专利名称:质子束辐照聚丙烯的方法及设备的制作方法
本发明涉及对物质的辐照处理的方法及设备等技术。
聚丙烯乃最常用高分子聚合物，有着质轻、透明、有弹性，耐腐蚀，易加工等优点，且抗拉强度为聚乙烯的三倍，但易老化，且不耐热及辐射等缺点，已有US4110185提出了加添加剂减少聚丙烯辐照、氧化致脆的可能，但其性能仍不佳。英国A.Charlesly提出辐照对材料的性能影响与辐照粒子的类型无关的结论。(Radiat.Phys.Chem18(1981)59，《辐照物理化学》杂志。)本发明的目的与任务乃是通过质子辐照，使聚丙烯薄膜材料性能大大提高，增加材料的用途范围。并且设计一种辐照设备供生产使用。
本发明的技术解决方案是利用质子束对聚丙烯薄膜材料辐照，质子辐照剂量取20～60Mrad，其中40～50Mrad较优，剂量率范围为6～7·104rad/sec。亦可以调节质子束能量，使质子在聚丙烯薄膜中有不同的射程，则可以在同一聚丙烯基片上制造性能有异的层状结构材料。考虑到大规模材料处理，可利用下述设备进行，包括质子注入机，(大于1Mev)，偏转磁铁装置使质子束偏转，静电扫描板提供强电场使质子往复扫描，质子通过静电扫描板后在扫描腔内扫描，从扫描腔口射出的质子辐照在薄膜材料上。薄膜材料在扫描垂直方向由卷动机构或跑道送样系统使材料均匀移动，移动速率满足20～60Mrad的剂量及6～7·104rad/sec的剂量率，上述扫描腔、静电扫描装置及磁铁偏转装置均在真空室内。
通过对辐照过的材料的X衍射分析、正电子湮没、红外吸收谱等分析，发现和证实电子辐照使聚丙烯材料物理性质变差，质子辐照在20Mrad剂量以上的性能变好，图1表示材料的相对伸长率εt随质子剂量的增加而增加，图2表示材料的应力强度σ(千克/厘米2)随质子辐照剂量率的增加而增加。经实验、分析、研究发现，质子剂量低时(如5，10Mrad)，聚丙烯材料以降解为主，当剂量超过20Mrad时，聚丙烯以交联为主，图1表示当质子剂量为40Mrad时，相对伸长是未辐照的两倍，应力强度为原来的1.3倍。且两者随辐照剂量增加呈继续增加。
通过结构分析，发现可能入射质子引起聚丙烯的如下反应过程，1.初级和次级自由基的产生，并使结晶聚丙烯部分地从结构有序向结构无序的转化;2.双键和共轭双键的形成;3.碳-碳横向织构的建立;4.辐照期或辐照后的自氧化，产生过氧化物。交联的反应方程式如下
a.直接反应
b.双键形成
因此，质子辐照聚丙烯内同时存在交联和降解反应，质子剂量超过20Mrad时，交联反应占主要地位，即在聚丙烯内质子引起C-C直接交联、共轭双键结构以及乙烯-丙烯共聚物的网状结构的反应几率大大增加，从而使聚丙烯的力学性质有较大改善。电子对聚丙烯材料的辐照不能使材料性质变好，所以，不同粒子的辐照对聚丙烯材料的性质影响是不同的。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明图3中〔9〕表示聚丙烯薄片，〔1〕，〔2〕，〔3〕，〔4〕表示质子束的400、300、200、100Kev的不同能量，注入到约20、15、10、5μm的不同深度，则同一基片材料由于不同能量注入不同深度由于剂量及剂量率变化的控制使材料的性质有层状结构，可视需要生产这类特种用途的材料。
图4为设备的侧视图，图5为设备的俯视图，〔5〕为质子注入机产生的高能质子束，〔6〕为偏转磁铁，〔7〕为静电扫描板，〔8〕为静电扫描腔，扫描腔可为三角状，底边为质子出口，底片宽度设计成同需辐照的薄膜宽度，扫描腔口贴近薄膜、偏转磁铁、静电扫描板、扫描腔均在真空条件下，扫描腔口用金属材料膜密封，如钛膜。〔9〕为薄膜，〔10〕为跑道，薄膜在上均匀平移。
图6表示辐照设备的尺度设计示意图，〔7〕为扫描电极板长度为〔l〕，〔L〕为扫描腔的高度，〔y〕为扫描腔的底边半宽度，显然，扫描板长度、其上所加的电压大小与〔L〕、〔y〕均有关系。如果质子能量(注入)为1Mev时，当〔y〕为30厘米，〔L〕为60厘米，〔l〕为10厘米时，扫描板内场强强度为100，000伏/厘米。
权利要求
1.一种质子辐照聚丙烯薄膜材料的方法，其特征是用质子束辐照薄膜材料，剂量为20～60Mrad，其中40～50Mrad较优，剂量率为6～7.104rad/sec。
2.由权利要求
1的方法，其特征是调节质子束能量，使质子在聚丙烯薄膜中有不同深度，使同一聚丙烯基片为具有性能不同的层状结构材料。
3.一种质子辐射聚丙烯薄膜材料的设备，由质子注入机，真空系统，薄膜卷动机构或跑道送样系统等组成，其特征在于，使用静电偏转扫描机构及与于配合的薄膜卷动机构或跑道送样系统使材料均匀移动，并满足20～60rad的辐照剂量及6～7·104rad/sec的剂量率。
专利摘要
利用质子束辐照聚丙烯薄膜材料的方法及设备，用于提高聚丙烯材料的性能。质子的辐射剂量在20Mrad～60Mrad，剂量率为6～7.10
文档编号C08J3/28GK87100899SQ87100899
公开日1988年8月31日 申请日期1987年2月21日
发明者王广厚, 俞瑞鑫, 李象晋, 朱以漳, 窦烈 申请人:南京大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan