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简析辐照加工技术在电线电缆领域的应用

电线电缆 辐照加工 辐照交联 辐照电缆
发布:2021-03-23 10:35:01     来源:青岛华强电缆


 

辐照是利用放射性元素的辐射去改变分子结构的一种化工技术,辐射加工,是指将电子加速器(0.2MeV~10MeV)产生的电子线(β射线)或放射性同位素(Cs-137或Co-60)产生的γ射线的能量转移给被辐照物质,电离辐射作用到被辐照的物质上,产生电离和激发,释放出轨道电子,形成自由基,通过控制辐射条件,而使被辐照物质的物理性能和化学组成发生变化并能使其成为人们所需要的一种新的物质,或使生物体(微生物等)受到不可恢复的损失和破坏,达到人们所需要的目标。这种新的加工技术称为辐射加工技术。比如,使高分子材料分别实现接枝、聚合、裂变或交联,抑制或刺激生物生长,有效地杀灭害虫、虫卵、病菌等。

辐照加工

辐射加工是指利用高能量的电离辐射将高分子材料引发原子或分子电离,使化学键断裂生成自由基,形成交联键,使高分子材料由线性分子结构转变成三维网状结构。

在各种塑料、弹性体或其他大分子中,可以同时或有竞争地发生交联和降解这两种作用。发生交联时,分子结合在一起,降低了其通常的移动性,即不会失去形状,不再具有真熔点。降解过程发生时则分子链断裂。两种过程都引起材料发生重大变化;可见材料可以是“交联性”的,也可以是“降解性”的,依总体上占优势的那个过程而定。交联或降解通常采用电离辐射辐照或化学方法。化学方法的优点是只需要少量的物质;辐照的优点是快速而经济。

辐照领域

辐照技术是利用射线对单体或高分子间的作用,电离和激发产生的活化原子与活化分子,使之与物质发生一系列物理、化学、与生物化学变化,导致物质的降解、聚合、交联、并发生改性。

辐射聚合 电离辐射具有能量高、透过力强的特点,因此可使很多不易聚合的单体聚合,得到高分子量的产物;

烯烃在电离辐射作用下可以进行聚合反应, 甲基丙烯酸甲酯的本体辐射聚合、丙烯酰胺的固态及浓水溶液辐射聚合等等。

辐射聚合的引发反应可在较低温度下进行,也可在固态或亚稳固态中进行,也可以在晶体的晶道中或某些无机物的夹层中进行,从而获得某些定向聚合的高分子, 如4-聚丁二烯。

辐射接枝聚合 辐射接枝聚合是指基体聚合物和单体共同辐照形成接枝,达到改善高分子某些性能的目的。接枝聚合可以在表面进行,也可以是整体接枝。

聚四氟乙烯接枝苯乙烯,可改善表面的粘结性能;聚氯乙烯接枝丁二烯,可改善其耐低温性能;聚酯纤维接枝丙烯酸, 以提高吸湿性, 也可接枝溴乙烯或乙烯基膦化物,以提高耐燃性能;聚氯乙烯纤维可接枝丙烯腈以提高耐热性能,接枝氟乙烯以提高耐老化性能。

辐照交联 辐照交联按无规交联机理进行,交联后由于形成网状结构,性能有所变化:耐高温性能和耐应力开裂性能有所提高,蠕变行为有所改善,交联后结晶高分子能产生“记忆效应”,因而可制备热收缩材料。

目前工业生中为了降低能耗及成本, 实行连续生产, 采用了强化交联剂(或称敏化剂)。这是一种多官能团的添加剂,可大幅度降低辐照剂量,具有重要的经济意义。目前辐照交联产品已投入工业规模生产,辐照交联聚乙烯和聚氯乙烯已广泛用于电线电缆绝缘层;辐照交联制得的热收缩材料更是电力部门所需要的重要材料。

辐照降解 又称辐照裂解。辐照降解是和辐照交联完全相反的过程,按无规降解反应机理进行,反应可在常温下进行,产物主要是低分子量的高分子,因此可作为获得不同级分的低分子量高分子的方法,目前已发展成为一种特殊的工业。聚四氟乙烯辐照裂解成细粉及氟蜡,是高级的润滑材料;聚氧化乙烯(见聚环氧乙烷)也可裂解得到低分子量的产物,用作增稠剂。

电线电缆绝缘材料的交联方式

交联绝缘电线电缆具有优异的电气性能,良好的运行安全性能和热过载机械特性,以及安装运行维修简便等优点。

电线电缆绝缘材料的交联一般采用物理或化学方法,使高分子绝缘材料由线性分子结构转变成三维网状结构,由热塑性材料变成热固性绝缘材料,从而提高了绝缘材料的耐老化性能,机械性能和耐环境的能力。交联绝缘逐步代替了油纸绝缘,并正在逐步取代PVC 塑料绝缘。

交联方法主要分成两大类,即物理交联和化学交联。

1、化学交联:化学交联又分高温交联和低温交联两种方法。

(1)、高温交联又称过氧化物交联,一般采用有机过氧化物作为交联剂,在热的作

用下,分解生成活性的游离基,这些游离基使聚合物碳链上产生活性点,并产生C-C 交联键,形成三维网状结构。

(2)、低温交联又称温水交联或硅烷交联,电缆在70-90℃的温水中交联,绝缘中的交联剂--硅烷在吸水后,线性结构反应生成网状的交联结构。

2、物理交联:又称辐照交联,分为γ-射线交联和电子束交联两种方法。

(1)、γ-射线交联目前只是在热缩材料的交联中有应用,而电线电缆生产中一般不采

用γ-射线交联。

(2)、电子束交联,利用电子加速器配合束下辐照装置,采用高能量电子束(由于

经济性和适用性一般采用能量在1.0-3.0MeV 之间)对电线电缆的绝缘层进行照射,引发高分子材料产生自由基,形成C-C 交联键,生成三维网状结构。

高温交联、温水交联、辐照交联特点:

高温交联由于设备投资大,耗电量大,生产速度慢,生产线庞大,线缆在生产过程中

存在高温和高压力,如果电缆截面较小,在生产线上容易会被拉细或拉断;同时更换

产品规格时间长,头尾的物料浪费严重,相对生产成本较高。因此一般适合于生产10-500KV 的70mm2以上的大截面,高电压等级的电缆;

温水交联因为水分不容易渗入厚的绝缘层中,一般用于生产10KV 以下的电缆,由于

在生产过程中有水和气体生成,长期使用过程中易产生水树、电树等问题;同时,对于硅烷料的杂质含量,介电性能以及温水交联的温度和交联速度即绝缘材料的交联度的控制,工艺技术上较难掌握;

辐照交联电线电缆的交联度随着辐照剂量的增加而增加,通过控制加速器及束下设备

的运行参数,可以获得重复性非常好的交联度值。同时,由于辐照交联是在常温常压下交联,辐照过程中不存在高压力和高温度,不需要加水或加热,交联中没有水和气体生成,因此长期使用中不会发生水树、电树等影响电线电缆寿命的老化,不存在电线电缆内部结构变动或熔化或降低电线电缆的拉断力。但由于受加速器能量以及束下设备的限制,辐照交联一般适用于耐压10KV 以下、外护套直径65mm 以内的电线电缆的生产。

针对大截面电缆容易出现辐照不均匀的现象,我们公司的ELV-8型电子加速器专门采用了最新的四面辐照装置,以及加用反射磁铁等多种方法彻底克服了这一缺陷。使我们公司加工的辐照交联绝缘产品品质更佳,交联度更高,耐热耐候性更好,并且生产速度快,效率高,成本低。

辐照产品的优点

辐照交联方法生产的电线电缆具有耐热、耐磨损、耐切通性、耐环境应力开裂、耐腐蚀性、抗张强度高、耐烙铁性,与其它交联加工方法相比较,绝缘性能更佳,不会因未反应的催化物而导致高聚物的降解,可提高电性能、热老化性和材料的稳定性。

特别值得提出的是通过对高聚物中添加耐温、阻燃等性能的助剂,经过辐照交联可以生产出耐温等级达到125-150℃的高温线缆,而低烟无卤耐热阻燃性能的线缆,只能采用辐照交联的方式进行生产。

因此,辐照交联是各种软线、电气装备线缆、耐高温和阻燃电线电缆的最理想的工艺方法和生产方式。

随着各行各业对线缆的要求越来越高,不但要求阻燃和不易然性,而且要求燃烧时具有低烟无毒的性能,更注重产品的无毒,防火,安全性能。同时,出口的机电产品,家用电器等电气装备用线都要符合进口国严格、苛刻的安全指标,而欧共体国家将在2004年取消聚氯乙烯电线电缆标准,不再使用。

可见,辐照交联电线电缆产品以其适应范围广,低成本,高效率,高性能,高品质,必将拥有广阔的发展前景。辐照交联产品除了与其它交联方式(化学交联、硅烷交联)机械物理、电性能一样外还具有以下优点:

1、辐照交联产品具有高效率、低能耗、无污染;

2、辐照交联是唯一可生产既交联且阻燃的电线、电缆产品的一种方式;

3、耐温等级高。辐照交联产品耐温等级可达105-150℃,其它交联方式目前限于90℃,PVC 只有70℃;

4、耐辐射能力强(耐光老化、热老化性能好),耐开裂性能优越;

5、辐照产品在常温下交联,可避免导体退火及加工过程中热应力造成的缺陷,避免了绝缘热应力;

加速器优势

工业用辐照交联一般有两类,即来自钻-60一类放射性物质的y 射线和来自加速器的高能电子束。

γ射线穿透力强,可以处理很厚的物体,但通常加工速率慢。

电子束的穿透力低得多,但加速器比起钴源来讲,有不可替代的优点:

1.加速器产生粒子的能量、强度大,功率大,并且在大范围内平滑调节,辐照剂量率

高,反应时间短;

2.产生粒子性能好,束流聚焦好,辐照剂量易于控制;

3.加速器可在任何需要的时候停机,停机后不再产生辐射;

4.产品辐照后不产生任何残留放射性。

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