阅读说明：本技术 一种核级模块化保温层及其制备方法 (Nuclear-grade modular heat-insulating layer and preparation method thereof ) 是由 吴护林 李忠盛 黄安畏 罗明波 王征辉 孙彩云 蒋龙 吴道勋 周富 周小淋 于 2019-11-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种核级模块化保温层,它是由主体保温材料和外保护层材料组成,所述主体保温材料由热阻隔层材料和反射层材料层积复合而成；所述热阻隔层材料为耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料耐辐照性能承受1.0×10<Sup>7</Sup>Gy以上剂量γ射线辐照,质量吸湿率不大于0.3％,憎水率不小于99.5％,25℃时导热系数不大于0.016W·m<Sup>-1</Sup>·K<Sup>-1</Sup>。本发明解决了现有金属保温层存在的重量大、异形件加工困难及非金属保温层存在的坍塌堆积、容重不均匀等问题,更好的保障装备或系统性能,具有广大的市场应用前景。本发明制备方法简单,适合大规模生产。(The invention provides a nuclear-grade modular insulating layer which is composed of a main body insulating material and an outer protective layer material, wherein the main body insulating material is formed by laminating and compounding a thermal barrier layer material and a reflecting layer material; the thermal barrier layer material is an irradiation-resistant ceramic fiber heat-insulating composite material with irradiation resistance of 1.0 multiplied by 10 7 The Gamma ray irradiation with the dosage of Gy is not more than 0.3 percent, the hydrophobic rate is not less than 99.5 percent, and the heat conductivity coefficient at 25 ℃ is not more than 0.016 W.m ‑1 ·K ‑1 . The invention solves the problems of heavy weight, difficult processing of special-shaped parts, collapse accumulation, uneven volume weight and the like of the existing metal heat-insulating layer and the non-metal heat-insulating layer, better ensures the performance of equipment or a system and has wide market application prospect. The preparation method is simple and suitable for large-scale production.)

一种核级模块化保温层及其制备方法

技术领域

本发明属于绝热材料领域，具体涉及一种核级模块化保温层及其制备方法。

背景技术

核反应堆正常运行时，核一级主设备及管道内部流动着高温、高压冷却介质，需要在设备及管道外表面设置保温层进行隔热，减少热量损失。目前核级保温层主要分为金属保温层和非金属保温层(如耐辐照玻璃棉等)两大类。例如：专利US3904379A、CN1159062A、CN203131332U提供的金属保温层具有不产生粉尘、安装拆卸方便、良好的去污性等优点，但金属保温层重量大，对于复杂的异形件加工困难。例如：专利CN103174912A、CN103971761A提供的非金属有机材料保温层虽然重量轻，但是安装拆卸时易产生放射性粉尘、坍塌堆积、容重不均匀等问题，严重影响人员健康和装备或系统性能。

发明内容

基于目前核级金属保温层和非金属保温层存在的问题，本发明对现有保温层进行优化改进，提供一种新型核级模块化保温层，解决现有金属保温层存在的重量大、异形件加工困难及非金属保温层存在的坍塌堆积、容重不均匀等问题，更好的保障装备或系统性能。

除特殊说明外，本发明所述份数均为重量份，所述百分比均为质量百分比，所述浓度为质量百分比浓度。

本发明的目的是这样实现的：

一种核级模块化保温层，它是由主体保温材料和外保护层材料组成，其特征在于：所述主体保温材料由热阻隔层材料和反射层材料层积复合而成；所述热阻隔层材料为耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料，耐辐照性能承受1.0×10⁷Gy以上剂量γ射线辐照，质量吸湿率不大于0.3％，憎水率不小于99.5％，25℃时导热系数不大于0.016W·m^-1·K^-1。

本发明所述耐辐照性能承受1.0×10⁷Gy以上剂量γ射线辐照是指承受1.0×10⁷Gy以上剂量γ射线辐照后不发生明显的脆化、粉化、收缩等现象。

进一步，本发明所述耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料200℃时导热系数不大于0.024W·m^-1·K^-1。

进一步，本发明热阻隔层材料厚度为3mm～6mm。

进一步，本发明反射层材料采用高反射率奥氏体不锈钢箔或PI膜镀层；更进一步，所述高反射率奥氏体不锈钢箔厚度不大于0.03mm；所述PI膜镀层的PI膜厚度为25μm～50μm，镀层材质为奥氏体不锈钢，镀层厚度50nm～200nm。

本发明外保护层材料为厚度0.5mm～2mm、Co含量不大于0.1wt.％的奥氏体不锈钢薄板或厚度0.4mm～0.8mm的防水柔性机织物。

具体的说，一种核级模块化保温层，它是由主体保温材料和外保护层材料组成，其特征在于：所述主体保温材料由热阻隔层材料和反射层材料层积复合而成，热阻隔层材料厚度为3mm～6mm；所述热阻隔层材料为耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料耐辐照性能承受1.0×10⁷Gy以上剂量γ射线辐照，质量吸湿率不大于0.3％，憎水率不小于99.5％，25℃时导热系数不大于0.016W·m^-1·K^-1，200℃时导热系数不大于0.024W·m^-1·K^-1；所述反射层材料采用高反射率奥氏体不锈钢箔或PI膜镀层；所述高反射率奥氏体不锈钢箔厚度不大于0.03mm；所述PI膜镀层的PI膜厚度为25μm～50μm，镀层材质为奥氏体不锈钢，镀层厚度50nm～200nm；所述外保护层材料为厚度0.5mm～2mm、Co含量不大于0.1wt.％的奥氏体不锈钢薄板或厚度0.4mm～0.8mm的防水柔性机织物。

本发明还提供一种上述核级模块化保温层的制备方法。根据被保温设备或管道特点，模块化保温层分为刚性保温层和柔性保温层两大类，两者主体保温材料类型相同。刚性保温层的外保护层材料为厚度0.5mm～2mm、Co含量不大于0.1wt.％的奥氏体不锈钢薄板，适用法兰、阀门等需要经常拆卸的部位。柔性保温层的外保护层为厚度0.4mm～0.8mm的防水柔性机织物。根据实际情况，可在柔性保温层外保护层外包覆120目～180目，丝经不大于0.07mm的奥氏体不锈钢丝网，适用于管道、弯头、同心异径头等。

适用法兰、阀门等需要经常拆卸部位的刚性保温层制造工艺如图1所示。核级模块化保温层的制备方法，采用以下步骤：首先对热阻隔层材料进行纯净化预处理，采用自动裁剪系统对热阻隔层材料和反射层材料进行裁剪下料，然后对两种材料进行层积复合，检验合格后通过专用模具或工装进行整形，形成主体保温材料；对奥氏体不锈钢薄板进行裁剪下料、钣金成形、表面处理、精密组焊成型、钝化、缝隙密封等工序处理后，形成奥氏体不锈钢外保护壳；通过外保护壳对主体保温材料进行填充包覆，然后进行保护层封口、表面处理工序形成刚性保温层；最后经喷标识和成品检验合格后包装入库。

适用于管道、弯头、同心异径头等柔性保温层制造工艺如图2所示。核级模块化保温层的制备方法，采用以下步骤：首先进行柔性保温层主体保温材料的制备，工艺与刚性保温模块主体保温材料制备工艺相同。然后进行外保护层的制备；采用自动裁剪系统对防水柔性机织物进行裁剪下料，进行缝纫后制成机织物包覆套；根据实际情况，对不锈钢丝网进行裁剪下料，并与防水柔性机织物进行缝纫形成复合包覆套；将主体保温材料于包覆套内进行填充包覆，对保护层进行封口；最后经喷标识和成品检验合格后包装入库。

有益效果：

本发明提供一种核级模块化保温层，集成阻隔传导、抑制辐射、降低对流的热控“三综合”复合隔热结构创新设计，采用耐辐照的低热导材料作为热阻隔层，以多层低发射率高反射膜抑制高温热辐射，以一体化紧密组合的层间封闭结构，大幅降低对流传热，通过综合运用隔热原理，以组合结构的创新设计，突破了单一材料高温导热系数难以大幅降低的瓶颈性难题，具有隔热保温效果好，占用空间小，无毒无害，海洋环境适应性好，模块化设计，拆卸便捷等优点。本发明通过特定的耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料为热阻隔层材料，结合高反射率奥氏体不锈钢箔或PI膜镀层为反射层材料层积复合，形成主体保温材料，根据被保温设备或管道特点制成刚性保温层或柔性保温层，有效解决了现有金属保温层存在的重量大、异形件加工困难及非金属保温层存在的坍塌堆积、容重不均匀等问题，更好的保障装备或系统性能，具有广大的市场应用前景。

附图说明

图1为刚性保温层制造工艺流程图；

图2为柔性保温层制造工艺流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行具体描述，在此指出以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术熟练人员可以根据上述发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。本发明所述热阻隔层材料为耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料，可以参照专利CN201911080427.6(一种耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料及其制备方法)制备。

实施例1

某阀门表面最高温度为200℃，保温层厚度30mm，采用刚性保温层，主体保温材料中热阻层材料为3mm的耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料，反射层材料为厚度25μm的PI膜镀50nm厚316L不锈钢，热阻层和反射层材料按设计的层积方式复合后通过阀门模具进行整形，形成阀门保温层主体保温材料。外保护层材料采用厚度为0.5mm的304不锈钢薄板，经裁剪下料、钣金成形、表面处理、精密组焊成型、钝化、缝隙密封等工序处理后，形成外保护壳，通过外保护壳对主体保温材料进行填充包覆，最后进行保护层封口、表面处理工序形成阀门保温层产品。

保温层保温性能实验方法为：制备长、宽、厚度分别为250mm、350mm、30mm的保温层样品，放入自制的隔热性能测试系统加热平台上。加热面布置1个控制加热温度的控温热电偶和1个测量保温层热面的测温热电偶；保温层冷面在宽度的中心位置处，沿着长度方向均布3个冷面测温热电偶。通过温度采集软件实时记录各热电偶的温度数据。加热至200℃并保温1h以上，确保冷面各测点温度达到稳定状态，读出各测点温度数据。实验结果满足不大于60℃的防烫伤要求。

实施例2

某圆筒形设备表面最高温度为400℃，保温层厚度85mm，采用外保护层为机织物的柔性保温层，主体保温材料中热阻层材料为6mm的耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料，反射层材料为厚度0.03mm的316L不锈钢箔，热阻层和反射层材料按设计的层积方式复合后通过筒形工装进行整形形成圆筒形设备保温层的主体保温材料。外保护层材料采用厚度为0.8mm的防水柔性机织物，采用自动裁剪系统进行下料，进行缝纫后制成机织物包覆套。最后将主体保温材料于包覆套内进行填充包覆，对保护层进行封口，形成圆筒形设备保温层产品。

保温层保温性能实验方法为：制备长、宽、厚度分别为250mm、350mm、85mm的保温层样品，放入自制的隔热性能测试系统加热平台上。加热面布置1个控制加热温度的控温热电偶和1个测量保温层热面的测温热电偶；保温层冷面在宽度的中心位置处，沿着长度方向均布3个冷面测温热电偶。通过温度采集软件实时记录各热电偶的温度数据。加热至400℃并保温1h以上，确保冷面各测点温度达到稳定状态，读出各测点温度数据。实验结果满足不大于60℃的防烫伤要求。

实施例3

某管道表面最高温度为280℃，保温层厚度50mm，采用外保护层为机织物与丝网复合的柔性保温层，主体保温材料中热阻层材料为6mm的耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料，反射层材料为厚度0.03mm的316L不锈钢箔，热阻层和反射层材料按设计的层积方式复合后通过管道工装进行整形形成管道保温层的主体保温材料。分别将0.4mm的防水柔性机织物与丝经为0.07mm，120目的316L不锈钢丝网进行裁剪下料、复合缝纫制成复合包覆套。最后将主体保温材料于复合包覆套内进行填充包覆，对保护层进行封口，形成管道保温层产品。

保温层保温性能实验方法为：制备长、宽、厚度分别为250mm、350mm、50mm的保温层样品，放入自制的隔热性能测试系统加热平台上。加热面布置1个控制加热温度的控温热电偶和1个测量保温层热面的测温热电偶；保温层冷面在宽度的中心位置处，沿着长度方向均布3个冷面测温热电偶。通过温度采集软件实时记录各热电偶的温度数据。加热至280℃并保温1h以上，确保冷面各测点温度达到稳定状态，读出各测点温度数据。实验结果满足不大于60℃的防烫伤要求。