電子束輻照加速器在線纜行業(yè)的應(yīng)用

陽云義，鄧哲琪

（桂林國際電線電纜集團有限責(zé)任公司，廣西 桂林 541004）

0 引言

輻照加工技術(shù)屬于民用非動力核技術(shù)領(lǐng)域的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，它的應(yīng)用范圍正逐漸向現(xiàn)代技術(shù)前沿和新領(lǐng)域滲透，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。有數(shù)據(jù)表明，目前世界輻照加工產(chǎn)品產(chǎn)值正以年百分之二十的速度增長，特別是在發(fā)達(dá)國家，該行業(yè)已頗具規(guī)模。如美國九十年代中期輻照產(chǎn)品產(chǎn)值占到了美國總產(chǎn)值的百分之四。輻照加工行業(yè)在提高世界科技水平，促進經(jīng)濟發(fā)展，推動高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進程中發(fā)揮了突出作用[1]。

1 輻照加工技術(shù)應(yīng)用裝置的發(fā)展趨勢

目前，輻照加工使用的射線裝置主要有兩種，即釋放γ射線的鈷-60裝置和產(chǎn)生高能電子束的電子加速器。γ輻照和電子束輻照兩大加工手段各有優(yōu)勢，互為補充。世界發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢是γ輻照裝置的大型化和集約化發(fā)展，電子束裝置則是多元化、高性能化。據(jù)統(tǒng)計，目前全世界電子加速器與鈷源數(shù)量相比，前者為后者的約4倍，加速器有1300多臺，而鈷-60裝置約為240座。反觀中國，國內(nèi)輻照加工市場所使用的輻照裝置以前以鈷-60為主。

早些年鈷-60相對廉價，建設(shè)費用和運營成本較低，而電子加速器技術(shù)含量高，缺少市場化運作模式的產(chǎn)業(yè)化基地，從而抑制了加速器的發(fā)展。但近年來，以無錫愛邦、中廣核達(dá)勝為代表，我國逐步擁有了生產(chǎn)適用于工業(yè)加工的加速器的生產(chǎn)廠家；目前我國電子加速器裝置與國家經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模和社會需求相比，數(shù)量上明顯不足，加工規(guī)模較小，而且主要集中在中能區(qū)（1-3MeV），低能（1MeV以下）大功率輻照加工相對滯后，高能（5-10MeV）近幾年才初步形成生產(chǎn)能力[2]。

“十一五”以來，受國家政策的激勵和體制改革的促進，工業(yè)用電子加速器的研制開發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)水平則在急速提高，已形成像中廣核達(dá)勝年生產(chǎn)能力40臺以上、無錫愛邦這樣年生產(chǎn)能力達(dá)到28臺以上的加速器產(chǎn)業(yè)化基地，為輻照加工產(chǎn)業(yè)提供了高性價比的重大成套裝備，加速器投資成本已遠(yuǎn)低于鈷-60。加速器具有的能量集中、發(fā)射功率大、射線利用率高、輻照加工時間短、吸收劑量均勻、安全防護要求簡單、不需定期補充輻照源、能量可調(diào)節(jié)、投資少、運行成本低、產(chǎn)能大、加工產(chǎn)品多樣等優(yōu)點，使其輻照加工收益已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出鈷-60輻照，已成為我國輻照加工技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展方向和主流。

2 輻照加工工藝的優(yōu)勢與局限

輻照交聯(lián)電纜是通過分子鏈重新組合而形成的大分子立體結(jié)構(gòu)構(gòu)成的交聯(lián)聚乙烯構(gòu)成。由于它的這種結(jié)構(gòu)，所以自然有以下的優(yōu)勢：聚烯烴類等高分子材料經(jīng)過輻照后，使得原來雜亂無章的分子排列成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大大提高了材料的穩(wěn)定性，尤其是提高了耐熱性。

較之于硅烷、紫外光交聯(lián)工藝的電纜，輻照交聯(lián)電纜耐熱性更高，可以達(dá)到125℃、135℃、150℃。且不受顏色限制，沒有掉色的缺點，一致性好。

但對于電壓等級10KV以上(不含10KV)的高壓電纜來說，由于絕緣層較厚，輻照存在不容易照透的弱點。所以，輻照交聯(lián)工藝僅限用于10KV及以下的電纜。超過10KV的高壓電纜，目前仍然采用化學(xué)干法交聯(lián)。

針對集團目前的戰(zhàn)略方向，規(guī)劃提出使用電子加速器加工高端家裝線及部分橡膠線的建議。

經(jīng)輻照加工的線纜具有以下優(yōu)點：

（1）絕緣耐溫等級提高。交聯(lián)電纜的絕緣耐溫等級是105℃，經(jīng)輻照后的交聯(lián)電纜電線可達(dá)耐溫150℃。

（2）經(jīng)輻照后提高了絕緣層的耐油、耐開裂性能。

（3）輻照交聯(lián)采用的方式是借助物理方式，并非其它的方式，而且整個交聯(lián)/硫化過程沒有水的介入，它的絕緣材料中的水分子含量小于100PPM，絕緣純度較高。所以輻照交聯(lián)電纜一些性能比如說電性能、機械性能等方面有良好的性能，使用壽命也很長，可達(dá)到住建部新70同建筑壽命標(biāo)準(zhǔn)要求。除了上面提到的特點，電纜還有著重量輕（節(jié)約材料）、結(jié)構(gòu)簡單（工藝過程時間短，節(jié)約周轉(zhuǎn)費用）。

（4）加工過程環(huán)保，線芯及電纜線導(dǎo)體含水率低，不容易發(fā)黑變色，加工后的橡膠線沒有味道，廣泛適用于空調(diào)，建基，電焊等行業(yè)。無壓力硫化管道，不需要鍋爐，節(jié)約維護費用。

（5）用于橡套線時，可減少因長硫化管道引起的廢線問題以及壓力設(shè)備故障引起的質(zhì)量不穩(wěn)定，初步估計年節(jié)約費用百萬以上[3]。

（6）用于塑料線時，因高端家裝線近性能規(guī)格的產(chǎn)品原材料價格較現(xiàn)有產(chǎn)品價格優(yōu)惠，可迅速降低區(qū)內(nèi)外同規(guī)格產(chǎn)品成本，有效提高集團相關(guān)產(chǎn)品競爭力。

3 2.0MeV電子束輻照特點

優(yōu)點：功率適中、可用于中小型線纜（橡膠線方面：如YZ3*2.5、YZW3*2.5、及以下規(guī)格產(chǎn)品的整體一次硫化；YZ、YC、YH、YCW、YZW、MYQ等150平以下線芯硫化，及成纜后直徑20mm以下橡套線的的護套硫化。塑料線方面：可用于XLPE、VV、VLV、VY、VLY、YJV、YJLV、YJY、YJLY直徑20m以下的線纜交聯(lián)。）

3.1 2.0MeV可加工范圍與產(chǎn)品及其占比

表1 加工范圍與產(chǎn)品及其占比（長度單位：KM）

3.2 2.0MeV速度度及加工能力

以6平方以下規(guī)格為例子，使用雙進雙出，可達(dá)到300×2m/min能力，外徑10~20mm單/多根線纜速度可到100m/min。則按1.3表格計，從橡膠線產(chǎn)能估算，每天三班20小時一年300個工作日算，可加工橡膠類一次處理產(chǎn)品36000KM/年。從塑料線產(chǎn)能估算，BYJ系列速度為600m/min，年產(chǎn)可達(dá)216000KM，而XLPE年產(chǎn)可達(dá)36000KM[4]。

以10天交貨期為例，初期可將產(chǎn)能按橡線:BYJ:XLPE:其他線芯為5:1:1:3的加工時間進行分配（三班產(chǎn)量，初期建議兩班），其他線芯時間可按市場調(diào)節(jié)給橡套線與BYJ系列。

3.3 成本對比

表2 成本對比（單位：噸/元）

可以看出塑料系列的料，成本下降較多，體現(xiàn)到產(chǎn)品上，近似規(guī)格產(chǎn)品總成本成本當(dāng)期就可下浮6%左右。而按住建部《建筑用0.6/1kV無鹵低阻燃電纜》和《建筑用750V無鹵低煙阻燃電線》兩個標(biāo)準(zhǔn)，以后建筑用線壽命需提高到70年，而目前只有輻照后的產(chǎn)品才能符合該要求，所以可以得出采用電子束加工工藝，與集團未來幾年發(fā)展方向及市場需求增長方向高度一致[5]。

4 結(jié)語

從無論從塑料線或橡套線方向來看，使用電子束工藝后，集團在生產(chǎn)過程中可控段增加，按橡線提供的數(shù)據(jù)，其去年50~60%的廢線由線頭線尾組成，如按250噸廢銅及100噸廢膠計算，則采用電子束硫化工藝后，年可節(jié)約50萬元左右，材料成本基本上沒有上漲，導(dǎo)體進水，鼓包，蒸汽硫化過程的發(fā)黑現(xiàn)象也會減少。因縮短了不可控長度后，導(dǎo)體的表面圓整度、一致性提高，厚度余量相應(yīng)減小從而材料得到節(jié)約。

國際市場研究機構(gòu)發(fā)布報告稱，2019-2027年全球低煙無鹵電纜市場年復(fù)合增長率約為10%。集團作為區(qū)行業(yè)內(nèi)龍頭企業(yè)，因抓住該機遇，結(jié)合橡套線產(chǎn)品分散項目風(fēng)險，用規(guī)模效應(yīng)與成本、性能優(yōu)勢迅速占領(lǐng)區(qū)內(nèi)高地，并輻射臨近省份。