CN102496396B - 稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料及其制备方法，涉及稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料及其制备方法。解决现有防核辐射材料体积大、可移动性差、含铅毒、屏蔽范围窄和屏蔽效能递减的问题。复合梯度防核辐射材料由单层材料叠加制得，单层材料以钨、稀土为添加料，聚乙烯为基体，利用原位反应与物理共混结合的方法制得，将合成的单层材料转入热压机内继续保温预热后，进行单片分层叠加、热压合，即得。防核辐射材料质轻、无铅毒、材料无裂纹、质地均匀、贵重金属用量少、可循环利用、屏蔽效能效果优异且性能持久，对β射线、γ射线、中子射线均有很好的屏蔽效果，还能根据具体辐射环境灵活调整单层材料种类与顺序进而得到相应的适应体。
Description
技术领域
本发明涉及稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料及其制备方法。
背景技术
随着国防科研、放射性医学和核技术应用的不断发展，各种放射性射线被广泛应用，射线对人体的伤害和对环境的破坏也逐渐被人类所认识。经常接触放射性射线的人会出现皮肤烧伤、毛发脱落、眼痛、白血球减少甚至骨髓瘤等症状，因此，对防护这些射线的各种屏蔽材料的研究便成为一项十分重要和迫切的课题。然而，近年来随着射线装置和核技术应用的进一步发展，传统、单一的屏蔽材料已经不能满足诸如移动式反应堆和可携带辐射源等的防护要求，如混凝土重量重，可移动性差；Pb有毒，对能量高于88keV和13～40keV之间的射线有良好的吸收能力；但对能量介于40～88keV之间的射线却存在一个“Pb的弱吸收区”，对中子吸收屏蔽效果差；硼热中子吸收性能递减，为克服由此带来的挑战，制备质轻、无毒、物理性质优异、屏蔽效果好且性能持久的新型防辐射材料的研究便成为了屏蔽材料研究最热门的方向之一。
发明内容
本发明的目的是要解决现有防核辐射材料体积大、可移动性差、含铅毒、屏蔽范围窄和屏蔽效能递减的问题，本发明提供了一种稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料及其制备方法。
本发明的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料由下至上依次将材料一、材料二、材料三、材料四和材料五叠加后在热压机内热压合制备得到的，所述材料一为单层材料A，所述材料二为单层材料B或单层材料E，所述材料三为单层材料D或单层材料E，所述材料四为单层材料C，所述材料五为单层材料F，且材料一、材料二、材料三、材料四和材料五不相同；其中单层材料A按重量份由50份的聚乙烯、40份的钨粉、0.5份硅烷偶联剂和10份的稀土氧化物制成，单层材料B按重量份由55份的聚乙烯、10份的稀土氧化物、15份的钨粉、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和20份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物制成，单层材料C按重量份由55份的聚乙烯、20份的钨粉、5份的稀土氧化物、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和20份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物制成，单层材料D按重量份由55份的聚乙烯、5份的钨粉、20份的稀土氧化物、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和20份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物制成，单层材料E按重量份由55份的聚乙烯、5份的钨粉、5份的稀土氧化物、15份的钨粉、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和35份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物制成，单层材料F按重量份由55份的聚乙烯、0.5份偶硅烷联剂和45份的钨粉制成。
本发明的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料的制备方法是通过以下步骤实现的：
一、制备单层材料A：a、按重量份称取50份的聚乙烯、40份的钨粉、0.5份硅烷偶联剂和10份的稀土氧化物，然后将称取的钨粉和稀土氧化物用硅烷偶联剂处理后得混合物料，再加入聚乙烯，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压或密炼得粗单层材料A；b、将粗单层材料A在120～130℃温度下预热5～10min，然后在100～150kg/cm2的压力下单片剪切3～6次，得单层材料A；
二、制备单层材料B：a、按重量份称取55份的聚乙烯、15份的钨粉、10份的稀土氧化物、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和20份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物，然后将称取的钨粉和稀土氧化物用硅烷偶联剂处理得混合物料，再向混合物料中加入聚乙烯、原位反应引发剂和稀土元素的甲基丙烯酸化合物，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压或密炼得粗单层材料B；b、将粗单层材料B在140～150℃温度下预热5～10min，然后在300～350kg/cm2的压力下单片剪切3～6次，得单层材料B；
三、制备单层材料C：a、按重量份称取55份的聚乙烯、20份的钨粉、5份的稀土氧化物、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和20份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物，然后将称取的钨粉和稀土氧化物用硅烷偶联剂处理得混合物料，再向混合物料中加入聚乙烯、原位反应引发剂和稀土元素的甲基丙烯酸化合物，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压或密炼得粗单层材料C；b、将粗单层材料C在140～150℃温度下预热5～10min，然后在300～350kg/cm2的压力下单片剪切3～6次，得单层材料C；
四、制备单层材料D：a、按重量份称取55份的聚乙烯、5份的钨粉、20份的稀土氧化物、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和20份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物，然后将称取的钨粉和稀土氧化物用硅烷偶联剂处理得混合物料，再向混合物料中加入聚乙烯、原位反应引发剂和稀土元素的甲基丙烯酸化合物，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压或密炼得粗单层材料D；b、将粗单层材料D在150～160℃温度下预热5～10min，然后在300～350kg/cm2的压力下单片剪切3～6次，得单层材料D；
五、制备单层材料E：a、按重量份称取55份的聚乙烯、5份的钨粉、5份的稀土氧化物、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和35份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物，然后将称取的钨粉和稀土氧化物用硅烷偶联剂处理得混合物料，再向混合物料中加入聚乙烯、原位反应引发剂和稀土元素的甲基丙烯酸化合物，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压或密炼得粗单层材料E；b、将粗单层材料E在150～160℃温度下预热5～10min，然后在300～350kg/cm2的压力下单片剪切3～6次，得单层材料E；
六、制备单层材料F：a、按重量份称取55份的聚乙烯、0.5份硅烷偶联剂和45份的钨粉，然后将称取的钨粉用硅烷偶联剂处理得混合物料，再向混合物料中加入聚乙烯，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压或密炼得粗单层材料F；b、将粗单层材料F在120～130℃温度下预热5～10min，然后在100～150kg/cm2的压力下单片剪切3～6次，得单层材料F；
七、按由下至上的顺序将材料一、材料二、材料三、材料四和材料五叠加后放入热压机中，然后在130～150℃温度下保温10～20min后，放下热压机上板，加压20～30kg/cm2，保压0.5～2min，得稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料；其中，所述材料一为单层材料A，所述材料二为单层材料B或单层材料E，所述材料三为单层材料D或单层材料E，所述材料四为单层材料C，所述材料五为单层材料F，且材料一、材料二、材料三、材料四和材料五不相同。
本发明的制备方法中的步骤一至步骤六中所述的用硅烷偶联剂处理，采用本领域技术人员的现有公知常识处理即可。
本发明的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料有三种，每种都有五层，由下至上依次为单层材料A、单层材料B、单层材料D、单层材料C和单层材料F，或者单层材料A、单层材料B、单层材料E、单层材料C和单层材料F，或者单层材料A、单层材料E、单层材料D、单层材料C和单层材料F。
本发明中所述的稀土氧化物为氧化镧、氧化铷、氧化钆或者氧化镥等。
本发明中所述的稀土元素的甲基丙烯酸化合物为甲基丙烯酸镧、甲基丙烯酸铷、甲基丙烯酸钆或者甲基丙烯酸镥等。稀土元素的甲基丙烯酸化合物利用相应的稀土氧化物按照酸碱反应法即可制备得到，本领域技术人员按照现有公知常识能够制备得到稀土元素的甲基丙烯酸化合物。
本发明的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料是由单层材料叠加制得的，单层材料是以钨、稀土为添加料，聚乙烯为基体，利用原位反应与物理共混相结合的方法制备得到，将合成的单层材料经热压机处理在模具中压薄至适厚(2～10mm)，然后转入热压机内继续保温预热后，进行单片分层叠加、热压合，进而制备出相应的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料。其中，单层材料转入热压机内继续保温预热前，在100～110℃温度下保温15～25min，是为了使材料受热均匀，减少因材料内部应力不均而导致的裂纹、拉伸强度降低等物理性能降低的现象。
本发明步骤一至步骤六中所述的挤压采用单螺杆挤出机或者双螺杆螺杆挤出机，所述密炼采用密炼机。
本发明的单层材料A中钨含量高，并含有少量稀土氧化物，将其放于本发明的梯度防核辐射材料的末层(记为第五层)，主要是应对经材料产生的韧致辐射、次级γ射线及可能剩余的少量热中子；单层材料F中钨含量最高，放于本发明的梯度防核辐射材料的顶层(向辐射源面，记为第一层)，主要对放射源γ射线屏蔽、快中子慢化；单层材料B和单层材料C的钨含量介于单层材料A、单层材料F之间，且单层材料B的钨含量高于单层材料C的，因此，将单层材料C放于次层(记为第二层)钨含量递减镥递增，将单层材料B放于次末层(记为第四层)以达到钨含量递增稀土元素递减的效果；单层材料D和单层材料E中钨含量最低，稀土氧化物和稀土元素的甲基丙烯酸化合物的总含量一致且为最高含量，将单层材料D和单层材料E主要放于中间(记为第三层)，主要为了对热中子的吸收。另外本发明的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料中有一种将单层材料E放在了次末层，单层材料D放于中间，主要考虑应对不同辐射环境(此处中子射线相对强)而进行的调整设计。
本发明的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料是一种质轻、无铅毒、材料无裂纹、质地均匀、贵重金属用量少、可循环利用、屏蔽效能效果优异且性能持久的新型防核辐射材料，对β射线、γ射线、中子射线均有很好的屏蔽效果，该梯度材料还能够根据具体辐射环境灵活调整单层材料种类与顺序进而得到相应的适应体。
本发明的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料对β射线均有较好的屏蔽效果，对β射线的射程＜3.5mm；随γ射线能量升高，本发明的梯度防辐射材料的γ射线衰减系数减弱，对低能γ射线屏蔽效果突出；对中、高能γ射线均有较好的屏蔽性能；相对单层材料而言，梯度防辐射材料对γ射线屏蔽性能介于单层材料最小值与最大值之间，梯度材料可以根据环境射线情况进行调整设计，对环境有很好的适应性。
附图说明
图1是本发明的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料的设计模型图；图2是试验1得到的第一种镥/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料的断面的扫描电子显微照片；图3是试验1得到的第二种镥/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料的断面的扫描电子显微照片；图4是第三种镥/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料的断面的扫描电子显微照片。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式为稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料，稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料由下至上依次将材料一、材料二、材料三、材料四和材料五叠加后在热压机内热压合制备得到的，所述材料一为单层材料A，所述材料二为单层材料B或单层材料E，所述材料三为单层材料D或单层材料E，所述材料四为单层材料C，所述材料五为单层材料F，且材料一、材料二、材料三、材料四和材料五不相同；其中单层材料A按重量份由50份的聚乙烯、40份的钨粉、0.5份硅烷偶联剂和10份的稀土氧化物制成，单层材料B按重量份由55份的聚乙烯、10份的稀土氧化物、15份的钨粉、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和20份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物制成，单层材料C按重量份由55份的聚乙烯、20份的钨粉、5份的稀土氧化物、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和20份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物制成，单层材料D按重量份由55份的聚乙烯、5份的钨粉、20份的稀土氧化物、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和20份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物制成，单层材料E按重量份由55份的聚乙烯、5份的钨粉、5份的稀土氧化物、15份的钨粉、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和35份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物制成，单层材料F按重量份由55份的聚乙烯、0.5份偶硅烷联剂和45份的钨粉制成。
本实施方式中的单层材料A至单层材料F中各物料的重量份基数相同。
本实施方式的单层材料A至单层材料F中所述的偶硅烷联剂为市售产品，例如KH550、KH570等。
本实施方式的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料有三种，每种都有五层，由下至上依次为单层材料A、单层材料B、单层材料D、单层材料C和单层材料F，或者单层材料A、单层材料B、单层材料E、单层材料C和单层材料F，或者单层材料A、单层材料E、单层材料D、单层材料C和单层材料F。顶层(单层材料F)为向辐射源面。
本实施方式的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料的设计模型如图1所示，单层材料A中钨含量高，并含有少量稀土氧化物，将其放于本实施方式的梯度防核辐射材料的末层(记为第五层)，主要是应对经材料产生的韧致辐射、次级γ射线及可能剩余的少量热中子；单层材料F中钨含量最高，放于本实施方式的梯度防核辐射材料的顶层(向辐射源面，记为第一层)，主要对放射源γ射线屏蔽、快中子慢化；单层材料B和单层材料C的钨含量介于单层材料A、单层材料F之间，且单层材料B的钨含量高于单层材料C的，因此，将单层材料C放于次层(记为第二层)钨含量递减镥递增，将单层材料B放于次末层(记为第四层)以达到钨含量递增稀土元素递减的效果；单层材料D和单层材料E中钨含量最低，稀土氧化物和稀土元素的甲基丙烯酸化合物的总含量一致且为最高含量，将单层材料D和单层材料E主要放于中间(记为第三层)，主要为了对热中子的吸收。另外本实施方式的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料中有一种将单层材料E放在了次末层，单层材料D放于中间，主要考虑应对不同辐射环境(此处中子射线相对强)而进行的调整设计。
本实施方式的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料是一种质轻、无铅毒、材料无裂纹、质地均匀、贵重金属用量少、可循环利用、屏蔽效能效果优异且性能持久的新型防核辐射材料，该梯度材料还能够根据具体辐射环境灵活调整单层材料种类与顺序进而得到相应的适应体。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是单层材料A、单层材料B、单层材料C、单层材料D和单层材料E中所述的稀土氧化物均为氧化镧、氧化铷、氧化钆和氧化镥等中的一种。其它参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是单层材料B、单层材料C、单层材料D和单层材料E中所述的稀土元素的甲基丙烯酸化合物均为甲基丙烯酸镧、甲基丙烯酸铷、甲基丙烯酸钆和甲基丙烯酸镥等中的一种。其它参数与具体实施方式一或二相同。
本实施方式中稀土元素的甲基丙烯酸化合物利用相应的稀土氧化物按照酸碱反应法即可制备得到，本领域技术人员按照现有公知常识能够制备得到稀土元素的甲基丙烯酸化合物。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是单层材料B、单层材料C、单层材料D和单层材料E中所述的原位反应引发剂均为过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈等中的一种。其它参数与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式为具体实施方式一所述的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料的制备方法，其是通过以下步骤实现的：一、制备单层材料A：a、按重量份称取50份的聚乙烯、40份的钨粉、0.5份硅烷偶联剂和10份的稀土氧化物，然后将称取的钨粉和稀土氧化物用硅烷偶联剂处理后得混合物料，再加入聚乙烯，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压或密炼得粗单层材料A；b、将粗单层材料A在120～130℃温度下预热5～10min，然后在100～150kg/cm2的压力下单片剪切3～6次，得单层材料A；
二、制备单层材料B：a、按重量份称取55份的聚乙烯、15份的钨粉、10份的稀土氧化物、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和20份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物，然后将称取的钨粉和稀土氧化物用硅烷偶联剂处理得混合物料，再向混合物料中加入聚乙烯、原位反应引发剂和稀土元素的甲基丙烯酸化合物，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压或密炼得粗单层材料B；b、将粗单层材料B在140～150℃温度下预热5～10min，然后在300～350kg/cm2的压力下单片剪切3～6次，得单层材料B；
三、制备单层材料C：a、按重量份称取55份的聚乙烯、20份的钨粉、5份的稀土氧化物、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和20份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物，然后将称取的钨粉和稀土氧化物用硅烷偶联剂处理得混合物料，再向混合物料中加入聚乙烯、原位反应引发剂和稀土元素的甲基丙烯酸化合物，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压或密炼得粗单层材料C；b、将粗单层材料C在140～150℃温度下预热5～10min，然后在300～350kg/cm2的压力下单片剪切3～6次，得单层材料C；
四、制备单层材料D：a、按重量份称取55份的聚乙烯、5份的钨粉、20份的稀土氧化物、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和20份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物，然后将称取的钨粉和稀土氧化物用硅烷偶联剂处理得混合物料，再向混合物料中加入聚乙烯、原位反应引发剂和稀土元素的甲基丙烯酸化合物，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压或密炼得粗单层材料D；b、将粗单层材料D在150～160℃温度下预热5～10min，然后在300～350kg/cm2的压力下单片剪切3～6次，得单层材料D；
五、制备单层材料E：a、按重量份称取55份的聚乙烯、5份的钨粉、5份的稀土氧化物、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和35份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物，然后将称取的钨粉和稀土氧化物用硅烷偶联剂处理得混合物料，再向混合物料中加入聚乙烯、原位反应引发剂和稀土元素的甲基丙烯酸化合物，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压或密炼得粗单层材料E；b、将粗单层材料E在150～160℃温度下预热5～10min，然后在300～350kg/cm2的压力下单片剪切3～6次，得单层材料E；
六、制备单层材料F：a、按重量份称取55份的聚乙烯、0.5份硅烷偶联剂和45份的钨粉，然后将称取的钨粉用硅烷偶联剂处理得混合物料，再向混合物料中加入聚乙烯，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压或密炼得粗单层材料F；b、将粗单层材料F在120～130℃温度下预热5～10min，然后在100～150kg/cm2的压力下单片剪切3～6次，得单层材料F；
七、按由下至上的顺序将材料一、材料二、材料三、材料四和材料五叠加后放入热压机中，然后在130～150℃温度下保温10～20min后，放下热压机上板，加压20～30kg/cm2，保压0.5～2min，得稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料；其中，所述材料一为单层材料A，所述材料二为单层材料B或单层材料E，所述材料三为单层材料D或单层材料E，所述材料四为单层材料C，所述材料五为单层材料F，且材料一、材料二、材料三、材料四和材料五不相同。
本实施方式中的步骤一至步骤六中称取的各物料的重量份基数相同。
本实施方式步骤一中步骤六所述的用硅烷偶联剂处理，具体是采用水醇溶液表面处理法，具体如下：按质量分数将20％的硅烷偶联剂、72％酒精和8％蒸馏水配置得水醇溶液，然后将预处理的原料(钨粉和稀土氧化物，或者钨粉)加入水醇溶液中，在室温、机械搅拌下处理30min，然后转移至90℃水浴条件下，搅拌1h，再在80℃下风干2h即可。
本实施方式制备得到如具体实施方式一中所述的三种稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料，由下至上依次为：第一种：单层材料A、单层材料B、单层材料D、单层材料C和单层材料F，第二种：单层材料A、单层材料B、单层材料E、单层材料C和单层材料F，第三种：单层材料A、单层材料E、单层材料D、单层材料C和单层材料F。顶层(单层材料F)为向辐射源面。
本实施方式制备得到的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料，具有良好的物理性能，表面均匀、无裂纹、材质厚度匀称，符合防核辐射材料对材料质地要求。梯度防核辐射材料屏蔽效果良好，对β射线、低能、中能、高能γ射线均有很好的屏蔽效果(质量吸收系数较铅比已较高，其中第二种梯度材料综合屏蔽效果最佳(对β射线射程＜3.5mm)，符合设计要求，且本身无铅毒、屏蔽效能持久，综合性能良好，具有良好的应用价值与使用前景。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤一至步骤五中所述的稀土氧化物均为氧化镧、氧化铷、氧化钆和氧化镥等中的一种。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或六不同的是步骤二至步骤五中所述的稀土元素的甲基丙烯酸化合物均为甲基丙烯酸镧、甲基丙烯酸铷、甲基丙烯酸钆和甲基丙烯酸镥等中的一种。其它步骤及参数与具体实施方式五或六相同。
本实施方式中稀土元素的甲基丙烯酸化合物利用相应的稀土氧化物按照酸碱反应法即可制备得到，本领域技术人员按照现有公知常识能够制备得到稀土元素的甲基丙烯酸化合物。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五、六或七不同的是步骤二至步骤五中所述的原位反应引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈等中的一种。其它步骤及参数与具体实施方式五、六或七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五至八之一不同的是步骤七中在按由下至上的顺序将材料一、材料二、材料三、材料四和材料五叠加后放入热压机中之前，将材料一、材料二、材料三、材料四和材料五分别在100～110℃温度下保温15～25min。其它步骤及参数与具体实施方式五至八之一相同。
本实施方式中在将材料一、材料二、材料三、材料四和材料五叠加放入热压机内处理前，分别保温处理，是为了使材料受热均匀，减少因材料内部应力不均而导致的裂纹、拉伸强度降低等物理性能降低的现象。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式五至九之一不同的是步骤七中按由下至上的顺序将材料一、材料二、材料三、材料四和材料五叠加后放入热压机中，然后在140℃温度下保温15min后，放下热压机上板，加压25kg/cm2，保压1min。其它步骤及参数与具体实施方式五至九之一相同。
为了验证本发明的有益效果，进行如下试验：
试验1：镥/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料的制备方法，其是通过以下步骤实现的：一、制备单层材料A：a、按重量份称取50份的聚乙烯、40份的钨粉、0.5份硅烷偶联剂和10份的氧化镥，然后将称取的钨粉和氧化镥用硅烷偶联剂处理后得混合物料，再加入聚乙烯，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压得粗单层材料A；b、将粗单层材料A在130℃温度下预热5～10min，然后在120kg/cm2的压力下单片剪切4次，得单层材料A；
二、制备单层材料B：a、按重量份称取55份的聚乙烯、15份的钨粉、10份的氧化镥、0.5份硅烷偶联剂、0.2份过氧化苯甲酰和20份的甲基丙烯酸镥，然后将称取的钨粉和氧化镥用硅烷偶联剂处理得混合物料，再向混合物料中加入聚乙烯、过氧化苯甲酰和稀土元素的甲基丙烯酸化合物，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压得粗单层材料B；b、将粗单层材料B在145℃温度下预热5～10min，然后在320kg/cm2的压力下单片剪切4次，得单层材料B；
三、制备单层材料C：a、按重量份称取55份的聚乙烯、20份的钨粉、5份的氧化镥、0.5份硅烷偶联剂、0.2份过氧化苯甲酰和20份的甲基丙烯酸镥，然后将称取的钨粉和氧化镥用硅烷偶联剂处理得混合物料，再向混合物料中加入聚乙烯、过氧化苯甲酰和稀土元素的甲基丙烯酸化合物，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压得粗单层材料C；b、将粗单层材料C在145℃温度下预热5～10min，然后在320kg/cm2的压力下单片剪切4次，得单层材料C；
四、制备单层材料D：a、按重量份称取55份的聚乙烯、5份的钨粉、20份的氧化镥、0.5份硅烷偶联剂、0.2份过氧化苯甲酰和20份的甲基丙烯酸镥，然后将称取的钨粉和氧化镥用硅烷偶联剂处理得混合物料，再向混合物料中加入聚乙烯、过氧化苯甲酰和稀土元素的甲基丙烯酸化合物，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压得粗单层材料D；b、将粗单层材料D在155℃温度下预热5～10min，然后在320kg/cm2的压力下单片剪切4次，得单层材料D；
五、制备单层材料E：a、按重量份称取55份的聚乙烯、5份的钨粉、5份的氧化镥、0.5份硅烷偶联剂、0.2份过氧化苯甲酰和35份的甲基丙烯酸镥，然后将称取的钨粉和氧化镥用硅烷偶联剂处理得混合物料，再向混合物料中加入聚乙烯、过氧化苯甲酰和稀土元素的甲基丙烯酸化合物，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压得粗单层材料E；b、将粗单层材料E在155℃温度下预热5～10min，然后在320kg/cm2的压力下单片剪切4次，得单层材料E；
六、制备单层材料F：a、按重量份称取55份的聚乙烯、0.5份硅烷偶联剂和45份的钨粉，然后将称取的钨粉用硅烷偶联剂处理得混合物料，再向混合物料中加入聚乙烯，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压得粗单层材料F；b、将粗单层材料F在130℃温度下预热5～10min，然后在120kg/cm2的压力下单片剪切4次，得单层材料F；
七、按由下至上的顺序将材料一、材料二、材料三、材料四和材料五叠加后放入热压机中，然后在140℃温度下保温15min后，放下热压机上板，加压25kg/cm2，保压1min，得镥/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料；其中，所述材料一为单层材料A，所述材料二为单层材料B或单层材料E，所述材料三为单层材料D或单层材料E，所述材料四为单层材料C，所述材料五为单层材料F，且材料一、材料二、材料三、材料四和材料五不相同。
试验1的步骤一至步骤六中采用的硅烷偶联剂为KH570。步骤一至步骤六中称取的各物料的重量份基数相同。步骤一至步骤六中挤压采用单螺杆挤压机。
即试验1得到三种镥/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料，由下至上第一种为单层材料A、单层材料B、单层材料D、单层材料C和单层材料F，第二种为单层材料A、单层材料B、单层材料E、单层材料C和单层材料F，第三种为单层材料A、单层材料E、单层材料D、单层材料C和单层材料F。顶层(单层材料F)为向辐射源面。
试验1得到的第一种镥/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料的断面的扫描电子显微照片如图2所示，第二种镥/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料的断面的扫描电子显微照片如图3所示，第三种镥/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料的断面的扫描电子显微照片如图4所示，可见，各单层材料经叠加热压合后，结合情况良好，五层材料均较好的结合在了一起，材质均匀，添加料与基体结合性良好。
试验1对制备得到的镥/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料进行了屏蔽性能测试，表1为镥/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料的β射线屏蔽效果测试结果，其中参照行为采用的β射线的剂量。
表1
由表1可见，试验1得到的三种镥/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料对β射线均有较好的屏蔽效果，其中第三种对β射线屏蔽效果较好(甲基丙烯酸镥Lu(MAA)3含量相对较多)，第二种对β射线射程小于3.5mm，说明该复合梯度防核辐射材料对β射线屏蔽特别有效。
表2为镥/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料的γ射线屏蔽效果测试结果，其中由纯W和纯Pb采用现有公开工艺制作的防辐射材料是用来作为对比的。
表2
由表2可知，(1)第一种、第二种和第三种梯度防核辐射材料对γ射线屏蔽效果相近，其中第二种的屏蔽性能最佳；(2)随γ射线能量升高，三种梯度防辐射材料γ射线衰减系数减弱，对低能γ射线屏蔽效果突出；(3)三种梯度防辐射材料对中、高能γ射线均有较好的屏蔽性能；(4)相对单层材料而言，梯度材料对γ射线屏蔽性能介于单层材料最小值与最大值之间，梯度材料可以根据环境射线情况进行调整设计，对环境有很好的适应性。
其中，试验1步骤二至步骤五中采用的甲基丙烯酸镥是通过以下步骤制备得到的：一、将Lu2O3溶于浓盐酸中得LuCl3溶液，然后向LuCl3溶液中加入氨水至沉淀完全，离心或抽滤得Lu(OH)3沉淀，Lu2O3质量与浓盐酸体积的比例为3g∶5mL；二、将步骤一得到的Lu(OH)3、甲基丙烯酸(HMAA)和水混合的混合物，置于80℃的水浴中，搅拌反应得甲基丙烯酸镥溶液，然后将甲基丙烯酸镥溶液中80％体积的水蒸发后，再在163℃下烘干，烘干后再加入酒精，然后再将酒精蒸干，得到甲基丙烯酸镥粉末；其中步骤二中甲基丙烯酸(HMAA)体积与Lu(OH)3的比例为4mL∶3g请补充，甲基丙烯酸(HMAA)和水的体积比为4∶1。
试验1的步骤一至步骤六中所述的用硅烷偶联剂处理，具体是采用水醇溶液表面处理法，具体如下：按质量分数将20％的硅烷偶联剂、72％酒精和8％蒸馏水配置得水醇溶液，然后将预处理的原料(步骤一至步骤五中为钨粉和Lu2O3粉末，步骤六中为钨粉)加入水醇溶液中，在室温、机械搅拌下处理30min，然后转移至90℃水浴条件下，搅拌1h，再在80℃下风干2h即可。
Claims (10)
1.稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料，其特征在于稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料由下至上依次将材料一、材料二、材料三、材料四和材料五叠加后在热压机内热压合制备得到的，所述材料一为单层材料A，所述材料二为单层材料B或单层材料E，所述材料三为单层材料D或单层材料E，所述材料四为单层材料C，所述材料五为单层材料F，且材料一、材料二、材料三、材料四和材料五不相同；其中单层材料A按重量份由50份的聚乙烯、40份的钨粉、0.5份硅烷偶联剂和10份的稀土氧化物制成，单层材料B按重量份由55份的聚乙烯、10份的稀土氧化物、15份的钨粉、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和20份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物制成，单层材料C按重量份由55份的聚乙烯、20份的钨粉、5份的稀土氧化物、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和20份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物制成，单层材料D按重量份由55份的聚乙烯、5份的钨粉、20份的稀土氧化物、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和20份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物制成，单层材料E按重量份由55份的聚乙烯、5份的钨粉、5份的稀土氧化物、15份的钨粉、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和35份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物制成，单层材料F按重量份由55份的聚乙烯、0.5份硅烷偶联剂和45份的钨粉制成。
2.根据权利要求1所述的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料，其特征在于单层材料A、单层材料B、单层材料C、单层材料D和单层材料E中所述的稀土氧化物均为氧化镧、氧化铷、氧化钆和氧化镥中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料，其特征在于单层材料B、单层材料C、单层材料D和单层材料E中所述的稀土元素的甲基丙烯酸化合物均为甲基丙烯酸镧、甲基丙烯酸铷、甲基丙烯酸钆和甲基丙烯酸镥中的一种。
4.根据权利要求1或2所述的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料，其特征在于单层材料B、单层材料C、单层材料D和单层材料E中所述的原位反应引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈中的一种。
5.如权利要求1所述的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料的制备方法，其特征在于稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料的制备方法是通过以下步骤实现的：一、制备单层材料A：a、按重量份称取50份的聚乙烯、40份的钨粉、0.5份硅烷偶联剂和10份的稀土氧化物，然后将称取的钨粉和稀土氧化物用硅烷偶联剂处理后得混合物料，再加入聚乙烯，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压或密炼得粗单层材料A；b、将粗单层材料A在120～130℃温度下预热5～10min，然后在100～150kg/cm2的压力下单片剪切3～6次，得单层材料A；
二、制备单层材料B：a、按重量份称取55份的聚乙烯、15份的钨粉、10份的稀土氧化物、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和20份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物，然后将称取的钨粉和稀土氧化物用硅烷偶联剂处理得混合物料，再向混合物料中加入聚乙烯、原位反应引发剂和稀土元素的甲基丙烯酸化合物，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压或密炼得粗单层材料B；b、将粗单层材料B在140～150℃温度下预热5～10min，然后在300～350kg/cm2的压力下单片剪切3～6次，得单层材料B；
三、制备单层材料C：a、按重量份称取55份的聚乙烯、20份的钨粉、5份的稀土氧化物、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和20份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物，然后将称取的钨粉和稀土氧化物用硅烷偶联剂处理得混合物料，再向混合物料中加入聚乙烯、原位反应引发剂和稀土元素的甲基丙烯酸化合物，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压或密炼得粗单层材料C；b、将粗单层材料C在140～150℃温度下预热5～10min，然后在300～350kg/cm2的压力下单片剪切3～6次，得单层材料C；
四、制备单层材料D：a、按重量份称取55份的聚乙烯、5份的钨粉、20份的稀土氧化物、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和20份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物，然后将称取的钨粉和稀土氧化物用硅烷偶联剂处理得混合物料，再向混合物料中加入聚乙烯、原位反应引发剂和稀土元素的甲基丙烯酸化合物，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压或密炼得粗单层材料D；b、将粗单层材料D在150～160℃温度下预热5～10min，然后在300～350kg/cm2的压力下单片剪切3～6次，得单层材料D；
五、制备单层材料E：a、按重量份称取55份的聚乙烯、5份的钨粉、5份的稀土氧化物、0.5份硅烷偶联剂、0.2份原位反应引发剂和35份的稀土元素的甲基丙烯酸化合物，然后将称取的钨粉和稀土氧化物用硅烷偶联剂处理得混合物料，再向混合物料中加入聚乙烯、原位反应引发剂和稀土元素的甲基丙烯酸化合物，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压或密炼得粗单层材料E；b、将粗单层材料E在150～160℃温度下预热5～10min，然后在300～350kg/cm2的压力下单片剪切3～6次，得单层材料E；
六、制备单层材料F：a、按重量份称取55份的聚乙烯、0.5份硅烷偶联剂和45份的钨粉，然后将称取的钨粉用硅烷偶联剂处理得混合物料，再向混合物料中加入聚乙烯，搅拌均匀得混合物，再将混合物挤压或密炼得粗单层材料F；b、将粗单层材料F在120～130℃温度下预热5～10min，然后在100～150kg/cm2的压力下单片剪切3～6次，得单层材料F；
七、按由下至上的顺序将材料一、材料二、材料三、材料四和材料五叠加后放入热压机中，然后在130～150℃温度下保温10～20min后，放下热压机上板，加压20～30kg/cm2，保压0.5～2min，得稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料；其中，所述材料一为单层材料A，所述材料二为单层材料B或单层材料E，所述材料三为单层材料D或单层材料E，所述材料四为单层材料C，所述材料五为单层材料F，且材料一、材料二、材料三、材料四和材料五不相同。
6.根据权利要求5所述的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料的制备方法，其特征在于步骤一至步骤五中所述的稀土氧化物均为氧化镧、氧化铷、氧化钆和氧化镥中的一种。
7.根据权利要求5或6所述的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料的制备方法，其特征在于步骤二至步骤五中所述的稀土元素的甲基丙烯酸化合物均为甲基丙烯酸镧、甲基丙烯酸铷、甲基丙烯酸钆和甲基丙烯酸镥中的一种。
8.根据权利要求5或6所述的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料的制备方法，其特征在于步骤二至步骤五中所述的原位反应引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈中的一种。
9.根据权利要求5或6所述的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料的制备方法，其特征在于步骤七中在按由下至上的顺序将材料一、材料二、材料三、材料四和材料五叠加后放入热压机中之前，将材料一、材料二、材料三、材料四和材料五分别在100～110℃温度下保温15～25min。
10.根据权利要求5或6所述的稀土/钨/聚乙烯复合梯度防核辐射材料的制备方法，其特征在于步骤七中按由下至上的顺序将材料一、材料二、材料三、材料四和材料五叠加后放入热压机中，然后在140℃温度下保温15min后，放下热压机上板，加压25kg/cm2，保压1min。
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