C n* *
C
C n*
HH
H CH3
（c）聚苯乙烯
HH
* C C n*
高分子的链结构
核技术科学应用辐射加工简修
高聚物材料性能的主要影响因素 单体链节分子中的原子种类和分子结构 聚合度、支化度 立体异构
一些单体存在手性和立体异构，其聚合分子链也存在结构问题， 进而随链节的构型不同而有立体异构的存在。
辐射加工的特点--“绿色加工”
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工艺参数稳定可调
简便、快速、安全、节能
与化学法相比，无需高温高压,基本属于“冷加工”，产 品质量和性能稳定可靠。
人员劳动强度低
工作环境优良
第二节 辐射交联 高分子聚合物基本知识
核技术科学应用辐射加工简修
高分子聚合物是一类相对分子质量通常在10,000以上 的大分子物质，其分子所含原子数通常为几万、几十 万甚至高达几百万。
高分子聚合物的晶态结构
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高聚物与低分子量的有机化合物、金属、无机盐一样，在合适的 条件下，可按一定规律，形成晶体。
影响高分子结晶的因素： 结构和组成 温度 拉伸力 成核剂
高分子聚合物的典型晶态结构
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单晶、球晶、微晶 单分子晶体、双股螺线晶体结构 纤维链束与无定形区连接的半晶态结构 伸展链束与晶区连接的伸展链的晶态结构
重粒子注入加工，电子束和γ射线用于高分子合成、高分子材料改性等。
从事核技术研究及应用的专业研究者约定成俗的辐射加 工范畴是以电子束、钴源和紫外光为辐射源的工业化加 工。
辐照装置
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在如前所限定的辐射加工范畴内，
电子束加速器
紫外光源（灯） γ辐照装置
提供电子束 Electron Beam
辐 射加工
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什么是辐射加工？
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辐射加工是利用辐射化学的基本原理进行工业生产和材料 制备的高新技术。
原理和核心是辐射化学；利用的是辐射效应
辐射化学：研究射线与物质相互作用引起物质分子发生电 离、激发等效应所导致物质结构（电离效应）或状态（激 发）发生变化的科学。
G值 ：1g被辐照的物质每吸收100eV能量后所引起变化的分 子数、离子数、自由基数或电子数等。（电离、激发效应的量化）
辐射加工的优点
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合成新材料：无需高温高压 、甚至低至-100℃、 无催化剂残留。固、液、气。
材料改性： 实现材料交联、接枝、降解、固化
高度自动化：自动控制和传输
节能、环保（无有毒有害气体释放）、高效率高
第一节 辐射加工的基本知识 辐射加工的范畴
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广义的辐加工包括一切利用粒子、光波和射线来从事 辐射化学及技术研究、开发和生产的技术。
α粒子蚀刻、（α，n）反应、（α，β）反应、（α，γ）反应等；
各种能量的中子用于核素生产、单晶硅掺杂等；
HHHHH
HCCCCCCCC
1
2
3
4
5
6
7
8
335.2 326.5 335.2 335.2 326.5 326.5 335.2
H CH3 H H H H H H
(kJ)
HHH CCC HHH
γ或 E B
·· H
H
CCC
+H
HHH
聚合物的辐射交联机理
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球晶
单晶
伸直链片晶
纤维状晶
串晶
聚合物的辐射加工机理
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从分子水平看，高能电子束或γ射线入射后，高分子链 受到激发，氢等活泼原子极易从主链脱落，形成自由基， 或者电离形成正负离子对。
自由基等具有高活性，可使分子链发生自由基的链转移、 自由基湮灭、高分子链的断裂、重排、裂片小分子接枝 到长链分子上等化学过程。
四级结构：畴结构
高聚物中可以存在不同的聚集态或晶态（它们之间往往存在着界 面或准界面）。
高聚物各级结构综合决定了其各种物理状态即物性。
高聚物的结构
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典型高分子聚合物：
聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯，…
几种常规的聚合物分子结构
（a）聚乙烯， （b）聚丙烯，
HH
HH
*
C
传导装置
束下装置
γ辐照装置
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核心：放射源
功率大、射线穿透能力强、半衰期长、 适用与工业化生产
60Co （钴-60） 173Cs（铯-137）
小型钴源（60Co）
钴源辐照装置的组成
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辐照源室 辐射源 水井和水 升降源设备 安全联锁系统、控制系统 传输系统 、剂量监测系统 、控制室 通风系统 、操作间 、原料库、成品库
高分子聚合物常简称高分子、聚合物或高聚物。
高分子聚合物的分子结构决定其物性，高分子链聚集 形式决定其物理状态；而高分子链又是由特定的基本 链节构成的。
高聚物的结构
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一级结构：链节结构
一个高分子链接的化学结构、空间结构、链节序列和链段的支化（或 交联）度及其分布，并包括高分子立体化学问题。
二级结构：链结构
一个高分子链由于主链价键的内旋转和链段的热运动而产生的各种构 象。
三级结构：聚集态结构
许多高分子链聚集时，链段间的相对空间位置有紧密疏松、规整凌乱 之分，链段间相互作用力随之也有大小之别。
高聚物的结构
核技术科学应用辐射加工简修
高聚物分类：（按聚集态的紧密和规整程度）
无定形、介晶（液晶）、结晶
立体异构可分为有规立构、几何立构、旋光立构等。
聚丙烯的有规立构
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d-链 节
H CH3 * CC *
有规立构
HH
l-链节
HH * CC *
H CH3
高分子的链结构
核技术科学应用辐射加工简修
多单体共聚 主链结构、取代基交联等
主链结构、取代基交联等因素是决定大分子连柔性的内因， 许多物理-机械性能（如耐热性、高弹性、机械强度等是分子的柔 性和分子间力综合影响的结果。
聚合物的辐射交联机理
核技术科学应用辐射加工简修
聚合物的辐射交联：指线性高分子在引发剂或 射线作用下，产生自由基，引发分子链间的化 学反应，形成三维网状结构。
射线引发交联
高分子链辐射交联示意图
聚合物的辐射交联机理
核技术科学应用辐射加工简修
408.4 377.5 94.0
HHH
392.9 392.9 392.9 392.9 392.9