电子辐照预硫化轮胎技术探讨

2015-06-09王福业王玉海高新兵孙佃朋刘朋霞

橡塑技术与装备 2015年13期

王福业，王玉海，高新兵，孙佃朋，刘朋霞

(软控股份有限公司，山东青岛 266042)

1 电子辐照材料影响交联因素

未硫化橡胶材料经电子辐照产生交联或裂解，可以通过配方体系的选择、控制辐照能量等方式提高辐照交联效率、避免或减轻不利的副效应，确保辐照加工产品质量。对于未硫化的轮胎胶料，丁晴胶与丁苯胶应是辐照交联型橡胶，丁基橡胶与聚异丁二烯橡胶是辐照降解型橡胶。测试结果表明，同样的胶片强度对比强度增加15%～20%左右。当有小分子PFM（多官能团单体）的添加，主要存在于聚合物的非晶区，由于小分子易于扩散，具有活性基团，通过与大分子自由基接枝，进一步引发交联，从而抑制自由基其他途径消亡，增加自由基的交联几率；提高聚合物辐照交联效率，降低辐照剂量（提高G值）。同时，亦抑制或减少热效应和电荷沉积；保证辐照加工效率提高，确保了聚合物的辐照加工产品质量；在同样辐照条件下，表征强度增加30%～40%，这个指标的提高，对于轮胎硫化过程阻止胶层流动，起到了决定性的作用，为降低材料厚度提供了依据。

辐照能量与辐照交联的内在联系。通常辐照材料前，首先设定辐照剂量，以kGy即千戈瑞（gray）为单位。检测方法可以通过试纸辐照紫外线分光光度计测量换算。对于一个电子辐照系统，电子获得的能量为加速器最高电压，电子能量以eV表达；如500 kV高压加速器，能量为0.5MeV电子加速器。电子能量大部分作用于辐照材料。其中，部分能量在穿过钛膜时，转化成热量和射线辐射出去；钛膜厚度与吸收能量大小成正比。针对一台加速器钛膜厚度固定，吸收能量比率也是固定的。电子穿透钛膜后，直奔辐照材料，在穿过这个空间时，部分电子撞到空气分子，空气被电离或产生臭氧分子。辐照材料离钛窗的距离与电子能量损失成正比。

通过实际测量辐照剂量的计算公式，可表达为式（1）：

式中：

d——为辐照剂量，kGY；

k——辐照系数；

I——电流，mA；

w——扫描宽度，cm；

V——加速器电压，kV；

v——束下运输带速度，m/min。

扫描宽度、加速电压、束下运输带速度、钛箔厚度及材料离钛窗高度确定后，束流与辐照剂量成线性关系；通过辐照剂量测量与电流的关系，可以换算出公式k系数。

确定k系数后，生产过程中可以设定辐照剂量参数。如果将束流密度作为参数，辐照剂量同样能够得到精确地控制。以下是国内与国外典型的高频高压电子加速器能量测量对比。

表1 爱邦加速器与日新加速器实测辐照剂量对照表

测试结果表明，给定辐照剂量与分光光度计验证结果保持一致。在辐照能量提高50 kV后，其他条件不变的情况下，辐照剂量提高20%。而日新加速器测量结果偏大些，可能与扫描波形、扫描宽度及束下运输带高度偏差有关。

被辐照材料温度与交联产额的关系。有资料表明，辐照加工是影响聚合物辐照交联的主要因素之一。分子链段的活动性和柔软性，对于玻璃化温度较高的聚合物，玻璃化温度指聚合物由被冻结的链段布朗运动转变为链段自由布朗运动状态的转变温度。当分子链处于冻结状态，活动性低，交联G值小，如果在高于玻璃化转变温下，辐照加工由于聚合物链段的活动性增大，自由基获得交联几率的增大，提高交联效率。辐照过程中，材料温度随着辐照剂量增加，温度也在逐渐升高。一般增加10 kGY剂量，表面温度升高4～5 ℃；温度升高值可用于判断辐照材料是否接收到相应辐照能量。反之，我们可以利用温度上升值判别材料的交联效果。当一种材料交联产额高时，能量转化成交联键比较大；释放出来能量大，表面测试温度高。当交联效果差时，说明能量主要转化为裂解吸收了能量；表面温度就低。

综上所述，聚合物辐照加工的强化辐照交联，不仅有利于提高辐照加工效率，减少辐照能耗，而且更有利于减少或避免不利的辐照副效应和后效应，提高和保证辐照加工产品质量。考虑聚合物的辐照交联加工的诸多影响因素，概括聚合物强化辐照交联就是如何抑制自由基其他途径（俘陷、歧化裂解、氧化裂解）消亡，增加参与交联自由基的比例，是实现聚合物强化辐照交联的重要途径。

氧化裂解的表征可以由图1辐照交联深度与交联剂量曲线反映出来，在被辐照物表面，由于氧气的参与发生氧化裂解。交联深度最大值已深入到材料内部。其深度与辐照源能量有关。这一表征用于轮胎预硫化，恰好是轮胎工艺所要求的。即表面黏度降低较少或表面黏性增加；有利于辐照胶层与其他胶层复合。如果辐照物需要表面交联更好一些，采用N2在辐照表面保护或表面加温都是必要的。