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有好幾種因素促使輻射在工業(yè)上應(yīng)用的范圍擴展和輻射裝置激增。其中有:已經(jīng)具備功率大而單位輻射成本低的電子加速器;有很強的T輻射源可資利用;對所涉及的化學原理有了更透徹的了解;與其相競爭的加工操作所需能源費用增加。
過程
在各種塑料、彈性體或其他大分子中,可以同時或有競爭地發(fā)生交聯(lián)和降解這兩種作用。發(fā)生交聯(lián)時,分子結(jié)合在一起,降低了其通常的移動性,即不會失去形狀,不再具有真熔點。降解過程發(fā)生時則分子鏈斷裂。兩種過程都引起材料發(fā)生重大變化;二者之中常有一過程占主導地位(但也可能并非如此)。根據(jù)二過程的相對動力學,材料可以是“交聯(lián)性”的,也可以是“降解性”的,依總體上占優(yōu)勢的那個過程而定。此外,如常見于芳烴(苯環(huán))含量高的材料那樣,我們還稱之為“有耐力”材料。交聯(lián)或降解可以由幾種作用所引起。通常采用電離輻射輻照或化學方法;瘜W方法的優(yōu)點是只需要少量的物質(zhì)。輻照的優(yōu)點是快速而經(jīng)濟.
輻射源
工業(yè)用電離輻射一般有兩類,即來自鉆-60一類放射性物質(zhì)的y射線和來自加速器的高能電子束。
γ射線穿透力強,可以處理很厚的物體,但通常加工速率慢。
電子束的穿透力低得多,但電子發(fā)生機可以具備很大的功率,高達數(shù)百千瓦,因此產(chǎn)品的產(chǎn)量可以等于或超過涉及應(yīng)用輻射裝置的其他工業(yè)操作的產(chǎn)量。
目前工業(yè)電子發(fā)生機已具有更高電子伏(達5百萬伏)的產(chǎn)品,因此穿透性極限的條件有所松動。但是,小型低壓系統(tǒng)(200—500kV)也有產(chǎn)品,占地面積小至819 cm2,卻能發(fā)生數(shù)十千瓦的電子功率,F(xiàn)有設(shè)備的多功用性,使得工業(yè)輻射加工的應(yīng)用由電子加速器獨領(lǐng)風騷,因為電子加速器經(jīng)濟、有效、生產(chǎn)速率高、經(jīng)加工的產(chǎn)品質(zhì)量高。
輻射加工參數(shù)
電子加速器產(chǎn)生的輻射用加速器電子伏數(shù)(決定穿透能力的參數(shù))和電子束電流或每秒所釋發(fā)的電子數(shù)來表征。如果電子伏數(shù)大到足以穿透產(chǎn)品,則在具備實現(xiàn)所需過程所需能量的情況下,電子束電流決定產(chǎn)量或加工速率。電子束所存儲的能量稱為劑量,通常表示為兆拉德(Mrad)或千戈瑞(kGy)。1兆拉德是一百萬拉德;回拉德劑量表示每克產(chǎn)品吸收10-5J的能量。 10千戈瑞相當于 1兆拉德。
加速器輸出額定量表示為千瓦(電子伏X電流)。根據(jù)經(jīng)驗,1kw電子功率理論上能夠釋放1兆拉德劑量給362。87kg(產(chǎn)品)幾。實際加工速率可由理論加工速率乘以實際過程的效率來進行計算。
在總體經(jīng)濟效果角逐中,輻射加工方法可能能夠單以單位成本低取得成功。此處的關(guān)鍵是所需生產(chǎn)能力必須大到足以利用輻射系統(tǒng)的全部能力。更新型的強有力的電子束系統(tǒng)由此可以以很低的單位加工成本作為其特色。雖然就投資費用而言可能其它系統(tǒng)要優(yōu)勝得多,但就單位加工成本而言,由于輻射系統(tǒng)的加工速率遠比其他系統(tǒng)為大,輻射系統(tǒng)便占有優(yōu)勢。
應(yīng)用
輻射加工的應(yīng)用包括以下幾個方面:
用于電線電纜的絕緣包皮的交聯(lián),這大概是輻射加工最知名最廣泛的應(yīng)用。交聯(lián)能夠改良耐應(yīng)力破裂、耐磨蝕和防變形性能,提高使用溫度和耐受流體作用的性能。
通過交聯(lián)可大幅度改進熱收縮塑料的收縮記憶性。如同電線電纜中的應(yīng)用一樣,用于塑料管和部件的交聯(lián)以改良性能。外科用具和其他一次性醫(yī)療用具的冷消毒。單體接枝聚合到織物基料上以改進抗污性和染色性。消除或大幅度減少許多塑料包裝材料和食品飲料包裝材料中殘余單體(Lomo法)。無溶劑、或少溶劑無溶劑排放、室溫速聚有機涂料的固化。聚乙烯泡沫塑料的交聯(lián)以控制泡孔結(jié)構(gòu)、發(fā)泡程度,改進表面狀況,或恢復韌性。橡膠或其他彈性體的硫化(但一般不包括了基橡膠)。聚丙烯和纖維素塑料一類塑料有控降解。均聚物熔體指數(shù)的有控改性。
有好幾種因素促使輻射在工業(yè)上應(yīng)用的范圍擴展和輻射裝置激增。其中有:已經(jīng)具備功率大而單位輻射成本低的電子加速器;有很強的T輻射源可資利用;對所涉及的化學原理有了更透徹的了解;與其相競爭的加工操作所需能源費用增加。
過程
在各種塑料、彈性體或其他大分子中,可以同時或有競爭地發(fā)生交聯(lián)和降解這兩種作用。發(fā)生交聯(lián)時,分子結(jié)合在一起,降低了其通常的移動性,即不會失去形狀,不再具有真熔點。降解過程發(fā)生時則分子鏈斷裂。兩種過程都引起材料發(fā)生重大變化;二者之中常有一過程占主導地位(但也可能并非如此)。根據(jù)二過程的相對動力學,材料可以是“交聯(lián)性”的,也可以是“降解性”的,依總體上占優(yōu)勢的那個過程而定。此外,如常見于芳烴(苯環(huán))含量高的材料那樣,我們還稱之為“有耐力”材料。交聯(lián)或降解可以由幾種作用所引起。通常采用電離輻射輻照或化學方法;瘜W方法的優(yōu)點是只需要少量的物質(zhì)。輻照的優(yōu)點是快速而經(jīng)濟.
輻射源
工業(yè)用電離輻射一般有兩類,即來自鉆-60一類放射性物質(zhì)的y射線和來自加速器的高能電子束。
γ射線穿透力強,可以處理很厚的物體,但通常加工速率慢。
電子束的穿透力低得多,但電子發(fā)生機可以具備很大的功率,高達數(shù)百千瓦,因此產(chǎn)品的產(chǎn)量可以等于或超過涉及應(yīng)用輻射裝置的其他工業(yè)操作的產(chǎn)量。
目前工業(yè)電子發(fā)生機已具有更高電子伏(達5百萬伏)的產(chǎn)品,因此穿透性極限的條件有所松動。但是,小型低壓系統(tǒng)(200—500kV)也有產(chǎn)品,占地面積小至819 cm2,卻能發(fā)生數(shù)十千瓦的電子功率,F(xiàn)有設(shè)備的多功用性,使得工業(yè)輻射加工的應(yīng)用由電子加速器獨領(lǐng)風騷,因為電子加速器經(jīng)濟、有效、生產(chǎn)速率高、經(jīng)加工的產(chǎn)品質(zhì)量高。
輻射加工參數(shù)
電子加速器產(chǎn)生的輻射用加速器電子伏數(shù)(決定穿透能力的參數(shù))和電子束電流或每秒所釋發(fā)的電子數(shù)來表征。如果電子伏數(shù)大到足以穿透產(chǎn)品,則在具備實現(xiàn)所需過程所需能量的情況下,電子束電流決定產(chǎn)量或加工速率。電子束所存儲的能量稱為劑量,通常表示為兆拉德(Mrad)或千戈瑞(kGy)。1兆拉德是一百萬拉德;回拉德劑量表示每克產(chǎn)品吸收10-5J的能量。 10千戈瑞相當于 1兆拉德。
加速器輸出額定量表示為千瓦(電子伏X電流)。根據(jù)經(jīng)驗,1kw電子功率理論上能夠釋放1兆拉德劑量給362。87kg(產(chǎn)品)幾。實際加工速率可由理論加工速率乘以實際過程的效率來進行計算。
在總體經(jīng)濟效果角逐中,輻射加工方法可能能夠單以單位成本低取得成功。此處的關(guān)鍵是所需生產(chǎn)能力必須大到足以利用輻射系統(tǒng)的全部能力。更新型的強有力的電子束系統(tǒng)由此可以以很低的單位加工成本作為其特色。雖然就投資費用而言可能其它系統(tǒng)要優(yōu)勝得多,但就單位加工成本而言,由于輻射系統(tǒng)的加工速率遠比其他系統(tǒng)為大,輻射系統(tǒng)便占有優(yōu)勢。
應(yīng)用
輻射加工的應(yīng)用包括以下幾個方面:
用于電線電纜的絕緣包皮的交聯(lián),這大概是輻射加工最知名最廣泛的應(yīng)用。交聯(lián)能夠改良耐應(yīng)力破裂、耐磨蝕和防變形性能,提高使用溫度和耐受流體作用的性能。
通過交聯(lián)可大幅度改進熱收縮塑料的收縮記憶性。如同電線電纜中的應(yīng)用一樣,用于塑料管和部件的交聯(lián)以改良性能。外科用具和其他一次性醫(yī)療用具的冷消毒。單體接枝聚合到織物基料上以改進抗污性和染色性。消除或大幅度減少許多塑料包裝材料和食品飲料包裝材料中殘余單體(Lomo法)。無溶劑、或少溶劑無溶劑排放、室溫速聚有機涂料的固化。聚乙烯泡沫塑料的交聯(lián)以控制泡孔結(jié)構(gòu)、發(fā)泡程度,改進表面狀況,或恢復韌性。橡膠或其他彈性體的硫化(但一般不包括了基橡膠)。聚丙烯和纖維素塑料一類塑料有控降解。均聚物熔體指數(shù)的有控改性。
利用電子加速器生產(chǎn)輻照交聯(lián)電線電纜
電子束輻射加工以在許多領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用,在這一高技術(shù)產(chǎn)業(yè)中,用電子加速器生產(chǎn)輻照交聯(lián)電線電纜則是輻射加工行業(yè)中的第一產(chǎn)業(yè)。目前全世界用于工業(yè)的電子加速器有700~800臺,總功率超過20000kW,其中200多臺用于電線電纜行業(yè),主要集中在北美、歐洲、日本、俄羅斯及韓國等國家。美日等國幾乎所有生產(chǎn)線纜的大廠都利用電子加速器生產(chǎn)輻照線纜產(chǎn)品。我國有電子加速器近60臺,其中有50臺用于加工電線電纜產(chǎn)品,與日本的電子加速器臺數(shù)接近。目前我國電線電纜輻射加工業(yè)成為輻射加工行業(yè)這個高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。但是我國輻照加工的線纜產(chǎn)品無論在規(guī)格、品種及技術(shù)等方面與先進工業(yè)國家仍有較大差距。
近幾年來我國電線電纜行業(yè)輻射加工技術(shù)有了較大的發(fā)展,主要表現(xiàn)在以下方面
1. 電子加速器擁有量增長較快,以形成規(guī)模生產(chǎn)能力
20世紀90年代初,電纜行業(yè)開始使用電子加速器的熱潮。近十幾年來,電纜行業(yè)擁有的電子加速器生產(chǎn)線迅速增長,總功率超過2000kW,其中有一半是國產(chǎn),另一半是從美國、俄羅斯、法國、日本等國家引進。目前我國的輻照電纜生產(chǎn)能力雖然比不上美國,但與俄羅斯、法國、日本等國家的生產(chǎn)能力接近,被國際上認為是輻射加工發(fā)展最快的國家。
2. 輻照交聯(lián)電線電纜產(chǎn)品的市場開拓取得一定發(fā)展
20世紀90年代中輻照交聯(lián)電線電纜由于輻射工藝開發(fā)滯后,國產(chǎn)原材料品種少,質(zhì)量歉穩(wěn)定,國內(nèi)相關(guān)標準滯后等原因,造成了一些電子加速器生產(chǎn)線的開工不足,影響了經(jīng)濟效益的充分發(fā)揮。1992年輻照交聯(lián)電纜的產(chǎn)值僅3000多萬元,到2003年產(chǎn)值已達到20多億元,以開發(fā)的并有較成熟市場的產(chǎn)品主要有:
(1) 10kV和1kV輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣架空電纜。
(2) 1kV及以下的輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜,包括阻燃、耐火、無鹵低煙類。該產(chǎn)品為最早開發(fā)的品種之一,隨著國家對電網(wǎng)改造投入加大和經(jīng)濟建設(shè)的加快,已逐漸被供電部門和廣大用戶所接受。交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜取代聚氯乙烯絕緣電力電纜已是大勢所趨,用量逐年增高,已成為我廠的標志性產(chǎn)品之一,更為GE、LUCENT等跨國公司接受。
(3) 輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣控制電纜。同電力電纜一樣,PVC絕緣控制電纜終將被交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜取代。
(4) 輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣機場照明電纜。該產(chǎn)品已被民航及軍用機場和照明設(shè)備公司廣泛接受。
(5) 125℃輻照交聯(lián)聚烯烴絕緣機車線。該產(chǎn)品已被鐵道部多家機車工廠接受,性能已較大改善。
(6) 105℃輻照交聯(lián)聚氯乙烯(XLPVC)絕緣電線。XLPVC絕緣電線目前只能采用輻照法生產(chǎn),這類產(chǎn)品主要按照美國UL1429、1430、1431、1672等標準生產(chǎn),用于電子產(chǎn)品配套出口。
(7) 125℃~150℃輻照交聯(lián)聚烯烴絕緣電線。目前這類產(chǎn)品主要按照美國UL3266、3173、3271、3272、3321等標準生產(chǎn),用于電機燈具等產(chǎn)品的配套出口,有廣闊的市場前景。
(8) 輻照交聯(lián)車用低壓電纜,F(xiàn)進入市場的主要有兩種,一是105℃輻照交聯(lián)聚氯乙烯絕緣汽車線;二是125℃輻照交聯(lián)聚烯烴絕緣汽車線。采用的標準是美國SAE、日本JASO、德國DIN、法國PSA等,但是品種和質(zhì)量未能完全滿足市場的需求,仍需要大量進口,我國尚未有此類產(chǎn)品標準。
(9) 其它開發(fā)的產(chǎn)品還有輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣潛油泵電纜、核電站電纜和彩電高壓線等。
雖然我國在電線電纜輻照加工方面取得了長足的進步,但在產(chǎn)品質(zhì)量,品種和效率上仍與發(fā)達國家存在差距:
1. 技術(shù)創(chuàng)新能力低,在科技和資金上的投入不足,生產(chǎn)效率低下。
2. 企業(yè)效益發(fā)展不平衡,上海、江蘇、浙江、廣東和山東等地的輻照加工行業(yè)相對較好,東北、中西部地區(qū)相對較差,許多企業(yè)的開機率低而且產(chǎn)品品種較少,質(zhì)量不過關(guān)。
3. 產(chǎn)品質(zhì)量存在較大問題,產(chǎn)品標準滯后,市場選創(chuàng)力度不夠,市場開拓滯后占有率低。
4. 缺乏高檔產(chǎn)品。目前的輻照電纜緊局限于架空,汽車線,裝置線等產(chǎn)品。高檔次的軍用、航空航天、石油平臺等產(chǎn)品仍要進口。究其原因一是材料的開發(fā)滯后,二是缺乏專業(yè)的技術(shù)人才,三是市場原因。
目前我國已取得了較大的進展,一些電纜材料廠家開發(fā)出了各類的輻照交聯(lián)電纜材料:
1kV~10kV輻照交聯(lián)架空絕緣材料,90℃~105℃無鹵阻燃輻照交聯(lián)電纜料,150℃輻照交聯(lián)聚烯烴電纜料,125℃輻照交聯(lián)聚烯烴電纜料,105℃輻照交聚氯乙烯電纜料,125℃~150℃輻照交聯(lián)聚烯烴電機引接線電纜料,輻照交聯(lián)機場照明設(shè)備專用料;并且已制定了450/750V及以下的交聯(lián)聚氯乙烯和交聯(lián)聚烯烴電線電纜的相關(guān)標準。
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《高分子材料輻射加工技術(shù)及進展》
翟茂林 尹敏 哈鴻飛 編著
化學工業(yè)出版社,材料科學出版中心,
很有用的啊
我現(xiàn)在主要研究 輻照交聯(lián),也希望同行交流啊