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什么是辐射加工/辐照交联 - 无图版

dzf888 --- 2008-06-13 20:33:07

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] 辐射加工是一门利用电离辐射作用使材料或其组份的物理性能发生有用变化的技术。这种辐射具有相当高的能量,足以引发原子或分子电离。这种作用使化学键断裂生成自由基。自由基具有很高的活性,是辐射诱发的许多所需变化的根源。

有好几种因素促使辐射在工业上应用的范围扩展和辐射装置激增。其中有:已经具备功率大而单位辐射成本低的电子加速器;有很强的T辐射源可资利用;对所涉及的化学原理有了更透彻的了解;与其相竞争的加工操作所需能源费用增加。

过程

在各种塑料、弹性体或其他大分子中,可以同时或有竞争地发生交联和降解这两种作用。发生交联时,分子结合在一起,降低了其通常的移动性,即不会失去形状,不再具有真熔点。降解过程发生时则分子链断裂。两种过程都引起材料发生重大变化;二者之中常有一过程占主导地位(但也可能并非如此)。根据二过程的相对动力学,材料可以是“交联性”的,也可以是“降解性”的,依总体上占优势的那个过程而定。此外,如常见于芳烃(苯环)含量高的材料那样,我们还称之为“有耐力”材料。交联或降解可以由几种作用所引起。通常采用电离辐射辐照或化学方法。化学方法的优点是只需要少量的物质。辐照的优点是快速而经济.

辐射源

工业用电离辐射一般有两类,即来自钻-60一类放射性物质的y射线和来自加速器的高能电子束。

γ射线穿透力强,可以处理很厚的物体,但通常加工速率慢。

电子束的穿透力低得多,但电子发生机可以具备很大的功率,高达数百千瓦,因此产品的产量可以等于或超过涉及应用辐射装置的其他工业操作的产量。

目前工业电子发生机已具有更高电子伏(达5百万伏)的产品,因此穿透性极限的条件有所松动。但是,小型低压系统(200—500kV)也有产品,占地面积小至819 cm2,却能发生数十千瓦的电子功率。现有设备的多功用性,使得工业辐射加工的应用由电子加速器独领风骚,因为电子加速器经济、有效、生产速率高、经加工的产品质量高。

辐射加工参数

电子加速器产生的辐射用加速器电子伏数(决定穿透能力的参数)和电子束电流或每秒所释发的电子数来表征。如果电子伏数大到足以穿透产品,则在具备实现所需过程所需能量的情况下,电子束电流决定产量或加工速率。电子束所存储的能量称为剂量,通常表示为兆拉德(Mrad)或千戈瑞(kGy)。1兆拉德是一百万拉德;回拉德剂量表示每克产品吸收10-5J的能量。 10千戈瑞相当于 1兆拉德。

加速器输出额定量表示为千瓦(电子伏X电流)。根据经验,1kw电子功率理论上能够释放1兆拉德剂量给362。87kg(产品)几。实际加工速率可由理论加工速率乘以实际过程的效率来进行计算。

在总体经济效果角逐中,辐射加工方法可能能够单以单位成本低取得成功。此处的关键是所需生产能力必须大到足以利用辐射系统的全部能力。更新型的强有力的电子束系统由此可以以很低的单位加工成本作为其特色。虽然就投资费用而言可能其它系统要优胜得多,但就单位加工成本而言,由于辐射系统的加工速率远比其他系统为大,辐射系统便占有优势。

应用

辐射加工的应用包括以下几个方面:

用于电线电缆的绝缘包皮的交联,这大概是辐射加工最知名最广泛的应用。交联能够改良耐应力破裂、耐磨蚀和防变形性能,提高使用温度和耐受流体作用的性能。

通过交联可大幅度改进热收缩塑料的收缩记忆性。如同电线电缆中的应用一样,用于塑料管和部件的交联以改良性能。外科用具和其他一次性医疗用具的冷消毒。单体接枝聚合到织物基料上以改进抗污性和染色性。消除或大幅度减少许多塑料包装材料和食品饮料包装材料中残余单体(Lomo法)。无溶剂、或少溶剂无溶剂排放、室温速聚有机涂料的固化。聚乙烯泡沫塑料的交联以控制泡孔结构、发泡程度,改进表面状况,或恢复韧性。橡胶或其他弹性体的硫化(但一般不包括了基橡胶)。聚丙烯和纤维素塑料一类塑料有控降解。均聚物熔体指数的有控改性。

有好几种因素促使辐射在工业上应用的范围扩展和辐射装置激增。其中有:已经具备功率大而单位辐射成本低的电子加速器;有很强的T辐射源可资利用;对所涉及的化学原理有了更透彻的了解;与其相竞争的加工操作所需能源费用增加。

过程

在各种塑料、弹性体或其他大分子中,可以同时或有竞争地发生交联和降解这两种作用。发生交联时,分子结合在一起,降低了其通常的移动性,即不会失去形状,不再具有真熔点。降解过程发生时则分子链断裂。两种过程都引起材料发生重大变化;二者之中常有一过程占主导地位(但也可能并非如此)。根据二过程的相对动力学,材料可以是“交联性”的,也可以是“降解性”的,依总体上占优势的那个过程而定。此外,如常见于芳烃(苯环)含量高的材料那样,我们还称之为“有耐力”材料。交联或降解可以由几种作用所引起。通常采用电离辐射辐照或化学方法。化学方法的优点是只需要少量的物质。辐照的优点是快速而经济.

辐射源

工业用电离辐射一般有两类,即来自钻-60一类放射性物质的y射线和来自加速器的高能电子束。

γ射线穿透力强,可以处理很厚的物体,但通常加工速率慢。

电子束的穿透力低得多,但电子发生机可以具备很大的功率,高达数百千瓦,因此产品的产量可以等于或超过涉及应用辐射装置的其他工业操作的产量。

目前工业电子发生机已具有更高电子伏(达5百万伏)的产品,因此穿透性极限的条件有所松动。但是,小型低压系统(200—500kV)也有产品,占地面积小至819 cm2,却能发生数十千瓦的电子功率。现有设备的多功用性,使得工业辐射加工的应用由电子加速器独领风骚,因为电子加速器经济、有效、生产速率高、经加工的产品质量高。

辐射加工参数

电子加速器产生的辐射用加速器电子伏数(决定穿透能力的参数)和电子束电流或每秒所释发的电子数来表征。如果电子伏数大到足以穿透产品,则在具备实现所需过程所需能量的情况下,电子束电流决定产量或加工速率。电子束所存储的能量称为剂量,通常表示为兆拉德(Mrad)或千戈瑞(kGy)。1兆拉德是一百万拉德;回拉德剂量表示每克产品吸收10-5J的能量。 10千戈瑞相当于 1兆拉德。

加速器输出额定量表示为千瓦(电子伏X电流)。根据经验,1kw电子功率理论上能够释放1兆拉德剂量给362。87kg(产品)几。实际加工速率可由理论加工速率乘以实际过程的效率来进行计算。

在总体经济效果角逐中,辐射加工方法可能能够单以单位成本低取得成功。此处的关键是所需生产能力必须大到足以利用辐射系统的全部能力。更新型的强有力的电子束系统由此可以以很低的单位加工成本作为其特色。虽然就投资费用而言可能其它系统要优胜得多,但就单位加工成本而言,由于辐射系统的加工速率远比其他系统为大,辐射系统便占有优势。

应用

辐射加工的应用包括以下几个方面:

用于电线电缆的绝缘包皮的交联,这大概是辐射加工最知名最广泛的应用。交联能够改良耐应力破裂、耐磨蚀和防变形性能,提高使用温度和耐受流体作用的性能。

通过交联可大幅度改进热收缩塑料的收缩记忆性。如同电线电缆中的应用一样,用于塑料管和部件的交联以改良性能。外科用具和其他一次性医疗用具的冷消毒。单体接枝聚合到织物基料上以改进抗污性和染色性。消除或大幅度减少许多塑料包装材料和食品饮料包装材料中残余单体(Lomo法)。无溶剂、或少溶剂无溶剂排放、室温速聚有机涂料的固化。聚乙烯泡沫塑料的交联以控制泡孔结构、发泡程度,改进表面状况,或恢复韧性。橡胶或其他弹性体的硫化(但一般不包括了基橡胶)。聚丙烯和纤维素塑料一类塑料有控降解。均聚物熔体指数的有控改性。

利用电子加速器生产辐照交联电线电缆

电子束辐射加工以在许多领域取得了广泛的应用,在这一高技术产业中,用电子加速器生产辐照交联电线电缆则是辐射加工行业中的第一产业。目前全世界用于工业的电子加速器有700~800台,总功率超过20000kW,其中200多台用于电线电缆行业,主要集中在北美、欧洲、日本、俄罗斯及韩国等国家。美日等国几乎所有生产线缆的大厂都利用电子加速器生产辐照线缆产品。我国有电子加速器近60台,其中有50台用于加工电线电缆产品,与日本的电子加速器台数接近。目前我国电线电缆辐射加工业成为辐射加工行业这个高技术产业的基础。但是我国辐照加工的线缆产品无论在规格、品种及技术等方面与先进工业国家仍有较大差距。

近几年来我国电线电缆行业辐射加工技术有了较大的发展,主要表现在以下方面

1. 电子加速器拥有量增长较快,以形成规模生产能力

20世纪90年代初,电缆行业开始使用电子加速器的热潮。近十几年来,电缆行业拥有的电子加速器生产线迅速增长,总功率超过2000kW,其中有一半是国产,另一半是从美国、俄罗斯、法国、日本等国家引进。目前我国的辐照电缆生产能力虽然比不上美国,但与俄罗斯、法国、日本等国家的生产能力接近,被国际上认为是辐射加工发展最快的国家。

2. 辐照交联电线电缆产品的市场开拓取得一定发展

20世纪90年代中辐照交联电线电缆由于辐射工艺开发滞后,国产原材料品种少,质量歉稳定,国内相关标准滞后等原因,造成了一些电子加速器生产线的开工不足,影响了经济效益的充分发挥。1992年辐照交联电缆的产值仅3000多万元,到2003年产值已达到20多亿元,以开发的并有较成熟市场的产品主要有:

(1) 10kV和1kV辐照交联聚乙烯绝缘架空电缆。

(2) 1kV及以下的辐照交联聚乙烯绝缘电力电缆,包括阻燃、耐火、无卤低烟类。该产品为最早开发的品种之一,随着国家对电网改造投入加大和经济建设的加快,已逐渐被供电部门和广大用户所接受。交联聚乙烯绝缘电力电缆取代聚氯乙烯绝缘电力电缆已是大势所趋,用量逐年增高,已成为我厂的标志性产品之一,更为GE、LUCENT等跨国公司接受。

(3) 辐照交联聚乙烯绝缘控制电缆。同电力电缆一样,PVC绝缘控制电缆终将被交联聚乙烯绝缘电缆取代。

(4) 辐照交联聚乙烯绝缘机场照明电缆。该产品已被民航及军用机场和照明设备公司广泛接受。

(5) 125℃辐照交联聚烯烃绝缘机车线。该产品已被铁道部多家机车工厂接受,性能已较大改善。

(6) 105℃辐照交联聚氯乙烯(XLPVC)绝缘电线。XLPVC绝缘电线目前只能采用辐照法生产,这类产品主要按照美国UL1429、1430、1431、1672等标准生产,用于电子产品配套出口。

(7) 125℃~150℃辐照交联聚烯烃绝缘电线。目前这类产品主要按照美国UL3266、3173、3271、3272、3321等标准生产,用于电机灯具等产品的配套出口,有广阔的市场前景。

(8) 辐照交联车用低压电缆。现进入市场的主要有两种,一是105℃辐照交联聚氯乙烯绝缘汽车线;二是125℃辐照交联聚烯烃绝缘汽车线。采用的标准是美国SAE、日本JASO、德国DIN、法国PSA等,但是品种和质量未能完全满足市场的需求,仍需要大量进口,我国尚未有此类产品标准。

(9) 其它开发的产品还有辐照交联聚乙烯绝缘潜油泵电缆、核电站电缆和彩电高压线等。

虽然我国在电线电缆辐照加工方面取得了长足的进步,但在产品质量,品种和效率上仍与发达国家存在差距:

1. 技术创新能力低,在科技和资金上的投入不足,生产效率低下。

2. 企业效益发展不平衡,上海、江苏、浙江、广东和山东等地的辐照加工行业相对较好,东北、中西部地区相对较差,许多企业的开机率低而且产品品种较少,质量不过关。

3. 产品质量存在较大问题,产品标准滞后,市场选创力度不够,市场开拓滞后占有率低。

4. 缺乏高档产品。目前的辐照电缆紧局限于架空,汽车线,装置线等产品。高档次的军用、航空航天、石油平台等产品仍要进口。究其原因一是材料的开发滞后,二是缺乏专业的技术人才,三是市场原因。

目前我国已取得了较大的进展,一些电缆材料厂家开发出了各类的辐照交联电缆材料:

1kV~10kV辐照交联架空绝缘材料,90℃~105℃无卤阻燃辐照交联电缆料,150℃辐照交联聚烯烃电缆料,125℃辐照交联聚烯烃电缆料,105℃辐照交聚氯乙烯电缆料,125℃~150℃辐照交联聚烯烃电机引接线电缆料,辐照交联机场照明设备专用料;并且已制定了450/750V及以下的交联聚氯乙烯和交联聚烯烃电线电缆的相关标准。



龙啸天 --- 2008-06-14 09:54:24

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强烈推荐大家看这本书

《高分子材料辐射加工技术及进展》

翟茂林    尹敏  哈鸿飞  编著

化学工业出版社,材料科学出版中心,

很有用的啊

我现在主要研究 辐照交联,也希望同行交流啊

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