Worldlex Wiki L'énergie des électrons varie généralement de quelques keV à quelques MeV , selon la profondeur de pénétration requise. La dose d'irradiation est habituellement mesurée en grays , mais aussi en Mrads ( faisceau d'électrons peut être utilisé pour induire des effets tels que la rupture de chaîne (qui raccourcit la chaîne polymère) et la réticulation . Il en résulte une modification des propriétés du polymère, visant à élargir son champ d'applications. L'irradiation peut également modifier la cristallinité et la microstructure . Généralement, ce processus dégrade le polymère . Les polymères irradiés peuvent être caractérisés par DSC , DRX , FTIR ou MEB .
Dans les copolymères de poly( fluorure de vinylidène -trifluoroéthylène), l'irradiation par des électrons de haute énergie abaisse la barrière énergétique de la transition de phase ferroélectrique-paraélectrique et réduit les pertes par hystérésis de polarisation dans le matériau.
Le traitement par faisceau d'électrons consiste à irradier (traiter) des produits à l'aide d'un accélérateur d'électrons de haute énergie . Ces accélérateurs fonctionnent par tout ou rien, leur conception étant généralement similaire à celle d'un téléviseur à tube cathodique .
Le traitement par faisceau d'électrons est principalement utilisé dans l'industrie pour trois types de modifications de produits :
- Réticulation des produits à base de polymères pour améliorer leurs propriétés mécaniques, thermiques, chimiques et autres,
- La dégradation des matériaux est souvent utilisée dans le recyclage des matériaux.
- Stérilisation des produits médicaux et pharmaceutiques.
La nanotechnologie est l'un des domaines scientifiques et techniques émergents qui connaît la croissance la plus rapide. Le rayonnement est l'un des premiers outils utilisés dans ce domaine ; l'agencement des atomes et des ions est réalisé depuis de nombreuses années à l'aide de faisceaux d'ions ou d'électrons. Les nouvelles applications concernent la synthèse de nano-agrégats et de nanocomposites.
réticulation des polymères par traitement par faisceau d'électrons transforme un matériau thermoplastique en un matériau thermodurcissable . Lorsque les polymères sont réticulés, le mouvement moléculaire est fortement entravé, ce qui confère au polymère une stabilité thermique. Ce verrouillage des molécules est à l'origine de tous les avantages de la réticulation, notamment l'amélioration des propriétés suivantes :- Thermique : résistance à la température, au vieillissement, aux chocs à basse température, etc.
- Caractéristiques mécaniques : résistance à la traction , module d’élasticité, résistance à l’abrasion, pression nominale, résistance au fluage, etc.
- Caractéristiques chimiques : résistance à la fissuration sous contrainte, etc.
- Autres : propriétés de mémoire de forme thermorétractables , coefficient de température positif , etc.
La réticulation est l'interconnexion de longues molécules adjacentes par des réseaux de liaisons induits par traitement chimique ou par faisceau d'électrons. Le traitement par faisceau d'électrons des matériaux thermoplastiques permet d'obtenir de nombreuses améliorations, telles qu'une augmentation de la résistance à la traction et de la résistance à l'abrasion, à la fissuration sous contrainte et aux solvants. Les prothèses articulaires, comme celles de genou et de hanche, sont fabriquées à partir de polyéthylène réticulé à ultra-haut poids moléculaire en raison de ses excellentes caractéristiques de résistance à l'usure, mises en évidence par de nombreuses recherches.
Les polymères couramment réticulés par irradiation par faisceau d'électrons comprennent le polychlorure de vinyle ( PVC ), les polyuréthanes et élastomères thermoplastiques (TPU), le polytéréphtalate de butylène (PBT), les polyamides / nylons (PA66, PA6 , PA11, PA12), le fluorure de polyvinylidène ( PVDF ), le polyméthylpentène (PMP), les polyéthylènes ( LLDPE , LDPE , MDPE, HDPE, UHMW PE) et les copolymères d'éthylène tels que l'acétate d'éthylène-vinyle (EVA) et l'éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE). Certains de ces polymères contiennent des additifs pour faciliter leur réticulation par irradiation.
Un exemple de pièce réticulée par faisceau d'électrons est un connecteur en polyamide, conçu pour résister aux températures plus élevées nécessaires au soudage avec la soudure sans plomb exigée par l'initiative RoHS.
Les tuyaux en polyéthylène réticulé , appelés PEX, sont couramment utilisés comme alternative aux tuyaux en cuivre pour les conduites d'eau dans les constructions résidentielles récentes. Les tuyaux en PEX ont une durée de vie supérieure à celle du cuivre et présentent des caractéristiques de performance supérieures à bien des égards.
La mousse est également produite par traitement par faisceau d'électrons pour obtenir un produit de haute qualité, à cellules fines et esthétiquement agréable.
Ramification à longue chaîne
Les granulés de résine utilisés pour produire la mousse et les pièces thermoformées peuvent être traités par faisceau d'électrons à une dose inférieure à celle nécessaire à la réticulation et à la formation de gels. Ces granulés de résine, tels que le polypropylène et le polyéthylène, permettent de créer des mousses et autres pièces de plus faible densité, grâce à l'augmentation de la résistance à l'état fondu du polymère.
scission de chaîne
La rupture de chaînes ou la dégradation des polymères peut également être obtenue par traitement par faisceau d'électrons. L'effet du faisceau d'électrons peut provoquer la dégradation des polymères, en brisant les chaînes et en réduisant ainsi la masse moléculaire . Les effets de rupture de chaînes observés dans le polytétrafluoroéthylène (PTFE) ont été utilisés pour créer des micropoudres fines à partir de déchets ou de matériaux non conformes.
La scission de chaîne consiste à rompre les chaînes moléculaires pour produire les sous-unités moléculaires nécessaires. Le traitement par faisceau d'électrons permet cette scission sans recourir aux produits chimiques agressifs habituellement utilisés.
Un exemple de ce procédé est la décomposition des fibres de cellulose extraites du bois afin de raccourcir les molécules, produisant ainsi une matière première qui peut ensuite être utilisée pour fabriquer des détergents biodégradables et des substituts alimentaires.
Le « Téflon » (PTFE) est également traité par faisceau d'électrons, ce qui permet de le réduire en poudre fine pour une utilisation dans les encres et comme revêtements pour l'industrie automobile.
Stérilisation microbiologique
Le traitement par faisceau d'électrons permet de rompre les chaînes d'ADN des organismes vivants, comme les bactéries, entraînant leur mort et stérilisant leur environnement. Ce traitement est utilisé pour la stérilisation de produits médicaux et de matériaux d'emballage aseptiques pour les aliments, ainsi que pour la désinfestation et l'élimination des insectes vivants des céréales, du tabac et d'autres cultures en vrac non transformées.
La stérilisation par faisceau d'électrons présente des avantages significatifs par rapport aux autres méthodes de stérilisation actuellement utilisées. Ce procédé est rapide, fiable et compatible avec la plupart des matériaux ; il ne nécessite aucune mise en quarantaine après traitement. Pour certains matériaux et produits sensibles à l'oxydation, la tolérance aux radiations lors d'une irradiation par faisceau d'électrons peut être légèrement supérieure à celle observée lors d'une exposition aux rayons gamma. Ceci s'explique par les débits de dose plus élevés et les temps d'exposition plus courts de l'irradiation par faisceau d'électrons, qui réduisent les effets dégradatifs de l'oxygène.