引言
聚烯烃基材料，特别是低密度聚乙烯（LDPE）和乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）共聚物，因其优良的电绝缘性、柔韧性、加工性和成本效益，被广泛应用于电线电缆绝缘领域 [1], [2], [3]。在现代基础设施应用中，包括交通系统、配电网、隧道和公共建筑，电缆绝缘材料需要在满足日益严格的消防安全要求的同时保持足够的机械完整性 [4], [5], [6]。这些需求加速了无卤阻燃（HFFR）聚合物复合材料的开发，旨在最大限度减少腐蚀性有毒燃烧产物的排放，同时保持可接受的加工和使用性能 [7], [8], [9]。
在现有商用HFFR技术中，金属氢氧化物填料如氢氧化铝（ATH）和氢氧化镁（MH）仍然是聚烯烃电缆料中广泛使用的阻燃添加剂 [10], [11], [12]。其有效性主要源于吸热脱水反应，在热分解过程中吸收热量并释放水蒸气 [13], [14], [15]。ATH通常用于相对较低加工温度的配方，而MH因其较高的分解温度而适用于需要更高热稳定性的应用 [16], [17], [18]。然而，有效的阻燃性通常需要填料含量超过50–60 wt%，这可能会降低拉伸强度、断裂伸长率、柔韧性和加工性能 [19], [20], [21]。因此，在高填充聚烯烃复合材料中实现阻燃性能与机械完整性的适当平衡仍然是主要挑战 [22], [23], [24]。
交联是提高聚烯烃电缆绝缘材料热稳定性和尺寸稳定性的重要途径 [25], [26], [27]。工业生产通常采用过氧化物引发化学交联，并在高压氮气硫化条件下进行 [28], [29], [30]。尽管化学交联在工业中已得到广泛应用，但它需要引发剂并可能产生分解副产物，需要额外的加工处理。电子束（EB）辐照提供了一条无引发剂的替代途径，其中电离辐射在聚合物基体中产生活性物种，促进分子间重组和网络形成 [1], [2], [3], [4], [5], [6]。在辐射加工中，吸收剂量是控制结构改性程度的主要可控变量，而电子能量、剂量测定、穿透深度和剂量均匀性是解释材料响应的重要实验参数。
辐射诱导的网络形成可以改变高填充电缆料中与性能相关的多项特性。交联聚合物网络限制分子运动并提高抗热变形能力，同时影响拉伸行为、熔体稳定性和材料在热暴露下的响应 [10], [11], [12], [13], [14], [15]。先前的研究报告了聚乙烯基材料经EB辐照后凝胶含量、热定型性能、机械性能和热稳定性的变化 [16], [17], [18]。然而，在高填充HFFR体系中，测得的响应既反映了辐射诱导的聚合物相改性，也包含了无机填料的同时热活动。因此，将网络形成的直接证据与仅与该网络相关的性能变化区分开来，对于辐射导向的解释至关重要。
除ATH和MH外，硼酸锌常被作为辅助阻燃添加剂使用，因为它可以促进残炭形成并在热暴露过程中提高凝聚相层的完整性 [22], [23], [24]。硼酸锌与金属氢氧化物分解产物在高温下的相互作用被认为与更具内聚性的残炭有关 [25], [26], [27]。因此，硼酸锌通常与ATH或MH配合使用，以改善阻燃性能和抑烟效果 [28], [29], [30]。然而，在本配方设计中，硼酸锌的添加也改变了总的无机物含量；因此其贡献是在配方层面而非作为独立隔离的协同效应进行解释的。
尽管对聚乙烯基材料的辐射交联和金属氢氧化物阻燃体系已有广泛研究，但辐射诱导网络发展与高填充HFFR LDPE/EVA复合材料燃烧/力学响应之间的剂量分辨关系仍未得到充分确立。特别是，在相同EB处理条件下对ATH基、MH基、ATH/MH复合体系及含硼酸锌配方进行系统对比的研究仍然有限。一个关键的未解决问题是：吸收剂量如何改变LDPE/EVA网络，独立测定的网络发展如何与宏观性能相关联，以及这种辐射响应在多大程度上取决于填料组成。
研究者假设，增加吸收的EB剂量将逐步发展LDPE/EVA交联网络，可通过凝胶含量和热定型测量直接检测，并且这种网络发展将伴随与剂量相关的机械和燃烧性能变化。这些相关性能变化的幅度预计还取决于阻燃配方。涉及残炭稳定化、填料保留、屏障形成或挥发物传输的机理解释，除非得到所执行测量的直接支持，否则仅作为假设处理。
因此，本研究的目的是建立含ATH、MH和硼酸锌的EB辐照LDPE/EVA复合材料的剂量–网络–性能关系。通过凝胶含量和热定型测量直接评估辐射诱导的网络，而极限氧指数（LOI）、烟密度、锥形量热法、热重分析和拉伸试验则用于确定相关的宏观性能响应。研究特别注重区分辐射诱导网络形成的直接证据与取决于配方的阻燃和力学趋势，并确定阻燃剂组成如何改变对吸收EB剂量的响应。
图1展示了用于将EB诱导的网络形成与测得的热、力学和燃烧响应相关联的概念实验框架。图中展示的ATH/MH和硼酸锌阻燃过程为观察到的趋势提供了解释背景，不应被视为特定凝聚相反应途径的直接证据。
