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紫外光輻照交聯聚乙烯(或聚烯烴)技術發展歷程

2021-12-28 11:20     來源:合肥光冉高分子材料科技有限公司     紫外光輻照交聯輻照交聯

聚乙烯(或聚烯烴)的交聯方法主要有三種:高能輻射交聯,化學交聯(過氧化物法和硅烷法)和紫外光交聯。目前工業上主要通過前兩種方法生產交聯聚乙烯(或聚烯烴)產品,而紫外光交聯法則是近年來才開始實現工業應用的新的交聯方法。與高能輻射和化學法相比,紫外光輻照交聯法具有其獨特的優點:(1)設備簡單,價格低廉;(2)輻照過程中不破壞聚乙烯主鏈,對聚乙烯基體損傷小;(3)操作簡單,安全防護容易。

1956年,G. Oster首次發現紫外光可以使聚乙烯發生交聯,由于紫外光交聯方法簡單易操作,Oster 的發現使國際高分子界在五十年代末形成一股紫外光交聯熱,許多研究小組從事聚乙烯紫外光交聯各方面研究,包括反應條件,反應動力學以及交聯機理等。但由于存在著紫外光在聚乙烯中的穿透能力差和光交聯反應速率低兩大障礙,當時聚乙烯紫外光交聯的應用只局限于交聯厚度在0.3mm以下的薄膜。至七十年代后有關聚乙烯紫外光交聯的研究報道很少,甚至有人斷言聚乙烯紫外光交聯技術不可能在如電線電纜絕緣材料等厚制品中得到實際應用。進入八十年代以后,瑞典皇家理工學院高分子系的Rånby 研究組和烏克蘭的Kachan研究組是當時還在研究紫外光交聯技術的主要研究組。

中國科技大學瞿保鈞教授于1984年進入Rånby研究組,主要研究聚乙烯的紫外光交聯,在對以下幾方面進行改進后終于實現了聚乙烯本體厚樣品的快速紫外光交聯反應:(1)選用高功率的高壓汞燈代替低壓汞燈;(2)在聚乙烯熔融狀態下進行紫外光輻照;(3)發展了高效的強化紫外光交聯體系。隨后瞿保鈞等對聚乙烯的紫外光交聯進行了系統深入的研究,從交聯原理上、自由基中間體、交聯點微結構上進一步優化,進一步提高了聚乙烯的紫外光交聯效率。

隨著聚乙烯紫外光交聯理論和應用研究的深入,聚乙烯的紫外光交聯技術首先在電線電纜上獲得了重要突破,1999年在鐵道部焦作電纜廠建造了世界第一條光交聯電纜生產線,并由中科院和鐵道部聯合主持召開《科學技術成果》鑒定會,鑒定意見: “紫外光輻照交聯聚乙烯絕緣電纜生產新技術是一項我國自主開發,具有自主知識產權的創新成果,處于國際領先水平”。2007年6月由清華大學、國家電線電纜檢測中心、上海電纜研究所、武漢高電壓研究所等國內權威專家對中壓(10~35 kV)電纜生產線進行了 “新產品和新技術” 鑒定,一致認為“處于國際領先水平,并建成了國內外首條光交聯中壓(10~35 kV)電纜生產線”。 可以說紫外光交聯技術在電線電纜上的應用給已經半個世紀沒有改變的電線電纜制造業帶來了新的革命。

然而作為具有我國自主知識產權的該項交聯技術(其他交聯方法均為國外技術)在接下來的推廣應用中發展并不順利,主要限制其發展的就是紫外光輻照交聯設備,雖然當時已經對紫外光輻照交聯原理已經深入了解,但在實際生產應用過程中怎么樣最大限度的利用紫外燈燈管的所發出的紫外光光線,紫外輻交聯設備內的溫度、風向、風量等對紫外燈發光效率的影響等一系列問題都未能得到很好解決,以至于在生產紫外光輻照交聯聚乙烯絕緣電纜時生產速度偏慢。因此紫外光交聯技術在電線電纜上的應用一直未得到突破。

2008年哈爾濱理工大學以趙洪為首的科技團隊與中國科技大學瞿保鈞研究組合作,經過長時間大量的理論驗算和實際測試終于研制出了高效的紫外光輻照交聯設備,生產速度較之以前提高了5倍以上,完全滿足電線電纜企業對生產速度的要求。(在該過程中包括之前紫外光技術最開始推廣應用階段黑龍江沃爾德電纜有限公司和黑龍江潤特科技有限公司也做出了很大的貢獻)

至此紫外光交聯技術才得以能夠開始大面積的推廣應用。由于有了高效的紫外光輻照交聯設備作為保障,瞿保鈞研究組(中國科學技術大學高分子材料工程實驗室)進一步研制開發了紫外光交聯低煙無鹵阻燃聚烯烴絕緣料等系列產品。

目前國內絕大部分省份電線電纜廠均以開始了解并應用紫外光輻照交聯技術生產電線電纜,從最初的無人問津到如今的蓬勃發展,印證了一項新技術發展歷程的艱辛,但同時也印證了該項技術本身的優越性。



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