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热收缩材料发展概况及其应用

1、热收缩材料的定义
    热收缩材料,又称高分子形状记忆材料,这些材料如聚乙烯、聚烯氢等材料通常都是线形结构,经过辐射或化学作用后变成网状结构,就叫做交联,交联后具有“记忆效应”的原理而制造出来的一类新型高分子功能材料。
    所谓“记忆效应”,就是辐射交联聚乙烯等结晶或非结晶聚合材料加热到熔点以上时,晶粒虽然熔化,但并不出现流动状态,而具有橡胶一类的弹性,若此时使聚乙烯扩张,则冷却定型后仍能保持扩张状态,如果将这种扩张聚乙烯重新加热到结晶熔化温度,这种聚合物材料会“记忆”起其未扩张时原来的形态并重新收缩恢复原样,故称“形状记忆效应”。
 
2、热收缩材料的性能
    这种优异的“记忆”性能,可用于制作热收缩管材、膜材和异形材,这种热收缩材料的径向收缩率可达50%~80%。热收缩材料主要特性是加热收缩紧包覆在物体外表面,能够起到绝缘、防潮、密封、保护和接续等作用。
 
3、热收缩材料的应用
    依据产品的特点,可应用于能源、电力、交通、工矿等各个领域。由于这种材料在工艺上有着简便、可靠等特点,在各个领域中起到更新换代作用,对传统的工业产品进行挑战,具有很强的市场竞争能力。
    目前国内热缩制品主要有:热缩通讯电缆附件、热缩电力电缆附件、电子系统热缩套管、热收缩包覆片、复全绝缘热收缩带等系列品种;就产值而言,热缩制品现居辐射加工产业之首,约占辐射加工总产值的55%左右,虽然产值指标含有γ射线加工的贡献,然而加速器的电子束加工,才是热缩材料产业化的真正基础。
 
4、国外发展概况
    50年代Dole和Charlesby先后发现,高能辐射可使聚乙烯交联并导致材料性能改善,其后,Charlesby进而发现交联的结晶聚合物具有“形状记忆效应”,从而奠定了开发热收缩高分子材料的基础。1959年他与Pinner为瑞凯(Raychem)公司申请了第一篇聚乙烯热收缩管的专利权,从而打开了这一新型功能材料的新纪元,可以说美国Raychem公司是以制造生产热缩材料起家的辐射加工工厂及联合公司,目前已发展到近8000名员工,综合开发热收缩产品规格品格达3000余种,子公司遍布世界各地,其年产值近30亿美元。产品种类繁多,广泛应用于军事工业、电子工业、汽车工业、电力系统、通讯、石油化工工业等领域,垄断了大部分国际市场。由于热收缩材料应用广泛,在一些发达国家早已引起重视,许多西方国家以及亚洲的日本、韩国等也先后开始了生产。如日本住友电工,针对汽车工业和家电工业优先发展了细管热缩材料生产,产值已近亿美元;之后腾仓、沽同等均开始了生产。较大的公司还有美元的3M公司、西屋电器等。南韩的金星公司、前苏联及欧洲荷兰、英、法、瑞典等国均形成了规模生产,但这些公司产品品种单一,远不如Raychem综合开发能力强、品系多、覆盖面广。热缩材料的市场,目前仍处于青春发育时期,由于热缩材料是高技术产品,利润高、效益好,因而国际上的竞争也日趋激烈。
 
5、国内发展概况:
    国内几乎与国外同步,50年代末在中科院长春应化所建立了我国第一个高分子辐射化学研究室,进行基础研究。60年代开始了热收缩材料和电线辐射交联研究,并成功地应用于“东方红”人造卫星。为发展辐射加工工业,筹建了我国第一个辐射中试基地(今天的吉林辐射化学工业公司前身),奠定了热收缩材料在我国研制生产的基础。
 70年代初,长春应用化学研究所积极承担了国家“八三”工程石油管路防腐工作,开展了辐射交联聚乙烯片、带、膜的研究,应用于石油输油管线的防腐工程。
    80年代初,由应化所牵头、联合吉林辐化所、水电部武汉高压所,受国家科委、水电部的委托和支持,完成了电力电缆热收缩附件的攻差,并迅速推广使用,打破了Raychem公司产品一统天下的局面,促进了我国该项高新技术产业的形成和发展。80年代中,长春应化所建厂生产,1994年建立了长春热缩材料股份有限公司(CIAC),为产业化、规模化打下了基础。
    1987年以来,国内热缩制品的生产数量和品种迅速发展。主要原因是热收缩材料的高附加值对制造厂家的刺激;民用、公用事业建设等需求充分显示了新材料的潜在市场很大;美国Raychem公司涉入,影响了国内的主要厂商,迫使大厂家连带一片,小厂群拥而上,形成了我国“热缩热”的局面。由于开发历史的原因,国内热缩材料主要限于通讯电缆附件和力缆附件两大系列,目前基本上形成了两大块的格局,一是以四川双流为代表的通讯产品生产厂家集群,另一是以长春CIAC为代表的力缆附件生产厂家集群。据不完全统计,全国已有大小企业300多家,其中产品质量与效益好的有以下63家。
国内用加速器专门生产热缩材料的单位现有7家(使用加速器共10台,约占加速器总数的22%)。另有9家既生产热缩制品又生产线缆(可认为各占加速器总台数的10%)。因此,全工约32%的辐照加速器用于热缩制品的生产。
    虽然国内厂家很多,但具有较大规模和较高水平的厂家只有十余家,国内市场基本被包括Raychem在内的几家大厂垄断。
    1994年全国热缩材料总产值已达5亿元,1995年全国总产值接近6亿元、利税2亿元。目前国内热缩制品主要有:热缩通讯电缆附件、热缩电力电缆附件、电子系统热缩套管、热收缩包覆片、复合绝缘热收缩带等系列品种;就产值而言,热缩制品现居辐射加工产业之首,约占辐射加工总产值的55%左右,虽然产值指标含有γ射线加工的贡献,然而加速器的电子束加工,才是热缩材料产业化的真正基础。

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