life prediction results obtained from the TG method thermal aging method were consistent， and the error decreased with an increased in service temperature. This indicated that the TG method was reliable to calculate the service life of the PTFE material and very suitable for the evaluation of the PTFE material as a simple and convenient life prediction method.

Key words: polytetrafluoroethylene, thermal aging, life prediction

中图分类号:

TQ325.4

吴昆, 樊亚勤, 沈倩, 苗壮, 周城. 核电用聚四氟乙烯密封件老化状态研究及使用寿命预测[J]. 中国塑料, 2022, 36(10): 98-103.

WU Kun, FAN Yaqin, SHEN Qian, MIAO Zhuang, ZHOU Cheng. Study on aging state and life prediction of PTFE seals for nuclear power stations[J]. China Plastics, 2022, 36(10): 98-103.

图/表 12

图1 不同老化时间下样品的FTIR谱图

Fig.1 FTIR of samples with varied aging time

图2 不同老化时间下样品的TG曲线

Fig.2 TG curves of samples with different aging time

图3 不同老化时间下材料的拉伸强度与断裂伸长率

Fig.3 Tensile strength and elongation at break of the materials at different aging time

图4 不同老化时间下PTFE的SEM照片

Fig.4 SEM of PTFE at different aging time

图5 不同老化时间下PTFE分子链的结构示意图

Fig.5 Molecular chain structure of PTFE at different aging time

老化温度285 ℃		老化温度300 ℃		老化温度315 ℃
老化时间/d	拉伸强度/ MPa	老化时间/d	拉伸强度/ MPa	老化时间/d	拉伸强度/ MPa
0	34.5	0	34.5	0	34.5
70	30	20	29.3	9	27.4
140	27.2	40	27.1	18	24
210	24.6	60	23.9	27	23
280	20.9	80	21	36	20.5
350	16.1	100	17.2	45	17

表1 样品加速老化期间的拉伸强度

Tab.1 Tensile strength of samples during accelerated aging

图6 寿命预测曲线

Fig.6 Life prediction curve

温度/℃	230	250	280
使用寿命/年	65.0	12.2	1.2

表2 不同工作温度下的工作寿命

Tab.2 Working life at different working temperature

图7 FTFE 在不同升温速率下的TG曲线

Fig.7 TG curves of FTFE at different heating rates

升温速率/℃·min^-1	5	10	15	20
T_{5 %}/℃	520.08	539.22	552.54	559.90

表3 不同升温速率下失重5 %时的温度

Tab.3 Temperature of 5 % thermogravimetric loss of FTFE at different heating rates

图8 PTFE 在5 % 热失重下的lgβ 与（1/T）的线性关系

Fig.8 Linear relationship between lgβ of PTFE and（1/T） under 5 % thermal weight loss

温度/℃	热老化寿命预测/年	TG寿命预测/年
230	65	66
250	12.2	12.8
280	1.2	1.4

表4 不同工作温度下的工作寿命

Tab. 4 Working life at different working temperature

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