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电线电缆EB辐射加工中的热效应

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  聚合物材料辐射加工所吸收的辐射能,仅仅是一部分用于化学和结构转变上,除反射和透过外大部分辐射能量转化为分子的激发和热。由于聚合物对热量传递是低效的,以致所吸收的能量可导致相当高的温升,特别是高剂量率的EB辐射加工,热效应问题要特别重视。

  温升不仅导致聚合物化学反应速度增加,若温度超过了材料的玻璃化转变(Tg)或熔点(Tm),辐照产生的辐解产物如氢、CO等其它冻结在聚合物中的小分子还来不及扩散,这些气体产物在聚合物中将会生成气孔或发泡,使绝缘质量降低,热效应与发泡随材料厚度增加变得更为严重。

  如果在很短的时间里吸收全部所需的辐射剂量,在材料中产生的热量与环境无充分的交换,就可看作处于绝热状态。用高能电子加速器EB进行聚合物绝缘辐射加工,就可看作是一个典型绝热体系。假如不考虑化学反应引起的热量变化,聚合物体系比热为1时,吸收所有的能量将转化为被辐照体系的温度升高,吸收10KGy剂量可引起2.4K温升。辐照相同剂量的不同材料,由于不同材料热容(Cp)不同,表现的温升是不同的。同时热容又是温度的函数,因此不同初始温度辐照产生的温升亦不相同。

  聚合体系的比热是与辐射热效应有关的一个重要参数。配方组成(如无机填加剂、阻燃剂)对比热和温升有很大影响。阻燃剂的加入,如金属氧化物具有较低的比热,局部温升问题要特别关注。

  热容与初始温度有关,即热容Cp是温度的函数。温升是热容和剂量的函数。

  假如聚乙烯绝缘层,EB辐射交联加工需要辐射150KGy剂量,按平均每10KGy温升5K计算,不考虑其相转变的能耗,将会有75度的温升,加上室温,就接近聚乙烯的熔点。但聚合物的相转变吸收热能远远高于材料的比热,对辐射温度效应有一定的缓解。

  热效应的主要危害之一是温升接近或达到聚合物的熔点时,在EB辐射加工传输过程中,产品易被拉伸变形,而且由于辐射加工中产生的小分子产物如氢、CO来不及扩散出去而发泡,导致绝缘的破坏,在电缆辐射加工中,热效应危害不可低估。

  EB辐射温升的主要影响因素:

  1、绝缘材料配方构成决定体系的平均热容Cp对温升影响,Cp越小,同样剂量,温升越高。

  2、产品的大小尺寸和形状,对产品与环境热交换有影响。产品越厚、越大越不易散失热量,应从工艺设施改善热交换。

  3、产品交联所需要的辐照剂量(D)大小,以及辐射加工剂量率(D′)的大小,都对温升有影响。D越大,D′越高,与环境热交换越困难,温升亦越高。

  4、环境温度,散热与热交换的影响。

  由上可知,材料的热容Cp越小,同样剂量辐照温升越高;所需的辐照剂量(D)越高,剂量率越高,温升亦越高,而样品尺寸越大,内部热越不容易散失。

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