电子束(EB)应用技术的发展(上)

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1952年查尔斯发现聚乙烯的原子炉辐射交联后，放射线交联已经经历了50多年的历史。美国、欧洲和日本等发达国家从上世纪50年代末，先后建立了各种高分子辐射改性研究机构并开始生产电子束交联的聚乙烯电线，拉开了高分子电子束辐射加工的序幕。之后，电子束辐射技术在聚乙烯泡沫、热收缩材料、汽车轮胎，涂层固化等领域获得了广泛的应用，同时应用于医疗器件的杀菌、食品消毒防腐、环境保护等领域。
工业用辐射源主要有钴60（射线）和电子束设备（电子束和X射线），从使用等角度，电子束更具优势，到目前为止，在工业应用中，电子束（EB）成为了主流。
　　最近，通过电子束辐射技术实现材料的功能化和高附加值等方面已获得了长足的发展，本文就电子束辐射技术进行概述。
　　EB辐射技术的应用现状
　　EB辐射技术在能源、交通、环保、卫生、食品等各个领域，已成为许多产业领域材料改良的基础技术。按技术领域划分，可主要分为：材料交联、接枝聚合、涂层固化、杀菌、食品辐射与环保等。
　　电子束辐射交联技术的应用
　　通过EB辐射使分子之间交联结合而形成三维结构，以此来改善高分子材料的耐热和机械力学等性能，该技术最早用于耐热包覆电线、耐热板与耐热膜、热收缩管与热收缩膜等的制造。与传统的化学交联技术比较，EB辐射交联技术具有可适用于类别广范的材料改性，已成为材料改性的重要工程手段。
　　电线与胶带中
　　现在，用于电子设备、汽车的PE（聚乙烯）和PVC（聚氯乙烯）包覆电线的改良主要是通过EB辐射技术实现。EB辐射交联的PE（聚乙烯）和PVC（聚氯乙烯）胶带具有优秀的抗老化特性，大量用于电线束的耐热保护。
　　热收缩管与热收缩膜
　　对PE等进行电子束辐射交联之后，加热至融点附近，然后施加外力，在使其变形得状态下进行冷却，外力去除变形得以保留；再次加热至融点附近，其性质具有收缩至不加外力时的原有状态，我们将此记忆性质称之为记忆效果或者热收缩特性。现在软管和薄膜热收缩材料已广泛用于配线端部与连接部的防腐蚀、食品包装等领域。
　　聚烯烃泡沫材料中
　　EB辐射交联法与以往的化学交联法相比较，具有交联与发泡可通过不同工艺进行的优点，具有可控制气泡、冲击吸收性良好及表面平滑性良好等特点。泡沫聚烯
烃（PE、PP（聚丙烯）、EVA（乙烯/醋酸乙脂）等）广泛用于汽车内部装饰材料、建筑与土木领域、隔热工业领域、农林与水产领域、电线绝缘体等。
　　橡胶材料
　　EB辐射交联硫化技术与化学硫化相比，具有不含有害的亚硝基胺、不产生亚硫酸气体及在自然环境中易于分解的特点。天然乳胶的放射线交联在日本、马来西亚与印度尼西亚等国被用于手术用手套等。在美国，屋顶橡胶材料大量使用EB辐射技术，在橡胶软管以及其它各种部件的制造中也获得了应用。
　　碳化硅纤维
　　对聚碳酸脂硅烷（polycarbo-sulane）纤维进行10Mgy以上EB辐射以及热氧化非熔化处理制造所得碳化硅纤维用于纤维强化陶瓷复合材料，具有1500C以上耐热性，是宇宙航空领域、原子能发电与热核反应堆等的极其重要的结构材料。
　　自控性塑料发热体（6）
　　对将碳黑与塑料通过适当组成混合的发热体进行通电的话，就会发热，然而由于电阻随着温度的上升而增加，发热量会减少，因此输出被控制。但是如果是普通塑料，一旦超过融点电阻则急剧减小，成为发热体着火的原因。因此若事先对此进行EB交联，即使超过融点，也可获得电阻并不减小的发热体。该特性被应用于农业、园艺领域。
　　工程塑料等的交联
　　工程塑料对放射线较为稳定，因此其交联并不容易。但是通过使用适当的交联加速剂经过EB交联，在300C的铅焊液中不融解的工程塑料获得应用。热稳定性好的
TAIC最能促进交联，TAIC对PET与PBT等也有效。耐热材料之一的PTFE是最易发生放射线分解的聚合物，不能在放射线环境下使用。但在溶融状态下，对此进行放射线辐射的话，就会进行交联，有可能作为新的抗放射线性的材料。
　　接枝聚合技术的应用
　　接枝聚合是改良聚合物性质的重要途径。EB辐射接枝聚合一般有两种途径，一是通过EB辐射首先在主干聚合物上生成游离基后，与单分子物体进行反应的预辐射法，二是与单分子物体共存状态下，用EB辐射进行接枝聚合的同时辐射法。EB辐射接枝聚合的特长：
　　赋予材料功能性：比如合成与由原材料物理性分离功能和离子吸附形成的化学性分离功能的复合功能；赋予材料的阻燃功能等。
　　官能基复合物的合成：通过利用共接枝聚合法，可以形成宫能基的复合物。
　　马赛克膜的合成：通过对屏蔽技术的应用，可以获得功能上的马赛克化。
　　反应场的控制、聚合物与单分子的溶解度系数的控制：可以进行表面层接枝聚合、均匀表面层接枝聚合等。
　　可进行游离基生成（电子束辐射工艺）与接枝聚合工艺的分离：所生成的游离基通过保存在其聚合物的玻璃转移点以下，可以长期保存。
　　在EB接枝聚合的情况下，游离基的生成与等离子和紫外线接枝技术相比，由于是从聚合物的内部生成的，因此接枝后的性能更加稳定可靠。
　　固化技术的应用
　　六十年代后期以涂料厂家为中心，开始了电子束涂层固化技术的研究开发，EB涂层固化技术是在基本材料的表面喷图单分子与齐聚物，通过EB辐射聚合形成保护膜。与类似的UV（紫外线）技术硬化相比较，EB辐射固化技术在未来更具有优越性。
　　EB固化涂层在高耐候性涂层、磁性介质、印刷电阻、极高交联密度的高硬度保护膜（铅笔硬度8~9H以上的高硬度保护膜）、非透明且厚的保护膜涂层、热敏基材表面涂层、防雾膜、表面防污处理等方面已获得了实际的工业应用，用传统UV（紫外线）加工技术难于实现。