7.6.1 Chế tạo vỏ cỏp và dõy điện bằng khõu mạch bức xạ
Cỏc vật liệu xử lý bằng bức xạ cú độ bền cơ, nhiệt cao; tớnh chất cỏch điện được cải thiện, đặc biệt ở nhiệt độ cao.
Bảng 7.2 giới thiệu cỏc giới hạn nhiệt độ của cỏc loại cỏp điện vỏ bọc polyetylen.
Bảng 7.2.
Giới hạn nhiệt độ của cỏc loại cỏp điện dựng polyetylen làm vỏ bọc, ToC
Dạng xử lý Sử dụng lõu dài Dưới 100h/năm Sử dụng khụng thường xuyờn
Khụng xử lý Khõu mạch hoỏ Khõu mạch bức xạ 75 90 150 - 130 200 140 250 350
Qua bảng trờn ta thấy polyetylen được khõu mạch bức xạ chịu nhiệt độ cao hơn ở mọi
phương ỏn sử dụng.
- Cỏc loại polyme thụng thường dựng làm lớp cỏch điện xử lý bằng bức xạ là polyetylen (-
CH2 -CH2 -), polyvinylclorua (-CH2:CHCl-). - Quỏ trỡnh chiếu: Liờn tục.
- Nguồn bức xạ để khõu mạch: Mỏy gia tốc electron cụng suất 100-150 kW. Ngồi ra cũn cú thể sử dụng bức xạ hóm
- Liều hấp thụ: 200 – 400 kGy. Dựng chất tăng nhạy cú thể giảm liều xuống 100 – 200 kGy.
- Bề sõu tối ưu d đối với e-: Tuỳ theo bề dày của cỏp, người ta sử dụng năng lượng của electron sao cho thớch hợp (xem Bảng 7.3).
Bảng 7.3.
Bề dày tối ưu d của polyetylen ở năng lượng electron khỏc nhau
Năng lượng E,
MeV Bề dày d, g/cm3 Năng lượng E,
MeV Bề dày d, g/cm3 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1,0 0,019 0,051 0,085 0,119 0,190 0,263 1,5 2 3 4 5 10 0,449 0,634 1,02 1,4 1,17 3,68
- Giỏ thành xử lý giảm 2,1 lần so với xử lý nhiệt (tốn ớt điện năng, mặt bằng sản suất
nhỏ).
Đõy là một lĩnh vực thể hiện ưu thế hơn hẳn của cụng nghệ bức xạ so với cụng nghệ hoỏ
86
7.6.2 Chế tạo ống và màng co nhiệt
Lĩnh vực lớn thứ hai về xử lý vật liệu của cụng nghệ bức xạ là chế tạo ống và màng co
nhiệt. Quy trỡnh này dựa trờn hiện tượng khõu mạch polyme và hiệu ứng nhớ, chủ yếu là đối với polyetylen [22].
- Cỏc sản phẩm thường gặp: phim, ống, băng, tỳi, cỏc loại bao bỡ … Cỏc sản phẩm
thường được sử dụng trong ngành điện kỹ thuật, cụng nghiệp thực phẩm, đúng tàu, chế tạo
mỏy, cụng nghiệp điện tử và một số lĩnh vực khỏc.
- Cỏc polyme thường dựng: polyetylen, polyvinylclorua, polyvinylidenflorid …
- Nguồn bức xạ: Mỏy gia tốc electron năng lượng từ 1ữ3MeV, trường hợp dựng màng
năng lượng nhỏ hơn, từ 0,5 ữ1MeV. Ngoài ra cú thể dựng cả bức xạ gamma của nguồn 60Co. - Tỷ lệ co kớch thước của sản phẩm cú thể tới 15ữ20%.
7.6.3 Chế tạo polyetylen xốp bằng bức xạ
- Nguyờn lý: Dựa trờn quỏ trỡnh khõu mạch. - Quy trỡnh: gồm 4 giai đoạn.
1) Giai đoạn 1: Chuẩn bị nguyờn liệu ban đầu polyetylen, chất tạo khớ và một số chất phụ gia. Chất tạo khớ cú thể dựng diazodicarbonamit (NH2CON = NCONH2). Chất này bị phõn huỷ ở nhiệt độ 200oC. Khi phõn huỷ 1g chất khớ tạo ra 200 – 240cm3 CO2, CO, N2 và NH3. Phụ thuộc vào hệ số tạo bọt (độ tăng thể tớch của polyme so với thể tớch ban đầu), lượng chất tạo bọt thường cú thể tới 10% khối lượng. Hệ số tạo bọt 10 ữ 40 tương ứng với mật độ
polyetylen xốp khoảng 1 ữ 0,025 g/cm3. Để giảm nhiệt độ phõn huỷ của chất tạo khớ. Cần cho thờm chất tăng kớch động tạo bọt (thường là stearat kẽm C17H35COOZn) với 1 ữ 1,5% khối lượng. Ngoài ra cú thể thờm một số chất chống oxi hoỏ, chất tăng nhạy, chất màu v. v…
2) Giai đoạn 2: Tạo ra cỏc phụi tấm trờn cơ sở của nguyờn liệu trờn. Thao tỏc này được thực hiện bằng phương phỏp ộp liờn tục trờn mỏy ộp cú đầu hở. Để lỳc tạo phụi khụng tạo ra sự phõn huỷ khớ, nhiệt độ của nguyờn liệu khụng được vượt quỏ 300oC.
3) Giai đoạn 3: Chiếu electron nhanh với năng lượng 0,5ữ4 MeV. Liều tối ưu là 50 – 70 kGy.
4) Giai đoạn 4: Việc tạo bọt khớ trong cỏc phụi chiếu xạ được thực hiện do sự phõn huỷ chất tạo khớ khi bị đốt núng ở nhiệt độ 180oC.
Mục đớch của chiếu xạ là tăng độ nhớt của polyetylen núng chảy bằng quỏ trỡnh khõu
mạch. Do đú, cỏc chất khớ khú thoỏt ra khỏi phụi, và thể tớch của polyme tăng lờn. Việc gia nhiệt được thực hiện theo hai bước:
Bước 1: Cỏc tấm polyme đó chiếu xạ được gia nhiệt sơ bộ tới nhiệt độ dưới nhiệt độ phõn
huỷ khớ nhằm mục đớch loại bỏ ứng suất nội và đảm bảo tớnh đồng đều của quỏ trỡnh tạo khớ ở giai đoạn tiếp theo.
87
Bước 2: Tiếp tục nõng nhiệt độ tới nhiệt độ tạo khớ bằng bức xạ hồng ngoại và khụng khớ
núng.
Polyetylen xốp khõu mạch bức xạ cú tớnh chất cỏch nhiệt và giảm chấn động tốt, ớt hấp thụ nước và cú độ đàn hồi cao. Chỳng được sử dụng trong cụng nghệ ụ tụ, xõy dựng dõn
dụng, chế tạo cỏc dụng cụ thể thao, vật liệu cỏch điện, bao bỡ …
7.6.4 Cụng nghệ làm đụng cứng chất phủ polyme
- Nội dung quy trỡnh: Khi phủ một lớp mỏng hỗn hợp chất trựng hợp lờn mặt vật liệu, sau
đú tiến hành chiếu xạ bằng electron nhanh để polyme hoỏ nú.
- Đối tượng: gỗ, kim loại, chất dẻo v. v…
- Năng lượng electron: 0,15ữ0,5MeV. Với năng lượng tương đối thấp, cỏc mỏy gia tốc
electron thường là loại tự bảo vệ. Liều sử dụng 20ữ200kGy.
- Tớnh ưu việt so với phương phỏp xử lý hoỏ nhiệt:
+ Tiết kiệm năng lượng tới 85 lần.
+ Thiết bị chiếm ớt diện tớch. Bề dài của thiết bị hoỏ bức xạ khoảng 15ữ20 m hoặc ớt hơn. Trong khi cỏc lũ nhiệt cú bề dài 30ữ 90 m.
+ Tốc độ xử lý lớn; cỡ vài giõy; trong khi xử lý húa nhiệt cần tới vài giờ. Núi một cỏch khỏc cụng nghệ hoỏ bức xạ cú năng suất cao.
+ Quy trỡnh hoỏ bức xạ làm đụng cứng polyme phủ bề mặt được thực hiện ở nhiệt độ
phũng, trong khi quy trỡnh hoỏ nhiệt thực hiện ở nhiệt độ 60ữ70oC. Với lý do đú, quy trỡnh hoỏ nhiệt khú thực hiện đối với chất dẻo vỡ nú làm cho chất dẻo dễ bị biến dạng. Ngoài ra, quy trỡnh húa bức xạ cũn cải thiện mụi trường làm việc do ở đõy khụng xảy ra quỏ trỡnh bay hơi của monome và cỏc chất khỏc từ chất phủ bề mặt, cũng như từ chất dung mụi là những chất khụng thể thiếu trong quy trỡnh hoỏ nhiệt.
+ Tiết kiệm nhiờn liệu và vật liệu. Quy trỡnh hoỏ nhiệt cần tới chất khơi mào và xỳc tỏc, trong khi quy trỡnh hoỏ bức xạ khụng cần tới chỳng.
+ Trong quy trỡnh xử lý bức xạ cỏc mạch polyme cú thể gắn sõu vào bề mặt vật liệu làm tăng thờm độ bền vững của lớp phủ.
- Cỏc ứng dụng: xử lý chất phủ, sơn, vật liệu trang trớ, lớp phủ vật liệu dẫn điện, mực in,
băng từ v.v…