随着辐照电子加速器技术的不断发展，电缆行业对高科技产品的要求也不断提高，我国辐照型电缆材料种类也是与日俱增，琳琅满目，以不断满足相关方日益增长的高性价比的材料需求。辐照材料交联过程是电缆制造过程的关键工序也称之“特殊过程”；依据《GB/T19001-2016质量管理体系 要求》标准要求，关键过程与特殊过程是影响产品质量的关键因素，一定要给与特别的关注。
辐照型低烟无卤阻燃聚烯烃材料是近年来研发的新型复合材料，以超高的耐温等级、良好的耐老化、耐低温、阻燃等优异性能被广泛应用于电线电缆行业。然而此种辐照型材料未经电子加速器辐照交联，无法判定其性能是否符合各相关方的需求和期望质量要求；给顾客和相关方在质量管理与控制方面带来了极大的困扰。近年来由于辐照产品大量应用，其材料关键质量控制因素逐渐被发掘与重视。尤其是应用于高速动车、地铁等关系国计民生等重大领域内的辐照型电缆材料，更需要严格的质量控制，以确保产品的质量。为此，对辐照型材料的剂量与性能的关联与影响性研究势在必行。本文从实践出发，结合在电线电缆行业多年的丰富经验，通过大量试验数据对比分析；探讨了辐照剂量对材料性能的影响。从中得到辐照型低烟无卤阻燃聚烯烃材料的最佳辐照剂量范围。
聚烯烃具有优良的电绝缘、耐油耐酸碱耐老化等性能，被广泛的应用于电线电缆行业。自PO材料工业化以来，已发展成型的材料有交联聚乙烯（XLPE）、聚丙烯（PP）、聚1-丁烯、聚1-戊烯以及乙烯丙烯为基础的共聚物等5大通用材料，其中辐照型低烟无卤阻燃聚烯烃材料应用的领域越来越广阔。
低烟无卤阻燃材料的辐照交联机理为：在常温常压下电子加速器电子枪发射出的高能量电子轰击低烟无卤阻燃材料的高分子产生游离基，后游离基相互作用再发生交联反应，使得高分子聚合物由原来的线型结构变为空间网状结构，特别是将C—C键直接连接起来，大大提高了材料的耐温等级以及耐老化、耐油、耐低温等性能。
自由基的裂解反应使自由基迅速裂解形成更稳定的自由基并生成不饱和双键。
自由基的重排反应使自由基更倾向于重新排成更稳定的叔碳自由基。
自由基的抽氢反应发生顺序为三级氢＞二级氢＞一级氢。
自由基偶联反应使小分子自由基容易耦合形成分子量提高一倍的稳定分子结构。
当自由基中存在β-H结构时，容易被另一个自由基夺取原子生成两个稳定的原子。
加速器工作原理是基于电子在电位场加速这一原理。电位场由高压整流器建立；加速管的上端加上高压整流器的负电压，下端处于零电位。阴极发射的电子在真空中由电位场加速。加速电子在引出装置中由扫描系统均匀分散开来，通过钛箔后到大气中。从而照射到产品的材质内，使电子束为材料辐照交联。加速器是由高压整流器、加速管、真空系统和引出装置等27个部位组成的，如图1所示。加速器也还需要如下控制系统，如图2所示。
为了更有效的研究辐照剂量对材料质量性能的影响，制定的抽样方案为在连续同一批原材料、同一班次连续生产的电缆样品中取样方法，针对明确型号的产品，以满足EN-50264-3-1:2008标准规定的EI 109型低烟无卤阻燃聚烯烃材料为例，研究辐照剂量对低烟无卤阻燃聚烯烃材料的原始机械性能（抗张强度与断裂伸长率）、耐老化性能、耐油性能、耐低温性能、阻燃等质量性能的影响。其中EN-50264-3-1:2008标准对质量性能指标要求见表1所示。
①样品制备：用Φ45型塑料挤出机制备符合标准EN-50264-3-1：2008标准的减小尺寸的单芯电缆，其型号为：EN-50264-3-1 600V 1.5mm2。
②按照规定的抽样方案抽取电缆样品的，分类周转至辐照交联工序。
③辐照交联工序：分别以6、9、12、15、18Mard的辐照剂量对连续生产的电线进行辐照，每种剂量产品长度为200m。辐照后进行分类标号，辐照剂量6Mard为序号1组，辐照剂量9Mard为序号2组，辐照剂量12Mard为序号3组，辐照剂量15Mard为序号4组，辐照剂量18Mard为序号5组。
④分别对上述5组内的样品做原始机械性能（抗张强度与断裂伸长率）、耐老化性能、耐油性能、耐低温性能、阻燃性能、热延伸试验：试验方法按照EN-50264-3-1:2008标准规定。
通过上述抽样方案与分组试验；分类整理出试验数据，分析如下：
表2为整理的5种分组样品的不同辐照剂量与原始机械性能和热延伸试验数据对比。
由表2可知，随着辐照剂量的增大，低烟无卤阻燃聚烯烃的抗张强度数值随之变大，且呈线性增长趋势，断裂伸长率随之变小，且呈线性递减趋势。
分析产生此现象的原因为：当辐照剂量为6Mard较小时，热延伸试验数据为60%；低烟无卤阻燃聚烯烃辐照交联程度较小，材料线型占主导，空间网状程度不够，分子与分子之间结合不够紧密，受力后更容易产生滑移。
所以断裂伸长率数值很大，抗张强度很小；随着剂量的逐步增大，材料的交联程度逐渐增强，分子与分子之间结合非常紧密，分子之间很难滑移，表现为断裂伸长率变小，抗张强度增大。
但辐照剂量增加到18Mard时，抗张强度突然直线变大，断裂伸长率直线下降，考虑为辐照剂量过大，致使低烟无卤阻燃聚烯烃材料分子发生降解变质，致使原材料丧失原有的性能。
从表2热延伸试验数据可以看出，随着辐照剂量的增大，材料的交联程度越大，致使分子与分子之间的作用力变大，热延伸数值越来越小。
表3为整理的5种分组样品的不同辐照剂量与耐老化性能试验数据。
由表3可知，随着辐照剂量的增大，低烟无卤阻燃聚烯烃材料的抗张强度变化率与断裂伸长率数值先变小后变大，且呈U型曲线趋势。
分析产生此现象的原因为：当辐照剂量为6Mard较小时，热延伸试验数据为60%；低烟无卤阻燃聚烯烃辐照交联程度较小，材料线型占主导，空间网状程度不够，导致断裂伸长率变化率数值很大，抗张强度变化率很大；
随着剂量的逐步增大，材料的交联程度逐渐增强形成了大量的C—C键，大大提高了材料耐高温性能，呈现出断裂伸长率变化率变小，抗张强度变化率变小。但辐照剂量增加到18Mard时，抗张强度变化率与断裂伸长率变化率突然呈直线变大，考虑为辐照剂量过大，致使低烟无卤阻燃聚烯烃材料分子发生降解变质所致。
由表4可知，随着辐照剂量的增大，低烟无卤阻燃聚烯烃材料的耐油后抗张强度变化率与断裂伸长率数值先变小后变大，且呈U型曲线趋势。
分析产生此现象的原因为：当辐照剂量为6Mard较小时，热延伸试验数据为60%；低烟无卤阻燃聚烯烃辐照交联程度较小，材料线型占主导，空间网状程度不够，油分子很容易进入到材料分子的间隙当中，导致断裂伸长率变化率数值很大，抗张强度变化率很大；
随着剂量的逐步增大，材料的交联程度逐渐增强，材料分子与分子之间的空间变小；分子与分子之间结合的更紧密，更稳定，油分子不容易进入到材料分子中来，呈现出断裂伸长率变化率变小，抗张强度变化率变小。但辐照剂量增加到18Mard时，抗张强度变化率与断裂伸长率变化率突然呈直线变大，考虑为辐照剂量过大，致使低烟无卤阻燃聚烯烃材料分子发生降解变质所致。
由表5可知，随着辐照剂量的增大，低烟无卤阻燃聚烯烃材料的耐低温性能一直处于趋于稳定水平，呈现出不受辐照剂量大小的影响；当且仅当辐照剂量太大时，材料发生降解变质，会严重影响低温性能。
由表6可知，随着辐照剂量的增大，低烟无卤阻燃聚烯烃材料的阻燃性能未有明显变化，呈现出不受剂量影响态势；当且仅当辐照剂量太大时，表现出特殊不合格的结果。
综上所述，由表1～5可知低烟无卤阻燃聚烯烃材料的辐照剂量为12Mard～15Mard时，即序号3组与序号4组样品的关键质量指标原始机械性能（抗张强度与断裂伸长率）、耐老化性能、耐油性能、耐低温性能、耐阻燃在最佳状态，完全符合EN-50264-3-1:2008标准要求。
本文以低烟无卤阻燃聚烯烃材料为研究对象，通过对其不同辐照剂量（6～18Mard）的交联，研究了材料热延伸性能、原始机械性能（抗张强度与断裂伸长率）、耐老化性能、耐油性能、耐低温性能、阻燃性能随辐照剂量不同呈现的变化规律。研究表明：
1）热延伸试验表明，低烟无卤阻燃聚烯烃材料的交联程度随着辐照剂量的增大而增大，呈现线性正相关。
2）原始机械性能试验表明，随着辐照剂量的增大，低烟无卤阻燃聚烯烃材料的抗张强度数值随之变大，且呈线性增长趋势，断裂伸长率随之变小，且呈线性递减趋势。
3）随着辐照剂量的增大，低烟无卤阻燃聚烯烃材料的抗张强度变化率与断裂伸长率数值先变小后变大，且呈U型曲线趋势。
4）耐油试验表明，随着辐照剂量的增大，低烟无卤阻燃聚烯烃材料的抗张强度变化率与断裂伸长率数值先变小后变大，且呈U型曲线趋势。
5）耐低温性能及阻燃性试验表明，低烟无卤阻燃聚烯烃材料的低温与阻燃性能不受辐照剂量大小的影响。
6）辐照材料一定要匹配与之对应的辐照剂量才能发挥整体的综合的最佳性能，一定要避免剂量的过小与过大使用。
随着科学技术的不断发展，对辐照型电缆产品的质量安全已成为各相关方关注的焦点，我国辐照电子加速器辐照电缆产品起步比较晚，目前还未有形成系统化体系化的标准对辐照交联程度的规定要求，以至于行业里质量管控无序与粗放。
建议相关方能通过质量管理的方案，利用合适的质量方法与工具制定合理的样品抽样方案，规定专职试验人员负责指定试验，制定完整的各类考核试验的试验大纲；通过数据的分析与处理，挑选出最佳试样样品。从而确定材料的最佳工艺辐照剂量，希望本文为相关方在辐照剂量与材料性能对比研究方面提供一些参考。
