高分子聚合物的辐照加工2

高分子聚合物的辐照加工

一、概论

二、高分子聚合物简介

2.1聚乙稀、交联聚乙稀

2.2聚氯乙稀、交联聚氯乙稀

2.3聚稀烃、交联聚稀烃

2.4橡胶

2.5热塑性弹性体

三、电线电缆的基础知识

3.1电线电缆简介

3.2电线电缆的强利性认证与标准

3.3电线电缆的命名

3.4电线电缆的测试

3.5质量保证与环境保护体系 ISO9001、ISO14000、QCO80000简介

四、电线电缆的电子加速器辐照加工

4.1辐照剂量的确定

4.2影响辐照品质的几个因素

4.3辐照品质的测量与检测

五、热缩管与发泡片材的电子加速器辐照加工

5.1热缩管

5.2发泡片材

一、 概论

利用加速器产生的高能量电子来对高分子聚合物进行辐射，改变聚合物的物理性能（物性）的过程叫辐照加工，被照物有电线电缆、热缩管、发泡片材半导体芯片等。

电线电缆经过辐照后其物性有了较大的改善，最显著的是耐热性，其次如耐磨性，耐环境开裂，耐候性、耐溶剂性。

辐照交联电线电缆主要应用在这四个方面：机车线、电机引出线、电子线、光伏线等。

热缩管主要使用在电缆的接头保护，其他需要绝缘保护的场合等。

发泡片材主要使用在汽车隔音、建筑装饰、空调管道保温、医学、电子元器件的静电屏蔽等领域。

一般来讲辐照加工包括五个方面

辐照交联、辐照聚合、辐照裂解、辐照接技聚合、辐照固化，我们主要涉及的是聚合物的辐照交联。

简单的讲，辐照交联就是在高能电子的作用下高聚物的线状分子侧基结构被打断形成自由基， 自由基再重新结合形成立体网状的分子结构，这样我们就知道辐照交联就是有条件的，并不是任何聚合物都可交联的，而且聚合物的交联难易程度也不同。

二、 高分子聚合物简介

电线由一根导体与导体上覆盖的绝缘层组成。

电缆由一根或几根电线绞合在一起，外层再包覆一层护套层组成。

电线电缆的绝缘层及护套层由高分聚合物组成，辐照加工就是经过电子束的照射，改善电线电缆的绝缘层及护套层的物性。

高分子聚合物也叫高分子材料，简称聚合物（也有低分子聚合物）。

电线电缆所使用的聚合物常见的有：聚氯乙烯（软质）、聚乙烯、聚稀烃、橡胶、热缩性弹性体等。

热缩管所使用的聚合物一般是聚氯乙烯、聚乙烯及聚稀烃或聚稀烃与EVA、EPDM等共混物。

发泡片材的主料也是聚氯乙烯或聚乙烯，也有用EVA、PU做导电型发泡材

料的，也有PP加一些PE做主料的。

为了改善电线电缆的机械物理性能，一般会在主料中添加一些其他物质来达到某些特定的目的。

如添加 烟剂降低燃烧时的发烟量即烟密质

添加阻燃剂提高氧指数

添加填充剂降低成本，改善性能

添加交联剂降低辐照剂量

添加抗氧剂减少氧化作用，等等

以上物质与聚合物组成了共混物，再经过辐照改善物性。

2.1 聚乙烯（PE）

聚乙烯是无臭无味无毒，外观呈乳白色蜡状固体，燃烧时火焰底部呈蓝色，顶端呈黄色，有熔融物下落继续燃烧，冒少量白烟，有石蜡气味。

PE表面较PVC发暗，在生产加工中有时需要加以鉴别，防止混清、辐照造成损失。PE有线性低密度(LLDPE)低密度高密度等几种，它的比重在0.91~0.97g/cm3 之间，PE易燃,氧指数为17.4%，使用温度在80~110℃之间耐化学性能较好。

由于PE无极性，吸湿性很低，因此电性能好，但如氧化后会生成极性分子，会使介电损耗增大，故使用中会加入一点抗氧剂。

PE的体电阻常数≥106 ，介电常数2.27~2.34，介电损耗因数＜5-4 ，PE在活性物质的作用下会产生应力开裂，是PE（聚稀烃类）的特有现象，交联聚乙烯（XLPE）是指聚乙烯经适当选择，配置加工后经辐照后可形成三维网状的分子结构的材料。XLPE的温度等级有90℃、105℃、125℃几个等级。

PE辐照剂量在20～40mrad,添加促交联剂后可降低到10～20mrad。PE广泛应用于电线电缆制造、热缩管、发泡材料等领域，辐照后力学性能、燃烧滴落性得到很大改善、耐环境应力开裂现象减少。

我们说的PE电线辐照是指XLPE不是纯PE，为什么？请思考。

2.2聚氯乙烯（PVC）

PVC是另一种在电线电缆生产中广泛使用的绝缘材料（软PVC，另有硬PVC用在管道等行业中。）

PVC是一种白色或淡黄色的坚硬粉末树脂，密度1.35～1.45g/cm3,比PE具有

较高的强度，硬度及刚性，弹性模量较大，有较低的毒性，80～85℃，开始软化，140℃开始释放出HC1，热稳定性较差。

PVC最高连续使用温度65～80℃之间，由于PVC分子有极性体电阻不如聚稀烃类，但阻燃性好氧指数为47%，体电阻率＞1013~16，介电常数3.02～4.0，PVC燃烧时火焰会很快熄灭，火焰为黄色，底部是绿色的，会喷绿色和黄色的火星，冒黑烟，有辛辣气。有黑色残渣，用手捏会碎。

交联PVC（XLPVC）：

XLPV是指PVC或它的一种共聚物经适当选择配置，加工后经交联使PVC大分子形成三维网状结构的材料。

XLPVC的辐照剂量为几兆拉德。

XLPVC的长期工作温度有几个等级，60℃、70℃、80℃、90℃、105℃等。因使用领域不同，有不同差别，主要还是配方上的不同造成了温度等级的差异。XLPVC绝缘电线电缆大多用于航空、造船、兵器、家用电器工业中，电子电器设备等布线也用，即AWM（电子线）。

由于XLPVC的交联度较低，一般不用热延伸考量其辐照品质

我们说的PVC电线的辐照是指XLPVC，不是纯PVC，为什么？请思考。

XLPVC电线辐照时会变色是一个大问题，随剂量的增大其颜色会从白色变为淡黄色、深黄色、橙色、褐色，如果剂量太大也会变为黑色，这是由于PVC脱HC1造成的，XLPVC电线照射后变成暗黄色，而且不能复原，添加一些荧光增白剂可减少变色问题。

2.3 聚稀烃类

使用最广泛的绝缘材料就是聚稀烃了，交联聚稀烃类是指聚乙烯（PE）、聚丙稀（PP）和聚丁稀-1或它们的一种共聚物经适当选择配比和加工后经交联制成的材料。

聚稀烃的比重较大，在1.4～1.6之间，辐照交联聚稀烃绝缘电线电缆产品是近二、三十年发展起来的，应用十分广泛，大量使用在汽车线，机车线、船缆中，温度等级较高，有105℃、125℃、150℃三类。它们的辐照剂量在10～20mrad之间。

2.4 橡胶类

由于橡胶（天然与人工合成）具有很好的弹性、防水性、质轻、柔软等性能，

被广泛应用在家用电器及轻型用电设备电源线，电源延长线上。橡胶的辐照其实也是胶橡硫化的一种，改善它硫化前的粘性大、弹性不足等弱点。

在电线电缆中主要使用的橡胶料有：

天然橡胶（NR） 丁 苯橡胶（SBR） 丁基橡胶（IIR） 乙丙橡胶（EPDM） 氯丁橡胶（CR）等。

橡胶的比重大约在0.86～1.26之间，辐照剂量在10～20mrad之间，体电阻率10E15/16，CR较小1010～1011，介电强度≥20kv/mm，介电常数1.0～9之间。

天然橡胶弹性和延伸率较大、耐磨、耐水，但耐油性较差，耐热性能差。

人工合成橡胶一般耐臭氧、耐大气老化、耐油、耐溶剂性较好，是制造电线电缆的良好材料。

2.5 热塑性弹性体（TPE）

TPE是指在常温下具有橡胶的弹性、高温下又可塑化成型的一类弹性体高分子材料，它即具有橡胶的力学性能及使用性能，又能 热塑进行加工，其性能介于塑料与橡胶之间，TPE是橡胶与塑料的共混物。

热塑性聚氨酯（TPU），热塑性硫 化橡胶（TPV）等都属于TPE，一般制造电缆的外被。

三、 电线电缆的基本知识

3.1 因为加速器主要辐照的产品就是电线电缆，所以我们有必要知道一些电线电缆的相关知识。

通俗的讲：

电线是指导体（铜、铝）外面挤覆一层绝缘材料，可传输电能、电信号的一类线状物体。

电缆是指一根或多跟电线外层再挤覆一层高分子聚合物护套层用来保护绝缘层的物体，有的包含有金属屏蔽层、填充物等。

电线电缆的绝缘层及护套层所用材料一般有：聚乙烯、交联聚乙烯、聚氯乙烯、交联聚氯乙烯、聚稀烃、橡胶，热塑性弹性体。

电线分类：

交联型 EB交联型 ，硅烷， 过氧化物

非交联型

含卤

不含卤

阻燃: 低阻燃30%～40% 高阻燃40%以上

非阻燃

低烟

温度级别：

XLPVC 60 75 80 90 105℃

XLPE 90 105 125℃

聚稀烃 105 125 150℃

橡胶 60 70℃ 90℃ 105℃

还有一些特殊功能的电线，如：抗菌、防霉、防油、耐寒、耐溶剂等。

特别解释一下：低卤是指不含卤素或含量极低（C1 Br I At）,以及不含铅、镉等物质的胶料制成的电线电缆，它们是在燃烧时不会发出有毒烟雾（HX）的环保型电线，要求卤素含量不超过50PPM,燃烧后产生的HX气体水溶液PH值不小于4.3呈弱酸性，HC1含量小于100PPM。

低烟是指透光率大于60%

阻燃是指氧指数OI在30～40%之间

高阻燃指氧指数OI在40%以上

有时OI在20～30%也叫阻燃，其实是自熄

氧指数OI：是指在试验条件下刚刚能支持材料继续燃烧需要的最低氧浓度，即氧在它和氮气混合气体中的最低体积的分数，材料的氧指数越大，可燃性越小，阻燃性越好。

3.2 电线电缆的强制性认证与标准

电线电缆产品要想销往某个国家或地区，必须获得该国家或地区的认证证书获得资格。

认证证书的获得一般是由企业提出申请，准备技术及其他相关资料，产品及文件，然后在实验室做样品测试，如果不合格还要修改，修改样品及文件再重新测试，完善产品及申请文件，最后由认证机构颁发证书，这样你的产品就可销往该国家或地区，以及其他认可该认证的地区及有该认证要求的需求商，认证申请有的还包括工厂检查，作上述工作还要支付认证费用。