CN104021831B - 一种中子辐射防护服装材料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种辐射防护材料领域，特别涉及一种中子辐射防护服装材料及其制备方法。其技术方案是：一种中子辐射防护服装材料，其特征是至少包括五层不同功能填料无纺布，最外层(1)为含重金属填料无纺布，第二层(2)为不含填料无纺布，第三层(3)为低含硼填料无纺布，第四层(4)为高含硼填料无纺布，最里层(5)为含铅填料无纺布，使用时将该五层功能填料无纺布按由最外层(1)到最里层(5)的顺序叠加缝制而成。各功能层的制备方法为：(a)熔喷；(b)喷涂；(c)复合。本发明所述中子辐射防护服装材料同时具有中能中子、热中子和X、γ射线屏蔽功能，织物柔软，穿着舒适，屏蔽效率高；同时生产工艺简单，生产效率高，加工成本低。
Description
技术领域
本发明属于一种辐射防护材料领域，特别涉及一种服装材料及其制备方法。
背景技术
现有的中子辐射防护服装均是针对热中子屏蔽进行设计，对中能中子的屏蔽效率很低，且没有对混合场中的X、γ射线和二次生成γ射线进行屏蔽。而在实际应用中，辐射场通常为混合场，且中子辐射的能谱分布很广，平均能量都在0.2MeV以上。如在研究性重水反应堆厂，中子场能量在11keV～201keV之间，热中子、中能中子和快中子的平均剂量当量份额分别为20.6％、21.0％和58.4％，且中子与中子吸收材料作用后产生能量较高的二次γ射线辐射。
现有的中子屏蔽服装材料主要有含硼聚乙烯板、含硼橡胶和含硼或锂纤维织物。含硼聚乙烯板作为屏蔽材料大大降低了服装的柔软性和舒适性。橡胶氢原子密度低，对中子的慢化不利，且橡胶类物质易发生粘结，柔软性较差，降低了穿着舒适性。含硼和锂元素化合物纤维织物具有柔软的特点，在作为防护服使用时具有良好的服用性能，但采用离子交换纤维技术制备的纤维由于吸附量的限制，硼和锂元素的含量较低，牢度较差，屏蔽效率低。以熔融纺丝制成的复合纤维，由于芯层辐射屏蔽物质含量不能超过60％(w％)，导致屏蔽效率低。
因此，现有的中子辐射防护服装材料不能达到对中子场的有效防护，安全性、柔软性和舒适性都达不到中子辐射防护服装要求。
发明内容
本发明的目的是：提供一种中子辐射防护服装材料，能同时具有热中子、中能中子和X、γ射线屏蔽功能，且在吸收中子和γ射线后无二次辐射产生，织物柔软，屏蔽效率高。
本发明的技术方案：一种中子辐射防护服装材料，其特征是至少包括五层不同功能填料无纺布，最外层为含重金属填料无纺布；第二层为不含填料无纺布；第三层为低含硼填料无纺布；第四层为高含硼填料无纺布；最里层为含铅填料无纺布；使用时将该五层功能填料无纺布按由最外层到最里层的顺序叠加缝制而成。
进一步技术方案为：所述最外层含重金属填料无纺布的组成和质量比为：重金属化合物60％～85％，粘合剂1％～3％，抗氧剂0.3％～0.7％，成丝聚合物11.3％～38.7％；第二层不含填料无纺布的组成和质量比为：抗氧剂0.3％～0.7％，成丝聚合物99.3％～99.7％；第三层低含硼填料无纺布的组成和质量比为：硼化合物5％～30％，粘合剂1％～3％，抗氧剂0.3％～0.7％，成丝聚合物66.3％～93.7％；第四层高含硼填料无纺布的组成和质量比为：硼化合物50％～70％，粘合剂1％～3％，抗氧剂0.3％～0.7％，成丝聚合物26.3％～48.7％；最里层含铅填料无纺布的组成为：铅化合物60％～90％，粘合剂1％～3％，抗氧剂0.3％～0.7％，成丝聚合物6.3％～38.7％。
所述成丝聚合物为聚丙烯、聚乙烯、聚酯和聚酰胺中的一种；所述抗氧剂为胺类抗氧剂、苯酚类抗氧剂中的一种或多种；所述粘合剂为聚氨酯类、丙烯酸类、环氧树脂类中的一种或多种。
所述重金属化合物为碳酸钡、醋酸铅、三氧化二铅、辛酸铅、氧化铋、氢氧化铋、五氧化二铋中的任何一种或两种；所述硼化合物为碳化硼、氮化硼、硼酸、氧化硼中的任何一种；所述铅化合物为醋酸铅、三氧化二铅、辛酸铅的任何一种。
各功能填料无纺布的厚度在0.1mm～5mm。
该中子辐射防护服装材料各功能层制备方法，其生产工艺为：
(a)熔喷：将成丝聚合物切片和抗氧剂混合均匀后喂入螺杆挤压机加热熔融，通过熔喷纺丝从熔喷喷丝头A和熔喷喷丝头B挤出，形成纤网；
(b)喷涂：将功能填料和粘合剂在搅拌釜中搅拌20分钟～30分钟混合均匀，加入喷涂装置料筒，通过喷涂工艺从喷涂头喷出，通过调节喷涂喷枪往返的速度调节功能填料的含量；
(c)复合：从熔喷喷丝头A喷出的纤网，喷涂头喷涂的功能填料，和熔喷喷丝头B喷出的纤网依次在凝网帘上复合，然后经过烘干、压延、切边卷绕形成含功能填料的无纺布。
进一步技术方案，所述熔喷的工艺参数为：挤出量0.7g/min，一级气流压力为0.35MPa，二级气流压力为0.15MPa，接收距离为850mm。
所述喷涂的工艺参数为上液量为500ml/min～800ml/min，空气压力为0.3MPa～0.7MPa，喷涂头喷嘴的直径为10cm，喷嘴距布面距离为15cm，喷枪往返的次数为30次/min～120次/min。
所述功能填料平均粒径在1μm～10μm。
本发明五层功能层按一定顺序叠加组成中子辐射防护服装材料，其中最外层含重金属填料无纺布，其作用是使高能量的中子与重金属原子核发生非弹性散射而损失能量，使中能中子能量迅速降低到非弹性散射的阈值，同时屏蔽X、γ射线；第二层不含填料无纺布，其作用是利用含氢元素较多的化合物与中子发生非弹性散射，使中子能量进一步降低到热能区；第三层低含硼填料无纺布，其作用是降低中子能量，同时吸收热中子；第四层高含硼填料无纺布，其作用是利用硼元素热中子吸收截面大、俘获γ射线能量低的特点对热中子进行吸收；最里层含铅填料无纺布，其作用是屏蔽γ射线。因此本发明所述中子辐射防护服装材料同时具有中能中子、热中子和X、γ射线屏蔽功能，在吸收中子和γ射线后无二次辐射产生的，织物柔软，穿着舒适，屏蔽效率高；同时生产工艺简单，生产效率高，加工成本低。
附图说明
附图1为本发明中子辐射防护服装材料的结构示意图；
附图2为本发明中子辐射防护服装材料各功能层的生产工艺示意图。
具体实施方式
实施例1：见附图1，一种中子辐射防护服装材料，其特征是至少包括五层不同功能填料无纺布，最外层1为含重金属填料无纺布，用于使中能中子能量迅速降低到非弹性散射的阈值，同时屏蔽X、γ射线；第二层2为不含填料无纺布，用于进一步慢化中子；第三层3为低含硼填料无纺布，用于降低中子能量，同时吸收热中子；第四层4为高含硼填料无纺布，用于进一步吸收热中子；最里层5为含铅填料无纺布，用于屏蔽γ射线；
实施例2：见附图1，如实施例1所述的中子辐射防护服装材料，其特征是所述最外层1含重金属填料无纺布的组成和质量比为：重金属化合物60％～85％，粘合剂1％～3％，抗氧剂0.3％～0.7％，成丝聚合物11.3％～38.7％；第二层2不含填料无纺布的组成和质量比为：抗氧剂0.3％～0.7％，成丝聚合物99.3％～99.7％；第三层3低含硼填料无纺布的组成和质量比为：硼化合物5％～30％，粘合剂1％～3％，抗氧剂0.3％～0.7％，成丝聚合物66.3％～93.7％；第四层4高含硼填料无纺布的组成和质量比为：硼化合物50％～70％，粘合剂1％～3％，抗氧剂0.3％～0.7％，成丝聚合物26.3％～48.7％；最里层5含铅填料无纺布的组成为：铅化 合物60％～90％，粘合剂1％～3％，抗氧剂0.3％～0.7％，成丝聚合物6.3％～38.7％。
所述成丝聚合物为聚丙烯、聚乙烯、聚酯和聚酰胺中的一种；所述抗氧剂为胺类抗氧剂、苯酚类抗氧剂中的一种或多种；所述粘合剂为聚氨酯类、丙烯酸类、环氧树脂类中的一种或多种。
所述重金属化合物为碳酸钡、醋酸铅、三氧化二铅、辛酸铅、氧化铋、氢氧化铋、五氧化二铋中的任何一种或两种；所述硼化合物为碳化硼、氮化硼、硼酸、氧化硼中的任何一种；所述铅化合物为醋酸铅、三氧化二铅、辛酸铅的任何一种。
是各功能填料无纺布的厚度在0.1mm～5mm。
实施例3：见附图2，如实施例1或2所述的中子辐射防护服装材料各功能层的制备方法，其生产工艺为：
(a)熔喷：将成丝聚合物切片和抗氧剂混合均匀后喂入螺杆挤压机加热熔融，通过熔喷纺丝从熔喷喷丝头A和熔喷喷丝头B挤出，形成纤网；
(b)喷涂：将功能填料和粘合剂在搅拌釜中搅拌20分钟～30分钟混合均匀，加入喷涂装置料筒，通过喷涂工艺从喷涂头喷出，通过调节喷涂喷枪往返的速度调节功能填料的含量；
(c)复合：从熔喷喷丝头A喷出的纤网，喷涂头喷涂的功能填料，和熔喷喷丝头B喷出的纤网依次在凝网帘上复合，然后经过烘干、压延、切边卷绕形成含功能填料的无纺布。
实施例4：见附图2，如实施例3所述的中子辐射防护服装材料各功能层的制备方法，其特征是所述熔喷的工艺参数为：挤出量0.7g/min，一级气流压力为0.35MPa，二级气流压力为0.15MPa，接收距离为850mm。
所述喷涂的工艺参数为上液量为500ml/min～800ml/min，空气压力为0.3MPa～0.7MPa，喷涂头喷嘴的直径为10cm，喷嘴距布面距离为15cm，喷枪往返的次数为30次/min～120次/min。
所述功能填料平均粒径在1μm～10μm。
实施例5：如图2所示，将熔融指数为75的聚丙烯切片干燥至含水0.01％以下，再加入0.2％(wt)的苯基-α-萘胺抗氧剂，在密闭的高速混合机中以600转/分转速搅拌混合10分钟，然后再以1500转/分转速搅拌混合10分钟，混合后的物料加入螺杆挤压机在340℃的温度下挤出进入计量泵1和计量泵2，以泵供量为0.7g/min精确计量送入熔体分配腔， 再通过整流后进入纺丝熔体池，然后在350℃的模头温度下从喷丝头A和喷丝头B喷出成丝，在速度为25.7m/s、温度为330℃的高速气流的喷射拉伸下，形成纤维。经过牵伸的纤维，在抽吸风的引导下，成型于收集装置。
将平均粒径为5μm左右的功能填料和水性聚氨酯在搅拌釜中搅拌20～30分钟混合均匀，加入喷涂装置料筒，通过喷涂工艺从喷涂头喷出。喷涂的工艺参数为上液量为500ml/min～800ml/min，空气压力为0.3MPa，喷涂头喷嘴的直径为10cm，喷嘴距布面距离为15cm。通过调节喷涂喷枪往返的速度调节各层功能填料的含量，使最外层含硫酸钡70％(wt)，第二层不含功能填料，第三层含碳化硼10％(wt)，第四层含碳化硼50％(wt)，最里层含三氧化二铅70％(wt)。
从熔喷喷丝头A喷出的纤网，喷涂头喷涂的功能填料，和熔喷喷丝头B喷出的纤网依次在凝网帘上复合，然后经过烘干、压延、切边卷绕形成含功能填料的无纺布。
将含不同功能填料的无纺布叠加(最外层的厚度为1.5mm，第二层的厚度为2.1mm，第三层的厚度为1.2mm，第四层的厚度为2.1mm，最里层的厚度为1.5mm)、裁剪、缝合成中子辐射防护服装。中子防护服装对0.2MeV的中子的屏蔽率为25％，同时能对X、γ射线和二次γ射线进行屏蔽。
实施例6：如图2所示，将特性粘度为0.66泊的聚酯切片干燥至含水0.01％以下，再加入0.2％(wt)的4，4-亚甲基-双-(2，6二叔丁基)苯酚抗氧剂，在密闭的高速混合机中以600转/分转速搅拌混合10分钟，然后再以1500转/分转速搅拌混合10分钟，混合后的物料加入螺杆挤压机在300℃的温度下挤出进入计量泵1和计量泵2，以泵供量为0.7g/min精确计量送入熔体分配腔，再通过整流后进入纺丝熔体池，然后在310℃的模头温度下从喷丝头A和喷丝头B喷出成丝，在速度为23m/s、温度为300℃的高速气流的喷射拉伸下，形成纤维。经过牵伸的纤维，在抽吸风的引导下，成型于收集装置。
将平均粒径为5μm左右的功能填料和水性环氧树脂在搅拌釜中搅拌20～30分钟混合均匀，加入喷涂装置料筒，通过喷涂工艺从喷涂头喷出。喷涂的工艺参数为上液量为500～800ml/min，空气压力为0.5MPa，喷涂头喷嘴的直径为10cm，喷嘴距布面距离为15cm。通过调节喷涂喷枪往返的速度调节各层功能填料的含量，使最外层含氧化铋60％(wt)，第二层不含功能填料，第三层含氮化硼20％(wt)，第四层含氮化硼60％(wt)，最里层含醋酸铅75％(wt)。
从熔喷喷丝头A喷出的纤网，喷涂头喷涂的功能填料，和熔喷喷丝头B喷出的纤网依次 在凝网帘上复合，然后经过烘干、压延、切边卷绕形成含功能填料的无纺布。
将含不同功能填料的无纺布叠加(最外层的厚度为0.9mm，第二层的厚度为1.5mm，第三层的厚度为1.3mm，第四层的厚度为2.7mm，最里层的厚度为1.5mm)、裁剪、缝合成中子辐射防护服装。中子防护服装对0.14MeV的中子的屏蔽率为30％，同时能对X、γ射线进行屏蔽，实验表明对208keV的γ射线的屏蔽率大于20％。
实施例7：如图2所示，将熔体流动速率为1200g/10min的聚丙烯切片干燥至含水0.01％以下，再加入0.2％(wt)的苯基-β-萘胺抗氧剂，在密闭的高速混合机中以600转/分转速搅拌混合10分钟，然后再以1500转/分转速搅拌混合10分钟，混合后的物料加入螺杆挤压机在270℃的温度下挤出进入计量泵1和计量泵2，以泵供量为0.7g/min精确计量送入熔体分配腔，再通过整流后进入纺丝熔体池，然后在240℃的模头温度下从喷丝头A和喷丝头B喷出成丝，在速度为70m/s、温度为255℃的高速气流的喷射拉伸下，形成纤维。经过牵伸的纤维，在抽吸风的引导下，成型于收集装置。
将平均粒径为5μm左右的功能填料和水性丙烯酸树脂在搅拌釜中搅拌20～30分钟混合均匀，加入喷涂装置料筒，通过喷涂工艺从喷涂头喷出。喷涂的工艺参数为上液量为500～800ml/min，空气压力为0.7MPa，喷涂头喷嘴的直径为10cm，喷嘴距布面距离为15cm。通过调节喷涂喷枪往返的速度调节各层功能填料的含量，使最外层含辛酸铅75％(wt)，第二层不含功能填料，第三层含氧化硼30％(wt)，第四层含氧化硼70％(wt)，最里层含三氧化二铅75％(wt)。
从熔喷喷丝头A喷出的纤网，喷涂头喷涂的功能填料，和熔喷喷丝头B喷出的纤网依次在凝网帘上复合，然后经过烘干、压延、切边卷绕形成含功能填料的无纺布。
将含不同功能填料的无纺布叠加(最外层的厚度为1.2mm，第二层的厚度为2.1mm，第三层的厚度为1.2mm，第四层的厚度为2.7mm，最里层的厚度为2.1mm)、裁剪、缝合成中子辐射防护服装。中子防护服装对0.2MeV的中子的屏蔽率为20％，同时能对X、γ射线和二次γ射线进行屏蔽。
Claims (5)
1.一种中子辐射防护服装材料，其特征是至少包括五层不同功能填料无纺布，最外层(1)为含重金属填料无纺布，用于使中能中子能量迅速降低到非弹性散射的阈值，同时屏蔽X、γ射线；第二层(2)为不含填料无纺布，用于进一步慢化中子；第三层(3)为低含硼填料无纺布，用于降低中子能量，同时吸收热中子；第四层(4)为高含硼填料无纺布，用于进一步吸收热中子；最里层(5)为含铅填料无纺布，用于屏蔽γ射线；使用时将该五层功能填料无纺布按由最外层(1)到最里层(5)的顺序叠加缝制而成。
2.根据权利要求1所述的中子辐射防护服装材料，其特征是所述最外层(1)含重金属填料无纺布的组成和质量比为：重金属化合物60％～85％，粘合剂1％～3％，抗氧剂0.3％～0.7％，成丝聚合物11.3％～38.7％；第二层(2)不含填料无纺布的组成和质量比为：抗氧剂0.3％～0.7％，成丝聚合物99.3％～99.7％；第三层(3)低含硼填料无纺布的组成和质量比为：硼化合物5％～30％，粘合剂1％～3％，抗氧剂0.3％～0.7％，成丝聚合物66.3％～93.7％；第四层(4)高含硼填料无纺布的组成和质量比为：硼化合物50％～70％，粘合剂1％～3％，抗氧剂0.3％～0.7％，成丝聚合物26.3％～48.7％；最里层(5)含铅填料无纺布的组成为：铅化合物60％～90％，粘合剂1％～3％，抗氧剂0.3％～0.7％，成丝聚合物6.3％～38.7％。
3.根据权利要求2所述的中子辐射防护服装材料，其特征是所述成丝聚合物为聚丙烯、聚乙烯、聚酯和聚酰胺中的一种；所述抗氧剂为胺类抗氧剂、苯酚类抗氧剂中的一种或多种；所述粘合剂为聚氨酯类、丙烯酸类、环氧树脂类中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的中子辐射防护服装材料，其特征所述重金属化合物为碳酸钡、醋酸铅、三氧化二铅、辛酸铅、氧化铋、氢氧化铋、五氧化二铋中的任何一种或两种；所述硼化合物为碳化硼、氮化硼、硼酸、氧化硼中的任何一种；所述铅化合物为醋酸铅、三氧化二铅、辛酸铅的任何一种。
5.根据权利要求1至4任意之一所述的中子辐射防护服装材料，其特征是各功能填料无纺布的厚度在0.1mm～5mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100094, Beijing, Haidian District northwest Wang Zhen Road, No. 109, 96658, force 204 units Applicant after: Fourth Research Institute of rocket Equipment Research Institute of PLA Address before: 100094, Beijing, Haidian District northwest Wang Zhen Road, No. 109, 96658, force 204 units Applicant before: The Fourth Research Institute of the Second Artillery Equipment Academy of PLA |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |