Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из обработки электронного луча )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для электронного луча см. Электронный луч .

Электронно-лучевая обработка или электронное облучение (EBI) - это процесс, который включает использование электронов, обычно высокой энергии, для обработки объекта в различных целях. Это может происходить при повышенных температурах и в атмосфере азота. Возможные применения электронного облучения включают стерилизацию и сшивание полимеров.

Энергия электронов обычно варьируется от кэВ до МэВ в зависимости от необходимой глубины проникновения. Доза облучения обычно измеряется в серых тонах, но также и в Мрад ( 1 Гр эквивалентен 100 рад ).

Основные компоненты типичного устройства обработки электронного луча показаны на рисунке. [1]Электронная пушка (состоящая из катода, сетки и анода) используется для генерации и ускорения первичного пучка. Магнитно-оптическая (фокусирующая и отклоняющая) система используется для управления способом, которым электронный луч падает на обрабатываемый материал («заготовку»). Во время работы катод пушки является источником термически испускаемых электронов, которые ускоряются и формируются в коллимированный пучок за счет геометрии электростатического поля, установленной используемой конфигурацией электрода пушки (решетки и анода). Затем электронный пучок выходит из узла пушки через выходное отверстие в аноде с заземляющим слоем с энергией, равной значению отрицательного высокого напряжения (рабочее напряжение пушки), приложенного к катоду.Такое использование постоянного высокого напряжения для создания пучка электронов высокой энергии позволяет преобразовывать входную электрическую мощность в мощность пучка с эффективностью более 95%, что делает обработку материалов электронным пучком высоко энергоэффективной техникой. После выхода из пистолета луч проходит через систему электромагнитных линз и отклоняющих катушек. Линза используется для создания сфокусированного или расфокусированного пятна луча на заготовке, в то время как отклоняющая катушка используется либо для позиционирования пятна луча в неподвижном месте, либо для обеспечения некоторой формы колебательного движения.Линза используется для создания сфокусированного или расфокусированного пятна луча на заготовке, в то время как отклоняющая катушка используется либо для позиционирования пятна луча в неподвижном месте, либо для обеспечения некоторой формы колебательного движения.Линза используется для создания сфокусированного или расфокусированного пятна луча на заготовке, в то время как отклоняющая катушка используется либо для позиционирования пятна луча в неподвижном месте, либо для обеспечения некоторой формы колебательного движения.

В полимерах электронный луч может быть использован на материале, чтобы вызвать такие эффекты, как разрыв цепи (что делает полимерную цепь короче) и сшивание . В результате меняются свойства полимера, что позволяет расширить область применения материала. Эффекты облучения могут также включать изменения кристалличности , а также микроструктуры . Обычно в процессе облучения полимер разрушается . Облученные полимеры иногда можно охарактеризовать с помощью DSC , XRD , FTIR или SEM . [2]

В сополимерах поливинилиденфторид-трифторэтилен облучение высокоэнергетическими электронами снижает энергетический барьер для фазового перехода сегнетоэлектрик-параэлектрический и уменьшает потери на поляризационный гистерезис в материале. [3]

Электронно-лучевая обработка включает облучение (обработку) изделий с помощью ускорителя электронным пучком высокой энергии . В ускорителях электронного пучка используется двухпозиционная технология, общая конструкция аналогична электронно-лучевому телевидению.

Электронно-лучевая обработка используется в промышленности в основном для трех модификаций изделий:

  • Сшивание продуктов на основе полимеров для улучшения механических, термических, химических и других свойств,
  • Деградация материала, часто используемая при переработке материалов,
  • Стерилизация медицинских и фармацевтических товаров. [4]

Нанотехнологии - одна из самых быстрорастущих новых областей науки и техники. Радиация - средство раннего применения в этой области; расположение атомов и ионов выполнялось с помощью ионных или электронных пучков в течение многих лет. Новые приложения касаются синтеза нанокластеров и нанокомпозитов. [5]

Перекрестные ссылки [ править ]

Сшивание полимеров посредством обработки электронного пучка изменяет термопластичный материал в термореактивный . [6] [7] Когда полимеры сшиваются, движение молекул сильно затрудняется, что делает полимер устойчивым к нагреванию. Это соединение молекул является источником всех преимуществ сшивания, включая улучшение следующих свойств: [8]

  • Термический: устойчивость к температуре, старению, низкотемпературному воздействию и др.
  • Механические: прочность на разрыв , модуль упругости, сопротивление истиранию, номинальное давление, сопротивление ползучести и т. Д.
  • Химические: сопротивление растрескиванию под напряжением и т. Д.
  • Другое: свойства памяти термоусадки , положительный температурный коэффициент и т. Д.

Сшивка - это соединение соседних длинных молекул сеткой связей, вызванное химической обработкой или обработкой электронным пучком. Электронно-лучевая обработка термопластического материала приводит к ряду улучшений, таких как повышение прочности на разрыв и устойчивости к истиранию, растрескиванию под напряжением и растворителям. Замены суставов, такие как колени и бедра, производятся из сшитого сверхвысокомолекулярного полиэтилена из-за превосходных характеристик износа благодаря обширным исследованиям. [9]

Полимеры, обычно сшиваемые с использованием процесса облучения электронным пучком, включают поливинилхлорид ( ПВХ ), термопластичные полиуретаны и эластомеры (TPU), полибутилентерефталат (PBT), полиамиды / нейлон (PA66, PA6 , PA11, PA12), поливинилиденфторид ( PVDF ), полиметилпентен (PMP), полиэтилены ( LLDPE , LDPE , MDPE, HDPE, UHMW PE) и сополимеры этилена, такие как этилен-винилацетат (EVA) и этилентетрафторэтилен(ЭТФЭ). В некоторых полимерах используются добавки, которые делают полимер более легко сшиваемым под действием облучения. [10]

Примером сшитой электронным лучом части является соединитель из полиамида, разработанный, чтобы выдерживать более высокие температуры, необходимые для пайки бессвинцовым припоем, требуемым инициативой RoHS. [11]

Трубопроводы из сшитого полиэтилена, называемые PEX, обычно используются в качестве альтернативы медным трубам для водопроводов в новом жилищном строительстве. Трубопроводы из PEX долговечнее меди и по своим эксплуатационным характеристикам превосходят медь по многим параметрам. [12]

Пену также производят с помощью электронно-лучевой обработки для получения высококачественного, мелкоячеистого, эстетичного продукта. [13] [14]

Разветвление с длинной цепью [ править ]

Гранулы смолы, используемые для производства пены и термоформованных деталей, можно обрабатывать электронным лучом до более низкого уровня дозы, чем при сшивании и гелеобразовании. Эти гранулы смолы, такой как полипропилен и полиэтилен, можно использовать для создания пен с более низкой плотностью и других деталей, поскольку «прочность расплава» полимера увеличивается. [15]

Разрыв цепи [ править ]

Разрыв цепи или деградация полимера также может быть достигнута с помощью электронно-лучевой обработки. Воздействие электронного луча может вызвать деградацию полимеров, разрыв цепей и, следовательно, снижение молекулярной массы . Эффект разрыва цепи, наблюдаемый в политетрафторэтилене (ПТФЭ), был использован для создания тонких микропорошков из лома или некондиционных материалов. [4]

Разрыв цепи - это разрыв молекулярных цепей с образованием требуемых молекулярных субъединиц из цепи. Электронно-лучевая обработка обеспечивает разрыв цепи без использования агрессивных химикатов, обычно используемых для инициирования разрыва цепи.

Примером этого процесса является разрушение целлюлозных волокон, извлеченных из древесины, с целью укорачивать молекулы, тем самым производя сырье, которое затем можно использовать для производства биоразлагаемых моющих средств и заменителей диетической пищи.

«Тефлон» (ПТФЭ) также обрабатывается электронным лучом, что позволяет измельчать его до мелкого порошка для использования в чернилах и в качестве покрытий для автомобильной промышленности. [16]

Микробиологическая стерилизация [ править ]

Электронно-лучевая обработка имеет способность разрывать цепочки ДНК в живых организмах, таких как бактерии, что приводит к гибели микробов и делает пространство, в котором они обитают, стерильным. Электронно-лучевая обработка использовалась для стерилизации медицинских изделий и асептических упаковочных материалов для пищевых продуктов, а также для дезинсекции, уничтожения живых насекомых из зерна, табака и других необработанных сыпучих культур. [17]

Стерилизация электронами имеет значительные преимущества перед другими методами стерилизации, которые используются в настоящее время. Этот процесс быстрый, надежный, совместим с большинством материалов и не требует карантина после обработки. [18] Для некоторых материалов и продуктов, чувствительных к окислительному воздействию, уровни радиационной стойкости для электронно-лучевого облучения могут быть немного выше, чем для гамма-облучения. Это происходит из-за более высоких мощностей дозы и более короткого времени воздействия электронного пучка, которые, как было показано, снижают разрушающее воздействие кислорода. [19]

Заметки [ править ]

  1. ^ Хамм, Роберт В .; Хамм, Марианна Э. (2012). Промышленные ускорители и их применение . World Scientific. ISBN 978-981-4307-04-8.
  2. ^ Имам, Мухаммад А; ДЖИЛАНИ, ШАИК; РАНГАРИ, ВИДЖАЯ К. (октябрь 2015 г.). "Влияние электронно-лучевого облучения на тепловые и механические свойства нанокомпозитных волокон нейлона-6, пропитанных алмазом и углеродными нанотрубками с алмазным покрытием". Международный журнал нанонауки . World Scientific. DOI : 10.1142 / S0219581X15500313 .
  3. ^ Чэн, Чжун-Ян; Bharti, V .; Май, Тиан; Сюй, Тянь-Бин; Чжан, QM; Рамотовски, Т .; Райт, штат Калифорния; Тинг, Роберт (ноябрь 2000 г.). «Влияние облучения электронами высоких энергий на электромеханические свойства сополимеров поливинилиденфторид-трифторэтилен) 50/50 и 65/35». IEEE Transactions по ультразвуку, сегнетоэлектрикам и контролю частоты . IEEE Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control Society. 47 (6): 1296–1307. DOI : 10.1109 / 58.883518 . PMID 18238675 . S2CID 22081881 .  
  4. ^ а б Блай, JH; Электронно-лучевая обработка. Ярдли, Пенсильвания: Международная информационная ассоциация, 1988.
  5. ^ Хмелевский, Анджей Г. (2006). «Мировые разработки в области радиационной обработки материалов в конце 21 века» (PDF) . Нуклеоника . Институт ядерной химии и технологий. 51 (Приложение 1): S3 – S9.
  6. ^ Имам, Мухаммад А; ДЖИЛАНИ, ШАИК; РАНГАРИ, ВИДЖАЯ К. (октябрь 2015 г.). "Влияние электронно-лучевого облучения на тепловые и механические свойства нанокомпозитных волокон нейлона-6, пропитанных алмазом и углеродными нанотрубками с алмазным покрытием". Международный журнал нанонауки . World Scientific. DOI : 10.1142 / S0219581X15500313 .
  7. ^ Berejka, Энтони Дж .; Дэниел Монтони; Маршалл Р. Клеланд; Лоик Луазо (2010). «Радиационное отверждение: покрытия и композиты» (PDF) . Нуклеоника . Институт ядерной химии и технологий. 55 (1): 97–106.
  8. ^ «Технология» . E-BEAM.[ нужен лучший источник ]
  9. ^ http://www.massgeneral.org/research/researchlab.aspx?id=1018
  10. ^ «Фторированные полимеры» . BGS.
  11. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 26 августа 2014 года . Проверено 21 августа 2014 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  12. ^ "Cross-Linking" . Iotron Industries: Услуги по стерилизации электронным пучком. Архивировано из оригинала на 2012-12-25 . Проверено 11 февраля 2013 .
  13. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2014-08-26 . Проверено 21 августа 2014 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  14. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2014-08-26 . Проверено 21 августа 2014 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  15. ^ http://www.ebeamservices.com/pdf/E-BEAM-Foam-Applications.pdf
  16. ^ "Разрыв цепи" . Iotron Industries: Услуги по стерилизации электронным пучком. Архивировано из оригинала на 2012-12-25 . Проверено 11 февраля 2013 .
  17. ^ Сингх, А., Сильверман, Дж., Ред. Радиационная обработка полимеров . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета, 1992.
  18. ^ "Iotron Industries" . Iotron Industries: Услуги по стерилизации электронным пучком.[ нужен лучший источник ]
  19. ^ "Материальные аспекты: обработка облучением" (PDF) . Стеригенные.