章立宇 张辽
福建宁德核电有限公司355200
摘要：气动阀是核电站中常用的一种重要阀门，本文基于核电站中气动阀膜片的实际故障。为了进一步研究断裂性隔膜，我们采用了一种把分析与断裂性形态学分析结合起来的方法。通过我们的研究，选择了氟橡胶作为核电站气动隔膜加固的基本材料，并且在气动隔膜橡胶加固层的底部放置了一个增强型的纤维编织层，以期达到较好的气动隔膜加固效果和减少发生故障的危险。
关键词：核电站气动阀膜片；膜片故障；氟橡胶；乙丙橡胶；增强纤维编织物
一、引言
依赖于在核电厂中实际可能发生的气动阀膜片故障问题，并通过结合宏观的机械性能检验，材料组件成分模型的测试和故障损耗失效模型的分析等方法来深入地研究气动阀膜片故障。在更换后的保压测试中，一些新的隔膜破裂，并且某些隔膜在更换后立即具有明显的功能。研究人员在对故障的气动隔膜阀进行了采样和测试，测试项目包括机械性能测试和组件分析测试。
二、实验
（一）隔膜样品的基本信息
双 f1 、 f2 、 f3 为检修及更换前所用气动阀旧隔膜， n1 、 n2 、 n3 为新隔膜，在检修和更换后仍然丢弃。f2，f3膜片的两个薄壁涂层厚度分别为3mm，n1，n2，n3膜片的薄壁厚度分别为2mm。两批次防水隔膜以聚酯橡胶纤维为主要基础的材料组合，采用了一种名为增强性聚酯纤维的塑料织物[1]。f1，f2和以及f3隔膜橡胶样品的涂层增强剂用纤维材料编织的涂层一般位于整个隔膜弹性橡胶的涂层的底部，n1的纤维编织的涂层均匀地向下分布一直到隔膜橡胶层的涂层。
（二）失效样本材料的性能测试
该项目对两种类型的隔膜样品进行橡胶成分分析，力学性能测试和断裂形状观察。通过傅立叶红外光谱测试对两种不同批次的纺织纤维增强橡胶隔膜材料进行分析，以分析该材料的橡胶材料。材料的基本力学性能是通过拉伸试验，硬度试验和压缩试验等方法获得的。此外，该项目使用扫描电子显微镜观察失败样品的材料破损，并通过破损的形状进一步分析隔膜破损的原因。
由于两个样品批次的质地明显不同，因此该实验将集中于两种类型样品的比较分析。另外，在测试时，要考虑到失效的不同位置，从每个失效膜片的底部和侧面取样。
三、测试结果
（一）红外光谱分析
f1 ， f2 和 f3 隔膜样品的红外光谱包括甲基不对称拉伸吸振峰，亚甲基的不对称和对称拉伸吸振峰，羰基拉伸吸振峰以及CC拉伸不饱和双键。ch在硝基不饱和离子c=c双键上的应用ch的一些特点振动复合吸收峰，面内弯曲曲折振动的复合吸收峰，si-o-si向外伸长弯曲振动的复合吸收峰和它在硝基有机化合物上的一些不同特点振动吸收峰。通过数据搜寻和分析比较一个红外线的光谱特征数据库，我们通常可以迅速发现这个光谱特征峰上包含有许多相似的多环聚乙烯链段，长链烷烃和多环长链烷烃（1714cm-1)。在固体没有一个苯环，-cn，不饱和双键及其他基本能团被作为吸收峰的条件情况下，这种其他特性材料可以直接作用达到70，结合这种改性聚酯橡胶产品原材料的其他改性特点，我们就可以判断这种其他特性材料应该可能是属于乙丙橡胶或其他一种改性聚酯橡胶[4]。
在 n1 、 n2 和 n3 隔膜样品的红外光谱中，有 nh －拉伸振动吸收峰，羟基应变性拉伸振动吸收峰，亚甲基的不对称和对应性拉伸振动吸收峰以及亚甲基应变性拉伸振动吸收峰。拉伸振动的吸收，由于拉伸振动的吸收峰，硝基化合物特征光谱的发射。通过红外光谱数据库的搜索和比较，发现所有特征峰均具备与2－氟乙醇相似的结构，并具有炭黑和相似的低密度PE片段的特征峰的形状。具有类似结构的橡胶材料一般认为是氟橡胶或改性橡胶。
（二）拉伸性能和硬度测试
f1，f2和以及f3隔膜断裂样品的涂料拉伸断裂性能长期检验分析结果显示，样品在高温老化后涂层材料的隔膜断裂率和伸长率每年下降约25，硬度没有明显变化。显示了 n1 、 n2 和 n3 隔膜样品的抗应力和拉伸特性检验结果。样品发生老化后，材料断裂和伸长率下降的概率约为30，硬度上升的概率大约为10。
（三）扫描电子显微镜（SEM）测试
n1 破坏模型单面纤维直接从左孔拉出，被拉入后的纤维基体表面仅含少量的橡胶进行粘附，纤维加固和增强材料与橡胶基体之间的相互作用力明显不足，黏附两种材料之间的打结效果也很差。据此推测， n1 隔膜样本的纤维增强物无法完全发挥其对提高新型增强材料性能的特殊应用。
（四）辐照对用于三元乙丙橡胶失效的影响
用p照射EPDM后，抗张强度，断裂伸长率，断裂伸长率和抗张强度略有下降。可以在SEM图像中观察到基质材料中带有异物的颗粒。通常将填料添加到EPDM中以进行加固。在拉伸过程中，补强颗粒与橡胶基体之间的界面较差。当界面分离时，裂纹在膨胀过程中吸收能量，导致拉伸强度降低。断裂伸长率的急剧降低表明该材料的韧性下降并且该材料开始断裂。
p辐射破坏了EPDM的分子链，红外分析表明EPDM氧化并破坏了链，形成醛，酮和酯。
EPDM材料中添加了增强粉，以提高材料的机械强度。从拉伸破坏的微观分析图像可以看出，材料比呈现下降趋势。与空白样品相比，断裂伸长率降低了62以上。材料的机械性能大大降低，并且抗辐射性差。
用不同剂量的p辐射EPDM后，与粉末在断裂起点附近的不均匀分散相比，会形成应力集中区域，从而导致材料破裂。粉末的不均匀分散在高辐射剂量下会导致材料中的缺陷。粉末与基体的相容性降低，导致材料内部界面结构不均匀，在施加外力时很容易破坏，降低系统强度。
结论：通过对性能测试的成分分析和性能检验结果，旧的老隔膜样品均由聚酯纤维和增强橡胶复合材料制成，现有的隔膜样品中聚酯纤维和编织层位于现有隔膜橡胶复合材料涂层的底部，并且新一次更换样品期间的聚酯纤维编织层为聚酯橡胶，分布于该涂层的中间。即使在老化的隔膜破裂后，也可以通过电子显微镜观察到老化的隔膜断裂情况，断裂点处的加强步骤还是会和橡胶一直保持良好的粘合作用关系，并且老化的隔膜一旦断裂后会继续进行。在该位置的增强原材料明显地与基础橡胶进行分离，仅少数一些橡胶基础中残留于被分离地增强原材料和纤维中，并且这些增强原材料不能够具有很好的增强性。
参考文献：
[1]史红喜，王志茂.聚氯乙烯生产用气动阀的选型[J].聚氯乙烯，2020，48(01):20-22.
[2]赵鹏宇，孙黎.核电厂气动阀隔膜失效性能分析[J].科技视界，2019(28):78-79.