輻照加工技術如何用在電線電纜上
發布時間：
2022-11-05
輻射加工是指利用高能量的電離輻射將高分子材料引發原子或分子電離，使化學鍵斷裂生成自由基，形成交聯鍵，使高分子材料由線性分子結構轉變成三維網狀結構。輻照技術是利用射線對單體或高分子間的作用，電離和激發產生的活化原子與活化分子，使之與物質發生一系列物理、化學、與生物化學變化，導致物質的降解、聚合、交聯、并發生改性。
輻照加工
輻射加工是指利用高能量的電離輻射將高分子材料引發原子或分子電離，使化學鍵斷裂生成自由基，形成交聯鍵，使高分子材料由線性分子結構轉變成三維網狀結構。
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生交聯和降解這兩種作用。發生交聯時，分子結合在一起，降低了其通常的移動性，即不會失去形狀，不再具有真熔點。降解過程發生時則分子鏈斷裂。兩種過程都引起材料發生重大變化;可見材料可以是“交聯性”的，也可以是“降解性”的，依總體上占優勢的那個過程而定。交聯或降解通常采用電離輻射輻照或化學方法。化學方法的優點是只需要少量的物質;輻照的優點是快速而經濟。
輻照領域
輻照技術是利用射線對單體或高分子間的作用，電離和激發產生的活化原子與活化分子，使之與物質發生一系列物理、化學、與生物化學變化，導致物質的降解、聚合、交聯、并發生改性。
輻射聚合 電離輻射具有能量高、透過力強的特點，因此可使很多不易聚合的單體聚合，得到高分子量的產物;
烯烴在電離輻射作用下可以進行聚合反應, 甲基丙烯酸甲酯的本體輻射聚合、丙烯酰胺的固態及濃水溶液輻射聚合等等。
輻射聚合的引發反應可在較低溫度下進行，也可在固態或亞穩固態中進行，也可以在晶體的晶道中或某些無機物的夾層中進行，從而獲得某些定向聚合的高分子, 如4-聚丁二烯。
輻射接枝聚合 輻射接枝聚合是指基體聚合物和單體共同輻照形成接枝，達到改善高分子某些性能的目的。接枝聚合可以在表面進行，也可以是整體接枝。
聚四氟乙烯接枝苯乙烯，可改善表面的粘結性能;聚氯乙烯接枝丁二烯，可改善其耐低溫性能;聚酯纖維接枝丙烯酸, 以提高吸濕性, 也可接枝溴乙烯或乙烯基膦化物，以提高耐燃性能;聚氯乙烯纖維可接枝丙烯腈以提高耐熱性能，接枝氟乙烯以提高耐老化性能。
輻照交聯 輻照交聯按無規交聯機理進行，交聯后由于形成網狀結構，性能有所變化:耐高溫性能和耐應力開裂性能有所提高，蠕變行為有所改善，交聯后結晶高分子能產生“記憶效應”，因而可制備熱收縮材料。
目前工業生中為了降低能耗及成本, 實行連續生產, 采用了強化交聯劑(或稱敏化劑)。這是一種多官能團的添加劑，可大幅度降低輻照劑量，具有重要的經濟意義。目前輻照交聯產品已投入工業規模生產，輻照交聯聚乙烯和聚氯乙烯已廣泛用于電線、電纜絕緣層;輻照交聯制得的熱收縮材料更是電力部門所需要的重要材料。
輻照降解 又稱輻照裂解。輻照降解是和輻照交聯完全相反的過程，按無規降解反應機理進行，反應可在常溫下進行，產物主要是低分子量的高分子，因此可作為獲得不同級分的低分子量高分子的方法，目前已發展成為一種特殊的工業。聚四氟乙烯輻照裂解成細粉及氟蠟，是高級的潤滑材料;聚氧化乙烯(見聚環氧乙烷)也可裂解得到低分子量的產物，用作增稠劑。
電線電纜絕緣材料的交聯方式
交聯絕緣電線電纜具有優異的電氣性能，良好的運行安全性能和熱過載機械特性，以及安裝運行維修簡便等優點。
電線電纜絕緣材料的交聯一般采用物理或化學方法，使高分子絕緣材料由線性分子結構轉變成三維網狀結構，由熱塑性材料變成熱固性絕緣材料，從而提高了絕緣材料的耐老化性能，機械性能和耐環境的能力。交聯絕緣逐步代替了油紙絕緣，并正在逐步取代PVC 塑料絕緣。
交聯方法主要分成兩大類，即物理交聯和化學交聯。
1、化學交聯:化學交聯又分高溫交聯和低溫交聯兩種方法。
(1)、高溫交聯又稱過氧化物交聯，一般采用有機過氧化物作為交聯劑，在熱的作用下，分解生成活性的游離基，這些游離基使聚合物碳鏈上產生活性點，并產生C-C 交聯鍵，形成三維網狀結構。
(2)、低溫交聯又稱溫水交聯或硅烷交聯，電纜在70-90℃的溫水中交聯，絕緣中的交聯劑--硅烷在吸水后，線性結構反應生成網狀的交聯結構。
2、物理交聯:又稱輻照交聯，分為γ-射線交聯和電子束交聯兩種方法。
(1)、γ-射線交聯目前只是在熱縮材料的交聯中有應用，而電線電纜生產中一般不采用γ-射線交聯。
(2)、電子束交聯，利用電子加速器配合束下輻照裝置，采用高能量電子束(由于經濟性和適用性一般采用能量在1.0-3.0MeV 之間)對電線電纜的絕緣層進行照射，引發高分子材料產生自由基，形成C-C 交聯鍵，生成三維網狀結構。
高溫交聯、溫水交聯、輻照交聯特點
高溫交聯由于設備投資大，耗電量大，生產速度慢，生產線龐大，線纜在生產過程中存在高溫和高壓力，如果電纜截面較小，在生產線上容易會被拉細或拉斷;同時更換產品規格時間長，頭尾的物料浪費嚴重，相對生產成本較高。因此一般適合于生產10-500KV 的70mm2以上的大截面，高電壓等級的電纜;
溫水交聯因為水分不容易滲入厚的絕緣層中，一般用于生產10KV 以下的電纜，由于在生產過程中有水和氣體生成，長期使用過程中易產生水樹、電樹等問題;同時，對于硅烷料的雜質含量，介電性能以及溫水交聯的溫度和交聯速度即絕緣材料的交聯度的控制，工藝技術上較難掌握;
輻照交聯電線電纜的交聯度隨著輻照劑量的增加而增加，通過控制加速器及束下設備的運行參數，可以獲得重復性非常好的交聯度值。同時，由于輻照交聯是在常溫常壓下交聯，輻照過程中不存在高壓力和高溫度，不需要加水或加熱，交聯中沒有水和氣體生成，因此長期使用中不會發生水樹、電樹等影響電線電纜壽命的老化，不存在電線電纜內部結構變動或熔化或降低電線電纜的拉斷力。但由于受加速器能量以及束下設備的限制，輻照交聯一般適用于耐壓10KV 以下、外護套直徑65mm 以內的電線電纜的生產。
針對大截面電纜容易出現輻照不均勻的現象，目前已經有了相應的解決方案。
輻照交聯產品優點
輻照交聯方法生產的電線電纜具有耐熱、耐磨損、耐切通性、耐環境應力開裂、耐腐蝕性、抗張強度高、耐烙鐵性，與其它交聯加工方法相比較，絕緣性能更佳，不會因未反應的催化物而導致高聚物的降解，可提高電性能、熱老化性和材料的穩定性。
特別值得提出的是通過對高聚物中添加耐溫、阻燃等性能的助劑，經過輻照交聯可以生產出耐溫等級達到125-150℃的高溫線纜，而低煙無鹵耐熱阻燃性能的線纜，只能采用輻照交聯的方式進行生產。
因此，輻照交聯是各種軟線、電氣裝備線纜、耐高溫和阻燃電線電纜的最理想的工藝方法和生產方式。
隨著各行各業對線纜的要求越來越高，不但要求阻燃和不易然性，而且要求燃燒時具有低煙無毒的性能，更注重產品的無毒，防火，安全性能。同時，出口的機電產品，家用電器等電氣裝備用線都要符合進口國嚴格、苛刻的安全指標，而歐共體國家將在2004年取消聚氯乙烯電線電纜標準，不再使用。
可見，輻照交聯電線電纜產品以其適應范圍廣，低成本，高效率，高性能，高品質，必將擁有廣闊的發展前景。輻照交聯產品除了與其它交聯方式(化學交聯、硅烷交聯)機械物理、電性能一樣外還具有以下優點:
1、輻照交聯產品具有高效率、低能耗、無污染;
2、輻照交聯是唯一可生產既交聯且阻燃的電線、電纜產品的一種方式;
3、耐溫等級高。輻照交聯產品耐溫等級可達105-150℃，其它交聯方式目前限于90℃，PVC 只有70℃;
4、耐輻射能力強(耐光老化、熱老化性能好)，耐開裂性能優越;
5、輻照產品在常溫下交聯，可避免導體退火及加工過程中熱應力造成的缺陷，避免了絕緣熱應力;
加速器優勢
工業用輻照交聯一般有兩類，即來自鉆-60一類放射性物質的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，但加速器比起鈷源來講，有不可替代的優點:
1.加速器產生粒子的能量、強度大，功率大，并且在大范圍內平滑調節，輻照劑量率
高，反應時間短;
2.產生粒子性能好，束流聚焦好，輻照劑量易于控制;
3.加速器可在任何需要的時候停機，停機后不再產生輻射;
4.產品輻照后不產生任何殘留放射性。
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