一、概述

1. 汽車電線的發(fā)熱和受熱

在汽車電氣系統(tǒng)運(yùn)行過程中，電線的絕緣材料受熱的作用性能會(huì)逐步退化、直至失效。

這種熱主要來自：

—— 周圍環(huán)境，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)附近溫度很高；

—— 電線傳導(dǎo)電流自身產(chǎn)生的熱量而產(chǎn)生溫升。

電線的絕緣材料的工作溫度比環(huán)境溫度高至少30℃，通常發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)附近使用的電線額定耐熱溫度為125℃到150℃。

電線在額定工作溫度下連續(xù)工作時(shí)間應(yīng)不低于3000 小時(shí)并應(yīng)保證在車輛壽命

期內(nèi)絕緣材料具有需要的機(jī)械性能。

2. 交聯(lián)技術(shù)

汽車內(nèi)需要很多耐熱電線，耐熱電線載流量更大、更安全。通常使用的絕緣材

料都是熱塑性材料，熱塑性材料容易成型加工。交聯(lián)方法是當(dāng)前提高材料耐熱性能的重要手段。

熱塑性材料通過交聯(lián)由線型高分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為體型網(wǎng)狀高分子，由熱塑性轉(zhuǎn)變

為熱固性。材料的機(jī)械性能，耐熱性能、耐液體性能都得到改善。

交聯(lián)方法有多種，主要分為化學(xué)法和物理法：

—— 化學(xué)法是用加入過氧化物的材料，在高溫高壓下通過過氧化物分解引發(fā)材料高分子材料產(chǎn)生自由基，從而發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。

—— 物理法是通過電子射線轟擊材料的分子鏈，產(chǎn)生自由基，從而發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。

兩種交聯(lián)方法材料和裝備區(qū)別很大：

—— 化學(xué)法必須使用專門的擠出設(shè)備，和專門的交聯(lián)管道以及專門的材料。設(shè)備占地比較龐大，一次性投入大，比較適合大截面厚壁的電線，可交聯(lián)材料范圍比較窄。

—— 輻照交聯(lián)方法對擠出設(shè)備沒有特殊要求，只需把成型的電線拿到有輻射條件的地方輻照即可?？山宦?lián)的聚合物非常廣泛，從PVC、PE到TPEE 均可交聯(lián)。不需必須增加設(shè)備投資。當(dāng)然，輻照加工設(shè)備的投資也是比較巨大的。

3. 交聯(lián)電線的優(yōu)勢

交聯(lián)電線的耐熱性好，可以承載更大的電流。相對經(jīng)濟(jì)性更好。

交聯(lián)電線遇到高熱后不熔不融，耐過熱性能好，使用更安全。通常XLPE 可以

瞬間熱過載達(dá)到200℃。交聯(lián)電線的機(jī)械性能和耐溶劑和各種液體性能也有所提高。

交聯(lián)電線更容易做到耐燃燒，目前已經(jīng)能做到無鹵阻燃，環(huán)保特性更優(yōu)異。

二、輻照原理和輻照參數(shù)

1. 照射裝置

所謂電子束(EB)輻照技術(shù)，就是利用在高壓電場中加速后的電子射線照射物質(zhì)，通過高能電子與物質(zhì)的相互作用來電離和激勵(lì)各種物質(zhì)的分子，從而引發(fā)化學(xué)反應(yīng)以改善材料的性能或生成新材料，是一種新的加工技術(shù)和工藝。電子束輻照技術(shù)和其他先進(jìn)的高電壓應(yīng)用技術(shù)被視為有益環(huán)境保護(hù)的“綠色技術(shù)”而得到推廣。

產(chǎn)生電子束(EB)的設(shè)備叫電子加速器。電子加速器有高壓電源部分，真空束流管和輻照窗組成。輻照生產(chǎn)線還需要一套束下傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

2、輻照參數(shù)

1）加速電壓

電子通過加速器獲得高能量，而轟擊絕緣材料。加速電壓越大，電子穿透材料

更深。上述的穿透力決定了每個(gè)設(shè)備處理的電線的規(guī)格，而且還依賴于導(dǎo)線的絕緣層的材料密度。如下圖所示在不同的加速電壓下相對劑量與深度的關(guān)系曲線。

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2）輻照劑量

絕緣材料的交聯(lián)程度和輻照劑量有關(guān)， 輻照劑量用Rad 或Gy 為單位（10MRad＝100kGry），1Rad＝1J／g。輻照劑量越大，活化的自由基越多。

輻照劑量和速器輻照窗口得尺寸，輻照電子束的電流以及生產(chǎn)速度有關(guān)。

3. 輻照劑量的計(jì)算

由于電線是圓形的，中心有金屬導(dǎo)體阻隔電子，所以一次輻照只能使向上的部分得到照射。

電線的照射有效射程由和導(dǎo)體相切的電線外圓的弦長決定，而不是絕緣厚度。在不同厚度上輻照劑量得分布也是不均勻的，所以必須通過多次輻照解決輻照均勻性的問題。通過計(jì)算的到的輻照劑量只是個(gè)平均值。

通常，電線在輻照窗下要往復(fù)100圈左右，每一圈輻照劑量D (Mrad) 是:??????????????

D =η×(ΔE/ΔR)×I／(1. 67×W×V)

其中：?

η= 電子束效率= 0.9

(ΔE /ΔR) = 吸收效率 = 200

I= 電子束電流 (mA)

W= 掃描寬度 (cm)

V= 線速度，m/min

因此???? Dn = N×D

其中?????N = 圈數(shù)

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三、輻照交聯(lián)材料的配方

交聯(lián)材料的配方比較復(fù)雜，需要考慮各種性能的綜合平衡。除了基料外主要是：

——交聯(lián)敏化劑和官能團(tuán)

——抗氧化劑

——阻燃劑

——其它性能平衡助劑。

1）敏化劑

聚乙烯達(dá)到所需要的交聯(lián)度的輻照劑量通常在20～40Mrad。造成輻照交聯(lián)的效率低不僅不利于生產(chǎn)率的提高，而且高劑量輻照交還會(huì)伴隨一些不利的副反應(yīng)。諸如熱效應(yīng)導(dǎo)致高分子產(chǎn)生發(fā)泡、靜電積累與放電等。

為了提高輻射加工的效率，減少不利的副效應(yīng)，可以在體系中添加敏化劑或多官能團(tuán)單體，用來提高體系的輻射交聯(lián)G值（每吸收100eV，產(chǎn)生變化的單位數(shù)），減少聚合物交聯(lián)改性所需要的輻照劑量，提高輻射加工的能力和產(chǎn)量，加速交聯(lián)進(jìn)程。

同時(shí)由于多官能團(tuán)單體（敏化劑）在輻射加工中與輻射氧化、輻射裂解過程競爭大分子自由基增加交聯(lián)反應(yīng)，也抑制了與交聯(lián)過程不利的副反應(yīng)。這就是所謂聚合物的輻射強(qiáng)化交聯(lián)或敏化交聯(lián)。

添加多官能團(tuán)單體如二乙炔(diacetylenes)，在聚合物非晶區(qū)輻照中聚合物與自由基反應(yīng)增加交聯(lián)G值，添加2% 的2.4-己二炔-1.6雙(正丁基氨基酯)[（2.4-hexadiym-1.6-bis-n-butyl.ureth.ane）的聚乙烯交聯(lián)G值是純聚乙烯的15倍。

2）抗氧劑

由于聚合物中溶解氧的存在和輻射加工中氧向聚合物中非晶區(qū)的擴(kuò)散侵入，交聯(lián)加工同時(shí)也伴隨著輻射氧化裂解反應(yīng)。由于輻射加工后絕緣中俘陷自由基的存在，將于擴(kuò)散進(jìn)入的氧發(fā)生后氧化，這不僅影響產(chǎn)品的使用壽命也影響其電氣和機(jī)械性能。因此，在絕緣材料中必須加入抗氧劑，以減少這一過程。

常用的抗氧劑主要是酚類和胺類。這些抗氧劑與聚合物中俘陷自由基反應(yīng)而穩(wěn)定，避免氧化。

由于抗氧劑和有效和自由基反應(yīng)，抑制氧化的抗氧劑也會(huì)增加所需要的輻射劑量。

3）阻燃劑

由于聚乙烯等聚合物是可燃的，一般均填加阻燃劑解決其阻燃性的問題。常用的阻燃劑有含鹵阻燃劑、十溴二苯醚、十溴二苯乙烷，氫氧化鋁、以及無機(jī)氧化物、填料等。

在輻照加工及高溫應(yīng)用中含鹵阻燃劑也易發(fā)生鹵化氫，使用要與穩(wěn)定劑相配合。金屬氫氧化物阻燃雖屬環(huán)保型，往往要填加很大量才能達(dá)到阻燃效果，易導(dǎo)致絕緣機(jī)械性能和電氣性能的損失。無機(jī)填料最好要經(jīng)過偶聯(lián)處理，改善聚合物與填加劑間的界面關(guān)系。

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四、輻照加工工藝和產(chǎn)品綜合性能的測定?

輻照加工工藝直接影響和決定產(chǎn)品的質(zhì)量和各項(xiàng)性能，輻照時(shí)應(yīng)注意：

1）加速器的電子能量與絕緣材料結(jié)構(gòu)。絕緣的厚度必須小于電子束的有效射程，以減少電荷在材料中的沉積。

2）控制束流或傳輸速度，改善束下傳輸系統(tǒng)與環(huán)境熱交換，減緩輻射熱效應(yīng)的累積。

3）為了預(yù)防EB輻射中的不良后果，必須從聚合物配方與輻照效應(yīng)、輻照加工工藝條件、環(huán)境與后處理等，協(xié)調(diào)完成。

4）防止輻照過程中的物理損傷。????

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產(chǎn)品綜合性能的測定：

1）交聯(lián)度的測定

因?yàn)殡娋€的耐熱性、耐液體性是與絕緣的交聯(lián)度密切相關(guān)的。通常電線對絕緣交聯(lián)度的表征方法主要有兩種：

——凝膠含量測定，要求百分含量大于50%（PE）；

——熱延伸及殘留變形率在規(guī)定條件下，熱延伸不大于100%，殘變率小于4%。

——差熱分析（DTA）。?

2）力學(xué)性能測試，包括：

——抗張強(qiáng)度，通常要大于12.5Mpa；

——斷裂伸長率：通常要大于150%。

3）老化壽命：

根據(jù)電線使用的工作溫度選定老化條件（如工作溫度為125℃，3000h老化），老化后強(qiáng)度及伸長率保留百分率大于75%。

4）其它相關(guān)性能測試：

如耐溶劑，耐燃燒，耐磨等。

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五、交聯(lián)電線簡單識別方法

1. 產(chǎn)品標(biāo)識識別：

——德國型號中代表絕緣材料的字母Y用X替換，即代表經(jīng)過交聯(lián)處理。如FLR2X T125就是耐熱125℃交聯(lián)PE絕緣電線。

——通用（GM）在型號末端需要標(biāo)準(zhǔn)絕緣材料的縮寫，凡是縮寫以為X（或XL）開頭的材料都是交聯(lián)材料，如CU-R4XLPO的就是耐熱150℃交聯(lián)PO絕緣電線。

——福特的型號只標(biāo)識了耐熱等級，對材料沒要求。有時(shí)同一溫度等級有多種絕緣材料，為了防止混淆，我們在型號后面會(huì)注明所用材料（縮寫）。如3TBD（XLPE）和3TBD（PVC），3TBD（PP）。

2. 耐熱試驗(yàn)識別：

——用二十瓦電烙鐵燙一下絕緣層，真正的輻照電線電纜應(yīng)該沒有明顯凹陷，如果有較大凹陷則說明絕緣層使用的材料或者工藝存在缺陷。

3. 燃燒試驗(yàn)識別：

——用打火機(jī)燃燒，正常情況較難點(diǎn)燃，如很容易點(diǎn)燃，則可以認(rèn)定沒有使用阻燃材料；

——交聯(lián)電線燃燒有炸裂聲，長時(shí)間燃燒后電纜的絕緣層仍然比較完整，直徑有所增加；

——如有較大煙霧則說明絕緣層使用的是含鹵材料，如PVC；

——如果長時(shí)間燃燒后絕緣表面脫落嚴(yán)重，直徑?jīng)]有明顯增加，說明沒有進(jìn)行合適的輻照交聯(lián)工藝處理。