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電子束(EB)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展
福州印刷網(wǎng) 2009-1-14 13:21:11 來源：福州印刷網(wǎng)
1952年查爾斯發(fā)現(xiàn)聚乙烯的原子爐輻射交聯(lián)后，放射線交聯(lián)已經(jīng)經(jīng)歷了50多年的歷史。美國、歐洲和日本等發(fā)達國家從上世紀(jì)50年代末，先后建立了各種高分子輻射改性研究機構(gòu)并開始生產(chǎn)電子束交聯(lián)的聚乙烯電線，拉開了高分子電子束輻射加工的序幕。之后，電子束輻射技術(shù)在聚乙烯泡沫、熱收縮材料、汽車輪胎，涂層固化等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，同時應(yīng)用于醫(yī)療器件的殺菌、食品消毒防腐、環(huán)境保護等領(lǐng)域。
工業(yè)用輻射源主要有鈷60（γ射線）和電子束設(shè)備（電子束和X射線），從使用等角度，電子束更具優(yōu)勢，到目前為止，在工業(yè)應(yīng)用中，電子束（EB）成為了主流。
最近，通過電子束輻射技術(shù)實現(xiàn)材料的功能化和高附加值等方面已獲得了長足的發(fā)展，本文就電子束輻射技術(shù)進行概述。
EB輻射技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀
EB輻射技術(shù)在能源、交通、環(huán)保、衛(wèi)生、食品等各個領(lǐng)域，已成為許多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域材料改良的基礎(chǔ)技術(shù)。按技術(shù)領(lǐng)域劃分，可主要分為：材料交聯(lián)、接枝聚合、涂層固化、殺菌、食品輻射與環(huán)保等。
電子束輻射交聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用
通過EB輻射使分子之間交聯(lián)結(jié)合而形成三維結(jié)構(gòu)，以此來改善高分子材料的耐熱和機械力學(xué)等性能，該技術(shù)最早用于耐熱包覆電線、耐熱板與耐熱膜、熱收縮管與熱收縮膜等的制造。與傳統(tǒng)的化學(xué)交聯(lián)技術(shù)比較，EB輻射交聯(lián)技術(shù)具有可適用于類別廣范的材料改性，已成為材料改性的重要工程手段。
•電線與膠帶中
現(xiàn)在，用于電子設(shè)備、汽車的PE（聚乙烯）和PVC（聚氯乙烯）包覆電線的改良主要是通過E B 輻射技術(shù)實現(xiàn)。EB輻射交聯(lián)的PE（聚乙烯）和PVC（聚氯乙烯）膠帶具有優(yōu)秀的抗老化特性，大量用于電線束的耐熱保護。
•熱收縮管與熱收縮膜
對PE等進行電子束輻射交聯(lián)之后，加熱至融點附近，然后施加外力，在使其變形得狀態(tài)下進行冷卻，外力去除變形得以保留；再次加熱至融點附近，其性質(zhì)具有收縮至不加外力時的原有狀態(tài)，我們將此記憶性質(zhì)稱之為記憶效果或者熱收縮特性�，F(xiàn)在軟管和薄膜熱收縮材料已廣泛用于配線端部與連接部的防腐蝕、食品包裝等領(lǐng)域。
•聚烯烴泡沫材料中
EB輻射交聯(lián)法與以往的化學(xué)交聯(lián)法相比較，具有交聯(lián)與發(fā)泡可通過不同工藝進行的優(yōu)點，具有可控制氣泡、沖擊吸收性良好及表面平滑性良好等特點。泡沫聚烯
烴（PE、PP（聚丙烯）、EVA（乙烯/醋酸乙脂）等）廣泛用于汽車內(nèi)部裝飾材料、建筑與土木領(lǐng)域、隔熱工業(yè)領(lǐng)域、農(nóng)林與水產(chǎn)領(lǐng)域、電線絕緣體等。
•橡膠材料
EB輻射交聯(lián)硫化技術(shù)與化學(xué)硫化相比，具有不含有害的亞硝基胺、不產(chǎn)生亞硫酸氣體及在自然環(huán)境中易于分解的特點。天然乳膠的放射線交聯(lián)在日本、馬來西亞與印度尼西亞等國被用于手術(shù)用手套等。在美國，屋頂橡膠材料大量使用EB輻射技術(shù)，在橡膠軟管以及其它各種部件的制造中也獲得了應(yīng)用。
•碳化硅纖維
對聚碳酸脂—— 硅烷（polycarbo - sulane）纖維進行10Mgy以上EB輻射以及熱氧化非熔化處理制造所得碳化硅纖維用于纖維強化陶瓷復(fù)合材料，具有1500°C以上耐熱性，是宇宙航空領(lǐng)域、原子能發(fā)電與熱核反應(yīng)堆等的極其重要的結(jié)構(gòu)材料。
•自控性塑料發(fā)熱體（6）
對將碳黑與塑料通過適當(dāng)組成混合的發(fā)熱體進行通電的話，就會發(fā)熱，然而由于電阻隨著溫度的上升而增加，發(fā)熱量會減少，因此輸出被控制。但是如果是普通塑料，一旦超過融點電阻則急劇減小，成為發(fā)熱體著火的原因。因此若事先對此進行EB交聯(lián)，即使超過融點，也可獲得電阻并不減小的發(fā)熱體。該特性被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、園藝領(lǐng)域。
•工程塑料等的交聯(lián)
工程塑料對放射線較為穩(wěn)定，因此其交聯(lián)并不容易。但是通過使用適當(dāng)?shù)慕宦?lián)加速劑經(jīng)過EB交聯(lián)，在300°C的鉛焊液中不融解的工程塑料獲得應(yīng)用。熱穩(wěn)定性好的
TAIC最能促進交聯(lián)，TAIC對PET與PBT等也有效。耐熱材料之一的PTFE是最易發(fā)生放射線分解的聚合物，不能在放射線環(huán)境下使用。但在溶融狀態(tài)下，對此進行放射線輻射的話，就會進行交聯(lián)，有可能作為新的抗放射線性的材料。
接枝聚合技術(shù)的應(yīng)用
接枝聚合是改良聚合物性質(zhì)的重要途徑。EB輻射接枝聚合一般有兩種途徑，一是通過EB輻射首先在主干聚合物上生成游離基后，與單分子物體進行反應(yīng)的預(yù)輻射法，二是與單分子物體共存狀態(tài)下，用EB輻射進行接枝聚合的同時輻射法。EB輻射接枝聚合的特長：
• 賦予材料功能性：比如合成與由原材料物理性分離功能和離子吸附形成的化學(xué)性分離功能的復(fù)合功能；賦予材料的阻燃功能等。
• 官能基復(fù)合物的合成：通過利用共接枝聚合法，可以形成宮能基的復(fù)合物。
• 馬賽克膜的合成：通過對屏蔽技術(shù)的應(yīng)用，可以獲得功能上的馬賽克化。
• 反應(yīng)場的控制、聚合物與單分子的溶解度系數(shù)的控制：可以進行表面層接枝聚合、均勻表面層接枝聚合等。
•可進行游離基生成（電子束輻射工藝）與接枝聚合工藝的分離：所生成的游離基通過保存在其聚合物的玻璃轉(zhuǎn)移點以下，可以長期保存。
•在EB接枝聚合的情況下，游離基的生成與等離子和紫外線接枝技術(shù)相比，由于是從聚合物的內(nèi)部生成的，因此接枝后的性能更加穩(wěn)定可靠。
固化技術(shù)的應(yīng)用
六十年代后期以涂料廠家為中心，開始了電子束涂層固化技術(shù)的研究開發(fā)，EB涂層固化技術(shù)是在基本材料的表面噴圖單分子與齊聚物，通過EB輻射聚合形成保護膜。與類似的UV（紫外線）技術(shù)硬化相比較，EB輻射固化技術(shù)在未來更具有優(yōu)越性。
EB固化涂層在高耐候性涂層、磁性介質(zhì)、印刷電阻、極高交聯(lián)密度的高硬度保護膜（鉛筆硬度8~9H以上的高硬度保護膜）、非透明且厚的保護膜涂層、熱敏基材表面涂層、防霧膜、表面防污處理等方面已獲得了實際的工業(yè)應(yīng)用，用傳統(tǒng)UV（紫外線）加工技術(shù)難于實現(xiàn)。
醫(yī)療用具的消毒殺菌
通過放射線對醫(yī)療用具消毒殺菌的出發(fā)點是1956年美國使用范德格喇夫型EB裝置（2MV，0.5KV）進行腸線縫合線的商業(yè)消毒。之后，丹麥與法國也使用高能量的EB裝置進行醫(yī)療用具的消毒殺菌。以1960年在英國的γ射線殺菌的應(yīng)用輻射為開端，繼此γ射線商業(yè)消毒設(shè)施在全世界不斷建設(shè)，γ射線殺菌的普及得到快速發(fā)展。關(guān)于EB殺菌的轉(zhuǎn)機，大型的EB殺菌設(shè)施實在1979年在美國建設(shè)。以此為契機，作為經(jīng)濟型更高的適用性系統(tǒng)，開始提高EB裝置的大功率化、可靠性與操作性。全世界在1980年以后，EB輻射設(shè)施趨向增加，與此相呼應(yīng)，EB殺菌產(chǎn)品占放射線殺菌的比例逐年上升。日本1989年茨城縣筑波市建設(shè)了通過EB委托殺菌設(shè)施。現(xiàn)在，殺菌對象產(chǎn)品不僅涉及醫(yī)療用具，而且涉及無紡布質(zhì)地的長袍、服裝、口罩與試驗用檢驗器具類（殼體等）、醫(yī)藥品容器等。
食品輻射
利用放射線抑制食品品質(zhì)的下降與腐爛的研究始于1942年在美國通過由EB發(fā)生的X線對漢堡包用肉進行輻射保存效果開始的。由γ線進行的輻射研究是進入五十年代之后開始的。1980年由WHO、TAEA、FAO的聯(lián)合委員會進行的『安全宣言』以來，已有27個國家使輻射食品在國內(nèi)流通。在全世界流通的輻射食品大約為50萬噸，香辣調(diào)味料約占2.4萬噸。
環(huán)境保護
工業(yè)廢氣，廢液和固體物的無害化和綜合利用等方面，EB輻射技術(shù)已被證明行之有效。使用10kGy左右的吸收束量，可以去除工業(yè)廢氣中80%以上的NOx和94%以上的SOx。
通過EB進行水的輻射處理可以氧化分解水中有機氯化物、農(nóng)藥、殺蟲劑等。此外對下水排出水的殺菌，作為氯處理的代替技術(shù)，有望采用放射線處理。還確認(rèn)了
對于污泥脫離業(yè)與印染排水的處理也有效。污泥是在廢水處理與下水處理過程中產(chǎn)生的有機廢棄物，通過對病原菌與寄生蟲等進行放射殺菌處理，可作為肥料與飼料或者微生物農(nóng)藥使用，世界各國對此正在進行研究。通過EB輻射對廢水或者廢氣處理后的活性炭進行再生的研究結(jié)果表明，吸附性可回復(fù)到90%以上。該方法具有工藝簡單，此為節(jié)能工藝及幾乎不存在活性炭的損失等特點，有望實用化。
半導(dǎo)體
通過在半導(dǎo)體內(nèi)形成晶格缺陷，可以高精度地控制載體壽命，載體壽命越短，越能進行高速（高頻）動作。比較3種1EB、2γ線、3質(zhì)子加工方式由，由于EB的能量可連續(xù)變化，可以均勻地輻射廣泛的面積，因此具有易于控制晶格缺陷狀態(tài)的特長，已獲得廣泛的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。EB輻射技術(shù)的未來
交聯(lián)技術(shù)
一般認(rèn)為此為成熟技術(shù)，將來也為重要技術(shù)，今后其應(yīng)用領(lǐng)域也會不斷擴大。
固化技術(shù)
該技術(shù)是將來大幅度成長的技術(shù)領(lǐng)域。比如：通過涂層賦予普通薄膜特有的功能性、無溶劑型粘接迭層等。
接枝聚合技術(shù)
一般認(rèn)為，通過接枝聚合技術(shù)，對通用材料賦予新功能的需求是無限的，因此認(rèn)為，通過接枝聚合技術(shù)開發(fā)新功能材料是將來最有前途的技術(shù)領(lǐng)域。
滅菌技術(shù)
一般認(rèn)為EB與鈷60相比，由于其易于操作，因此會不斷被EB取代。此外，也期待普及使EB與鎢和鉭一樣原子序號大的金屬相撞擊而獲得的制動X線。
食品輻射
關(guān)于輻射食品的完整性，由于國際上已經(jīng)得出結(jié)論，因此研究的主流轉(zhuǎn)向?qū)椛涫称返臋z驗方法。我們認(rèn)為食品的EB輻射處理已在世界范圍內(nèi)得到推動，此為未來大有前途的技術(shù)領(lǐng)域。
環(huán)保
從地球環(huán)保的立場來看，導(dǎo)致酸雨原因的各種排氣處理到應(yīng)用只差一步之遙；污水污泥的處理等是今后成長的領(lǐng)域。而且通過EB進行的CO2處理作為未來研究的課題也很有價值。
半導(dǎo)體
通過對硅片電子注入生成載體卸波電路改善高頻開關(guān)的特性已經(jīng)成為有用技術(shù)被認(rèn)可，今后將在許多企業(yè)得到應(yīng)用。而且被稱為下代半導(dǎo)體制造技術(shù)的超擴現(xiàn)象今后大有成為研究開發(fā)的課題。
總之，EB應(yīng)用技術(shù)作為許多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)Σ牧细牧嫉幕炯夹g(shù)，其領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U大。此外，由于EB裝置符合操作性、節(jié)能、節(jié)省空間這一時代性的要求，以及EB裝置的制造成本的不斷降低，EB應(yīng)用技術(shù)會涉及多領(lǐng)域，工業(yè)利用會更加活躍。
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本文標(biāo)題：電子束(EB)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展
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