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聚合物辐射交联改性

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聚合物的辐射交联与降解

  聚合物接受电离辐射能会产生一系列化学变化,其中最主要的是分子链的交联与降解。所谓交联即聚合物中线性分子以化学键联系在一起,增大了分子量。交联程度不断增加导致形成凝胶,即不溶于任何溶剂、也不能熔融的网状结构;降解则是打断分子链使分子量减小。上述两种变化都是无规则的,而且同时发生。由于高分子结构的差异,总有一种变化是主要的,另一种是次要的。以交联为主的聚合物,如聚乙烯、天然橡胶是交联型,以降解为主的聚合物,如聚四氟乙烯、棉纤维素则是降解型。

  这种分子量和分子结构的变化会导致聚合物物理、力学等一系列性质的有益变化,提高了高分子材料的质量及应用范围。

  分子交联引起聚合物性能优化更具实用性,而辐射法常优于化学法,因此发展较快,理论研究深入,并已形成产业。

辐射交联电线电缆

1.辐射交联的优点

  聚烯烃交联后其性能得到明显改善,其中最主要的是热稳定性和绝缘性。如交联聚乙烯电线在90~125℃温度下可以长期稳定使用,而其介电常数也从2.3降至2.0。

  聚烯烃交联方法通常以过氧化物化学法(CV)和硅烷烃交联法(SV)为主。

  辐射交联产品优越,可广泛应用于飞机、汽车、宇宙飞船、计算机、电视机等家用电器。美国通讯电线已有90%使用聚乙烯辐射交联电线。美国ITT公司生产的各种规格的阻燃型电线电缆已广泛用于海上石油平台。

2.辐射交联电线电缆加工工艺

  电线电缆辐射交联产品的性能取决于一系列工艺因素,需要根据产品性能要求反复综合调整加以确定。
 
  为了使电线电缆在辐射加工时绝缘层的吸收剂量均匀,并更有效地利用电子束流,在对电线电缆进行辐射加工时,根据电线的不同规格应选择不同辐射方式。大多数用于电线电缆辐射加工的加速器是直流高压加速器,加速电压在0.5~2.5 MV,电子束是连续束,使用线性扫描使束流展宽成一定面积。在此情况下,电线可与扫描窗成一定角度通过。通常,扫描窗安装位置与电线前进方向成45°或90°角。

3.现状与前景

  在辐射加工行业中,高分子辐射改性仍然是产值高、效益好的一个重要领域,它具有很高的附加值。目前全世界总产值约接近200亿美元,其中70%~80%是电线电缆和热收缩绝缘材料辐射交联作出的贡献。

  我国辐射交联电线电缆的研究与开发有较好的基础,但产品的种类、规格、性能、数量等方面仍远不能满足市场需求,一些特殊规格的电线电缆还需靠进口补充,1988年花费1.2亿,1990年7亿,到1995年更高达10亿。可以看出,辐射交联电线电缆的开发在国内还是一个重要的领域。

辐射交联热收缩材料

1.记忆效应与热收缩材料

  聚乙烯等结晶型高分子材料经辐射交联后,加热到熔点以上时呈现高弹态。若此时将它用外力扩张,则冷却定型后仍能保持此扩张状态。除去外力,并将冷却定型的这种材料再加热到结晶熔化温度,它可以重新收缩恢复到原来的状态,径向收缩率可达50%,这一现象被称作记忆效应。20世纪50年代初英国学者查里斯比首先发现了这个重要现象,并开发了一种新型形状记忆材料,从而开创了生产这一新型功能材料的新纪元。

2.热收缩材料的应用现状

  热收缩材料应用范围很广,涉及电力工业(电力电缆附件、母排管、绝缘包复带等)、通讯电缆附件、石油管道、军事工业、电子工业(细管、双壁管、异型件、焊接管)及包装工业等领域,不仅材料种类繁多,每种材料还需要不同规格。

  美国的Raychem公司由生产制造热收缩材料起家,从50年代开始已发展到8000名员工,年产值几十亿美元的辐射加工工厂,生产、销售数千种热收缩材料,几乎垄断了国际市场。日本住友、藤仓、古河等公司亦是生产、销售热收缩材料的重要厂家,竞争激烈,并逐渐形成了自己的市场范围。产品主要用于油田、电力、通讯、国防军工等方面,其中住友公司的产品主要应用于汽车工业、电子工业等。

  我国辐射化学研究始于20世纪60年代,长春应用化学研究所和吉林辐射化学研究所合作研制、生产了我国第一代热收缩管,它已成功地应用于我国第一颗人造卫星上,目前已形成相当规模的生产能力。

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