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辐照交联的相关资料
  引用   回复  POST 2009-2-26 9:12:32
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辐射加工 一些名词的常规解释

辐射加工:radiation processing 采用电离辐射对材料进行加工处理的一种工艺过程。电离辐射的能量一般远远高于材料物质中子的价健能量(可超过几个数量级),因而电离辐射与物质相互作用时会产生包括核反应内的各种物理、化学和生物效应。这些效应构成了电离辐射对物质材料进行加工处理的技术基础。辐射加工有别于传统加工(如机械加工、热加工、化学加工等)的主要特点在于:加工温升很小,是一种冷加工,有利于热敏材料的加工;电离辐射的穿透性可对包装好的物品进行处理(例如消毒杀虫等),或实现固相物质的反应与改性;加工体系内不需催化剂和化学添加剂,因而产品纯净,无化学残留;加工过程控制方便,而且高效快速,易于实现规模化的连续生产;低能耗,无公害或少公害。各种电离辐射的加工应用领域见表:

 

 


辐射加工及其应用

 

电离辐射工 艺 过 程应 用 实 例
γ射线<DIV align=left>有机高分子材料聚合(或接枝聚合),杀虫、消毒、灭菌,抑制果实早熟、根茎发芽,装饰品材料改性等</DIV><DIV align=left>医疗用品消毒灭菌,电池隔膜与—塑材料制备,农产品、水产品、畜产品与食品的保藏,商品养护,档案与文物保存,珍珠、玉石、玻璃色质改善等</DIV>
电子束<DIV align=left>高分子材料交联,表面涂层固化,废气无害化,半导体改性等</DIV><DIV align=left>提高电线电缆绝缘层耐热性,热收缩材料制备,物品组件表面涂层装饰,层压制品加工,印刷包装油墨固化,火电站与垃圾站废气处理,半导体器件加工等</DIV>
离子束离子注入掺杂半导体材料改性,金属材料改性等
中 子中子嬗变掺杂半导体材料改性

 


  辐射加工是一门利用电离辐射作用使材料或其组份的物理性能发生有用变化的技术。这种辐射具有相当高的能量,足以引发原子或分子电离。这种作用使化学键断裂生成自由基。自由基具有很高的活性,是辐射诱发的许多所需变化的根源。
    有好几种因素促使辐射在工业上应用的范围扩展和辐射装置激增。其中有:已经具备功率大而单位辐射成本低的电子加速器;有很强的T辐射源可资利用;对所涉及的化学原理有了更透彻的了解;与其相竞争的加工操作所需能源费用增加。
过程
    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;二者之中常有一过程占主导地位(但也可能并非如此)。根据二过程的相对动力学,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。此外,如常见于芳烃(苯环)含量高的材料那样,我们还称之为“有耐力”材料。交联或降解可以由几种作用所引起。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.
辐射源
    工业用电离辐射一般有两类,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,但电子发生机可以具备很大的功率,高达数百千瓦,因此产品的产量可以等于或超过涉及应用辐射装置的其他工业操作的产量。
    目前工业电子发生机已具有更高电子伏(达5百万伏)的产品,因此穿透性极限的条件有所松动。但是,小型低压系统(200—500kV)也有产品,占地面积小至819 cm2,却能发生数十千瓦的电子功率。现有设备的多功用性,使得工业辐射加工的应用由电子加速器独领风骚,因为电子加速器经济、有效、生产速率高、经加工的产品质量高。
辐射加工参数
    电子加速器产生的辐射用加速器电子伏数(决定穿透能力的参数)和电子束电流或每秒所释发的电子数来表征。如果电子伏数大到足以穿透产品,则在具备实现所需过程所需能量的情况下,电子束电流决定产量或加工速率。电子束所存储的能量称为剂量,通常表示为兆拉德(Mrad)或千戈瑞(kGy)。1兆拉德是一百万拉德;回拉德剂量表示每克产品吸收10-5J的能量。 10千戈瑞相当于 1兆拉德。
    加速器输出额定量表示为千瓦(电子伏X电流)。根据经验,1kw电子功率理论上能够释放1兆拉德剂量给362。87kg(产品)几。实际加工速率可由理论加工速率乘以实际过程的效率来进行计算。
    在总体经济效果角逐中,辐射加工方法可能能够单以单位成本低取得成功。此处的关键是所需生产能力必须大到足以利用辐射系统的全部能力。更新型的强有力的电子束系统由此可以以很低的单位加工成本作为其特色。虽然就投资费用而言可能其它系统要优胜得多,但就单位加工成本而言,由于辐射系统的加工速率远比其他系统为大,辐射系统便占有优势。
应用
    辐射加工的应用包括以下几个方面。
    用于电线电缆的绝缘包皮的交联,这大概是辐射加工最知名最广泛的应用。交联能够改良耐应力破裂、耐磨蚀和防变形性能,提高使用温度和耐受流体作用的性能。
    通过交联可大幅度改进热收缩塑料的收缩记忆性。如同电线电缆中的应用一样,用于塑料管和部件的交联以改良性能。外科用具和其他一次性医疗用具的冷消毒。单体接枝聚合到织物基料上以改进抗污性和染色性。消除或大幅度减少许多塑料包装材料和食品饮料包装材料中残余单体(Lomo法)。无溶剂、或少溶剂无溶剂排放、室温速聚有机涂料的固化。聚乙烯泡沫塑料的交联以控制泡孔结构、发泡程度,改进表面状况,或恢复韧性。橡胶或其他弹性体的硫化(但一般不包括了基橡胶)。聚丙烯和纤维素塑料一类塑料有控降解。均聚物熔体指数的有控改性。

 

辐射交联聚乙烯 XLPE

[中文]: 辐射交联聚乙烯

[英文]: radiant crosslinked polyethylene

[说明]: 交联聚乙烯的一种。密度0.92。热变形温度(1.87兆帕)38~79℃,连续耐热达135℃。体积电阻率>1015欧姆·厘米,介电常数2.27~7.60,介电损耗角正切0.003~0.005。击穿电压(厚3.2毫米)230~1420伏/毫米,吸水率0.01%~0.06%。可用作耐高电压、耐高频的耐热绝缘材料,用于包覆电缆电线,也可用于热收缩薄膜和套管。以高能射线:如β射线、γ射线等辐射聚乙烯使之发生交联而得。

 

辐射化学

[英文]: radiation chemistry

[说明]: 泛指研究物质因受外来电磁波或高能电离(辐)射线的影响而产生化学效应的一门学科。目前主要研究各种高能电离射线(如α射线、β射线、γ射线、中子射线和伦琴射线等)对物质的化学行为的影响。由于这些射线的能量极大,物质在其作用下能形成激发原子、分子、自由基或离子,从而导致引发性的化学反应,如晶型变化、分解作用、氧化作用、氯化作用、有机合成和聚合反应等。随着原子能科学的发展,辐射化学已显得日益重要。

 

辐射剂量

亦简称剂量。在放射生物学和人体辐射防护中,电离辐射量(剂量)是一个问题。在放射线量中也采用国际单位(SI),根据国际辐射单位测量委员会的建议(1962),日本的计量法于1966年已作了大幅度的修正。如以生物效应作为目标,辐射与生物分子相互作用生成的离子和激发分子的数量及分布较之辐射线能谱的状况更为重要,因而多采用了下列各种单位;(1)吸收剂量(absorbed dose):这是描述辐射生物效应时的基本单位,其含意是指每局部单位质量所吸收的能量。单位是拉特(1rad=100erg/g),通用于所有辐射类型;(2)吸收剂量率(absobed dose rate):系单位时间内的吸收剂量(如rad/min):(3)辐照量(exposure)或空气剂量:是X或γ射线的计量单位。系指在光的作用下,单位体积空气释放的电子全部受阻后形成的离子所携带的电荷的总数。单位是伦琴(R),1R=2.58×104C/公斤;(4)辐照剂量率(exposure ra-te):系指单位时间内的照射剂量;(5)剂量当量(dose equivalent):基于辐射防护目的,把不同射线的校正系数和在受同位素内照射时的体内分布系数与吸收剂量相乘之积以rem表示即为剂量当量;(6)rep:这是以前经常使用的单位,现在已不大使用。

 

辐射聚合

[英文]: radiation polymerization

[说明]: 单体分子借辐射能引发活化成自由基或离子而进行的连锁聚合。可用的单体有三氟氯乙烯、甲醛、甲基丙烯酸甲酯等。可用的能源有无声放电、α射线、β射线、γ射线等。所得聚合物的纯度较高。

 

辐射硫化

[英文]: radiation vulcanization

[说明]: 在橡胶工业中指利用辐射进行硫化的过程。一般用紫外线或钴60放射的γ射线作为能源,在常温下照射不含硫化剂和促进剂的胶料,能使胶料硫化。可简化工艺,加速生产。

 

辐射固化涂料

[英文]: radiation curable coating

[说明]: 用高能辐射引发涂膜内成膜物质聚合固化的涂料。根据所用辐射源可分为光(紫外光)固化涂料和电子束固化涂料两种。辐射固化由于被涂底物不需要加热,因此像纸张、塑料、木材等一些不能用一般加热法干燥的材料,都可采用此法固化。由于辐射固化时间较短,特别适合于高速涂装。

[xunmeng 在 2009-2-26 9:13:26 编辑过]

  引用   回复  POST 2009-2-26 9:14:40
2#

加速器知识

 

accelerator
定义:一种使带电粒子增加速度动能)的装置

  加速器可用于原子核实验、放射性医学、放射性化学、
放射性同位素的制造、非破坏性探伤等。粒子增加的能量一般都在0.1兆电子伏以上。加速器的种类很多,有回旋加速器直线加速器静电加速器粒子加速器、倍压加速器等。

  1919年
英国科学家卢瑟福(E.Rutherford)用天然放射源中能量为几个MeV、速度为2×109厘米/秒的高速α 粒子束(即氦核)作为“炮弹”,轰击厚度仅为0.0004厘米的金属箔的“靶”,实现了人类科学史上第一次人工核反应。利用靶后放置的硫化锌荧光屏测得了粒子散射的分布,发现原子核本身有结构,从而激发了人们寻求更高能量的粒子来作为“炮弹”的愿望。

    静电加速器(1928年)、回旋加速器(1929年)、倍压加速器(1932年)等不同设想几乎在同一时期提了出来,并先后建成了一批加速装置。

     粒子加速器 particle accelerator
  用人工方法产生高速带电粒子的装置。是探索原子核和粒子的性质、内部结构和相互作用的重要工具,在工农业生产、医疗卫生、科学技术等方面也都有重要而广泛的实际应用。
  自从E.卢瑟福1919年用天然
放射性元素放射出来的a射线轰击原子首次实现了元素的人工转变以后,物理学家就认识到要想认识原子核,必须用高速粒子来变革原子核。天然放射性提供的粒子能量有限,只有几兆电子伏特(MeV),天然的宇宙射线中粒子的能量虽然很高,但是粒子流极为微弱,例如能量为1014电子伏特( eV )的粒子每小时在 1平方米的面积上平均只降临一个,而且无法支配宇宙射线中粒子的种类、数量和能量,难于开展研究工作。因此为了开展有预期目标的实验研究,几十年来人们研制和建造了多种粒子加速器,性能不断提高。应用粒子加速器发现了绝大部分新的超铀元素和合成的上千种新的人工放射性核素,并系统深入地研究原子核的基本结构及其变化规律,促使原子核物理学迅速发展成熟起来;高能加速器的发展又使人们发现包括重子介子轻子和各种共振态粒子在内的几百种粒子,建立粒子物理学。近20多年来,加速器的应用已远远超出原子核物理和粒子物理领域,在诸如材料科学、表面物理、分子生物学光化学等其它科技领域都有着重要应用。在工、农、医各个领域中加速器广泛用于同位素生产、肿瘤诊断与治疗、射线消毒、无损探伤、高分子辐照聚合、材料辐照改性、离子注入、离子束微量分析以及空间辐射模拟、核爆炸模拟等方面。迄今世界各地建造了数以千计的粒子加速器,其中一小部分用于原子核和粒子物理的基础研究,它们继续向提高能量和改善束流品质方向发展;其余绝大部分都属于以应用粒子射线技术为主的“小”型加速器。
  粒子加速器的结构一般包括 3个主要部分 :①粒子源 ,用以提供所需加速的粒子,有
电子正电子质子反质子以及重离子等等。②真空加速系统,其中有一定形态的加速电场,并且为了使粒子在不受空气分子散射的条件下加速 ,整个系统放在真空度极高的真空室内。③导引、聚焦系统 ,用一定形态的电磁场来引导并约束被加速粒子束,使之沿预定轨道接受电场的加速。所有这些都要求高、精、尖技术的综合和配合。
  加速器的
效能指标是粒子所能达到的能量和粒子流的强度(流强)。按照粒子能量的大小,加速器可分为低能加速器(能量小于108eV)、中能加速器(能量在108~109eV)、高能加速器(能量在109~1012eV)和超高能加速器(能量在1012eV以上)。目前低能和中能加速器主要用于各种实际应用。

   
美国科学家柯克罗夫特
  1932年美国科学家柯克罗夫特(J.D.Cockcroft)和爱尔兰科学家沃尔顿(E.T.S.Walton)建造成世界上第一台直流加速器——命名为柯克罗夫特-沃尔顿直流高压加速器,以能量为0.4MeV的质子束轰击锂靶,得到α 粒子和氦的核反应实验。这是历史上第一次用人工加速粒子实现的核反应,因此获得了1951年的诺贝尔物理奖。     

    爱尔兰科学家沃尔顿     

    美国科学家凡德格拉夫
  1933年美国科学家凡德格拉夫(R.J.van de Graaff)发明了使用另一种产生高压方法的高压加速器——命名为凡德格拉夫静电加速器。

    以上两种粒子加速器均属直流高压型,它们能加速粒子的能量受高压击穿所限,大致在10MeV。      

    凡德格拉夫的实验装置      

    劳伦斯与回旋加速器
  奈辛(G.Ising)于1924年,维德罗(E.Wideroe)于1928年分别发明了用漂移管上加高频电压原理建成的直线加速器,由于受当时高频技术的限制,这种加速器只能将钾离子加速到50keV,实用意义不大。但在此原理的启发下,美国实验物理学家劳伦斯(E.O.Lawrence)1932年建成了回旋加速器,并用它产生了人工放射性同位素,为此获得了1939年的诺贝尔物理奖。这是加速器发展史上获此殊荣的第一人。

    由于被加速粒子质量、能量之间的制约,回旋加速器一般只能将质子加速到25MeV左右,如将加速器磁场的强度设计成沿半径方向随粒子能量同步增长,则能将质子加速到上百MeV,称为等时性回旋加速器。      

    前苏联科学家维克斯列尔
  为了对原子核的结构作进一步的探索和产生新的基本粒子,必须研究能建造更高能量的粒子加速器的原理。1945年,前苏联科学家维克斯列尔(V.I.Veksler)和美国科学家麦克米伦(E.M.McMillan)各自独立发现了自动稳相原理,英国科学家阿里芳特(M.L.Oliphant)也曾建议建造基于此原理的加速器——稳相加速器。     

    美国科学家麦克米伦     

    自动稳相原理的发现是加速器发展史上的一次重大革命,它导致一系列能突破回旋加速器能量限制的新型加速器产生:同步回旋加速器(高频加速电场的频率随倍加速粒子能量的增加而降低,保持了粒子回旋频率与加速电场同步)、现代的质子直线加速器、同步加速器(使用磁场强度随粒子能量提高而增加的环形磁铁来维持粒子运动的环形轨迹,但维持加速场的高频频率不变)等。

    自此,加速器的建造解决了原理上的限制,但提高能量受到了经济上的限制。随着能量的提高,回旋加速器和同步回旋加速器中使用的磁铁重量和造价急剧上升,提高能量实际上被限制在1GeV以下。同步加速器的环形磁铁的造价虽然大大减少,但因横向聚焦力较差,真空盒尺寸必须很大,造成磁铁的磁极间隙大,依然需要很重的磁铁,要想用它把质子加速到10GeV以上仍是不现实的。
     
    1952年美国科学家柯隆(E.D.Courant)、李温斯顿(M.S.Livingston)和史耐德(H.S.Schneider)发表了强聚焦原理的论文,根据这个原理建造强聚焦加速器可使真空盒尺寸和磁铁的造价大大降低,使加速器有了向更高能量发展的可能。这是加速器发展史上的又一次革命,影响巨大。此后,在环形或直线加速器中,普遍采用了强聚焦原理。

    美国劳伦斯国家实验室1954年建成的一台6.2GeV能量的弱聚焦质子同步加速器,磁铁的总重量为1万吨。而布鲁克海文国家实验室33GeV能量的强聚焦质子同步加速器,磁铁总重量只有4千吨。这说明了强聚焦原理的重大实际意义。     

    美国科学家李温斯顿     

    美国科学家科斯特
  以上主要介绍的是质子环形加速器,对电子加速器来说情况有所不同。1940年美国科学家科斯特(D.W.Kerst)研制出世界上第一个电子感应加速器。但由于电子沿曲线运动时其切线方向不断放射的电磁辐射造成能量的损失,电子感应加速器的能量提高受到了限制,极限约为100MeV。电子同步加速器使用电磁场提供加速能量,可以允许更大的辐射损失,极限约为10GeV。电子只有作直线运动时没有辐射损失,使用电磁场加速的电子直线加速器可将电子加速到50GeV,这不是理论的限度,而是造价过高的限制。
     
    加速器的能量发展到如此水平,从实验的角度暴露出了新的问题。使用加速器作高能物理实验,一般是用加速的粒子轰击静止靶中的核子,然后研究所产生的次级粒子的动量、方向、电荷、数量等,加速粒子能参加高能反应的实际有用能量受到限制。如果采取两束加速粒子对撞的方式,可以使加速的粒子能量充分地用于高能反应或新粒子的产生。     

    意大利科学家陶歇克
  1960年意大利科学家陶歇克(B.Touschek)首次提出了这项原理,并在意大利的Frascati国家实验室建成了直径约1米的AdA对撞机,验证了原理,从此开辟了加速器发展的新纪元。

    现代高能加速器基本都以对撞机的形式出现,对撞机已经能把产生高能反应的等效能量从1TeV提高到10~1000TeV,这是加速器能量发展史上的又一次根本性的飞跃。     

    Frascati的AdA对撞机     

  自世界上建造第一台加速器以来,七十多年中加速器的能量大致提高了9个数量级(参见左图),同时每单位能量的造价降低了约4个数量级,如此惊人的发展速度在所有的科学领域都是少见的。

    随着加速器能量的不断提高,人类对微观物质世界的认识逐步深入,粒子物理研究取得了巨大的成就。     用人工的办法加速带电粒子,使其获得很高速度的装置.加速器利用一定形态的电磁场将电子、质子或重离子等带电粒子加速,使其具有高达几千、几万乃至近光速的高速带电粒子束,是人们认识原子核和探讨基本粒子,对物质深层结构进行研究的重要工具,同时随着加速器技术的不断发展,各种新的技术、新的原理不断更新,不断突破,进一步促进新技术的向前推进.加速器的研究和发展同时带来在工农业生产、医疗卫生、国防建设等各方面的重要而广泛的应用.

    早在20世纪20年代,科学家们就探讨过许多加速带电粒子的方案,并进行过多次实验.其中最早提出加速原理的是E·维德罗.30年代初高压倍加器、静电加速器、回旋加速器相继问世,研制者分别获得这一时期的诺贝尔物理学奖.这以后随着人们对微观物质世界深层次结构的研究的不断深入,各个科学技术领域对各种快速粒子束的需求不断增长,提出了多种新的加速原理和方法,发展了具有各种特色的加速器.其中有电子感应加速器、直线加速器、强聚焦高能加速器、扇形聚焦回旋加速器.1956年克斯特提出通过高能粒子束间的对撞来提高有效作用能的概念,导致了高能对撞机的发展.

    几十年来,人们利用加速器发现了绝大部分新的超铀元素和合成上千种新的人工放射性核素,并对原子核的基本结构和其变化规律进行了系统深入的研究,促使了原子核物理学的发展和成熟,并建立新的粒子物理学科,近20年来,加速器的发展的应用使材料科学、表面物理学、分子生物学、光化学都有重要发展.

    我国加速器的发展始于50年代末期,先后研制和生产了高压倍加器、静电加速器、电子感应加速器、电子和质子直线加速器、回旋加速器.近年来更加先进的加速器在我国又取得重大进展,北京已建成正负电子对撞机,使我国加速器研制和应用进入了世界先进行列.

[xunmeng 在 2009-2-26 9:15:22 编辑过]

  引用   回复  POST 2009-2-26 9:16:02
3#

加速器种类

 

粒子加速器是一种用人工方法加速带电粒子束的装置。它利用一定形态的电磁场将正负电子、质子、轻重离子等带电粒子加速到一定的能量。加速器在原子物理、核物理、基本粒子的基础研究,工农业生产、医疗卫生以及国防建设等方面都有着广泛而重要的应用。它除了涉及原子物理、核物理等基础研究领域外,还涉及固体物理、材料科学、分子生物学、化学以及地质、考古等众多学科领域的基础研究和应用研究。目前全世界已有几千台各类加速器在运行。

    加速器的种类繁多,不同类型的加速器有着不同的结构和性能特点,还有着不同的应用范围。

1、按粒子的能量分类

    按加速粒子的能量划分加速器可分为低能、中能、高能加速器。低能加速器常指能量低于100MeV(1MeV=1×106eV)的加速器,能量大于1000MeV或写成1GeV(1GeV=1×109eV)的加速器称为高能加速器,两者之间称为中能加速器。

    在我国,建在中科院高能物理所的北京正负电子对撞机(BEPC),能量为2.8GeV,属高能加速器。建在中科院兰州近代物理所的直径7.2米分离扇型重离子加速器(HIRFL)和建在合肥科技大学的800MeV同步辐射光源(HESYRL)均属中能加速器。广泛应用在工业、农业、医疗卫生等领域内的加速器绝大部分属于低能加速器的范畴。

    而在低能加速器的范畴内,在不同的应用领域,人们习惯上又分为高、中、低能加速器。加速器应用领域不同,划分能量的区域也不同。例如,对医用加速器来说,能量低于10MeV称为低能医用加速器,高于16MeV的称为高能医用加速器,两者之间称为中能医用加速器。对于辐照加速器而言,能量低于0.3MeV称为低能加速器,0.3~5MeV称为中能加速器,5~15MeV称为高能加速器。这种划分和称呼,不同文献、不同作者会有不同,请读者根据实际情况注意区别。

    加速器加速的基本粒子的能量单位是电子伏特(eV),1eV是指一个电子或带有1个单位电荷的粒子通过电势差为1伏的电场所得到的能量:

        1eV=1.6×10-19J=1.6×10-12erg。  焦耳(J)、尔格(erg)是能量单位。

2、按被加速的粒子种类分类

    按加速粒子的种类划分加速器可分为电子加速器、质子加速器(H1+)、重离子加速器(Anm+)和微粒子团加速器。

3、按加速原理、加速器结构种类

    按粒子的加速原理、加速器结构划分加速器可分为直流高压型、电磁感应型、直线共振型和回旋共振型加速器。

    高压型加速器用直流高压电场加速带电粒子,它包括静电加速器(单极和串行)、高压倍加器、高频高压(地那米)加速器、绝缘芯变压器型、电子帘型加速器等。

    电磁感应型加速器用交变磁场所感生的涡旋电场加速粒子,包括常见的电子感应加速器和近年来发展的直线感应加速器。中国工程物理研究院已研制成功10MeV直线感应加速器。现正研制20MeV直线感应加速器,脉冲流强达2~3kA,这种加速器主要用来模拟核爆炸。

    直线共振型加速器利用微波或高频电场加速沿直线轨道运动的粒子,包括电子和离子。集装箱检查用加速器就属于这种类型的加速器。加速电子的微波频率为3000MHz ~9000MHz,加速质子的微波频率为200MHz,加速重离子的微波频率则在70MHz以下。已建成的直线加速器中加速电子的最高能量达50GeV,质子达800MeV。电子直线加速器是目前世界上数量最多的加速器。

    回旋共振型加速器利用高频电场加速粒子,利用导向磁场使带电粒子回旋运动。这类加速器有普通的回旋加速器、等时性回旋加速器、稳相加速器、同步加速器等。加速的粒子有电子、质子、氘核及α粒子。在质子同步加速器基础上发展起来的贮存环和对撞机,其能量可达2~40TeV(1TeV=1×1012eV),环的周长长达几公里,加速质子的最高能量居各类加速器能量之首。但电子同步加速器由于同步辐射损失的限制,其能量不高于8GeV。而电子直线加速器由于电子的加速轨迹是直线,没有同步辐射损失,加速管可长达几十公里,能量高达50GeV。

4、按应用领域分类

    大家习惯称呼的辐照加速器、探伤加速器、医用加速器、离子注入机等是按照加速器的用途分类,这些加速器都属于低能加速器的范畴,并不反映它本身的结构与性能特点。

[xunmeng 在 2009-2-26 9:16:42 编辑过]

  引用   回复  POST 2009-2-26 9:17:57
4#

10MeV系列电子直线辐照加速器

一、介绍

用电子加速器产生的高能电子束照射可使一些物质产生物理、化学和生物学效应,并能有效地杀灭病菌、病毒和害虫。这一技术已被广泛应用于工业生产中的材料改性、新材料制作、环境保护、加工生产、医疗卫生用品灭菌消毒和食品灭菌保鲜等。它同钴源辐照一样,具有常温、无损伤、无残毒、环保、低能耗、运行操作简便、自动化程度高、适宜于大规模工业化生产等特点。与钴源相比,其最大优点是辐照束流集中定向,能源利用充分,辐照效率高,不产生放射性废物。随着钴源售价的飞涨、废源处理费用的上升,电子加速器辐照装置具有明显的价格和经济优势。用能量为l0MeV的高功率电子加速器建设高能电子辐照中心,在发展辐照加工产业的同时,开展辐照工艺和辐照新领域的研究,在国内外都是一项极具挑战和开拓性的工作,具有明显的社会经济效益和不可估量的潜在价值,是目前国际上倍受关注的高科技领域之一。

主要涉及领域有:

1) 医疗卫生用品的辐射灭菌

适用的医疗卫生用品灭菌消毒的种类很多,包括金属制品、塑料制品、棉织品、一次性使用的高分子材料医疗用品等上千种,中西药和化妆品也都可以采用辐射消毒灭菌。辐射消毒灭菌要比常规的ETO等化学消毒法具有更多优点:辐射消毒灭菌的处理是在常温下进行的,适用于对热敏感的塑料制品、生物制品和药物。辐射穿透能力强,杀菌均匀彻底,能够辐照密封包装物,杀死内部的微生物,延长货架寿命和储存期。能耗低、无残留、无污染;辐射灭菌速度快,可连续作业,适合于大规模加工。加工易于控制,一旦加工参数(剂量)确定,时间便是唯一可调因素,不像其他方法需同时控制很多因素。

2) 食品辐照加工------保鲜和储存

食品辐照的保藏方法与其他方法相比有许多优点:可以杀菌消毒,降低食品病原菌的污染;食品辐照的处理是在常温下进行的,特别适用于要保持原有风味的食品和含芳香性成份的食品的杀菌和消毒;能耗低,无毒物残留,无污染;辐照新鲜果蔬食品可以抑制生长发芽、杀虫灭菌、延长保鲜期,防止腐烂、减少损失。

3) 材料(塑料)的辐照改性

高分子化合物在辐照作用下,会发生分子结构的变化,从而对材料的物理性质发生重大改变,成为具有特殊功能的新材料。材料辐射加工的主要反应是:交联、固化、接枝和裂解。由辐射引发的理化过程具有许多优点,一般不受温度、压力等实验条件和体系状态的限制,适应性强;反应过程容易通过给予的辐射能量和强度进行控制;穿透性强的辐射可以实现深部的均匀照射,引起固态反应;无须添加引发剂、催化剂,产品纯度高;容易实现工艺自动化,有利于节约能源和保护环境。

4) 其他:如环境保护,半导体材料改性等

利用辐射处理污染,废水和其他有害废弃物的方法和传统的填埋、投海、焚烧等处理方法相比有显著优点:对有害微生物彻底杀灭,对一些化学污染物实现无害化物理降解,一般不会造成环境的二次污染。

 

二、技术特点

自动化程度高、可常温大批量处理、效率高速度快、低能耗、低成本无损伤、无残毒、无污染。

产品主要技术指标

①电子束能量:10MeV;

②束流功率:按要求设计提供;

③电子线扫描宽度:600~1000mm;

④扫描不均度:≤±5.5%;

⑤能量不稳定度:≤±2%;

⑥束流强度不稳定度:≤±2%;

⑦具有高能电子束和高能x线。

[xunmeng 在 2009-2-26 9:18:30 编辑过]

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辐射加工 一些名词的常规解释
  

辐射加工:radiation processing 采用电离辐射对材料进行加工处理的一种工艺过程。电离辐射的能量一般远远高于材料物质中子的价健能量(可超过几个数量级),因而电离辐射与物质相互作用时会产生包括核反应内的各种物理、化学和生物效应。这些效应构成了电离辐射对物质材料进行加工处理的技术基础。辐射加工有别于传统加工(如机械加工、热加工、化学加工等)的主要特点在于:加工温升很小,是一种冷加工,有利于热敏材料的加工;电离辐射的穿透性可对包装好的物品进行处理(例如消毒杀虫等),或实现固相物质的反应与改性;加工体系内不需催化剂和化学添加剂,因而产品纯净,无化学残留;加工过程控制方便,而且高效快速,易于实现规模化的连续生产;低能耗,无公害或少公害。各种电离辐射的加工应用领域见表:

<DIV align=center>
辐射加工及其应用
</DIV>

 

电离辐射工 艺 过 程应 用 实 例
γ射线<DIV align=left>有机高分子材料聚合(或接枝聚合),杀虫、消毒、灭菌,抑制果实早熟、根茎发芽,装饰品材料改性等</DIV><DIV align=left>医疗用品消毒灭菌,电池隔膜与—塑材料制备,农产品、水产品、畜产品与食品的保藏,商品养护,档案与文物保存,珍珠、玉石、玻璃色质改善等</DIV>
电子束<DIV align=left>高分子材料交联,表面涂层固化,废气无害化,半导体改性等</DIV><DIV align=left>提高电线电缆绝缘层耐热性,热收缩材料制备,物品组件表面涂层装饰,层压制品加工,印刷包装油墨固化,火电站与垃圾站废气处理,半导体器件加工等</DIV>
离子束离子注入掺杂半导体材料改性,金属材料改性等
中 子中子嬗变掺杂半导体材料改性

 


  辐射加工是一门利用电离辐射作用使材料或其组份的物理性能发生有用变化的技术。这种辐射具有相当高的能量,足以引发原子或分子电离。这种作用使化学键断裂生成自由基。自由基具有很高的活性,是辐射诱发的许多所需变化的根源。
    有好几种因素促使辐射在工业上应用的范围扩展和辐射装置激增。其中有:已经具备功率大而单位辐射成本低的电子加速器;有很强的T辐射源可资利用;对所涉及的化学原理有了更透彻的了解;与其相竞争的加工操作所需能源费用增加。
过程
    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;二者之中常有一过程占主导地位(但也可能并非如此)。根据二过程的相对动力学,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。此外,如常见于芳烃(苯环)含量高的材料那样,我们还称之为“有耐力”材料。交联或降解可以由几种作用所引起。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.
辐射源
    工业用电离辐射一般有两类,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,但电子发生机可以具备很大的功率,高达数百千瓦,因此产品的产量可以等于或超过涉及应用辐射装置的其他工业操作的产量。
    目前工业电子发生机已具有更高电子伏(达5百万伏)的产品,因此穿透性极限的条件有所松动。但是,小型低压系统(200—500kV)也有产品,占地面积小至819 cm2,却能发生数十千瓦的电子功率。现有设备的多功用性,使得工业辐射加工的应用由电子加速器独领风骚,因为电子加速器经济、有效、生产速率高、经加工的产品质量高。
辐射加工参数
    电子加速器产生的辐射用加速器电子伏数(决定穿透能力的参数)和电子束电流或每秒所释发的电子数来表征。如果电子伏数大到足以穿透产品,则在具备实现所需过程所需能量的情况下,电子束电流决定产量或加工速率。电子束所存储的能量称为剂量,通常表示为兆拉德(Mrad)或千戈瑞(kGy)。1兆拉德是一百万拉德;回拉德剂量表示每克产品吸收10-5J的能量。 10千戈瑞相当于 1兆拉德。
    加速器输出额定量表示为千瓦(电子伏X电流)。根据经验,1kw电子功率理论上能够释放1兆拉德剂量给362。87kg(产品)几。实际加工速率可由理论加工速率乘以实际过程的效率来进行计算。
    在总体经济效果角逐中,辐射加工方法可能能够单以单位成本低取得成功。此处的关键是所需生产能力必须大到足以利用辐射系统的全部能力。更新型的强有力的电子束系统由此可以以很低的单位加工成本作为其特色。虽然就投资费用而言可能其它系统要优胜得多,但就单位加工成本而言,由于辐射系统的加工速率远比其他系统为大,辐射系统便占有优势。
应用
    辐射加工的应用包括以下几个方面。
    用于电线电缆的绝缘包皮的交联,这大概是辐射加工最知名最广泛的应用。交联能够改良耐应力破裂、耐磨蚀和防变形性能,提高使用温度和耐受流体作用的性能。
    通过交联可大幅度改进热收缩塑料的收缩记忆性。如同电线电缆中的应用一样,用于塑料管和部件的交联以改良性能。外科用具和其他一次性医疗用具的冷消毒。单体接枝聚合到织物基料上以改进抗污性和染色性。消除或大幅度减少许多塑料包装材料和食品饮料包装材料中残余单体(Lomo法)。无溶剂、或少溶剂无溶剂排放、室温速聚有机涂料的固化。聚乙烯泡沫塑料的交联以控制泡孔结构、发泡程度,改进表面状况,或恢复韧性。橡胶或其他弹性体的硫化(但一般不包括了基橡胶)。聚丙烯和纤维素塑料一类塑料有控降解。均聚物熔体指数的有控改性。

 

辐射交联聚乙烯 XLPE

[中文]: 辐射交联聚乙烯

<DIV id=bodyContent>

[英文]: radiant crosslinked polyethylene

[说明]: 交联聚乙烯的一种。密度0.92。热变形温度(1.87兆帕)38~79℃,连续耐热达135℃。体积电阻率>1015欧姆·厘米,介电常数2.27~7.60,介电损耗角正切0.003~0.005。击穿电压(厚3.2毫米)230~1420伏/毫米,吸水率0.01%~0.06%。可用作耐高电压、耐高频的耐热绝缘材料,用于包覆电缆电线,也可用于热收缩薄膜和套管。以高能射线:如β射线、γ射线等辐射聚乙烯使之发生交联而得。

 

辐射化学

[英文]: radiation chemistry

[说明]: 泛指研究物质因受外来电磁波或高能电离(辐)射线的影响而产生化学效应的一门学科。目前主要研究各种高能电离射线(如α射线、β射线、γ射线、中子射线和伦琴射线等)对物质的化学行为的影响。由于这些射线的能量极大,物质在其作用下能形成激发原子、分子、自由基或离子,从而导致引发性的化学反应,如晶型变化、分解作用、氧化作用、氯化作用、有机合成和聚合反应等。随着原子能科学的发展,辐射化学已显得日益重要。

 

辐射剂量

亦简称剂量。在放射生物学和人体辐射防护中,电离辐射量(剂量)是一个问题。在放射线量中也采用国际单位(SI),根据国际辐射单位测量委员会的建议(1962),日本的计量法于1966年已作了大幅度的修正。如以生物效应作为目标,辐射与生物分子相互作用生成的离子和激发分子的数量及分布较之辐射线能谱的状况更为重要,因而多采用了下列各种单位;(1)吸收剂量(absorbed dose):这是描述辐射生物效应时的基本单位,其含意是指每局部单位质量所吸收的能量。单位是拉特(1rad=100erg/g),通用于所有辐射类型;(2)吸收剂量率(absobed dose rate):系单位时间内的吸收剂量(如rad/min):(3)辐照量(exposure)或空气剂量:是X或γ射线的计量单位。系指在光的作用下,单位体积空气释放的电子全部受阻后形成的离子所携带的电荷的总数。单位是伦琴(R),1R=2.58×104C/公斤;(4)辐照剂量率(exposure ra-te):系指单位时间内的照射剂量;(5)剂量当量(dose equivalent):基于辐射防护目的,把不同射线的校正系数和在受同位素内照射时的体内分布系数与吸收剂量相乘之积以rem表示即为剂量当量;(6)rep:这是以前经常使用的单位,现在已不大使用。

 

辐射聚合

[英文]: radiation polymerization

[说明]: 单体分子借辐射能引发活化成自由基或离子而进行的连锁聚合。可用的单体有三氟氯乙烯、甲醛、甲基丙烯酸甲酯等。可用的能源有无声放电、α射线、β射线、γ射线等。所得聚合物的纯度较高。

 

辐射硫化

[英文]: radiation vulcanization

[说明]: 在橡胶工业中指利用辐射进行硫化的过程。一般用紫外线或钴60放射的γ射线作为能源,在常温下照射不含硫化剂和促进剂的胶料,能使胶料硫化。可简化工艺,加速生产。

 

辐射固化涂料

[英文]: radiation curable coating

[说明]: 用高能辐射引发涂膜内成膜物质聚合固化的涂料。根据所用辐射源可分为光(紫外光)固化涂料和电子束固化涂料两种。辐射固化由于被涂底物不需要加热,因此像纸张、塑料、木材等一些不能用一般加热法干燥的材料,都可采用此法固化。由于辐射固化时间较短,特别适合于高速涂装。

[xunmeng 在 2009-2-26 9:22:11 编辑过]

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电子加速器辐照加工技术及应用
 

电子加速器辐照加工技术及应用

   一、概述

世界各国普遍重视将核科学技术的应用重点从军用扩展到民用,已逐渐渗透到国民经济和社会生活的各个领域。原子能和平利用,即核能和射线技术的应用,是二十世纪核科学技术对人类的重大贡献之一,并将在二十一世纪开放出更加灿烂的光彩。

  非动力核技术,特别是辐射加工技术,它的发展在发达国家已发展成为高技术产业,并成为其经济发展新的增长点。      

    当我国已进入WTO,以及随着人民生活水平的提高,对食品的卫生要求必定要遵循国际规范,达到国际卫生组织制定的食品卫生标准。

    近年来,不少国家已明确表示,不允许未经辐照处理的中草约、豆制品等食品进口。目前我国水果蔬菜因腐烂变质每年损失数十亿元。为解决事关人们身体健康和国家经贸发展的这一问题,建立一个以电子加速器产生的高功率电子束及其产生的γ-射线作为辐照源的辐照中心,对各种物品(食品、饮料、药材、医用器械等)进行辐照处理,以达到杀菌、灭虫、消毒、抑制发芽、延缓衰老、延长保存期等目的,意义重大、经济效益前景良好。辐照中心不但可为本地处理各种食品、药材、医疗器械、塑料改性等物品,而且还可以承接相邻省份的辐照任务,形成辐照基地。随着需求的增加还可在全国建立多个辐照基地以形成辐照产业。

辐照加工技术是利用核辐射或射线辐射与物质相互作用所产生的物理效应、化学效应和生物效应,对被加工物品进行处理,以达到预期的目标。由于此项技术应用广、能耗低、无污染、技术附加值高等优点,深受众多行业的青睐,被人们誉为“绿色加工产业”。

    当今从事辐照的装置,一种是利用钴-60伽玛源,一种是利用加速器。他们两者的比较,从射线的发射功率上来讲,14KW的加速器,相当于100万居里的钴-60放射源;但由于钴-60源是呈球形状发射射线,所以对射线的利用率低,大约只有20%,其它方向的射线都被浪费,而加速器的射线方向是一个方向,对射线的利用率高,达93%以上。所以如果将射线的利用率考虑在内,则14KW的电子加速器相当于460-470万居里的放射源。

    加速器可以发射两种不同的粒子:电子束和X射线;其对被辐照物质的辐照效应来讲是一样的。我们也可以采用移动靶技术,按照我们的需要来及时选取不同的射线粒子进行辐照-但一般情况下不这么做,因为由电子转化成X射线的转化过程中有大量的功率被损耗。X射线的物理性质和伽玛射线的完全一样。

 如芒果辐照,为达到延长成熟期、杀虫灭菌、检疫处理、延长保存期,仅2.5kGy的吸收剂量便可达到此目的,以此辐射剂量计算,10kW的电子束每小时可辐照处理14吨的芒果;又如大米,为杀虫、抑制控制微生物等,其吸收剂量为2~5kGy,因此每小时可以处理7~18吨的大米,这样的处理能力足以满足上百万人口的城市居民的需求

二、市场应用

    用射线来辐照代表着国际加工业的发展方向。我们这里是利用国际上的尖端科技技术-微波直线电子加速器技术-对工业产品或农产品进行辐照加工,主要应用领域:

1、利用电子束辐照快速晶闸管、芯片,可改变优化产品的性能。
2、降解水产品、蜂制品中残留氯霉素,达到出口国的农药残留卫生标准。
3、农副产品、食品、海、水产品的保鲜。达到杀菌、杀虫、抑制发芽、延长货架期的目的。
4、一次性医疗卫生用品的消毒灭菌(医用敷料、纱布、手套、手术用医疗器械等)
5、中成药、保健品的杀菌利用电子束,能有效杀死中成药、保健品中的各种有害病菌,达到实用卫生要求。
6、黄玉、珍珠、水晶致色,提高产品品质,增加产品附加值。
7、高分子材料的降解。利用电子束降解PTFE,获取微米级和纳米级超细粉。
8、宠物饲料的杀菌。利用电子束能有效杀死宠物饲料中各种细菌,特别是沙门氏菌。从而达到宠物食用的卫生标准。
9、各种玩具的杀菌。为了保证各种玩具在生产过程中产生的细菌污染会直接影响到儿童的身体健康,要对它进行电子束杀菌,从而达到卫生要求。
10、化妆品原料中的有害菌和化妆品在生产中因污染产生的细菌将对皮肤带来潜在危险,而高温灭菌又会破坏化妆品自身的特性,影响其质量,利用电子束灭菌是在常温下进行的,对于不耐高温的化妆品是一种理想的灭菌方法。
11、商品养护(防霉)。各种商品经电子束辐照后可起到防霉作用,从而达到对商品的养护。

    和一般的用伽玛射线来进行辐照加工不同,利用加速器进行辐照的优点与特点是:

1、快速辐照。辐照加工时间短,例如对一箱产品杀菌,耗时仅1分钟;而用伽玛源辐照可能要数十分钟。
2、吸收剂量均匀。采用动态的传送装置,产品吸收剂量的不均匀度<5%。一次性大批量加工也可以小批量加工,加工方式灵活而且加工速度快。
3、无任何毒性和残留,不添加任何化学试剂,不影响产品原有成分和品质。
4、可事先对产品密封包装,在辐照时不拆产品包装箱。能快速、安全通过。无二次污染。
5、无环境污染。关机后无射线。安全可靠!而用伽玛源存在源的浪费和废源的处理问题。
6、降解水产品、蜂产品中残留氯霉素,是目前国内外唯一的方法。
7、投资低,产出高。

    应用电子束直线加速器建立以处理食品、饮料、药材、医用器械等的辐照中心,对于提高食品质量,保证食品安全,扩大出口,具有重大意义,将会对我国特别是辐照中心周边地区带来良好的经济和社会效益,电子束直线加速器将会在一定领域逐渐替代以钴源为放射源的辐照装置。

三、市场应用前景

    为达到国际卫生组织制定的食品卫生标准,即便严格控制食品生产环境及工艺也不易达标,如家禽产品,在欧洲市场上有75%,在美国有60%已被沙门氏杆菌感染,在美国每年约有200万沙门氏病病例,其治疗费用约25.4亿美元,而用于弓形浆虫病的治疗费约44亿美元。原因在于这些食品的原料在饲养或栽培、运输等过程中很难控制微生物等,因此联合国世界卫生组织(WHO)、食品和农业组织(FAO)批准并推荐食品辐照等后处理加工,以减少食源性疾病。据不完全统计,目前世界上已有32个国家建立了食品辐照中心,对食物(水果、肉类、蔬菜、药材等)等进行辐照处理,以达到杀菌、灭虫、消毒、抑制发芽、延缓衰老、延长保存期等目的。如美国已建立了20个辐照装置,并用于35种食品辐照;非洲加纳就有171种食品经辐照处理上市出口;南非有89种食品辐照产品。“9.11”事件后,炭疽菌因危害人的生命安全也成为重要的杀菌对象,附着在邮件等纸制物品上的这类菌采用常规消毒法已无能为力,只有电子束或γ-射线才能到达杀菌的目的。

[xunmeng 在 2009-2-26 9:24:05 编辑过]

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辐射防护的一些基础知识

1、什么是核辐射?

  核辐射是原子核从一种结构或一种能量状态转变为另一种结构或另一种能量状态过程中所释放出来的微观粒子流。核辐射可以使物质引起电离或激发,故称为电离辐射。电离辐射又分直接致电离辐射和间接致电离辐射。直接致电离辐射包括帷⑩、质子等带电粒子。间接致电离辐射包括光子(闵湎吆蚗射线)、中子等不带电粒子。

  

2、常用的辐射量和单位有哪些?新老单位间的换算关系怎样?
 
物理量      老单位          新单位                            换算关系
活度          居里(Ci)       贝可[勒尔](Bq)          1Ci=3.7×1010Bq
照射量      伦琴(R)         库仑/千克(C/kg)              1R=2.58×10-4C/kg 
吸收剂量拉德(rad)       戈[瑞](Gy)                  1Gy=100rad
剂量当量雷姆(rem)      希[沃特](Sv)               1Sv=100rem
  

3、天然放射性对公众剂量的贡献有多大?

  天然辐射主要有三种来源:宇宙射线、陆地辐射源和体内放射性物质。据有关资料统计,天然辐射造成的公众平均年剂量值如下表所列。
 
照射成分 年有效剂量(毫希)
正常本底地区 照射量升高的地区
宇宙射线 0.38 2.0
宇生放射性核素 0.01 0.01
陆地辐射:外照射 0.46 4.3
陆地辐射:内照射(氡除外) 0.23 0.6
陆地辐射:氡及其衰变物的内照射  
吸入222Rn 1.2 10
吸入220Rn 0.07 0.1
食入222Rn 0.005 0.1
总计
 2.4 
  

4、人工辐射源对公众剂量的贡献有多大?

    人工辐射源包括放射性诊断和放射性治疗辐射源、放射性药物、放射性废物、核武器爆炸的落下灰尘以及核反应堆和加速器产生的照射等。根据有关资料记载,人工辐射源对公众产生的平均年剂量值如下表所列。
 
辐射源 剂量(毫希/年)
放射诊断 0.22
放射治疗 0.03
医用同位素 0.002
放射性废物 0.002
核爆炸落下尘 0.01
职业照射 0.009
其他辐射源 0.012
核电站周围 0.001~0.02

5、什么是辐射防护?

  辐射防护是研究保护人类(系指全人类、其中的部分或个体成员以及他们的后代)免受或少受辐射危害的应用学科,有时亦指用于保护人类免受或尽量少受辐射危害的要求、措施、手段和方法。辐射包括电离辐射和非电离辐射。在核领域,辐射防护专指电离辐射防护。

 

6、什么是辐射防护的三原则?

  辐射防护三原则是指实践的正当性、防护水平的最优化和个人受照的剂量限值。

 

7、国际基本安全标准的剂量限值主要有哪些?
剂量限值 5年平均值(毫希/年) 任一年值(毫希/年)
职业照射 20 50
公众照射 1 5
  注:我国将颁发的标准等效采用国际基本安全标准。

 

8、什么叫外照射?外照射防护方法有哪三种?

  体外辐射源对人体的照射称外照射。外照射的防护方法有受照射时间的控制、增大与辐射源间的距离和采用屏蔽三种方法。

 

9、什么叫内照射?控制内照射的基本原则是什么?

  进入人体内的放射性核素作为辐射源对人体的照射称内照射。控制内照射的基本原则是防止或减少放射性物质进入体内,对于放射性核素可能进入体内的途径要予以防范。

[xunmeng 在 2009-2-26 9:25:58 编辑过]

  引用   回复  POST 2009-2-26 9:27:55
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普通电缆与辐照电缆的区别
 

交联电缆工艺性能简介

 

一、概念

交联电缆通常是指电缆的绝缘层采用交联材料。最常用的材料为交联聚乙烯(XLPE)。交联工艺过程是将线性分子结构的聚乙烯(PE)材料通过特定的加工方式,使其形成体型网状分线结构的交联聚乙烯。使得长期允许工作混充由70℃提高到90℃(或更高),短路允许温度由140℃提高到250℃(或更高),在保持其原有优良电气性能的前提下,大大地提高了实际使用性能。

 

二、交联工艺方式

目前电缆行业生产交联电缆的工艺方式分为三类:第一类 过氧化物化学交联,包括饱合蒸气交联、惰性气体交联、熔盐交联、硅油交联,国内均采用第二种即干法化学交联;第二类 硅烷化学交联;第三类 辐照交联。

 

1、惰性气体交联¬¬¬――干法化学交联

采用加入过氧化合物交联剂的聚乙烯绝缘材料,通过三层共挤完成导体屏蔽层――绝缘层――绝缘屏蔽层的挤出后,连续均匀地通过充满高温、高压氮气的密封交联管完成交联过程。传热媒体为氮气(惰性气体),交联聚乙烯电气性能优良、生产范围可达500KV级。

 

2、硅烷化学交联――温水交联

采用加入硅烷交联剂的聚乙烯绝缘材料,通过1+2的挤出方式完成异体屏蔽层――绝缘层――绝缘屏蔽层的挤出后,将已冷却装盘的绝缘线芯浸入85-95℃热水中进行水解交联,由于湿法交联会影响绝缘层中的含水量。一般最高电压等级仅达10KV。

 

3、辐照交联――物理交联

采用经过改性的聚乙烯绝缘料,通过1+2的挤出方式完成异体屏蔽层――绝缘层――绝缘屏蔽层的挤出后,将冷却后的绝缘线芯,均匀通过高能电子加速器的辐照扫描窗口完成交联过程。辐照交联电缆料中不加入交联剂,在交联时是由高能电子加速器产生的高能电子束有效穿透绝缘层,通过能量转换产生交联反应的,因为电子带有很高的能量,而且均匀地穿过绝缘层,所以形成的交联键结合能量高,稳定性好。表现出的物理性能为,耐热性能优于化学交联电缆。但由于受加速器能量级的限制(一般不超过3.0Mev电子束有效穿透厚度为10mm以下,考虑几何因数,生产电缆的电压等级仅能达到10KV,优势在6KV以下。

 

三、辐照交联电缆特性

电缆绝缘材料的老化寿命主要取决于其热老化寿命,它是在热作下绝缘材料内所发生的热氧氧化、热裂解、热氧化裂解,缩聚等化学反应的速度所决定的,因此绝缘材料的热老化寿命直接影响着电缆的使用寿命,按照化学反应动力学推导及人工加速热老化试验测得的(20-30年)辐照交联电缆长期允许工作温度为:

 

1、电力电缆 YJV 0.6/1KV 116℃

 

若按额定工作温度105℃推导,其热老化寿命超过60年。

 

若按额定工作温度90℃推导,其热老化寿命超过100年。

 

2、架空绝缘电缆 JKLYJ 10KV 122℃

 

架空绝缘电缆在露天空中敷设,绝缘材料的耐环境及耐辐射性更显重要。辐照交联绝缘材料要经过辐照加工,其本身就具有很好的耐辐射能力,交联生产过程中所施加的辐照剂量距其破坏剂量留有很大安全裕度。聚乙烯辐射破坏剂量为1000KGY,而加工剂量约为200KGY,加之特殊配方改进,在相当宽的范围内仍是受辐射交联状态,所以在较长的前期使用过程中受到辐射其性能会有所提高。

 

四、常用塑料绝缘电缆性能对比:

 

目前在电缆生产中,最常用的绝缘塑料有聚乙烯和聚氯乙烯,其中聚乙烯材料具有更好的电气性能及较好的交联性,因此而发展了多种工业交联生产工艺,化学交联和辐照交联。除下表性能以外,在生产和敷设过程中,目前所常用的交联电缆的绝缘层都表现为硬度和强度较大(常温下),特别是比聚氯乙烯绝缘剥离难度增大。由于辐交联电缆的交联性能最好、交联度最高,相对而言剥离强度也最大。如果交联电缆绝缘层的剥离比较容易(类似于聚氯乙烯),那必然是交联度不够或没有交联。通常情况下,温水交联工艺生产的交联电缆,出现交联度不够的情况较多,原因是该类产品本来交联度就相对较低,而且交联工艺非连续、不能自动控制,受人为因素影响很大,容易发生欠交联。

 

以1*70为例说明常用塑料绝缘电缆特性对比表

 

项目 普通PVC(聚氯乙烯) 化学交联聚乙烯 辐照交联聚乙烯

 200C体积电阻率 1*1013 1*1017 1*1017

 耐温等级(℃) 70 90 90-150

 短时过载温度(℃) 160 250 270

 载流量(倍) 1.0 1.3 1.6

 老化条件0C 7天 100℃ 7天 135℃ 7天 158℃ 7天

 负载下伸长率(≤%) 175 100

 负载下耐刮磨试验(次) 20000 20000 100000

 耐磨损性 为PVC的5倍 为PVC的10倍、尼龙的5倍

 耐油耐化学腐蚀性 浸于汽油7天无变化 浸于汽油30天无变化

 介电常数 5.0 2.3 2.3

 耐光老化性KJ <230 <300 <400

 搞张强度N/cm2 70℃时 12.5 90℃时 12.5 90℃时 23.1

 断裂伸长率 700C时 125% 90℃时 200% 90℃时 240%

 耐臭氧性臭氧浓度

 0.03%下断裂时间(小时) 1000 1000 1200

[xunmeng 在 2009-2-26 9:30:22 编辑过]

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辐照交联汽车电线技术简介

 

【摘要】本文介绍了辐照交联线缆制造技术和辐照交联汽车电线的主要特点,分析了汽车电线的技术要求和目前国内外技术发展概况,预测了今后的发展趋势,指出了辐照交联汽车电线制造流程中主要工序的关键技术,最后建议走合作之路发展我国辐照交联汽车电线。本文对汽车制造厂如何选用汽车电线也具有一定的价值。

1. 辐照交联电线技术

      早在1952年,美国科学家即以原子核反应堆作辐射源制成交联聚乙烯,之后采用电子加速器产生的β射线对塑料进行辐射加工的技术后来居上地发展起来。线缆行业始终是该项技术的重点应用领域。目前全球约有600台电子加速器,其中200余台用于生产电线电缆。在我国,热缩套管和线缆制造业已位居辐射技术产业化应用的前两席。

      所谓交联是将高分子聚合物从链状结构的热塑性材料转变为立体网状结构的热固性材料。热塑性材料受热会熔融流动,线缆绝缘或护套的加工正是利用了这一特性;热固性材料(交联型高分子)高温下也不会熔融变形,无法挤塑加工,但却具有热塑性材料所不具备的优点:分子链段交叉连接,即不但拧成了一股绳,而且抱成了一个团,因此机械性能优异;长期耐热特性好,制品尺寸稳定;耐化学腐蚀。

      线缆行业采用的交联方法有三种:过氧化物交联法(CV法);硅烷交联法(SV法)和电子束交联法(或称辐照交联)。三种方法各有所长。CV法广泛用于生产高压和超高压电力电缆,交联过程在充有高温、高压气体(或汽体);的硫化管中完成,导体截面小的绝缘线在管中易被拉长甚至拉断;;SV法主要用于生产中低压电力电缆,包括汽车用电池电缆。这两种方法都是加入交联剂(过氧化物或硅氧烷)来引发交联,属于化学交联方法。

      辐照交联则是包含化学变化的物理交联方法。线缆的电子束辐射加工是先用热塑性材料挤塑绝缘或护套,再用高能射线轰击,达到改变聚合物分子链结构、促成其交联的目的。电子加速器的工作原理与电视机显像管相类似,由加热的电子枪产生电子,依靠直流加速器高压装置正负电极之间的高电压导引电子飞离电子枪,再由真空束流管加速并聚焦。之后当电子束流穿过扫描磁场时,将被扫描成线条状后穿越金属箔窗,照射箔窗下由束下传送装置输送的被加工物。电子携带的能量取决于加速器施加的高电压,常用兆电子伏特(MeV)来表示。束流与加速电压决定了辐照功率,其中束流表示单位时间内提供多少个电子,;1mA的束流表示每秒有6.2×1015个电子。

      聚合物在受到高能电子束照射时,化学键将先被破坏,然后形成新的分子链结构。有的聚合物的反应以降解为主,有的则以交联为主。幸运的是,电缆业广泛运用的聚烯烃、聚氯乙烯(PVC)、橡胶(如EPDM)和热塑性弹性体(如TPU)等以交联反应为主。以聚乙烯(PE)为例,高能电子束首先使C-H键断裂,生成带自由端基的活性大分子链和活泼的氢原子,然后氢原子攻击分子链,夺取其中的氢原子生成氢气和带自由端基的分子链,相邻的带有自由端基的链段交叉连接形成横向的C-C交联键。不同材料对辐射的敏感性是不一样的。为了提高辐射交联效率,通常要在材料中加入敏化剂和增感剂。

      交联电缆在以下方面有显著变化:耐热等级提高,即使燃烧也不熔融滴落;耐化学腐蚀,不溶解于油和有机溶剂;抗张强度、耐磨性、抗压性、抗冲击、抗撕裂和抗剪切等机械性能大为提高,硬度和抗切通特性则基本不变或略有提高,但断裂伸长率有所降低;电气绝缘强度基本不变。辐照交联与化学交联相比较,还具有以下特点:

-可加工材料多,材料无货架寿命限制。
-不需高温、高压条件,能耗低。
-由于吸收辐射能量引起的聚合物温升通常不超过70℃,加有水合氧化铝或氢氧化镁等阻燃剂的无卤聚烯烃绝缘层或护套不会在交联过程中因高温分解,因而特别适合于加工阻燃电缆。
-可获得较高的耐温等级。已制成耐温等级150℃的辐照交联聚乙烯绝缘汽车线。
-加工后无残留物,长期与酸液接触也不会有明显溶胀。
-容易控制交联度。
-生产效率高。小线交联效率一般只受限于束下传送速度,目前汽车电线制造业已有2000m/min的报道。现在由于辐照功率和效率的提高,即使是绝缘较厚的汽车电池电缆也可采用辐射交联工艺生产。
-特别适合加工小截面导体、薄壁和超薄壁绝缘的高性能交联电缆。这一特点使电子束交联技术在汽车电线制造领域获得了广泛运用。


     辐照交联线缆技术也在不断发展和完善中,目前尚不适合加工特粗的电缆和导体四周绝缘层厚度不均匀(如带状)的电缆,其原因在于这些电缆所受辐射的均匀性问题难以很好解决,可能会出现局部升温、累积电荷导致放电击穿绝缘和截面各点交联度不均匀等情况。

2. 低压汽车线的技术特点及要求

      现代汽车采用低压直流供电系统,标称电压有6、12、24伏,并以车体为一极单线供电,故汽车电线多为单芯导体。汽车电线包括驱动系统电缆,如电池引线电缆、点火线、油泵电缆;通信系统电缆和线束复用系统线缆,如音响线、车载电话线、多模光纤;安全系统电缆,如防刹车抱死系统(ABS);电缆、刹车磨损监测电缆(使用温度-60~+260℃);舒适系统电缆,如汽车空调线、座椅调节和温控电缆等。一般将汽车线分为电池电缆(Battery Cable)和低压主回路电缆(Low Tension Primary Cable)两大类,有的也将点火线单独列出。前两种电缆都适合于标称电压不超出50V的电气系统。

      我国1988年实施的《公路车辆低压电缆(电线)》(GB9328-88)中电缆性能要求、电缆结构与国际先进标准(如国际标准化组织ISO6722-96标准、日本机动车标准协会JASO D608标准和美国SAE标准)相比有较大差距。本文将主要根据美国机动车工程师协会(SAE)标准SAE J1128-JAN 1995《低压主回路电缆》,介绍低压汽车电线技术特点。SAE标准是国际公认的水平较高的权威性技术文件,充分反映了国际汽车电线的技术水平和多年来汽车电线的开发成果。随着我国汽车业日益融入国际竞争大环境,该标准将为更多的汽车厂熟悉和采用。

      根据绝缘的不同,电缆分为以下类型(表1)。

表1
绝缘 薄壁型 通用型 专用型 重荷型
热塑性材料 TWP GPT \ HDT
热固性弹性体 \ \ STS HTS
交联聚烯烃 TXL GXL SXL \
热塑性弹性体 TWE GTE \ HTE

电缆规格见表2。

表2
SAE导体规格(mm2)  导体线规号 导体最小截面(mm2)  绞合导体结构(根数×单线直径mm)
     0.22                       24                 0.205                            7×0.606
     0.35                       22                 0.324                            7×0.765
     0.5                         20                 0.508                            7×0.963
     0.8                         18                 0.760                            19×1.170
                               16                 1.13                              19×1.430
                               14                 1.85                              19×1.805
                               12                 2.91                              19×2.275
                               10                 4.65                              37×3.185
                                                7.23                              19×7×4.221

注:  “绞合导体结构”一列为作者所加,仅供参考。单线直径直接采自美国线规。

低压汽车电线绝缘厚度和最大外径如表3所示。

表3 (mm)  电缆规格     TWP             TWE              TXL      GPT             GTE           GXL        STS         SXL
绝缘厚度
最大外径 绝缘厚度最大外径 绝缘厚度 最大
外径
标称 最薄点 标称 最薄点 标称 最薄点
0.22 0.40 0.28 1.50            
0.35 0.40 0.28 1.70            
0.5 0.40 0.28 1.90 0.58 0.41 2.40 0.74 0.52 2.80
0.8 0.40 0.28 2.20 0.58 0.41 2.50 0.76 0.53 3.00
1 0.40 0.28 2.40 0.58 0.41 2.90 0.81 0.67 3.40
2 0.40 0.28 2.70 0.58 0.41 3.20 0.89 0.62 3.90
3 0.45 0.32 3.30 0.66 0.48 3.80 0.94 0.66 4.60
5 0.50 0.35 4.00 0.78 0.55 4.70 1.04 0.73 5.30
8 0.65 0.39 4.90 0.94 0.66 6.00 1.09 0.76 6.20

绝缘机械性能要求见表4。;采用美国ASTM D412、D573及E145Ⅲ型试验方法,样品不从成品电缆上取样,而是来自材料压片(压片经辐照处理)。

表4 电缆型号 原始拉伸性能
老化条件

抗张强度 (MPa) 断裂伸率 (%) 老化温度(±2℃) 老化时间168h
TWP GPT HDT ≥11 ≥125 110
STS HTS ≥7 ≥150 110
TXL GXL SXL ≥10 ≥150 155
TWE GTE HTE ≥11 ≥200 150

热老化绝缘抗张强度不低于原始值的80%,断裂伸率不低于原始值的50%。成品电缆的检测项目列于表5。

表5 序号 项 目 主要试验条件及要求
1 导体截面积 满足表2要求。
2 绞合导体中单线镀层质量 ASTM B33或B189
3 导体可焊性 通过本标准规定的焊接试验或按ASTM B49进行试验,氧化层厚度不大于200埃。有镀层导体不作此试验。
4 电缆最大外径 满足表3要求。
5 绝缘最小厚度 满足表3要求。
6 绝缘机械性能 满足表4要求。
7 耐电压试验 1000V/50或60Hz,lmin不击穿。
8 低温弯曲 低温条件:-40±2℃/3h。绝缘无开裂,且能通过耐电压试验;。
9 燃烧试验 样品与水平面成45°,本生喷灯燃烧15s,移开后70s内电缆上的火焰应熄灭。
10 溶剂相容性 直径溶胀不超过表6规定,表面不开裂。
11 耐臭氧性 将试样卷绕,在臭氧含量为100±5pphm的环境中试验192h,温度65±3℃。绝缘不开裂。
12 抗切通 刀具所加负荷应不低于规定值。
13 耐磨性 在规定负荷下磨透绝缘所用砂纸长度应不小于规定值。
14 交 联 通过热板试验。
15 绝缘剥离力 与用户协议。

    在前文表1中,并没有排除PVC绝缘汽车电线(属热塑性绝缘类型)。国外厂家采用优质级(Premium Grade)PVC生产GPT型电缆,使用温度范围为-20~+60℃;或者10~+105℃。这种优质PVC均用高档添加剂,按特殊配方加工而成,成本较高。尽管如此,用优质PVC制成的GPT电线要通过上表(表5)中低温弯曲、溶剂相容性、抗切通、耐磨性等试验项目仍相当勉强,通常不得不作出妥协。因此国外PVC汽车电线用量已逐渐减少,高级轿车中更是如此。

从上表可知,低压汽车线的试验项目虽不多,某些项目的试验方法和要求却不同一般电线,这里仅举几例:

—耐压试验。取600mm长的电缆样品,两端各去掉25mm的绝缘,将裸露导体扭在一起形成一个环,然后放入含5%(重量比)盐份的室温水中浸泡5h,注意样品端头露出水面的长度不得超过150mm。之后在样品与盐水间施加1000V/50或60Hz的交流电lmin,试样应不击穿。

—交联试验。SAE标准中给出的方法能直观地显示热固性弹性体;(合成橡胶)绝缘汽车线(含STS和HTS型)和交联聚烯烃汽车线(含TXL、GXL和SXL型)绝缘的硫化或交联程度是否充分。将长为600m的样品两端去掉25mm绝缘,在直径6mm(1/4英寸);的心棒上至少弯曲135℃,置于已预热至250±25℃、边长150mm的正方形板上,样品与热板相接触。(在心棒上);施加5~7N的力约5~6秒,注意不要使电缆磨或擦热板。样品经如此暴露后,应不能透过绝缘看见其导体。;如有疑议,可待样品温度降至室温后用耐压试验来最终得出结论,但样品在盐水中浸泡时间缩短为1min。

—溶剂相容性试验。测试试样外径后,将其浸入下表规定的溶剂中(表6),每种溶剂单独采用一个样品。20h后将试样取出擦干,在室温下调节4h后测试样品直径,直径变化不应超过表中规定。交联材料虽不溶解于有机溶剂,但可能会有溶胀。此外,还要将浸泡后的试样作卷绕试验,不应有目力可见的开裂现象。

表6 试 验 液 体 试验 温度 (℃)最大外径变化(%)
  标准 参考液体
发动机油   ASTM D1471,IRM-902 50±3 15
汽 油   ASTM D471,C型参考液体 室温 15
甲 醇 85%甲醇+15% ASTM D471型参考液体
ASTM D471,K型参考液体 室温 15
车辆转向液   ASTM D471,IRM-903 50±3 30
自动变速传动油 SAE J311 Citgo #33123 50±3 25
发动机冷却剂 50%蒸馏水+50%甘醇 ASTM D471,104号专业溶液 50±3 15
电池酸液   硫酸,比重为1.260±0.005 室温 5

     表6中电池酸液相容性试验主要针对汽车电线有可能与电池酸液接触或长期暴露于酸性环境中,特别是近年来汽车内部电器增多,电池负荷加大,工作温度随之上升。耐酸性优异是辐照交联电缆优于化学交联电缆和PVC电缆的显著特性。美国一家电缆厂开发的辐照交联聚乙烯绝缘汽车电线在密闭的盛有比重为1.30、温度100℃的硫酸液中长期浸泡,直径膨胀率不超过2%。

3. 汽车电线的技术发展趋势

      七十年代爆发的海湾石油危机曾深刻影响了世界,豪华但耗油多的汽车不再受宠,减轻汽车重量、节约汽油成为新的设计标准。有的国家还为此立法加以引导和限制。

      最有效的减轻汽车重量方法是减小汽车尺寸,但这不能以减小乘座空间、牺牲乘座的舒适性为代价,因而采用塑料替代金属、减小汽车零部件尺寸并在有限的空间内提高零部件安装密度成为设计新一代汽车时所考虑的主要措施。汽车电线的技术进步,是与汽车行业技术发展趋势相一致的,体现在以下几方面:

-减小绞合导体规格。SAE低压汽车电线标准中导体的最小规格已减至0.22 mm2。美国福特汽车线采购规范中已出现了0.15 mm2的规格。另据国外一家著名的汽车线束制造厂长期研究后得出的结论,22AWG规格(0.32 mm2)的电线在23%的应用场合可减至26AWG规格(0.13 mm2)或30AWG规格(0.05 mm2)。

      -在保持绞合导体规格不变的前提下压缩直径。可采用模具对绞合导体进行压紧,;从而减小绞体内部间隙以减小直径。这样不但可减小电线外径,还可减少绝缘料用量。有"紧压"(Compressed)和"密实"(Compacted)两种压紧方式,前者仅是绞体外层单线被紧压变形,绞体直径可缩减6%;后者则是绞体内层单线也受挤压变形,绞体直径可减少15%。紧密和紧压的导体表面圆整,减少了单根导体嵌入绝缘层的程度,因此适当降低绝缘厚度也不会导致耐电压和抗切通等性能的下降。减小绞体直径的另一种方法是用不同直径的单线组合绞制。下表(表7)是美国一家汽车线制造厂采用紧压和组合绞工艺生产18AWG规格导体的比较结果。

表7 导体结构(根数×单线直径mm) 导体面积(mm2) 导体直径(mm)
18AWG (实心) 0.82 1.02
19×0.234 0.81 1.17
19×0.234(紧压) 0.81 1.04
13×0.254+6×0.160 0.85 1.04

      -采用高强度的铜合金替代电解铜单线来绞制小规格的导体。为了保证在束线(Harnessing Wires)&和安装过程中汽车电线具有足够的拉断力和能够展直,0.50 mm2规格以下绞体中的单线在拉制时可不经韧炼退火,要求拉伸强度不低于345MPa,断裂伸率在2~5%之间;更小规格(0.15 mm2以下)绞合导体还可采用高强度铜合金。

      -减薄绝缘厚度。福特汽车公司1996年发布了厚度为6mil(0.15mm)的超薄型交联型汽车线采购规范。

      绝缘厚度减薄后电线的耐压性能仍应满足要求,为此在选择绞合体结构时,可增加单线根数、减小单线直径以提高绝缘厚度与单线直径之比。

      -提高耐热等级。例如发动机室的电线,由于发动机室空间减小和发动机工作温度因提高效率而上升,电线使用环境温度增加。目前汽车电线耐热等级主要有60、85、105、125、150和260℃等档次。普通聚乙烯长期工作温度低于70℃,而聚氯乙烯也主要用于85℃等级以下的电线中,如需提高其耐温等级,&必须对材料配方作重大改进,这将大幅度增加材料费用。

      -采用辐照交联技术制造汽车电线。这是减小绝缘厚度、提高耐热等级的基础。目前105℃以上等级的薄壁绝缘汽车线越来越多地使用辐照交联聚烯烃,并已开始用辐照交联热塑性聚氨酯来制造对耐磨性要求特别高、同时保持柔软性的刹车电缆。需引起重视的是,交联聚氯乙烯(XLPVC)也应在汽车电线中占有一席之地。PVC树脂先天具有的阻燃性是聚烯烃材料所不具备的,交联聚烯烃材料中应包含适当的阻燃剂才能使最终的电线产品通过阻燃试验,材料比重相应增加。有别于SAE标准只有交联聚烯烃,日本汽车业允许采用XLPVC作绝缘材料,且最近在辐照交联PVC汽车线之外,开发出化学交联PVC材料供汽车电线厂选用,材料通过了-22℃低温失效试验。据称,采用该种材料生产的规格为0.5mm2的化学交联汽车线已通过了普通PVC难以承受的 -45℃/3h低温试验、120℃/168h和200℃/30min的耐热试验以及150℃/15min热回缩试验及耐磨性试验,交联度(凝胶率)大于40%,其整体性能与辐照交联聚氯乙烯汽车线并无大的差别。这种材料的应用虽然可免去投资加速器,但材料成本较高,挤塑后装盘的电线需在70~80℃的恒温加热室内加热3~8天才能获得45~50%的凝胶率(标准要求交联度大于40%),安装电线的耐热性现只达到相当于UL规定的90℃和105℃等级。

      -采用方形或带状结构电缆以提高安装密度。

-模拟汽车线在线束装配和使用过程中可能遇到的各种情况,建立并不断完善测试方法,提高汽车电气系统的可靠性。除标准中规定的项目外,有的汽车厂和汽车线制造厂还共同确定了高温变形、高温振动、耐高温电池酸液、热失重(主要针对PVC绝缘)等试验项目。

      低压汽车线近年的发展特点可以简单用小线径、辐照交联聚烯烃薄壁绝缘、高可靠性来概括。为了适应汽车安全性、舒适性、多功能性的要求,汽车配线系统越来越复杂,从七十年代一辆轿车几百个电气回路上升到目前的上千个电气回路,汽车电线总长度迅速增加。例如每辆福特普通轿车需1196根电线,接线端头2300个,电线总长1495米;每辆凌志LS400型轿车需2000根电线。虽然汽车电线总长增加,但重量并未成比例增加,这归功于汽车电线制造技术有了提高。

      与西方主要发达国家相比,我国汽车电线制造水平较为落后,目前仍主要采用聚氯乙烯绝缘,离SAE等国标先进标准要求相距甚远。对辐照交联设备一次性投资大的担忧、对辐照交联汽车线认识不足等因素阻延了辐照交联技术在汽车电线领域的广泛应用。从性价比来看,对于耐温等级和其它性能要求较高的汽车线而言,辐照交联汽车电线远高于PVC汽车电线。

4. 辐照交联低压汽车电线制造流程

     多数汽车线的结构较为简单:绞合导体上包覆绝缘;绝缘以单层为主,也可以内层是耐温等级高的辐照交联聚烯烃,外层是柔软、耐磨且成本较低的橡胶。汽车电线的制造工序相应较少,包括拉丝、束绞并紧压成绞体,再挤塑绝缘,经辐照交联后分切包装,最后检验出厂。

      拉丝、束绞工序紧密相关。在拉丝工序,为提高生产效率(包括提高束绞生产效率),减少盘具周转和设备占地面积,同时保证绞合导体中单线伸率的均匀性,国外汽车电线制造业已普遍采用多头拉丝机(带连续韧炼装置)来生产铜或镀锡铜单线,甚至汽车厂在认证合格电线厂时也将此列为生产汽车电线的基本条件。一台多头拉丝可一次拉制多根单线,采用了包括快速换模在内的许多先进技术。它的定径鼓轮单独由一个直流电机驱动,其它道次的拉丝鼓轮则统一由一个直流电机通过齿轮传动来转动,;两台电机转速配比通过PLC控制,这样在更换规格时只需换掉成品模和部分道次上的拉丝模,既省时又可减少所备拉丝模具的数量。收线则有动盘收线和静盘收线两种方式,前者收线张力恒定,可将多根单线平行收卷在一个盘具上。

      汽车电线的绞体通常采用双节距束绞机按各层"同向同节距"(Unilay)&127;的正规绞合结构绞制而成(相邻层单线根数相差6根)。在拉丝工序采用动盘收线的线盘上的多根单线很容易分开放出,按正规绞结构排列穿过分线板。例如,6mm2规格的绞体由37根直径0.455mm的铜线绞合而成,排列结构为"1+6+12+18",束绞放线盘可以是3盘7头收卷单线和2盘8头收卷单线。如果用37盘单线放出,占地大且不说,张力调节将相当费时。

      在绝缘挤塑工序,往往配备一台或多台辅助挤塑机,采用共挤方式挤制平行或螺旋颜色标志,同时配备快速换色系统提高换色效率和节约绝缘料,采用精密挤塑工艺来保证绝缘厚度均匀性和同心度。

      辐照交联工序的关键是保证交联度的均匀性,这首先有两层含义:一是电线沿长交联度均匀,这就要求关键工艺参数束流线速比(电子束电流与电线束下传送速度之比)应保持恒定;其次是同一截面各点上的聚合物所受到的辐照程度应尽可能均匀。由于高能射线强度分布近似高斯分布,因而束下传送系统设计是否先进对保证后一种交联度均匀性至关重要。成都电缆集团双流热缩制品厂从法国Vivirad公司引进的3MeV/30mA电子加速器不但具有辐照功率大、自动控制精度高、易于调节等优点,而且专为加工辐照线缆配套引进了两套分别适用于大、小线缆的束下传送装置,是目前国内水平最高的加工热缩套管和电线电缆的电子束辐照系统,可充分保证辐照均匀性。还要补充的是,不同批次的同种电缆前后的交联度也应一致,只要控制好束流线速比和电线束下传送工艺设置,这一要求比CV和SV工艺更容易做到,交联度波动范围可控制在5%以内。汽车电线厂可用文献[3]规定的热延伸试验方法来方便地表征交联度,试验温度应高于未交联结晶聚合物的熔点。受辐照的线缆聚合物中未交联部分越多,则试样在给定负荷下伸长率越大,表明交联度越小。

5. 结束语

      汽车制造业已成为我国国民经济的支柱产业,带动了大批配套产业的发展。汽车电线是提高汽车技术含量的重要配件,其发展也遵循着集中化、规模化、专业化的方针,要求汽车厂、汽车电线厂(包括线束装配厂)紧密合作。&127;美国等发达国家从八十年代中期开始,改变了过去由汽车厂提出汽车电线结构尺寸等具体技术要求、电线厂只管照单生产的做法,转而由电线厂在深入了解汽车电线安装、使用条件的基础上,更多地参与和承担起新型汽车电线的提出、设计和验证等工作,汽车厂则可减少内部与电线有关的技术资源配置以降低管理费用,双方建立起新型的上下游产业合作方式,这有利于双方降低成本、发挥各自优势。

      从长远来看,汽车将越来越走近我国普通百姓生活,发展前景广阔。汽车电线在整个电线行业中的地位也将随之提升。有志于发展汽车电线的厂家要积极寻求与汽车厂的合作,产品技术起点要高,同时种类及规格又要切合中国市场需要。希望汽车厂也关注本土电缆厂所作努力,推动我国汽车电线的技术进步,从而更有效地降低成本,提高产品在全球范围内的竞争力。

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[xunmeng 在 2009-2-26 9:40:48 编辑过]

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辐照交联低烟无卤阻燃耐热电线电缆知识
 

 

 摘要:针对电线电缆聚氯乙烯等阻燃绝缘材料,被明火燃烧时将释放大量的有毒气体导致人员伤亡的现状。经过分析论证,指出低烟无卤聚烯烃材料只能采用辐照方式进行交联,才能保证阻燃性能和电气性能。

关键词 辐照 交联 低烟 阻燃 氧指数

  目前火灾事故中,电线电缆引起的火灾不容忽视。据不完全统计,1998年我国发生的火灾中,因电线电缆所引起的占35%以上,在火灾死亡人员中有三分之二是因为吸入电线电缆燃烧时释放出的有毒气体而窒息死亡,怎样阻止电线电缆的燃烧,即使是被明火燃烧还低烟无毒,这是电线电缆制造业的一大课题。
1.阻燃材料的演变
  从20世纪70年代开始,许多国家开始阻燃电线电缆的研制,一开始人们首先想到了用含有卤素的材料来进行阻燃,因为含有卤素的材料具有很好的阻燃性。此类材料分为两种:一种是材料的基体树脂含有卤素,如聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)等;另一种基体树脂不含卤素,如聚乙烯(PE)等,添加溴联苯醚,氯化石蜡,前一种称有卤阻燃,后一种称低卤阻燃,但是这些阻燃电线电缆在燃烧时存在高发烟高毒性的弊端,当火灾发生时,产生溴化二恶英。被困人员乃至消防人员极易吸入此类有毒的含卤气体而窒息伤亡,造成火灾的二次灾害。
  从20世纪80年代开始,国际上开始对低烟无卤阻燃材料的研制,这种材料的优点是低烟无卤、无毒,即使被明火燃烧时,释放出来的是二氧化碳气体和水蒸汽。
2. 低烟无卤阻燃聚烯烃
  低烟无卤聚烯烃是以聚乙烯为基体,将被EVA(乙烯-醋酸乙烯酯关聚物)活化了的大量。氢氧化镁或氢氧化铝捏合在聚乙烯基体中,利用氢氧化物被燃烧受热时,分解成金属氧化物和水,该反应为吸热反应。

  阻燃原理如下:氢氧化物被燃烧时是分解反应,该反应是吸热反应,吸收周围空气中的大量热量,降低了燃烧现场的温度,此为阻燃机理之一;生成的水分子,也吸收大量热量,此为阻燃机理之二;产生的金属氧化物结壳,阻止了氧气与有机物的再一次接触,此为阻燃机理之三。所以低烟无卤聚烯烃是采用吸热与金属氧化物隔氧的方法进行阻燃的。
3. 辐照交联工艺在低烟无卤电线电缆中的应用
  低烟无卤聚烯烃主要是采用氢氧化物作为阻燃剂。氢氧化物又称为碱,其特性是容易吸收空气中的水分,即称为潮解。潮解的结果是绝缘层的体积电阻系数大幅度下降,由原来的17MΩ/km可降至为0.1MΩ/km。怎样阻止潮解的发生呢?只有将基体--聚烯烃的分子结构予以改变,形成致密层以阻止空气中的水分子与阻燃剂氢氧化物相结合从而形成潮解现象,人们称此为交联。交联的方式分为两大类,即化学交联和物理交联。而化学交联又分为干法交联和温水交联二种。干法交联的方法是在温度达300-400℃的高压气体中,经过一定的时间使聚乙烯分子链交联。在此状况下,氢氧化物已分解为金属氧化物和水,因此电缆表面将出现裂纹及水泡,所以干法交联的方法是不可用于低烟无卤材料的。
温水交联的方法是将电线电缆置于90℃的温水中浸泡5至7小时,在此状况下,氢氧化物将吸收大量的水份,导致绝缘电阻下降,直接影响到电缆的综合性能。
物理交联又称辐照交联,是利用电子加速成器产生的高能量电子束流,轰击绝缘层及护套,将高分子链打断,被打断的每一个断点称为自由基。自由基不稳定,相互之间要重新组合, 重新组合后由原来的链状分子结构变为三维网状的分子结构而形成交联,此交联方式既无高温又无水,既能使聚烯烃交联,又不影响阻燃性能和电气性能,所以低烟无卤聚烯烃材料只能采用辐照的方式交联,别无选择。

4. 辐照交联低烟无卤耐热电线电缆的综合性能
4.1 电气性能
  绝缘电阻常数(90℃):17.6MΩ.km。
4.2 阻燃性能(无卤、低烟特性)
  a.氧指数为38。
  b.电缆燃烧时气体逸出试验:绝缘PH值为6.74;绝缘电导率为1.18。
  c.电缆燃烧时烟浓度试验(透光率):97%。

4.3 机械物理性能(耐高温特性)
  a. 135℃、168h空气箱老化试验:老化后抗张强度保留率为106%;老化后断裂伸长率保留率为90%。
  b. 延伸试验(200℃.15min):负载下伸长率为≤175%;冷却后永久变形率为≤15%。
  备注:保留率-如果物体原来的抗张强度为10公斤/cm2,老化后的抗张强度为10.6公斤/cm2 ,此物体老化后的抗张强度保留率为106%。

[xunmeng 在 2009-2-26 9:44:43 编辑过]

  引用   回复  POST 2009-2-26 9:45:29
11#

谁能说说辐照交联的缺点,就目前阶段而言。
  引用   回复  POST 2009-3-14 10:56:10
12#

1 投资大

2 技术要求高,已出现幅照不均匀

  引用   回复  POST 2009-3-23 21:34:24
13#

呵呵.LZ太好了,我很需要,谢谢

  引用   回复  POST 2009-6-9 20:28:10
14#

下载学习了,虽说现在用不着!辛苦了!

  引用   回复  POST 2009-7-20 12:03:17
15#

照射的线材   某些性能指标会变好  某些又会变差的

主要目的是提高材料的耐温度等级   抗长强度

但是过量是会适得其反的     所以控制比较严格   

我是做辐照这块的     楼主的资料是比较初级  的  只能简单的介绍下辐照

 

 
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