Khi chiếu xạ polyme, cũng như khi chiếu xạ chất rắn khỏc, cú thể xảy ra cỏc biến đổi
thuận nghịch và khụng thuận nghịch của nhiều tớnh chất vật lý như tớnh chất cơ điện, biến đổi về cấu trỳc v.v... Núi chung cỏc biến đổi thuận nghịch thường xảy ra ở cỏc liều thấp cũn biến
đổi khụng thuận nghịch thỡ xảy ra ở cỏc liều hấp thụ tương đối cao như khi polyme chịu
những biến đổi hoỏ học rừ ràng như ngắt mạch, khõu mạch, oxy hoỏ v.v...
6.2.1 Biến đổi điện tớnh
Chiếu xạ thường làm thay đổi cỏc tớnh chất của polyme như độ dẫn, tớnh cỏch điện, điện tớch thể tớch, v.v...
Độ dẫn
Chiếu xạ làm tăng độ dẫn điện. Độ dẫn cảm ứng do bức xạ gọi là độ dẫn điện bức xạ.
Nguyờn nhõn của hiện tượng này là việc sinh ra cỏc phần tử mang điện bổ sung do bức xạ ion hoỏ như electron, lỗ trống, ion v.v... Người ta thường phõn biệt độ dẫn xung và độ dẫn tĩnh tương ứng với tỏc động của bức xạ theo chế độ xung hoặc chiếu xạ theo chế độ liờn tục.
+ Độ dẫn bức xạ xung: lại được chia làm 2 thành phần: Thành phần tức thời và thành
phần trễ. Thành phần thứ nhất gõy ra bởi electron tự do khụng bị bắt giữ bởi cỏc bẫy khuyết tật. Thành phần thứ 2 liờn quan tới cỏc electron bị bắt giữ bởi cỏc bẫy khuyết tật ớt nhất là một lần. Đặc trưng thời gian của thành phần thứ nhất cỡ 10 -10s, cũn thành phần thứ 2 thỡ lớn hơn nhiều.
68
Độ dẫn bức xạ xung gõy ra khụng chỉ bởi chuyển động của cỏc điện tử tự do, mà cũn bởi
sự di chuyển của cỏc điện tớch liờn kết (chẳng hạn cặp liờn kết ion – electron). Dũng điện do cỏc điện tớch liờn kết gõy ra gọi là dũng điện phõn cực.
+ Độ dẫn bức xạ tĩnh: Độ dẫn bức xạ tĩnh được xỏc định chủ yếu bởi độ dẫn do cỏc
electron tự do gõy ra, đúng gúp của cỏc điện tớch liờn kết khụng đỏng kể. Khi liều chiếu tăng lờn, độ dẫn tĩnh tăng dần tới một giỏ trị khụng đổi (Hỡnh 6.4). Đối với suất liều D’ nú cú sự
phụ thuộc sau:
σ = AD’α (6.8)
trong đú A và α là cỏc hằng số nào đú. Thờm vào đú 0,5 <α <1.
Hỡnh 6.4
Sự biến đổi của độ dẫn theo thời gian (liều lượng) chiếu xạ
Ở cỏc liều chiếu nhỏ, biến đổi của độ dẫn là thuận nghịch, ở cỏc liều chiếu tương đối lớn,
cỏc biến đổi này đều khụng thuận nghịch.
- Tớnh cỏch điện: Quỏ trỡnh khõu mạch ảnh hưởng rất lớn đến tớnh chất cỏch điện của
polyetylen. Khõu mạch bức xạ vẫn giữ nguyờn điện trở suất cao của polyetylen ở nhiệt độ cao. Đõy là một đặc tớnh quý bỏu, nhờ đú mà polyetylen chiếu xạ được ứng dụng rộng rói trong kỹ thuật.
- Điện tớch thể tớch: Đối với chất polyme cỏch điện khi chiếu xạ sẽ xảy ra hiện tượng tớch
luỹ điện tớch thể tớch. Phõn bố điện tớch trong thể tớch của polyme khụng đều. Sự phúng
điện của điện tớch thể tớch trong polymetylmetacrilat cú thể ứng dụng để làm cỏc vật liệu
69
Hỡnh 6.5
Ảnh chụp vết phúng điện trong PMMA
sau khi chiếu electron từ mỏy gia tốc Microtron MT-17 của Viện Vật lý Hà Nội
6.2.2 Biến đổi tớnh chất cơ học
Chiếu xạ làm tăng tốc độ chảy và làm giảm tuổi thọ của polyme
+ Tớnh chảy là hiện tượng biến dạng từ từ của polyme dưới tỏc dụng của trọng lực. + Độ bền lõu dài hay tuổi thọ của polyme là khoảng thời gian từ lỳc chiếu xạ cho đến khi nú bị gẫy.
Ảnh hưởng của bức xạ đối với cỏc tớnh chất này của polyme liờn quan trước hết đến sự
thay đổi cấu trỳc của polyme do sự đứt góy cỏc mối liờn kết.
Hiện tượng đứt nổ do bức xạ ở nhiệt độ thấp
Đối với một số chất như polymetylmetacrilat quan sỏt thấy hiện tượng đứt nổ đột ngột khi
bị lạnh. Khi bị chiếu xạ trong khụng khớ ở nhiệt độ phũng với liều cỡ 100kGy, sau đú để lạnh nú sẽ bị phỏ huỷ với nhiều vết nứt. Khi đú độ bền cơ gần như mất hoàn toàn, trong một số trường hợp nú cú thể bị vỡ vụn thành cỏc mảnh nhỏ. Nguyờn nhõn của hiện tượng này là tại cỏc khuyết tật hỡnh thành trong quỏ trỡnh chiếu xạ, xuất hiện cỏc lực căng đàn hồi bổ sung ở nhiệt độ thấp khi trời lạnh.
6.2.3 Biến đổi cỏc tớnh chất vật lý khỏc
70
Với liều lượng chiếu xạ gamma trờn 1MGy trong một số loại polyme diễn ra sự suy giảm
độ kết tinh. Liều phỏ huỷ mầm tinh thể khoảng 35 MGy. Nếu chiếu ở nhiệt độ cao hơn thỡ độ
kết tinh cũn thấp hơn nữa.
Chiếu xạ cản trở quỏ trỡnh tỏi kết tinh
Trong cỏc polyme chưa chiếu xạ, cỏc mầm tinh thể bị phỏ huỷ khi núng chảy, mầm tinh thể được phục hồi trong quỏ trỡnh tỏi kết tinh.
Hiệu ứng nhớ và vật liệu co nhiệt
Trong một số polyme như polyetylen, cú một hiệu ứng rất hấp dẫn và quan trọng về
phương diện ứng dụng thực tế, đú là hiệu ứng nhớ. Thực chất của hiện tượng này như sau.
Thoạt đầu polyme được chiếu xạ tới một liều nào đú nhỏ hơn liều tạo keo. Sau đú đốt núng nú lờn với mục đớch là làm cho cỏc phần kết tinh núng chảy rồi kộo căng nú ra. Giai đoạn tiếp theo là làm nguội dưới tỏc dụng ứng suất của polyme để khụi phục cấu trỳc tinh thể. Vật liệu polyme được tạo ra bằng cỏch đú, sau khi đốt núng lại tới nhiệt độ núng chảy, những phần kết tinh cú khuynh hướng khụi phục lại hỡnh dạng ban đầu do sự hiện diện của mạng khụng gian. Nếu vật liệu này dựng để bọc một vật gỡ đú, thỡ do cỏc động thỏi trờn, nú sẽ bỏm khớt với vật
được bọc.
Hiệu ứng nhớ là cơ sở của cỏc quỏ trỡnh cụng nghệ sản xuất ra một loạt cỏc vật liệu
polyetylen co nhiệt dựng làm bao bỡ và cỏc mục đớch khỏc.
- Khi chiếu xạ, một số tớnh chất của polyetylen cú thể thay đổi như độ thẩm thấu khớ giảm (ở D = 1 MGy độ thẩm thấu khớ giảm 3- 4 lần), độ dẫn nhiệt và nhiệt dung giảm (khoảng 15 - 25% ở liều 6,1 MGy). . .