CN101844908A - 无铅x射线防护板及其制备方法 - Google Patents

无铅x射线防护板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无铅X射线防护板，该防护板采用以下重量份的原料制成：硫酸钡40-50份，含钡硫铝酸盐水泥30-45份，增强纤维16-18份，云母粉5-10份，氧化铝粉2-5份，钛白粉2-5份，氧化锌2-3份，胶粘剂2-5份。本发明还公开了本无铅X射线防护板的制备方法，本方法使防护板强度加强，性能更好。本发明的防护板加强了防护效果，比重轻，同时还使防护板的使用寿命、强度等性能都得到了改善。

Description

无铅X射线防护板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种X射线辐射防护材料及其制备方法，特别涉及到一种无铅X射线防护板及其制备方法。
背景技术
随着现代科学发展，各种放射线作为一种新技术已被广泛地应用到国民经济的各个领域，特别是在医学、科研、工业探伤等领域有着极为显著的应用价值。为了避免这些射线对人体带来危害，人们对射线防护的研究也不断发展。
传统射线防护材料是铅，但是由于纯铅的比重大，机械性能不好，质地较软。虽然用其它金属材料做内衬支架然后外敷铅板而成的板材可以使用，但这种原始方案易变形、易下垂、不防震，成本高，长期接触铅还会引起铅中毒，严重危害身体健康。
目前较成型技术中通常用加工后的有机或无机防护板材取代铅板。在防护板材原料上，一般由粘结材料、防护材料和增强材料组成。在制作方法上，是按一定配比混合上述三类材料后经人工或简易机械搅拌，而后在模板上分多层或直接摊制成型，最后在常温常压下固化脱模得到板材。这类防护板材虽然制作工艺简单，但是缺点显而易见：首先，人工小作坊式加工致使板材厚度不均匀、表面不平整，二次加工费工费时；其次，内部排气不彻底致使强度差、板材厚重、比铅当量低；再次，时间久后易变形、反碱、防潮性差；关键是此类加工工艺决定了其加工周期长、环境依赖性强、防护质量差、成本相对较高，不适合大批量生产，不利于生产企业长期发展。
专利200910014857.8公开了一种X射线屏蔽装饰板，它包括石英粉、粉煤灰、增强纤维、硫铝酸盐水泥、硫酸钡、锌粉、硅酸钠等原料。本装饰板防采用无铅原料制成，其不足之处是：所用的硫铝酸盐水泥耐辐射能力差，所加的硫酸钡量大，因此单位厚度的板材重量大，影响了板材的强度和使用寿命。
发明内容
本发明为了克服以上技术方面的不足，提供了一种强度高，单位厚度下防护效果好且比重小的无铅X射线防护板。
本发明还提供了本无铅X射线防护板的制备方法。
本发明是通过以下措施实现的：
针对硫酸钡加入量过大会严重影响防护板质量及寿命的问题，本发明人经过潜心研究并反复试验，终于得出了一种硫酸钡加入量少但防护效果依然很好且比重小的无铅X射线防护板，其技术方案如下：
一种无铅X射线防护板，采用以下重量份的原料制成：硫酸钡40-50份，含钡硫铝酸盐水泥30-45份，增强纤维16-18份，云母粉5-10份，氧化铝粉2-5份，钛白粉2-5份，氧化锌2-3份，胶粘剂2-5份。
本发明的无铅X射线防护板的优选方案为：硫酸钡50份，含钡硫铝酸盐水泥30份，增强纤维16份，云母粉7份，氧化铝粉5份，钛白粉2份，氧化锌2份，胶粘剂5份，以上均为重量份。
上述无铅X射线防护板中，所述的增强纤维为纸浆纤维或石棉纤维；所述的胶粘剂为高密度聚乙烯(HDEP)、聚丙烯EP300R、环氧树脂6101、环氧树脂634、对叔丁基酚醛树脂、醋酸纤维素和硅酸钠中的一种或几种。所述云母粉的目数为20-50目，所述氧化铝粉的目数为100-200目。
优选的，HDEP、聚丙烯EP300R、环氧树脂6101、环氧树脂634、对叔丁基酚醛树脂、醋酸纤维素的长度在8-15mm之间，直径在15-20μm之间。
上述无铅X射线防护板的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比将硫酸钡、含钡硫铝酸盐水泥、云母粉、增强纤维、氧化铝粉、钛白粉、氧化锌和胶黏剂加入到打浆机中，使各原料充分混合，然后加水打浆20-25分钟，制成浓度为10-15wt％的浆液；
(2)将上述浆液注入碾压机中形成薄胚，将薄胚进行多次真空脱水至含水量为20-25wt％；
(3)将步骤(2)所得的薄胚多层叠加，将它们的边缘切割整齐，然后对薄胚进行真空抽气，抽走薄胚中的气体，再将多层薄胚进行辊压处理，得到厚度为3-4cm的板胚，辊压压力为15-30Mpa，时间为5-10h；
(4)将步骤(3)得到的板胚放在平板上，在室温下放置8-12小时；
(5)将辊压后的板胚整齐叠放在一起，然后用5000T的压力机加压处理15-30h得到板材；
(6)将上述板材在50-100℃蒸养20-50h，然后在0.5-1MPa压力下养护10-15h，经干燥、脱模、切割成型、砂光得无铅X射线防护板。
上述制备方法中，步骤(3)中薄胚叠加的高度为10-15cm；步骤(4)中板胚叠放的高度为40-45cm；步骤(3)的相对真空度为-0.05～-0.01MPa。
本发明的含钡硫铝酸盐水泥，使用专利申请号为89100506.4的中国专利“含钡硫铝酸盐水泥”，它的早期强度和后期强度都很高，是以一种新的胶凝材料化合物，含钡硫铝酸盐(xCaO·yBaO·3Al2O3·SO3)作为水泥的主要矿物，另外还含有一定量的硅酸盐、铝酸盐和铁铝酸盐。本发明采用上述的含钡硫铝酸盐水泥，第一，发挥它含钡量高的特点，更有效地阻止X射线，提高防护能力；第二，提高其防辐射能力和抗腐蚀性能，延长无铅X射线防护板的使用寿命；第三，可以提高本发明的无铅X射线防护板的强度。
本发明使用的云母粉是含钾、镁、铝、铁、锂等元素的层状含水铝硅酸盐矿物，呈鳞片状，目数为20-50目。云母粉具有独特的耐酸、耐碱化学稳定性，具有耐热性和不燃性。在本发明的无铅X射线防护板中，加入一定量的鳞片状结构的云母粉，可以增加防护板的化学和物理稳定性，还可以使X射线产生反射，减少X射线的进入，提高防护能力。
本发明加入少量的钛白粉(即含金红石型又含锐钛型)，它具有质量小、抗冲击力强、机械性能好的特点，加入防护板原料中可以加强防护板的抗冲击能力，与含钡硫铝酸盐水泥结合增加防护板的强度。而且钛白粉对紫外光还有很强的吸收屏蔽作用，加强防护板的稳定性，延长使用寿命。
本发明所用的高密度聚乙烯(HDEP)的结构式为-[-CH2-CH2-]-n，密度在0.94-0.97g/cm3之间，分子量在40000-150000之间。
本发明所用的醋酸纤维素的聚合度在140-250之间，取代度在1.8-2.5之间，满足聚合度和取代度要求的醋酸纤维素其机械强度、热塑加工性都很好。
本发明所用的环氧树脂6101和环氧树脂634对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定，做为粘接剂效果良好。
本发明加入的硫酸钡量相对少，通过加入含钡硫铝酸盐水泥增加钡的含量，降低了硫酸钡对板材质量的影响，使防护板的质量大大提高。
本发明采用含钡硫铝酸盐水泥、硫酸钡的组合，提高了防护板整体的含钡量，使硫酸钡加入量相对减少，克服了硫酸钡加入量过大防护板质量会大打折扣的缺点；云母粉、钛白粉、氧化铝粉、氧化锌的加入加强了防护效果，使防护板的防护能力提高，同时还使防护板的使用寿命、强度等性能都得到了改善。
本防护板不采用重金属铅，即环保又降低了防护板的重量。
本制备方法采用抽真空和多层加压相结合的工艺，使防护板强度加强，性能更好。
具体实施方式：
下面通过具体实施例对本发明进行进一步阐述，下述说明只是为了解释本发明，并不对本发明的实质内容进行限制。
本发明的含钡硫铝酸盐水泥，使用专利申请号为89100506.4的中国专利“含钡硫铝酸盐水泥”，具体为其实施例中配方I所制得的水泥。其制法不再赘述。
实施例1
本无铅X射线防护板采用以下重量份的原料制成：硫酸钡40份，含钡硫铝酸盐水泥30份，纸浆纤维18份，20-50目的云母粉10份，100-200目的氧化铝粉2份，钛白粉3份，氧化锌3份，硅酸钠2份，云母粉和氧化铝粉不符合目数规定的粉碎到要求的目数。
其制备方法为：
(1)按配比将硫酸钡、含钡硫铝酸盐水泥、云母粉、增强纤维、氧化铝粉、钛白粉、氧化锌和硅酸钠加入到打浆机中，使各原料充分混合，然后加水打浆20分钟，制成浓度为10-15wt％的浆液；
(2)将上述浆液注入碾压机中形成薄胚，将薄胚进行多次真空脱水至含水量为20-25wt％；
(3)将步骤(2)所得的薄胚叠加至高度为10cm高，将它们的边缘切割整齐，然后将薄胚放入抽真空的设备中，使设备中相对真空度为-0.05MPa，对薄胚进行真空抽气，抽走薄胚中的气体，防止在加压处理时产生气泡，再将多层薄胚进行辊压处理，得到厚度为3-4cm的板胚，辊压压力为15Mpa，时间为10h；
(4)将步骤(3)所得板胚放在平板上室温下放置8h；
(5)将辊压后的板胚整齐叠放在一起，叠放高度为40cm，然后用5000T的压力机对板胚进行加压处理15h得到1-1.2cm厚的板材；
(6)将上述板材在50-60℃下蒸养50h，然后在0.8MPa压力下养护12h，经干燥、脱模、切割成型、砂光得无铅X射线防护板。
将本防护板在碱性环境中使用，5年后观察，无变形、反碱、变潮等现象出现。
实施例2
本无铅X射线防护板采用以下重量份的原料制成：硫酸钡50份，含钡硫铝酸盐水泥30份，20-50目的云母粉16份，石棉纤维7份，100-200目的氧化铝粉5份，钛白粉2份，氧化锌2份，胶黏剂5份，云母粉和氧化铝粉不符合目数规定的粉碎到要求的目数。所述胶黏剂为HDEP和聚合度在140-250之间，取代度在1.8-2.5之间的醋酸纤维素，HDEP和醋酸纤维素的长度在8-15mm之间，直径在15-20μm之间。
其制备方法为：
(1)按配比将硫酸钡、含钡硫铝酸盐水泥、云母粉、石棉纤维、氧化铝粉、钛白粉、氧化锌、胶黏剂加入到打浆机中，使各原料充分混合，然后加水打浆25分钟，制成浓度为10-15wt％的浆液；
(2)将上述浆液注入碾压机中形成薄胚，将薄胚进行多次真空脱水至含水量为20-25wt％；
(3)将步骤(2)所得的薄胚叠加至高度为12cm高，将它们的边缘切割整齐，然后将薄胚放入抽真空的设备中，使设备中相对真空度为-0.03MPa，对薄胚进行真空抽气，抽走薄胚中的气体，防止在加压处理时产生气泡，再将多层薄胚进行辊压处理，得到厚度为3-4cm的板胚，辊压压力为20Mpa，时间为8h；
(4)将步骤(3)所得板胚放在平板上室温下放置12h；
(5)将辊压后的板胚整齐叠放在一起，叠放高度为45cm，然后用5000T的压力机对板胚进行加压处理30h得到1-1.2cm厚的板材；
(6)将上述板材在60-70℃下蒸养40h，然后在0.5MPa压力下养护15h，经干燥、脱模、切割成型、砂光得无铅X射线防护板。
将本防护板在碱性环境中使用，5年后观察，无变形、反碱、变潮等现象出现。
实施例3
本无铅X射线防护板采用以下重量份的原料制成：硫酸钡45份，含钡硫铝酸盐水泥40份，20-50目的云母粉17份，纸浆纤维5份，100-200目的氧化铝粉3份，钛白粉5份，氧化锌3份，胶黏剂4份，云母粉和氧化铝粉不符合目数规定的粉碎到要求的目数，所述胶黏剂为环氧树脂6101和聚丙烯EP300R，它们的长度均在8-15mm之间，直径均在15-20μm之间。
其制备方法为：
(1)按配比将硫酸钡、含钡硫铝酸盐水泥、云母粉、纸浆纤维、氧化铝粉、钛白粉、氧化锌和胶黏剂加入到打浆机中，使各原料充分混合，然后加水打浆25分钟，制成浓度为10-15wt％的浆液；
(2)将上述浆液注入碾压机中形成薄胚，将薄胚进行多次真空脱水至含水量为20-25wt％；
(3)将步骤(2)所得的薄胚叠加至高度为14cm高，将它们的边缘切割整齐，然后将薄胚放入抽真空的设备中，使设备中相对真空度为-0.02MPa，对薄胚进行真空抽气，抽走薄胚中的气体，防止在加压处理时产生气泡，再将多层薄胚进行辊压处理，得到厚度为3-4cm的板胚，辊压压力为25Mpa，时间为7h；
(4)将步骤(3)得到的板胚放在平板上，在室温下放置10小时；
(5)将辊压后的板胚整齐叠放在一起，叠放高度为45cm，然后用5000T的压力机对板胚进行加压处理25h得到1-1.2cm厚的板材；
(6)将上述板材在70-80℃蒸养30h，然后在1MPa压力下养护10h，经干燥、脱模、切割成型、砂光得无铅X射线防护板。
将本防护板在碱性环境中使用，5年后观察，无变形、反碱、变潮等现象出现。
实施例4
本无铅X射线防护板采用以下重量份的原料制成：硫酸钡45份，含钡硫铝酸盐水泥45份，20-50目的云母粉18份，石棉纤维10份，100-200目的氧化铝粉3份，钛白粉4份，氧化锌2份，对叔丁基酚醛树脂2份，云母粉和氧化铝粉不符合目数规定的粉碎到要求的目数。对叔丁基酚醛树脂长度为8-15mm，直径为15-20μm。
其制备方法为：
(1)按配比将硫酸钡、含钡硫铝酸盐水泥、云母粉、增强纤维、氧化铝粉、钛白粉、氧化锌和酚醛树脂加入到打浆机中，使各原料充分混合，然后加水打浆25分钟，制成浓度为10-15wt％的浆液；
(2)将上述浆液注入碾压机中形成薄胚，将薄胚进行多次真空脱水至含水量为20-25wt％；
(3)将步骤(2)所得的薄胚叠加至高度为15cm高，将它们的边缘切割整齐，然后将薄胚放入抽真空的设备中，使设备中相对真空度为-0.01MPa，对薄胚进行真空抽气，抽走薄胚中的气体，防止在加压处理时产生气泡，再将多层薄胚进行辊压处理，得到厚度为3-4cm的板胚，辊压压力为30Mpa，时间为5h；
(4)将步骤(3)得到的板胚放在平板上，在室温下放置8小时；
(5)将辊压后的板胚整齐叠放在一起，叠放高度为45cm，然后用5000T的压力机对板胚进行加压处理30h得到1-1.2cm厚的板材；
(6)将上述板材在90-100℃蒸养20h，然后在1MPa压力下养护10h，经干燥、脱模、切割成型、砂光得无铅X射线防护板。
将本防护板在碱性环境中使用，5年后观察，无变形、反碱、变潮等现象出现。
将上述实施例所得的无铅X射线防护板进行性能测试，铅当量测定使用仪器为X射线机(型号AXGP520)；条件为80-120kv，100mAs，2.5mmAL。各实施例所得的防护板性能如下：
表1
Figure GSA00000132928700081
注：对照组的板材为专利200910014857.8公开的一种X射线屏蔽装饰板。
由表1可以看出，本发明的无铅X射线防护板在防护效果、比重和强度方面都有了改善，实现了强度高、单位厚度下防护效果好且比重小的目的。
上述说明具体阐述了本发明的实质内容及优点，但并不对本发明进行限制，本领域技术人员还可以根据具体需要进行改进，但这些改进均应在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无铅X射线防护板，其特征是采用以下重量份的原料制成：
硫酸钡40-50份，含钡硫铝酸盐水泥30-45份，增强纤维16-18份，云母粉5-10份，氧化铝粉2-5份，钛白粉2-5份，氧化锌2-3份，胶粘剂2-5份。
2.根据权利要求1所述的无铅X射线防护板，其特征是采用以下重量份的原料制成：
硫酸钡50份，含钡硫铝酸盐水泥30份，增强纤维16份，云母粉7份，氧化铝粉5份，钛白粉2份，氧化锌2份，胶粘剂5份。
3.根据权利要求1或2所述的无铅X射线防护板，其特征是：所述的增强纤维为纸浆纤维或石棉纤维；所述的胶粘剂为高密度聚乙烯、聚丙烯EP300R、环氧树脂6101、环氧树脂634、对叔丁基酚醛树脂、醋酸纤维素和硅酸钠中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的无铅X射线防护板，其特征是：所述云母粉的目数为20-50目，所述氧化铝粉的目数为100-200目。
5.一种权利要求4所述无铅X射线防护板的制备方法，其特征是包括以下步骤：
(1)按配比将硫酸钡、含钡硫铝酸盐水泥、云母粉、增强纤维、氧化铝粉、钛白粉、氧化锌和胶黏剂加入到打浆机中，使各原料充分混合，然后加水打浆20-25分钟，制成浓度为10-15wt％的浆液；
(2)将上述浆液注入碾压机中形成薄胚，将薄胚进行多次真空脱水至含水量为20-25wt％；
(3)将步骤(2)所得的薄胚多层叠加，将它们的边缘切割整齐，然后对薄胚进行真空抽气，抽走薄胚中的气体，再将多层薄胚进行辊压处理，得到厚度为3-4cm的板胚，辊压压力为15-30MPa，时间为5-10h；
(4)将步骤(3)得到的板胚放在平板上，在室温下放置8-12小时；
(5)将步骤(4)的板胚整齐叠放在一起，然后用5000T的压力机加压处理15-30h得到板材；
(6)将上述板材在50-100℃蒸养20-50h，然后在0.5-1MPa压力下养护10-15h，经干燥、脱模、切割成型、砂光得无铅X射线防护板。
6.根据权利要求5所述的无铅X射线防护板的制备方法，其特征是：步骤(3)中薄胚叠加的高度为10-15cm；步骤(4)中板胚叠放的高度为40-45cm。
7.根据权利要求5或6所述的无铅X射线防护板的制备方法，其特征是：步骤(3)的相对真空度为-0.05～-0.01MPa。
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