一、引 言
高分子材料經(jīng)高能射線輻射后，容易產(chǎn)生自由基或和空氣中的原子氧產(chǎn)生反應，導致材料裂解，交聯(lián)，支化等，影響材料的性能。而隨著核電站，宇航儀器，核分析和核材料的生產(chǎn)的大規(guī)模需求，都需要優(yōu)良的耐輻射高分子材料用做電線電纜，控制電纜和其它包裝材料上。
提高高分子復合材料的耐輻射性的方法主要由以下兩方面:(1)捕獲自由基，主要是加入抗氧劑，但在惰性氣氛下有效，而在氧氣存在時效果不佳。(2)加入材料能吸收輻射能經(jīng)某種中間態(tài)后轉(zhuǎn)化成熱能， 苯環(huán)通常有這個作用。故過去常在PVC， PE， EPDM等材料中加入含苯環(huán)的高分子材料或添加劑．曾被大量采用。一些無機材料也有這個作用，但尚無法從機理上加以解釋．隨著高分子材料的發(fā)展和核工業(yè)標準的提高，新的方法和材料都得到研究和應用[1-7]。
二、耐輻射高分子材料的進展
１、聚酰亞胺
含苯環(huán)的聚合物通常可以通過內(nèi)轉(zhuǎn)換將輻射能轉(zhuǎn)換成熱能，其中最重要的是聚酰亞胺，成果因為它含有高含量的多個苯環(huán)的體系，可以清除H原子，其中最著名的是Kapton@，但它由于對其他光譜段的強吸收性而受到限制，因為這個原因其它種類的聚酰亞胺得到進一步開發(fā)和利用，例如才用增加扭接破壞其分子鏈排序，或在兩個酰亞胺環(huán)中加入兩個獨立的多苯環(huán)組，更為進一步的是加入三氟甲基和殘余的二亞胺基反應，增強電子的來減少復雜的給配效應.聚酰亞胺材料的電線和電纜雖然已得到應用，但更為廣泛的選擇尚在進一步研究中．
２、Si4N3纖維
Si4N3纖維做為一種優(yōu)良的耐輻射和高溫電氣絕緣材料廣泛地用于核電站和煉鋼廠，它可以用在耐溫10000C以上和航天應用上，它是由一種聚炭硅烷合成而得到的。
３、碳化硅纖維增強碳化硅復合物
碳化硅復合物由于其優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，耐輻射性，耐腐蝕性也一之被應用，而碳化硅纖維增強碳化硅復合物可制得極為重要的材料．它通常是采用浸泡－熱解的方法，在工藝流程和新的材料的選擇上面臨不少需提高的問題。
４、等離子沉積
通過在高分子材料表面涂一層保護層，而是其不受射線的影響也是經(jīng)常才用的方法，等離子沉積是最有效和受關注的手段之－，如在材料表面覆蓋一層類金鋼石的涂層．
５、加入有機金屬化合物
其他方法雖然都很有效，但成本高，近來加入有機金屬化合物的方法受到關注。金屬受到氧原子得攻擊后，產(chǎn)生一層氧化膜，保護了高分子基材，而且磨損后，有可以自我修復，產(chǎn)生新的保護膜，目前還主要局限在有機鋁和有機錫。
６、金屬基高分子材料
受到加入有機金屬化合物的啟示，目前該方法尚在探討之中。
三、輻射交聯(lián)聚合物及其工業(yè)應用
聚合物材料經(jīng)輻射交聯(lián)后，聚合物大分子之間形成一定的交聯(lián)點， 使聚合物的分子量提高，并形成一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的分子，對聚合物的各項物理性能產(chǎn)生影響：
(1)提高熱穩(wěn)定性(包括高溫特性及熱氧老化性)；
(2)提高抗張強度和減少彈性；尤其是提高在高溫下的抗張強度。
輻射交聯(lián)后可提高材料的抗張強度、耐磨性等機械性能。但值得注意的是這并不是絕對的， 尤其是對半結(jié)晶高聚物， 到一定交聯(lián)程度后， 交聯(lián)聚合物的抗張強度會下降。
除此之外，輻射還可改善聚烯烴耐環(huán)境應力撕裂性、低溫脆性等，但最主要的是改善在高溫下的力學性能。
(3)交聯(lián)聚合物不能為溶劑所溶解，只能為溶劑所溶脹。
輻射交聯(lián)與化學交聯(lián)相比，主要有以下優(yōu)點：
(1)無須添加熱引發(fā)劑，可避免混料過程中的預交聯(lián)。
(2)交聯(lián)在常溫下進行，可節(jié)約能源和避免環(huán)境污染。
(3)交聯(lián)工藝簡單，交聯(lián)過程容易控制，交聯(lián)度可通過調(diào)節(jié)輻射劑量來控制。
(4)應用范圍大，如PP，氯化聚乙烯（CPE），氟材料等。
(5)效率高，成本低。
(6)改善電性能： 蒸汽交聯(lián)的PE電纜在高壓蒸汽下不可避免會將蒸汽滲入PE層，造成許多微孔，若沾污物濃度高，電纜在使用中易發(fā)生“電樹現(xiàn)象”，而交聯(lián)劑的引入使材料的高頻特性受到損失。采用輻射交聯(lián)可避免或消除這些微孔、污穢或鼓突，并消除“水樹”及“電樹”現(xiàn)象，保證絕緣層的均勻性和高純度，從而使其具有更好的高頻特性及長期性能。所以，人們又把輻射加工譽為繼機加工、熱加工、電加工后的又一次工業(yè)革命。
(7)輻射交聯(lián)特別適用于生產(chǎn)小線，可以高速擠出后交聯(lián)，比化學交聯(lián)小線的生產(chǎn)速度要高。
輻射交聯(lián)加工中最廣泛的產(chǎn)品是交聯(lián)聚乙烯（XPE）。 PE輻射交聯(lián)后，在電線電纜材料中，它的最大工作溫度可從140℃提高到250℃ [23] 。另一個特點就是“記憶效應” ，利用這個特點已制成熱收縮材料而大規(guī)模使用[24]。在有機PTC（正溫度系數(shù)(Positive temperature coefficient of electricity)）材料中，當溫度超過高分子材料熔點時，會出現(xiàn)NTC（負溫度系數(shù)）效應，而輻射交聯(lián)PE/CB材料不僅可以減少乃至消除NTC效應，而且可以保持有機PTC材料在多次電熱循環(huán)后的穩(wěn)定性。
我國輻射加工技術是近20年發(fā)展起來的一種高新技術，尤其是功率超過50kW以上大功率的電子加速器和10萬居里以上的60Co源的廣泛應用，促進了輻射加工產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展。輻射交聯(lián)電線電纜是輻射加工的支柱產(chǎn)業(yè)。聚烯烴經(jīng)輻照后，顯著改善了其作為電纜料的各種性能，拓寬了其應用范圍，特別是在計算機控制、家用電器、海上石油鉆井平臺、高層建筑、電子電器產(chǎn)品等領域有特殊作用。隨著石油勘探、宇航、計算機、通訊、交通以及家用電器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也迫切需要研制出能耐惡劣環(huán)境條件下使用的優(yōu)質(zhì)電纜。很多研究所、化工廠、高校都相繼進行了輻射化學的理論研究與輻射交聯(lián)聚烯烴等的應用基礎研究及材料配方研究。
盡管如此，我國目前研制的電線電纜熱穩(wěn)定性差，使用壽命短，而且品種較少，遠不能滿足市場需求。尤其是耐熱150℃的輻射交聯(lián)聚烯烴電線電纜和耐輻射電纜還沒有完全過關，致使我國該類產(chǎn)品的消耗只能以昂貴的氟塑料絕緣電線替代或進口，每年花費數(shù)千萬美元的外匯。
LDPE與一些表面活性物質(zhì)接觸時，容易在外力作用下產(chǎn)生裂紋，所以限制了它的使用范圍。許多場合，LDPE已不能滿足材料的使用要求，必須用HDPE，如中溫自限溫加熱電線電纜和更高溫度等級的電線電纜材料。故而以HDPE為基材的交聯(lián)材料的研究也很重要。而且輻照后HDPE與LDPE的降解機制也可能有所不同。
隨著社會發(fā)展和人類的需要，對材料要求愈來愈高，人們一方面開發(fā)新的高分子材料，一方面利用現(xiàn)有的高分子材料共混改性。研究表明，共混高分子材料在受到高能射線輻照時，各組份是相互影響的，除了本身的因素外，主要決定于相容性[6]。聚烯烴的共混體系輻射改性已被研究了很久，在很多方面得到應用。不僅可改善其性質(zhì)還可控制加工過程中的形態(tài)。
參考文獻：
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[7] Y. Katou, et al, Journal of Nuiclear Materials, 289,42(2001)
作者單位：上海交通大學化學化工學院，上海市電氣絕緣與熱老化重點實驗室；郵編： 200240
*上海市重大科技攻關項目 項目號：045211024
** 通訊聯(lián)系人：江平開，教授，博導；Email: pkjiang@sjtu.edu.cn
