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聚乙烯是一種優(yōu)質(zhì)的化工原料,通過交聯(lián)反應(yīng),使聚乙烯分子從二維結(jié)構(gòu)變?yōu)槿S網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),材料的化學(xué)和物理特性相應(yīng)的得到增強,耐溫耐壓性能提高,這種材料簡稱PEX,即交聯(lián)聚乙烯。
聚乙烯的交聯(lián)方法有物理交聯(lián)即輻射交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)兩種。化學(xué)交聯(lián)又分為硅烷交聯(lián)、過氧化物交聯(lián)。
1、輻射交聯(lián):將聚乙烯制品,如包覆在導(dǎo)線上的聚乙烯護(hù)套、薄膜、薄壁管等產(chǎn)品用γ-射線、高能射線進(jìn)行照射進(jìn)行交聯(lián)(引發(fā)聚乙烯大分子產(chǎn)生自由基,形成C-C交聯(lián)鏈)。交聯(lián)度受輻射劑量及溫度的影響,交聯(lián)點隨輻射劑量的增加而增加,因此通過控制輻射條件,可以獲得具有一定交聯(lián)度的交聯(lián)聚乙烯制品。
此方法設(shè)備投資大,防護(hù)設(shè)施要好,最適用于制備薄型交聯(lián)產(chǎn)品。
2、化學(xué)交聯(lián):化學(xué)交聯(lián)則是采用化學(xué)交聯(lián)劑使聚合物產(chǎn)生交聯(lián),由線性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。交聯(lián)劑的選擇應(yīng)視聚合物品種,加工工藝和制品性能而定,理想的交聯(lián)劑除滿足一些具體的要求外,還應(yīng)具有如下基本要求:交聯(lián)率高,交聯(lián)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;加工安全性大,使用方便,加入樹脂后的有效期適中,無過早或過晚交聯(lián)之弊;不影響制品的加工性能和使用性能;無毒、不污染、不刺激皮膚和眼睛。
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多年來,大量研究逐步揭示了PVC輻射交聯(lián)中的反應(yīng)原理及結(jié)構(gòu)變化,并已經(jīng)能夠控制輻射交聯(lián)PVC產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與性能,使PVC的輻射交聯(lián)技術(shù)已日臻成熟。
PVC輻射交聯(lián)一般以60Co-γ射線或高能電子(EB)射線為輻照源、多官能團(tuán)不飽和單體為交聯(lián)劑,交聯(lián)反應(yīng)為自由基反應(yīng),PVC在輻射作用下C-Cl鍵斷裂,形成自由基活性中心,多官能團(tuán)不飽和單體在輻射引發(fā)下優(yōu)先產(chǎn)生自由基并自聚,同時接枝到PVC長鏈自由基上,基本的交聯(lián)結(jié)構(gòu)為PVC-(交聯(lián)劑)γ-PVC。
V K SHARMA等采用電子束(EB)輻射交聯(lián)軟PVC,研究了3種交聯(lián)劑——TMPTA、TEGDM及TEGDA對軟PVC的交聯(lián)速率及熱穩(wěn)定性能的影響,以三鹽基硫酸鉛(TBLS)作為體系的穩(wěn)定劑。結(jié)果表明,5%TMPTA的交聯(lián)效果最好,當(dāng)凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%時,其拉伸強度達(dá)到了23.5MPa,較未交聯(lián)時提高了7%左右,同時交聯(lián)軟PVC的體積電阻系數(shù)、分解溫度也能夠得到明顯的提高。
Ratnam等采用了同樣的輻射交聯(lián)方法,采用TMPTA交聯(lián)硬PVC,姒TBLS作為體系的穩(wěn)定劑,研究了輻射劑量在20-200kGy時,其凝膠含量與硬PVC的拉伸強度、硬度的關(guān)系,同時測定了輻射劑量在100kGy時的Tg,并通過FTIR分析證實了通過電子束輻射的方法能夠有效地避免降解反應(yīng)的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)輻射劑量為100kGy時,其凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到85%,此時交聯(lián)硬PVC的Tg較未交聯(lián)試樣提高了2.5℃。同時,通過對輻射交聯(lián)硬PVC的性能研究表明,采用適當(dāng)用量(4%)的交聯(lián)劑交聯(lián)的硬PVC試樣的拉伸強度、硬度都得到明顯提高,當(dāng)凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到80%時,其拉伸強度達(dá)到最大值55MPa,較未交聯(lián)時提高了30%。此時,硬PVC的硬度也提高了13%左右,并隨著凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈不斷上升的趨勢,結(jié)果見圖4(略)、圖5(略)。
PVC的輻射交聯(lián)是非常復(fù)雜的反應(yīng),主要包括PVC交聯(lián)、降解、脫HCl等。各種因素對PVC輻射交聯(lián)的影響都是通過影響三者間的競爭關(guān)系來實現(xiàn)的。PVC輻射交聯(lián)反應(yīng)過程受多種因素影響:輻射劑量、輻射溫度、反應(yīng)氛圍、交聯(lián)劑、增塑劑、填料與加工助劑。輻射交聯(lián)法與化學(xué)交聯(lián)法相比具有很多優(yōu)點,在電線電纜行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。
輻射交聯(lián)PVC產(chǎn)品性能優(yōu)異,且生產(chǎn)效率高,節(jié)省能源,無環(huán)境污染。隨著人們對環(huán)境問題的關(guān)注及輻射技術(shù)的進(jìn)步,PVC輻射交聯(lián)技術(shù)必將越來越引起人們的注意。
