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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(dá)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(jī)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(shí)應(yīng)用于醫(yī)療器件的殺菌、食品消毒防腐、環(huán)境保護(hù)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(shì)，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(shí)現(xiàn)材料的功能化和高附加值等方面已獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，本文就電子束輻射技術(shù)進(jìn)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(gè)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(jī)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(shí)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(hù)。
•熱收縮管與熱收縮膜
對(duì)PE等進(jìn)行電子束輻射交聯(lián)之后，加熱至融點(diǎn)附近，然后施加外力，在使其變形得狀態(tài)下進(jìn)行冷卻，外力去除變形得以保留；再次加熱至融點(diǎn)附近，其性質(zhì)具有收縮至不加外力時(shí)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(jìn)行的優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)。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(diǎn)。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(duì)聚碳酸脂—— 硅烷（polycarbo - sulane）纖維進(jìn)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(qiáng)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(duì)將碳黑與塑料通過適當(dāng)組成混合的發(fā)熱體進(jìn)行通電的話，就會(huì)發(fā)熱，然而由于電阻隨著溫度的上升而增加，發(fā)熱量會(huì)減少，因此輸出被控制。但是如果是普通塑料，一旦超過融點(diǎn)電阻則急劇減小，成為發(fā)熱體著火的原因。因此若事先對(duì)此進(jìn)行EB交聯(lián)，即使超過融點(diǎn)，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(duì)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(jìn)交聯(lián)，TAIC對(duì)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(duì)此進(jìn)行放射線輻射的話，就會(huì)進(jìn)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(jìn)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(jìn)行接枝聚合的同時(shí)輻射法。EB輻射接枝聚合的特長(zhǎng)：
• 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(duì)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(chǎng)的控制、聚合物與單分子的溶解度系數(shù)的控制：可以進(jìn)行表面層接枝聚合、均勻表面層接枝聚合等。
•可進(jìn)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(diǎn)以下，可以長(zhǎng)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(hù)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(hù)膜（鉛筆硬度8~9H以上的高硬度保護(hù)膜）、非透明且厚的保護(hù)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(shí)際的工業(yè)應(yīng)用，用傳統(tǒng)UV（紫外線）加工技術(shù)難于實(shí)現(xiàn)。
醫(yī)療用具的消毒殺菌
通過放射線對(duì)醫(yī)療用具消毒殺菌的出發(fā)點(diǎn)是1956年美國使用范德格喇夫型EB裝置（2MV，0.5KV）進(jìn)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(jìn)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(jī)，大型的EB殺菌設(shè)施實(shí)在1979年在美國建設(shè)。以此為契機(jī)，作為經(jīng)濟(jì)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�，F(xiàn)在，殺菌對(duì)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(zhǎng)袍、服裝、口罩與試驗(yàn)用檢驗(yàn)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(duì)漢堡包用肉進(jìn)行輻射保存效果開始的。由γ線進(jìn)行的輻射研究是進(jìn)入五十年代之后開始的。1980年由WHO、TAEA、FAO的聯(lián)合委員會(huì)進(jìn)行的『安全宣言』以來，已有27個(gè)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(hù)
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(jìn)行水的輻射處理可以氧化分解水中有機(jī)氯化物、農(nóng)藥、殺蟲劑等。此外對(duì)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(duì)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(jī)廢棄物，通過對(duì)病原菌與寄生蟲等進(jìn)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(duì)此正在進(jìn)行研究。通過EB輻射對(duì)廢水或者廢氣處理后的活性炭進(jìn)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(jiǎn)單，此為節(jié)能工藝及幾乎不存在活性炭的損失等特點(diǎn)，有望實(shí)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(jìn)行高速（高頻）動(dòng)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(zhǎng)，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(huì)不斷擴(kuò)大。
固化技術(shù)
該技術(shù)是將來大幅度成長(zhǎng)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(duì)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(huì)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(hào)大的金屬相撞擊而獲得的制動(dòng)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(yàn)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(dòng)，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(chǎng)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(zhǎng)的領(lǐng)域。而且通過EB進(jìn)行的CO2處理作為未來研究的課題也很有價(jià)值。
半導(dǎo)體
通過對(duì)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(kuò)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(kuò)大。此外，由于EB裝置符合操作性、節(jié)能、節(jié)省空間這一時(shí)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(huì)涉及多領(lǐng)域，工業(yè)利用會(huì)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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