隨著輻照電子加速器技術的不斷發(fā)展，電纜行業(yè)對高科技產品的要求也不斷提高，我國輻照型電纜材料種類也是與日俱增，琳瑯滿目，以不斷滿足相關方日益增長的高性價比的材料需求。輻照材料交聯(lián)過程是電纜制造過程的關鍵工序也稱之“特殊過程”；依據《GB/T19001-2016質量管理體系 要求》標準要求，關鍵過程與特殊過程是影響產品質量的關鍵因素，一定要給與特別的關注。
輻照型低煙無鹵阻燃聚烯烴材料是近年來研發(fā)的新型復合材料，以超高的耐溫等級、良好的耐老化、耐低溫、阻燃等優(yōu)異性能被廣泛應用于電線電纜行業(yè)。然而此種輻照型材料未經電子加速器輻照交聯(lián)，無法判定其性能是否符合各相關方的需求和期望質量要求；給顧客和相關方在質量管理與控制方面帶來了極大的困擾。近年來由于輻照產品大量應用，其材料關鍵質量控制因素逐漸被發(fā)掘與重視。尤其是應用于高速動車、地鐵等關系國計民生等重大領域內的輻照型電纜材料，更需要嚴格的質量控制，以確保產品的質量。為此，對輻照型材料的劑量與性能的關聯(lián)與影響性研究勢在必行。本文從實踐出發(fā)，結合在電線電纜行業(yè)多年的豐富經驗，通過大量試驗數據對比分析；探討了輻照劑量對材料性能的影響。從中得到輻照型低煙無鹵阻燃聚烯烴材料的最佳輻照劑量范圍。
聚烯烴具有優(yōu)良的電絕緣、耐油耐酸堿耐老化等性能，被廣泛的應用于電線電纜行業(yè)。自PO材料工業(yè)化以來，已發(fā)展成型的材料有交聯(lián)聚乙烯（XLPE）、聚丙烯（PP）、聚1-丁烯、聚1-戊烯以及乙烯丙烯為基礎的共聚物等5大通用材料，其中輻照型低煙無鹵阻燃聚烯烴材料應用的領域越來越廣闊。
低煙無鹵阻燃材料的輻照交聯(lián)機理為：在常溫常壓下電子加速器電子槍發(fā)射出的高能量電子轟擊低煙無鹵阻燃材料的高分子產生游離基，后游離基相互作用再發(fā)生交聯(lián)反應，使得高分子聚合物由原來的線型結構變?yōu)榭臻g網狀結構，特別是將C—C鍵直接連接起來，大大提高了材料的耐溫等級以及耐老化、耐油、耐低溫等性能。
輻照交聯(lián)的主要化學反應過程為以下5大類：
自由基的裂解反應使自由基迅速裂解形成更穩(wěn)定的自由基并生成不飽和雙鍵。
自由基的重排反應使自由基更傾向于重新排成更穩(wěn)定的叔碳自由基。
自由基的抽氫反應發(fā)生順序為三級氫＞二級氫＞一級氫。
自由基偶聯(lián)反應使小分子自由基容易耦合形成分子量提高一倍的穩(wěn)定分子結構。
當自由基中存在β-H結構時，容易被另一個自由基奪取原子生成兩個穩(wěn)定的原子。
加速器工作原理是基于電子在電位場加速這一原理。電位場由高壓整流器建立；加速管的上端加上高壓整流器的負電壓，下端處于零電位。陰極發(fā)射的電子在真空中由電位場加速。加速電子在引出裝置中由掃描系統(tǒng)均勻分散開來，通過鈦箔后到大氣中。從而照射到產品的材質內，使電子束為材料輻照交聯(lián)。加速器是由高壓整流器、加速管、真空系統(tǒng)和引出裝置等27個部位組成的，如圖1所示。加速器也還需要如下控制系統(tǒng)，如圖2所示。
——電源系統(tǒng)；——控制系統(tǒng)；
——空氣冷卻系統(tǒng)；——通風系統(tǒng)；
——水系統(tǒng)；——SF6氣體系統(tǒng)；
——吹風系統(tǒng)；——空氣冷卻系統(tǒng)
為了更有效的研究輻照劑量對材料質量性能的影響，制定的抽樣方案為在連續(xù)同一批原材料、同一班次連續(xù)生產的電纜樣品中取樣方法，針對明確型號的產品，以滿足EN-50264-3-1:2008標準規(guī)定的EI 109型低煙無鹵阻燃聚烯烴材料為例，研究輻照劑量對低煙無鹵阻燃聚烯烴材料的原始機械性能（抗張強度與斷裂伸長率）、耐老化性能、耐油性能、耐低溫性能、阻燃等質量性能的影響。其中EN-50264-3-1:2008標準對質量性能指標要求見表1所示。
①樣品制備：用Φ45型塑料擠出機制備符合標準EN-50264-3-1：2008標準的減小尺寸的單芯電纜，其型號為：EN-50264-3-1 600V 1.5mm2。
②按照規(guī)定的抽樣方案抽取電纜樣品的，分類周轉至輻照交聯(lián)工序。
③輻照交聯(lián)工序：分別以6、9、12、15、18Mard的輻照劑量對連續(xù)生產的電線進行輻照，每種劑量產品長度為200m。輻照后進行分類標號，輻照劑量6Mard為序號1組，輻照劑量9Mard為序號2組，輻照劑量12Mard為序號3組，輻照劑量15Mard為序號4組，輻照劑量18Mard為序號5組。
④分別對上述5組內的樣品做原始機械性能（抗張強度與斷裂伸長率）、耐老化性能、耐油性能、耐低溫性能、阻燃性能、熱延伸試驗：試驗方法按照EN-50264-3-1:2008標準規(guī)定。
通過上述抽樣方案與分組試驗；分類整理出試驗數據，分析如下：
表2為整理的5種分組樣品的不同輻照劑量與原始機械性能和熱延伸試驗數據對比。
由表2可知，隨著輻照劑量的增大，低煙無鹵阻燃聚烯烴的抗張強度數值隨之變大，且呈線性增長趨勢，斷裂伸長率隨之變小，且呈線性遞減趨勢。
分析產生此現(xiàn)象的原因為：當輻照劑量為6Mard較小時，熱延伸試驗數據為60%；低煙無鹵阻燃聚烯烴輻照交聯(lián)程度較小，材料線型占主導，空間網狀程度不夠，分子與分子之間結合不夠緊密，受力后更容易產生滑移。
所以斷裂伸長率數值很大，抗張強度很�。浑S著劑量的逐步增大，材料的交聯(lián)程度逐漸增強，分子與分子之間結合非常緊密，分子之間很難滑移，表現(xiàn)為斷裂伸長率變小，抗張強度增大。
但輻照劑量增加到18Mard時，抗張強度突然直線變大，斷裂伸長率直線下降，考慮為輻照劑量過大，致使低煙無鹵阻燃聚烯烴材料分子發(fā)生降解變質，致使原材料喪失原有的性能。
從表2熱延伸試驗數據可以看出，隨著輻照劑量的增大，材料的交聯(lián)程度越大，致使分子與分子之間的作用力變大，熱延伸數值越來越小。
表3為整理的5種分組樣品的不同輻照劑量與耐老化性能試驗數據。
由表3可知，隨著輻照劑量的增大，低煙無鹵阻燃聚烯烴材料的抗張強度變化率與斷裂伸長率數值先變小后變大，且呈U型曲線趨勢。
分析產生此現(xiàn)象的原因為：當輻照劑量為6Mard較小時，熱延伸試驗數據為60%；低煙無鹵阻燃聚烯烴輻照交聯(lián)程度較小，材料線型占主導，空間網狀程度不夠，導致斷裂伸長率變化率數值很大，抗張強度變化率很大；
隨著劑量的逐步增大，材料的交聯(lián)程度逐漸增強形成了大量的C—C鍵，大大提高了材料耐高溫性能，呈現(xiàn)出斷裂伸長率變化率變小，抗張強度變化率變小。但輻照劑量增加到18Mard時，抗張強度變化率與斷裂伸長率變化率突然呈直線變大，考慮為輻照劑量過大，致使低煙無鹵阻燃聚烯烴材料分子發(fā)生降解變質所致。
由表4可知，隨著輻照劑量的增大，低煙無鹵阻燃聚烯烴材料的耐油后抗張強度變化率與斷裂伸長率數值先變小后變大，且呈U型曲線趨勢。
分析產生此現(xiàn)象的原因為：當輻照劑量為6Mard較小時，熱延伸試驗數據為60%；低煙無鹵阻燃聚烯烴輻照交聯(lián)程度較小，材料線型占主導，空間網狀程度不夠，油分子很容易進入到材料分子的間隙當中，導致斷裂伸長率變化率數值很大，抗張強度變化率很大；
隨著劑量的逐步增大，材料的交聯(lián)程度逐漸增強，材料分子與分子之間的空間變�。环肿优c分子之間結合的更緊密，更穩(wěn)定，油分子不容易進入到材料分子中來，呈現(xiàn)出斷裂伸長率變化率變小，抗張強度變化率變小。但輻照劑量增加到18Mard時，抗張強度變化率與斷裂伸長率變化率突然呈直線變大，考慮為輻照劑量過大，致使低煙無鹵阻燃聚烯烴材料分子發(fā)生降解變質所致。
由表5可知，隨著輻照劑量的增大，低煙無鹵阻燃聚烯烴材料的耐低溫性能一直處于趨于穩(wěn)定水平，呈現(xiàn)出不受輻照劑量大小的影響；當且僅當輻照劑量太大時，材料發(fā)生降解變質，會嚴重影響低溫性能。
由表6可知，隨著輻照劑量的增大，低煙無鹵阻燃聚烯烴材料的阻燃性能未有明顯變化，呈現(xiàn)出不受劑量影響態(tài)勢；當且僅當輻照劑量太大時，表現(xiàn)出特殊不合格的結果。
綜上所述，由表1～5可知低煙無鹵阻燃聚烯烴材料的輻照劑量為12Mard～15Mard時，即序號3組與序號4組樣品的關鍵質量指標原始機械性能（抗張強度與斷裂伸長率）、耐老化性能、耐油性能、耐低溫性能、耐阻燃在最佳狀態(tài)，完全符合EN-50264-3-1:2008標準要求。
本文以低煙無鹵阻燃聚烯烴材料為研究對象，通過對其不同輻照劑量（6～18Mard）的交聯(lián)，研究了材料熱延伸性能、原始機械性能（抗張強度與斷裂伸長率）、耐老化性能、耐油性能、耐低溫性能、阻燃性能隨輻照劑量不同呈現(xiàn)的變化規(guī)律。研究表明：
1）熱延伸試驗表明，低煙無鹵阻燃聚烯烴材料的交聯(lián)程度隨著輻照劑量的增大而增大，呈現(xiàn)線性正相關。
2）原始機械性能試驗表明，隨著輻照劑量的增大，低煙無鹵阻燃聚烯烴材料的抗張強度數值隨之變大，且呈線性增長趨勢，斷裂伸長率隨之變小，且呈線性遞減趨勢。
3）隨著輻照劑量的增大，低煙無鹵阻燃聚烯烴材料的抗張強度變化率與斷裂伸長率數值先變小后變大，且呈U型曲線趨勢。
4）耐油試驗表明，隨著輻照劑量的增大，低煙無鹵阻燃聚烯烴材料的抗張強度變化率與斷裂伸長率數值先變小后變大，且呈U型曲線趨勢。
5）耐低溫性能及阻燃性試驗表明，低煙無鹵阻燃聚烯烴材料的低溫與阻燃性能不受輻照劑量大小的影響。
6）輻照材料一定要匹配與之對應的輻照劑量才能發(fā)揮整體的綜合的最佳性能，一定要避免劑量的過小與過大使用。
隨著科學技術的不斷發(fā)展，對輻照型電纜產品的質量安全已成為各相關方關注的焦點，我國輻照電子加速器輻照電纜產品起步比較晚，目前還未有形成系統(tǒng)化體系化的標準對輻照交聯(lián)程度的規(guī)定要求，以至于行業(yè)里質量管控無序與粗放。
建議相關方能通過質量管理的方案，利用合適的質量方法與工具制定合理的樣品抽樣方案，規(guī)定專職試驗人員負責指定試驗，制定完整的各類考核試驗的試驗大綱；通過數據的分析與處理，挑選出最佳試樣樣品。從而確定材料的最佳工藝輻照劑量，希望本文為相關方在輻照劑量與材料性能對比研究方面提供一些參考。
