전자빔 가공

Electron-beam processing
전자 빔의 경우 음극선을 참조하십시오.

전자빔 가공 또는 전자 조사(EBI)는 일반적으로 높은 에너지의 전자를 사용하여 다양한 목적으로 물체를 처리하는 과정이다.이는 높은 온도와 질소 대기에서 발생할 수 있다.전자 조사의 가능한 용도는 중합체의 멸균과 교차 연동을 포함한다.

전자 에너지는 일반적으로 필요한 침투 깊이에 따라 keV에서 MeV 범위까지 다양하다.조사 선량은 보통 그레이로 측정되지만 Mrad에서도 측정된다(1 Gy는 100 rad와 동일).

전형적인 전자 빔 가공 장치의 기본 구성 요소:[1]전자 총(음극, 그리드의, 그리고 anode로), 그리고는 일차 빔을 생성하는 데 사용되고, 자기 광학(그리고 편향 중심)시스템은 전자 빔 자재를 침해하고 있는 방법을 제어하는 사용되는 "w. 중 포함한다오케스트라."조각").작동 중, 건 음극은 사용되는 건 전극(그리드 및 양극) 구성에 의해 설정된 정전기장 기하학에 의해 가속되고 시준된 빔으로 형상화되는 열 방출 전자의 원천이다.그런 다음 전자 빔은 음극에 적용되는 음의 고전압(총 작동 전압) 값과 동일한 에너지를 가진 지상면 양극의 출구 구멍을 통해 총 조립체에서 나온다.이와 같이 고에너지 전자빔을 생산하기 위해 직접 고전압을 사용하면 입력 전력의 변환을 통해 95% 이상의 효율로 전력을 빔으로 변환할 수 있어 전자빔 재료 가공은 에너지 효율이 높은 기법이 된다.총 밖으로 나온 빔은 전자파 렌즈와 편향 코일 시스템을 통과한다.렌즈는 공작물에 초점을 맞추거나 초점이 맞지 않는 빔 스팟을 생성하는 데 사용되는 반면, 편향 코일은 빔 스팟을 고정된 위치에 놓거나 어떤 형태의 진동 운동을 제공하는 데 사용된다.

폴리머의 경우, 전자빔을 재료에 사용하여 (폴리머 체인을 짧게 만드는) 체인 디시션과 크로스 링크와 같은 효과를 유도할 수 있다.그 결과 폴리머의 성질이 변화하여 재료의 용도의 범위를 넓힐 수 있게 되었다.조사의 영향에는 미세구조뿐만 아니라 결정성의 변화도 포함될 수 있다.보통, 조사 과정은 폴리머를 분해한다.조사된 폴리머는 때때로 DSC, XRD, FTIR 또는 SEM을 사용하여 특성화할 수 있다.[2]

폴리(비닐리덴 플루오르화-트리플루오로에틸렌) 복합체의 경우 고에너지 전자 조사로 강전-기극상 전환에 대한 에너지 장벽을 낮추고 소재 내 양극화 이력 손실을 줄인다.[3]

전자빔 가공은 고에너지 전자빔 가속기를 사용한 제품의 조사(처리)를 포함한다.전자빔 가속기는 온오프 기술을 활용하는데, 일반적인 디자인은 음극선 텔레비전과 유사하다.

전자 빔 프로세싱은 주로 세 가지 제품 변경에 산업에서 사용된다.

  • 기계적, 열적, 화학적 및 기타 특성을 개선하기 위한 폴리머 기반 제품의 교차 링크,
  • 재료의 재활용에 종종 사용되는 재료의 분해,
  • 의료 및 의약품의 멸균.[4]

나노기술은 이공계 분야에서 가장 빠르게 성장하고 있는 새로운 분야 중 하나이다.방사선은 이 지역에서 초기에 적용되는 도구로, 원자와 이온의 배열이 수년 동안 이온이나 전자 빔을 사용하여 수행되어 왔다.새로운 애플리케이션은 나노클러스터와 나노콤포사이트 합성에 관한 것이다.[5]

크로스링크링

전자빔 처리를 통한 폴리머의 교차 연결은 열가소성 수지를 열가소성 물질로 변화시킨다.[2][6]중합체가 교차 연결되면 분자운동이 심각하게 저해되어 중합체가 열에 대하여 안정되게 된다.이러한 분자의 결합은 다음과 같은 성질의 개선을 포함하여 교차 연계의 모든 이점의 근원이다.[7]

  • 열: 온도에 대한 저항성, 노화성, 저온충격성 등
  • 기계적: 인장 강도, 계량, 마모 저항, 압력 정격, 크리프 저항 등
  • 화학 물질: 응력 균열 저항성 등
  • 기타: 열수축 메모리 특성, 양의 온도 계수 등

교차 연결은 화학 처리나 전자 빔 처리에 의해 유도된 결합 네트워크와 인접한 긴 분자의 상호 연결이다.열가소성 수지 재료의 전자 빔 프로세싱은 인장 강도의 증가와 마모, 응력 균열 및 용제에 대한 저항과 같은 일련의 개선 결과를 낳는다.무릎과 엉덩이 등 관절 교체품은 교차연계 초고분자중량 폴리에틸렌으로 제작되고 있는데, 이는 광범위한 연구로 인한 마모 특성이 뛰어나기 때문이다.[8]

Polymers commonly crosslinked using the electron-beam irradiation process include polyvinyl chloride (PVC), thermoplastic polyurethanes and elastomers (TPUs), polybutylene terephthalate (PBT), polyamides / nylon (PA66, PA6, PA11, PA12), polyvinylidene fluoride (PVDF), polymethylpentene (PMP), polyethylenes (LLDPE, LDPE, MDPE, HDPE, UHMWPE), and eth에틸렌-비닐 아세테이트(EVA)와 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ETFE)과 같은 엘렌 복합재.일부 폴리머는 첨가물을 사용하여 폴리머를 보다 쉽게 조사-교차적으로 연결할 수 있도록 한다.[9]

전자빔 교차연결 부품의 예로는 RoHS 이니셔티브에서 요구하는 무연 납땜납으로 납땜에 필요한 고온을 견딜 수 있도록 설계된 폴리아미드로 만든 커넥터를 들 수 있다.[10]

PEX라 불리는 교차연계 폴리에틸렌 배관은 새로운 주택 건설에서 수로를 위한 구리 배관의 대안으로 일반적으로 사용된다.PEX 배관은 구리보다 오래 지속되며 여러 면에서 구리보다 우수한 성능 특성을 갖는다.[11]

또한 전자빔 가공법을 이용하여 폼을 생산하여 고품질의, 미세한 세포, 미적으로 만족스러운 제품을 생산한다.[12][13]

롱 체인 분기점

거품과 열성형 부품을 생산하는 데 사용되는 수지 펠릿은 교차 링크와 겔이 발생할 때보다 낮은 선량 수준으로 전자 빔을 처리할 수 있다.폴리프로필렌, 폴리에틸렌과 같은 이러한 수지 펠릿은 폴리머의 "멜트 강도"가 증가함에 따라 저밀도 폼 및 기타 부품을 만드는 데 사용될 수 있다.[14]

체인 스크리닝

체인 스크리닝이나 폴리머 열화는 전자빔 처리를 통해서도 달성될 수 있다.전자빔의 효과는 중합체의 열화를 유발하여 사슬을 끊어 분자량을 감소시킬 수 있다.PTFE(Polytetrafluoroeethylene)에서 관찰된 체인 스크리닝 효과는 고철이나 비등급 물질로부터 미세한 마이크로파워더를 만드는 데 사용되었다.[4]

체인 디시션은 체인으로부터 필요한 분자 서브 유니트를 생산하기 위해 분자 체인을 분해하는 것이다.전자빔 처리는 체인 처짐을 시작하기 위해 일반적으로 사용되는 거친 화학물질을 사용하지 않고 체인 처짐을 제공한다.

이러한 과정의 한 예는 분자를 줄이기 위해 나무에서 추출한 셀룰로오스 섬유가 분해되어 생분해성 세제와 다이어트 식품 대체물을 생산하는 데 사용될 수 있는 원료를 생산하는 것이다.

'테플론'(PTFE)도 전자빔 처리돼 잉크나 자동차 산업의 코팅으로 사용할 수 있는 미세한 분말까지 갈 수 있다.[15]

미생물 멸균

전자빔 가공은 박테리아와 같은 살아있는 유기체에서 DNA의 사슬을 끊어 미생물을 죽게 하고 그들이 살고 있는 공간을 무균 상태로 만드는 능력을 가지고 있다.전자빔 가공은 의약품 및 식품 무균 포장재의 멸균과 곡물, 담배 및 기타 가공되지 않은 대량 작물에서 살아있는 곤충의 제거 및 유해성을 방지하기 위해 사용되어 왔다.[16]

전자로 살균하는 것은 현재 사용되고 있는 다른 살균 방법에 비해 상당한 이점이 있다.이 과정은 빠르고 신뢰할 수 있으며 대부분의 재료와 호환되며, 처리 후 어떠한 검역도 요구하지 않는다.[17]산화 효과에 민감한 일부 물질과 제품의 경우 전자 빔 조사에 대한 방사선 허용오차 수준은 감마선 피폭에 비해 약간 높을 수 있다.이는 산소의 분해 효과를 감소시키는 것으로 나타난 전자빔 조사의 선량률이 높고 피폭 시간이 짧기 때문이다.[18]

메모들

  1. ^ Hamm, Robert W.; Hamm, Marianne E. (2012). Industrial Accelerators and Their Applications. World Scientific. ISBN 978-981-4307-04-8.
  2. ^ a b Imam, Muhammad A; JEELANI, SHAIK; RANGARI, VIJAYA K. (Oct 2015). "Electron-Beam Irradiation Effect on Thermal and Mechanical Properties of Nylon-6 Nanocompoiste Fibers Infused with Diamond and Diamond Coated Carbon Nanotubes". International Journal of Nanoscience. World Scientific. doi:10.1142/S0219581X15500313.
  3. ^ Cheng, Zhoung-Yang; Bharti, V.; Mai, Tian; Xu, Tian-Bing; Zhang, Q. M.; Ramotowski, T.; Wright, K. A.; Ting, Robert (Nov 2000). "Effect of High Energy Electron Irradiation on the Electromechanical Properties of Poly(vinylidene Fluoride-Trifluoroethylene) 50/50 and 65/35 Copolymers". IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. IEEE Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control Society. 47 (6): 1296–1307. doi:10.1109/58.883518. PMID 18238675. S2CID 22081881.
  4. ^ a b 블라이, J. H.; 전자 빔 처리.야들리, PA: International Information Associates, 1988.
  5. ^ Chmielewski, Andrzej G. (2006). "Worldwide developments in the field of radiation processing of materials in the down of 21st century" (PDF). Nukleonika. Institute of Nuclear Chemistry and Technology. 51 (Supplement 1): S3–S9.
  6. ^ Berejka, Anthony J.; Daniel Montoney; Marshall R. Cleland; Loïc Loiseau (2010). "Radiation curing: coatings and composites" (PDF). Nukleonika. Institute of Nuclear Chemistry and Technology. 55 (1): 97–106.
  7. ^ "Technology". E-BEAM.[필요한 소스]
  8. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2014-08-26. Retrieved 2014-08-21.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로 보관된 사본(링크)
  9. ^ "Fluorinated Polymers". BGS.
  10. ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2014-08-26. Retrieved 2014-08-21.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로 보관된 사본(링크)
  11. ^ "Cross-Linking". Iotron Industries: Electron Beam Sterilization Processing Services. Archived from the original on 2012-12-25. Retrieved 2013-02-11.
  12. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2014-08-26. Retrieved 2014-08-21.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로 보관된 사본(링크)
  13. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2014-08-26. Retrieved 2014-08-21.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로 보관된 사본(링크)
  14. ^ http://www.ebeamservices.com/pdf/E-BEAM-Foam-Applications.pdf[bare URL PDF]
  15. ^ "Chain Scission". Iotron Industries: Electron Beam Sterilization Processing Services. Archived from the original on 2012-12-25. Retrieved 2013-02-11.
  16. ^ Singh, A, Silverman, J, Eds.폴리머의 방사선 처리.뉴욕, 뉴욕: 옥스퍼드 대학 출판부, 1992.
  17. ^ "Iotron Industries". Iotron Industries: Electron Beam Sterilization Processing Services.[필요한 소스]
  18. ^ "Material Considerations: Irradiation Processing" (PDF). Sterigenics.