全 文 ：文章编号 :100028551 (2000) 0220110205
LDPE 辐射交联热收缩材料研究
陈庆隆　陈志军
(江西省农业科学院原子能应用研究所　江西南昌　330200)
摘要 :对低密度聚乙烯 (LDPE)在60 Coγ射线作用下辐射交联的凝胶含量、机械性能、
电学性能 ,辐照工艺进行了试验。结果表明 :LDPE 凝胶点 rg 吸收剂量为 4117k Gy ,
比较容易实现辐射交联 ;吸收剂量为 100k Gy 时 ,抗张强度和极限伸长率均较理想 ;
辐照前后 ,体积电阻率和击穿电压变化很小 ;辐照场剂量率对 LDPE 的凝胶含量无显
著影响 ;不均匀度会影响热缩材料的质量。
关键词 :LDPE 　辐射交联 　凝胶含量
收稿日期 :1998203212
作者简介 :陈庆隆 (1962～) ,男 ,江西临川人 ,江西农业科学院原子能应用所副研究员 ,所长。从事辐照加工、食品贮藏
及环境保护研究。
LDPE 作为热收缩材料的主要原料已被人们认识了几十年 ,关于它的分子量分布、物理性
能、辐射交联化学、在射线作用下的结晶形态[1 ]已有很多研究 ,其中有些研究成果还揭示了各
种热缩材料制品的制造工艺。但对常用的美国联碳公司的 DFDD 0588 基料 ,有关其辐照交联
的研究目前尚未见报道 ,本研究在此方面进行了初步探讨。
1 　实 　验
111 　材料
黑色高压聚乙烯 Union carbide DFDD 0588 ,其碳黑含量 215 ±013 % ,密度 0191 ～
0193g/ cm3 ;熔融指数 014g/ 10min ;抗张强度 ≥12MPa ;极限伸长度 ≥500 %。
112 　辐射交联
将黑色粒料于挤压机上挤成所需规格的管材或片材 ,在限氧下进行辐照。
113 　辐照源
60Coγ辐照场 ,源强 45000Ci ;
114 　凝胶率测定
将交联聚乙烯样品制成粉末 ,置于包装材料中 ,以二甲苯为溶剂 ,按 ASTM2765268 方法
进行回流萃取 ,依 Gel % = w1/ w2 ×100 %公式计算凝胶值 ,式中 Gel 为凝胶含量 ,w1 为不被二
甲苯萃取聚乙烯干样重 ,w2 为试样总重量。
115 　抗张强度与极限伸长率测定
体积电阻率和击穿电压测定均按 GB 标准系列方法测定。
011　 核 农 学 报　2000 ,14 (2) :110～114Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
2 　结果与讨论
211 　凝胶率与吸收剂量的关系
凝胶点 rg 是聚合物性质中一个强烈的转折点 ,而达到凝胶点 rg 所需剂量仅仅与交联 G值
(每吸收 100eV 能量时 LDPE 分子链所发生的交联几率 ,一般为 1～5 序级) 和重量平均分子
量 Mw 有关 ,即 rgMw G = 0196 ×106 (其中 rg 单位为 Mrad) [2 ] ,且对于某一任意分布体系来说 ,
溶解度 S 和吸收剂量 r 之间的关系可用 Charlesby2Pinner 关系式表示[2 ] :
s + s = 2rg/ r
将辐照交联 LDEP 的不同吸收剂量与凝胶含量和溶解度关系列入表 1。
图 1 　1/ r 与 s + s之间的关系
Fig. 1 　Relationship between 1/ r and s + s
表 1 　吸收剂量与凝胶含量和溶解度关系
Table 1 　The relationship between absorption dose with gel content and solubility
样品组序号
sample No.
吸收剂量
absorption dose
(k Gy)
凝胶含量
gel content
( %)
1
r
溶解度
solubility s + s
1 5 0 012 — —
2 20 0 0105 — —
3 50 1811 0102 0182 1173
4 80 3619 010125 0163 1142
5 120 5016 010083 0149 1119
6 150 6015 010067 0139 1101
　　注 :r - 吸收剂量　s - 溶解度
Note :r - absorption dose 　s - solubility
111　2 期 LDPE 辐射交联热收缩材料研究
　　以 s + s对 1/ r 作图 1 ,将直线外推至 s + s = 2 ,即 rg = 1r = 01024 ,也即 rg = 4117kGy =
4117Mrad。DFDD 0588 基料平均分子量 Mw 约为 105 ,则代入 rgMw G= 0196 ×106 ,可得 G= 213。
可见 ,DFDD0588 基料是比较容易实现辐照交联的 ,而且从吸收剂量与凝胶含量的关系
(表 1)可知 ,在大于起始剂量的开始部分 ,凝胶含量上升很快 ,达到一定交联水平后 ,继续增加
辐照剂量 ,凝胶含量则增加缓慢。
212 　抗张强度、极限伸长率和收缩温度
辐照交联 LDPE 吸收剂量及抗张强度、极限伸长率和收缩温度的测定见表 2。
表 2 　吸收剂量与抗张程度、极限伸长度和收缩温度的关系
Table 2 　Effect of dose on tensile st rength ,elongation and contraction temperature
样品组序号
sample No.
吸收剂量
absorption dose
(k Gy)
抗张强度
tensile
strength (MPa)
极限伸长率
elongation
( %)
收缩温度
contraction
temperature
( ℃)
1 0 2112 470 —
2 50 1517 535 125
3 70 2015 433 130
4 100 1911 667 140
5 140 1812 545 145
　　由表 2 可见 ,辐照引起了抗张强度和极限伸长率的一些变化 ,但上述吸收剂量均在标准要
求的范围内。而吸收剂量为 100k Gy 时 ,其凝胶含量达 44 %左右。抗张强度和极限伸长率均
较理想 ,且加热后能保持形状 ,扩张成品率高 ,能恢复原状 ,所以在确定辐照工艺时以 100k Gy
的吸收剂量为加工剂量。
213 　耐热性及热延伸
在耐热性和热延伸方面 ,本试验只对吸收剂量为 100k Gy 的 LDPE 作了初步探讨。将
DFDD0588 基料制成 115mm 薄板 ,经 100k Gy 辐照 ,熔点从 110 ℃提高到 150 ℃,长期使用温度
为 130 ℃,短期使用温度达 200 ℃。110 ℃下加热 15min ,300 %延伸模量为 5014μPa。
214 　体积电阻率和击穿电压
辐照交联的 DFDD0588 料体积电阻率和击穿电压见表 3。
表 3 　辐照交联 DFDD0588 料基本电性能
Table 3 　Electrical properties of DFDD0588
项　目
item
吸收剂量
absorption dose (k Gy)
0 40 50 80 100
体积电阻率
volume resistivity
(Ω·cm)
210 ×1016 118 ×1015 215 ×1015 112 ×1016 818 ×1015
击穿强度
breakdown strength
(kV/ mm)
28 24 25 26 28
　　从表 3 可知 ,辐照后该材料的基本电学性能变化很小 ,说明辐照交联可以保证 DFDD0588
211 核　农　学　报 14 卷
料的电学性能不受辐照的影响。
215 　辐照工艺
21511 　辐照剂量率的影响 　在限氧条件下辐照时对辐照剂量率与凝胶含量的关系作了较为
细致的研究 (见表 4) 。
表 4 　辐照剂量率对凝胶含量的影响
Table 4 　Effect of irradiation dose rate on gel content
剂量率　dose rate (k Gy/ h)
215 5 8 1215
凝胶含量
gel content ( %) 4315 4414 4318 4511
　　注 :吸收剂量为 100k Gy
Note : The absorption dose is 100k Gy
　　表 4 数据表明 ,辐照剂量率的大小对 LDPE 的凝胶含量无显著影响 ,若以 100k Gy 为辐照
吸收剂量 ,剂量率可以随意安排。
21512 　辐照剂量不均匀度的影响 　辐照剂量的不均匀度与辐照方式及气氛等因素 ,对热缩材
料的质量有较大影响 ,辐照剂量的不均匀度超过一定数值时 ,对具有一定尺寸的同一根热缩管
的不同部位的凝胶含量可能出现较大的偏差 ,从而影响质量[3 ] 。试验结果见表 5。
表 5 　辐照剂量不均匀度对凝胶含量的影响
Table 5 　Eeffect of non2uniformity of irradiation dose on gel content
样品组序号
sample No.
平均吸收剂量
average
dose (k Gy)
不均匀度
non2uniformity 平均凝胶含量average gel
content ( %)
凝胶含量偏差
deviation of
gel content ( %)
1 70 1118 3015 6181
2 100 1117 4414 6159
3 120 1118 5016 3128
4 90 1151 4018 16140
5 110 1152 4715 13158
　　从表 5 可知 ,不均匀度小于 1120 ,其凝胶含量偏差最小 ,因本试验采用的是静态辐照 ,样
品为水平放置 ,达到辐照剂量的一半时进行翻转调位 ,吸收剂量为 100k Gy ,其不均匀度基本能
控制在 1115～1120 之间 ,且凝胶含量的偏差小于 6180 % ,能够满足产品质量控制的需要 ,所
以在辐照过程中要准确控制辐照剂量。
3 　小 　结
311 　用凝胶含量的多少来表征 LDPE 辐照交联的程度较为直观 ,LDPE 的辐照交联具有一个
凝胶点 ,低于凝胶点的剂量则不产生交联 ,且凝胶含量在剂量大于凝胶点时与剂量成正比关
系 ,但凝胶含量达到 60 %以上后 ,继续增加辐照剂量 ,凝胶含量增加很慢。
312 　凝胶含量主要取决于辐照剂量 ,辐照剂量直接影响热缩材料的热收缩性能、机械性能及
311　2 期 LDPE 辐射交联热收缩材料研究
其它加工性能 ,特别是扩张性能。因此 ,确定 LDPE 最佳的辐照剂量是辐照交联工艺的关键 ,
是培养热收缩材料质量的主要参数。
313 　辐照剂量率对 LDPE 的凝胶含量没有显著影响。辐照剂量的不均匀度导致热缩管凝胶
含量的不均匀性 ,从而影响其质量。因此 ,在静态辐照下 ,应采用水平放置及合适的翻转工艺 ,
准确控制辐照剂量 ,控制不均匀度小于 112 ,以减少同一根管中凝胶含量的差异。
参考文献 :
[ 1 ] 　肖为维 ,陈克强. 含抗氧剂的辐射交联 LDPE 的熔融与结晶行为. 辐射研究与辐射工艺学报 ,1995 ,13 (1) :6～11
[ 2 ] 　刘玉铭 ,等译. 辐射化学的应用. 上海 :上海科学技术文献出版社 ,1980. 11
[ 3 ] 　蔡鹤琴 ,等. 辐射交联聚乙烯热缩管的研制 ,核农学通报 ,1992 ,13 (5) :204～205
RADIATION CROSSL INKING OF HEAT SHRINKABL E
MATERIAL OF LDPE
CHEN Qing2long 　CHEN Zhi2jun
( Instit ute f or A tomic Engergy A pplication , Jiangxi Academy of A gricult ural Sciences , Jiangxi Prov . Nanchang ,330200)
ABSTRACT : The gel content , mechanical behavior and electrical character of low density
polyethylene ( LDPE) irradiated by 60 Co2γ ray were determined. The results indicated that the
absorption dose of LDPE’s crossl inking point was 4117kGy. The tensile strength and elongation
of LDPE were very good with absorption dose of 100kGy. The volume resistivity and breakdown
strength had little change and the dose rate had no apparent effect on gel content. The non2uni2
formity affects the qual ity of the heat shrinkable material .
Key words :LDPE ,irridation cross2linking ,gel content
411 Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
2000 ,14 (2) :110～114