转载 电线电缆绝缘EB辐射加工中的副效应与

转载 电线电缆绝缘EB辐射加工中的副效应与 转载 电线电缆绝缘EB辐射加工中的 副效应与 转载:电线电缆绝缘EB辐射加工中的副效应与质量控制 2010年09月13日 转载:电线电缆绝缘EB辐射加工中的副效应与质量控制 2010-09-13 17:02:08| 分类: 电线电缆| 标签:|字号大中小 订阅 辐射交联电线电缆第四节电线电缆绝缘EB辐射加工中的副效应与质量控制 电线电缆绝缘EB辐射加工导致聚合物绝缘的交联结构生成，获得耐温性、耐溶剂性的提高和改善。但在很多情况下，还有辐射氧化、热效应、静电效应、辐射后效应副反应伴随。它们是严重的影响电线电缆辐射加工质量的关键问题。 1. 聚合物材料的辐射氧化。 氧的存在会导致聚合物氧化裂解。聚合物绝缘的辐射氧化，主要来自于聚合物中溶解氧、辐射期间或辐照后扩散进入聚合物中的氧。氧化可在辐照加工中发生或在辐照加工后发生。 溶解氧主要存在于聚合物的非晶区或结晶-非结晶区界面，它与辐照产生的大分子自由基反应，生成过氧自基(ROO)，过氧化氢(ROOH)和过氧化物(ROOR)。 过氧化物和过氧化氢热分解产生氧化产物和自由基。如聚乙烯辐射氧化分解产物包括羟基化物、H2O、CO2、过氧化物、醇和羰基化物。 辐射氧化速率与聚合物中和环境氧浓度(溶解氧以及氧扩散进入速度)有关。这些过程受不同因素的影响，包括:聚合物的集聚态(或相)结构、非晶区的微观结构和样品的厚度、氧的压力、辐照温度及辐射剂量率等。氧不能 穿过聚乙烯的结晶区，氧的消耗和氧化物产额随结晶度增加而减少，氧化多在非晶区发生。 由于非晶区链段的活动性高于结晶区，大分子自由基更为活跃，若添加敏化剂促进双基重合或交联，与氧化过程相竞争自由基，可能导致氧化的减少。 辐射氧化的速率是随聚合物材料的厚度减小而增大。这是由于氧扩散进入薄的样品比厚的阻力小，更容易。 在高剂量率下辐照，自由基重合反应占优势，氧的扩散反应还来不及发生，在相当高的剂量率，特别是EB辐照加工时，氧扩散不能作为一个因素。 辐射后氧化与在聚合物辐照产生的俘陷自由基相关。研究证明，对于一个结晶(半结晶)聚合物来说，自由基主要存在于结晶与非结晶的界面区，因为该区和非晶区分子排列一样松散，但又受晶区的抑制，自由基重合不易发生。而氧扩散进入与俘陷自由基反应导致后氧化裂解。在较高温度下贮存，由于分子活动性增加后氧化将发生更快。 辐射氧化不仅导致大分子裂解，致使绝缘材料机械性能变坏，而且导致其电学性能，特别是介电损耗正切增大。这是聚射加工产品所不希望的。为了解决这一问题，实际上采取一些:添加抗氧剂、以减少和阻止氧化发生;添加敏化剂，促进交联，降低俘陷自由基浓度，减少辐射剂量，并与氧化过程、竞争自由基;高剂量率辐射加工，EB要比γ辐射大十数倍，阻止氧扩散;链性环境辐照和贮存;辐照后高温(高于聚乙烯α转变)处理，促进俘陷自由基重合反应，免后患。 2.电线电缆EB辐射加工中的热效应。 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，而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，以至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 厚度增加热效应变得更为严重。 绝缘质量降低，热效应与发泡随材料 (1) 辐射能量的平衡 聚合物材料在辐射加工中，辐射能的吸收与非吸收(反射、透过)的分配与辐射源的类型(γ或EB)与被辐照物性及几何形状有关(略)。 材料 (2) 绝热辐照。 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，就是一个典型绝热体系。假如不考虑化学反应，聚合物体系比热为1时吸收所有的能量都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。相同剂量辐照，由于不同材料和材料组成不同，其热容(Cp)不同，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。表2-1给出一些材料的辐射与温升结果。 表2-1: 聚合物体系的比热是与辐射热效应有关的一个重要参数。配方组成无机填加剂对比热有很大影响。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(见表2-1水的例子)。 如果聚乙烯绝缘，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。 影响 EB辐射温升的主要因素及避免途径: a) 绝缘材料配方构成和体系的平均热容Cp对温升影响，Cp越小，同样剂量温升越高。 b) 产品的大小尺寸和形状。产品越厚、越大越不易散失，改善热交换 c) 产品交联度所需要的辐照剂量(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，温升亦越高，采用增强交联体系可大大降低所需剂量，利于减少温升。 d) 降低环境温度，加强散热措施。 由上面叙述可知，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，温升亦越高，而样品尺寸越大，内部热越不容易散失。 电缆绝缘发泡问题解析: (1)设计者认为，只要绝缘厚度大于2.5mm就符合国家电缆结构标准，没有上限，这种说法是错误的，因此，产品绝缘偏厚，又无内半导层，而2.5MeV的电子束穿透能力是有限的.