CN106566013A - 防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料及其制备方法。传统的辐射屏蔽材料如金属铅、铁、混凝土等已经不能满足现代辐射技术发展要求。一种防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，其组成包括：橡胶、重金属化合物、硼无机化合物、促进剂、防老化剂、硬脂酸或其盐、氧化锌、炭黑、硫黄，其特征是：各材质重量份数比为：橡胶50~100份、重金属化合物 100~300份、硼无机化合物20~100份、促进剂2.5~4.0份、防老化剂1.0~3.0份、硬脂酸或其盐1.0~5.0份、氧化锌2.0~6.0份、炭黑0.8~8份、硫黄0.5~3.5份。本发明涉及防辐射领域，特别涉及应用于防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料及其制备方法。

Description

防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及防辐射领域，尤其涉及一种防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料及其制备方法。
背景技术：
近年来随着国防、军工、科研、工业、农业、医疗、核电、地质勘探、核动力船舶等领域核能和辐射技术广泛应用，该技术给社会带来巨大的经济效益，但另一方面，由于其辐射能量高、穿透力强，辐射对人体的损伤也逐渐引起社会广泛关注，如长期接触辐射的工作人员会出现皮肤烧伤、毛发脱落，眼晶体浑浊、白血球减少，性功能减退，失眠等症状，重者导致基因缺陷和诱发癌症，为了防止或减少辐射给人们带来的危害，就需要采取各种防护措施，过去传统的辐射屏蔽材料如金属铅、铁、混凝土等已经不能满足现代辐射技术发展要求，诸如移动式反应堆，可携带式辐射源、射线装置、放射性同位素等防护需求，因为传统防护材料一般比较笨重，只能对固定式辐射装置进行防护，而不能对移动式辐射装置和人体进行防护；另外，当前应用的辐射装置，往往同时产生不仅是一种射线，如Ra-Be（镭-铍）、Am-Be(镅-铍)中子源不仅发射出中子，还伴随产生较强的γ射线，10MeV以上加速器运行时除产生X射线，同时产生一定数量的中子；
国内外有报导用钨、镍、铬、钡和稀土化合物代替铅，目前尚停留在实验阶段，其性能和价格远不及含铅屏蔽材料，无法推广应用，而且多数稀土元素吸收中子后放射出穿透力很强的γ射线，还会给人体造成新的损伤，对中子的屏蔽作用实际上就是快中子减速，慢中子吸收，含氢量高的材料如橡胶和助剂是优良的快中子慢化材料，而含硼化合物是最常用的慢中子吸收剂。国内有文献报道一种防热中子和γ射线屏蔽纤维制造方法，是一种具有皮芯复合结构的短纤维，这种防辐射材料制备工艺复杂，价格昂贵，至今无法推广应用。
发明内容：
本发明的目的是提供一种防χ、γ射线和中子辐射屏蔽材料及其制备方法。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，其组成包括：橡胶、重金属化合物、硼无机化合物、促进剂、防老化剂、硬脂酸或其盐、氧化锌、炭黑、
硫黄，各材质重量份数比为：橡胶50~100份、重金属化合物 100~300份、硼无机化合物20~100份、促进剂2.5~4.0份、防老化剂1.0~3.0份、硬脂酸或其盐1.0~5.0份、氧化锌2.0~6.0份、炭黑0.8~8份、硫黄0.5~3.5份。
所述的防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，各材质重量份数比为：橡胶50份、重金属化合物 100份、硼无机化合物20份、促进剂2.5份、防老化剂1.0份、硬脂酸或其盐1.0份、氧化锌2.0份、炭黑0.8份、硫黄0.5份。
所述的防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，各材质重量份数比为：橡胶100份、重金属化合物300份、硼无机化合物100份、促进剂4.0份、防老化剂3.0份、硬脂酸或其盐5.0份、氧化锌6.0份、炭黑8份、硫黄3.5份。
所述的防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，各材质重量份数比为：橡胶75份、重金属化合物 200份、硼无机化合物60份、促进剂3.25份、防老化剂2.0份、硬脂酸或其盐3.0份、氧化锌4.0份、炭黑4.5份、硫黄2份。
所述的防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，所述的橡胶为具有耐辐射性能的橡胶基材，包括天然橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、丁基橡胶或丁腈橡胶，所述的重金属化合物选自氧化铅、硫酸铅、醋酸铅、碳酸钡、硫酸钡、氧化钡、重晶石粉中的一种或两种的组合，所述的硼无机化合物选自无水硼砂、氮化硼、硼酸、碳化硼、硼酐中的一种或两种的组合，所述的促进剂选自D、CZ、CE、DM、TT中的一种或两种的组合，所述的防老化剂选自防老化剂4010、防老化剂4010NA、防老化剂D、防老化剂RD中的一种或两种的组合，所述的硬脂酸或其盐选自硬脂酸、硬脂酸钙，硬脂酸锌，硬脂酸镁中一种或两种的组合，所述的氧化锌为活性剂、补强剂和软化剂，所述的炭黑指橡胶用炭黑N110、N115、N220、N234、N326、N330中一种或两种的组合，所述的硫黄为促进剂。
所述的防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料的制备方法，采用耐辐射性能的橡胶作为基体材料，在基体材料中添加对X、γ射线具有良好屏蔽性能的重金属化合物和对中子具有较大吸收截面的功能材料，同时加入各种助剂，构成防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，其工艺步骤如下：
（1）首先，利用密炼机对橡胶基体材料进行混炼，打开电源开关，对密炼机进行升温，在密炼机温度升到70℃时投入橡胶基体材料，混炼时间为6分钟；
（2）在密炼机上再将防辐射功能材料氧化铅、碳化硼等的加入，加入方式为逐步加入，然后依次加入促进剂、防老化剂、硬脂酸、氧化锌、炭黑，混炼40分钟，温度保持在70-80℃，最后加入硫黄，混炼1.5~2分钟，迅速出料，放入开炼机上出片；
（3）将开炼机上出片所得坯料，放置24小时以后，将其重新放入开炼机返炼，再按照所需成品的厚度压延预成型；
（4）将压延预成型的辐射屏蔽基材硫化成型：将预成型的辐射屏蔽材料放入平板硫化机模具中，硫化温度140-160℃，硫化时间20~25分钟，完成防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料的制备。
本发明的有益效果：
1.本发明的屏蔽材料，提供了一种以橡胶为基体材料，在基体材料中添加对X、γ射线具有良好屏蔽性能的重金属化合物和对中子具有较大吸收截面的硼无机化合物，同时加入各种助剂，该材料原料来源丰富，成本低廉，生产工艺简单，制成辐射屏蔽性能优异，物理力学性能良好，质轻柔软的防护材料，该材料能够贴覆于移动式辐射装置或仪器表面，特别适用于制作辐射工作人员穿着的防护器具。
本发明的屏蔽材料，利用铅及其化合物优异的辐射屏蔽性能和低廉的价格，重金属铅不但屏蔽X、γ射线非常有效，同时也是快中子的慢化材料。
本发明的屏蔽材料，其硼无机化合物可以完成对慢中子的吸收。
本发明的屏蔽材料，为弥补铅在40-88keV能量区间弱吸收缺陷，配方中加入钡等金属化合物，借以达到在40-170keV能量区间的全屏蔽。
本发明的屏蔽材料，硬脂酸是一种表面活性剂，可以改善橡胶大分子和亲水性组分之间的相互作用。
本发明的屏蔽材料，氧化锌也是亲水性的，起到分散剂作用。
本发明的屏蔽材料，防老化剂延长材料使用寿命，保持材料稳定性。
本发明的屏蔽材料，炭黑起到补强作用，提高材料物理力学性能，如抗撕裂、抗折强度。
附图说明：
附图1是本发明的实施例7~11的材料力学性能测试数据表。
附图2是本发明的实施例7~11的材料防X射线性能测试数据表。
附图3是本发明的实施例7~11的材料防γ射线和中子辐射屏蔽性能测试数据表。
具体实施方式：
实施例1：
1. 一种防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，其组成包括：橡胶、重金属化合物、硼无机化合物、促进剂、防老化剂、硬脂酸或其盐、氧化锌、炭黑、
硫黄，各材质重量份数比为：橡胶50~100份、重金属化合物 100~300份、硼无机化合物20~100份、促进剂2.5~4.0份、防老化剂1.0~3.0份、硬脂酸或其盐1.0~5.0份、氧化锌2.0~6.0份、炭黑0.8~8份、硫黄0.5~3.5份。
实施例2：
根据实施例1所述的防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，各材质重量份数比为：橡胶50份、重金属化合物 100份、硼无机化合物20份、促进剂2.5份、防老化剂1.0份、硬脂酸或其盐1.0份、氧化锌2.0份、炭黑0.8份、硫黄0.5份。
实施例3：
根据实施例1所述的防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，各材质重量份数比为：橡胶100份、重金属化合物300份、硼无机化合物100份、促进剂4.0份、防老化剂3.0份、硬脂酸或其盐5.0份、氧化锌6.0份、炭黑8份、硫黄3.5份。
实施例4：
根据实施例1所述的防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，各材质重量份数比为：橡胶75份、重金属化合物 200份、硼无机化合物60份、促进剂3.25份、防老化剂2.0份、硬脂酸或其盐3.0份、氧化锌4.0份、炭黑4.5份、硫黄2份。
实施例5：
根据实施例1或2或3或4所述的防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，所述的橡胶为具有耐辐射性能的橡胶基材，包括天然橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、丁基橡胶或丁腈橡胶，所述的重金属化合物选自氧化铅、硫酸铅、醋酸铅、碳酸钡、硫酸钡、氧化钡、重晶石粉中的一种或两种的组合，所述的硼无机化合物选自无水硼砂、氮化硼、硼酸、碳化硼、硼酐中的一种或两种的组合，所述的促进剂选自D、CZ、CE、DM、TT中的一种或两种的组合，所述的防老化剂选自防老化剂4010、防老化剂4010NA、防老化剂D、防老化剂RD中的一种或两种的组合，所述的硬脂酸或其盐选自硬脂酸、硬脂酸钙，硬脂酸锌，硬脂酸镁中一种或两种的组合，所述的氧化锌为活性剂、补强剂和软化剂，所述的炭黑指橡胶用炭黑N110、N115、N220、N234、N326、N330中一种或两种的组合，所述的硫黄为促进剂。
实施例6：
一种利用实施例1至5所述的防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料的制备方法，采用耐辐射性能的橡胶作为基体材料，在基体材料中添加对X、γ射线具有良好屏蔽性能的重金属化合物和对中子具有较大吸收截面的功能材料，同时加入各种助剂，构成防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，其工艺步骤如下：
（1）首先，利用密炼机对橡胶基体材料进行混炼，打开电源开关，对密炼机进行升温，在密炼机温度升到70℃时投入橡胶基体材料，混炼时间为6分钟；
（2）在密炼机上再将防辐射功能材料氧化铅、碳化硼等的加入，加入方式为逐步加入，然后依次加入促进剂、防老化剂、硬脂酸、氧化锌、炭黑，混炼40分钟，温度保持在70-80℃，最后加入硫黄，混炼1.5~2分钟，迅速出料，放入开炼机上出片；
（3）将开炼机上出片所得坯料，放置24小时以后，将其重新放入开炼机返炼，再按照所需成品的厚度压延预成型；
（4）将压延预成型的辐射屏蔽基材硫化成型：将预成型的辐射屏蔽材料放入平板硫化机模具中，硫化温度140-160℃，硫化时间20~25分钟，完成防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料的制备。
实施例7：
根据实施例1或2或3或4所述的防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，还可以优选地采用如下配方：各材质重量份数比为：天然橡胶 100份、氧化铅（PbO）250份、碳化硼 30份、促进剂DM 2.5份、防老化剂RD1.5份、硬脂酸1.0份、氧化锌 2.0份、炭黑N110 0.5份、硫黄 2.0份；以上配方按如下工艺进行加工：（1）首先，利用密炼机对天然橡胶进行混炼，打开电源开关，对密炼机进行升温，在密炼机温度升到70℃时投入天然橡胶材料，混炼时间为6分钟；（2）在密炼机上再将防辐射功能材料氧化铅、碳化硼等的加入，加入方式为逐步加入，然后依次加入促进剂、防老化剂、硬脂酸、氧化锌、炭黑，混炼40分钟，温度保持在70-80℃，最后加入硫黄，混炼1.5~2分钟，迅速出料，放入开炼机上出片；（3）将开炼机上出片所得坯料，放置24小时以后，将其重新放入开炼机返炼，再按照所需成品的厚度压延预成型；（4）将压延预成型的辐射屏蔽基材硫化成型：将预成型的辐射屏蔽材料放入平板硫化机模具中，硫化温度140-160℃，硫化时间20~25分钟，完成防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料的制备。
实施例8：
根据实施例1或2或3或4所述的防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，还可以优选地采用如下配方：各材质重量份数比为：丁苯橡胶 100份、四氧化三铅（Pb3O4）150份、硫酸钡 35份、无水硼砂 40份、促进剂CE 2份、防老化剂4010NA 1份、硬脂酸钙1.5份、氧化锌 1.25份、炭黑N234 0.8份、硫黄 1.5份；以上配方按如下工艺进行加工：（1）首先，利用密炼机对丁苯橡胶进行混炼，打开电源开关，对密炼机进行升温，在密炼机温度升到70℃时投入丁苯橡胶材料，混炼时间为6分钟；（2）在密炼机上再将防辐射功能材料四氧化三铅、硫酸钡、无水硼砂等的加入，加入方式为逐步加入，然后依次加入促进剂、防老化剂、硬脂酸钙、氧化锌、炭黑，混炼40分钟，温度保持在70-80℃，最后加入硫黄，混炼1.5~2分钟，迅速出料，放入开炼机上出片；（3）将开炼机上出片所得坯料，放置24小时以后，将其重新放入开炼机返炼，再按照所需成品的厚度压延预成型；（4）将压延预成型的辐射屏蔽基材硫化成型：将预成型的辐射屏蔽材料放入平板硫化机模具中，硫化温度140-160℃，硫化时间20~25分钟，完成防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料的制备。
实施例9：
根据实施例1或2或3或4所述的防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，还可以优选地采用如下配方：各材质重量份数比为：天然橡胶 100份、氧化铅（PbO）200份、碳化硼 25份、促进剂DM 1.5份、防老化剂D 1.2份、硬脂酸1.5份、氧化锌 1.25份、炭黑N220 0.6份、硫黄 0.85份；以上配方按如下工艺进行加工：（1）首先，利用密炼机对天然橡胶进行混炼，打开电源开关，对密炼机进行升温，在密炼机温度升到70℃时投入天然橡胶材料，混炼时间为6分钟；（2）在密炼机上再将防辐射功能材料氧化铅、碳化硼等的加入，加入方式为逐步加入，然后依次加入促进剂、防老化剂、硬脂酸、氧化锌、炭黑，混炼40分钟，温度保持在70-80℃，最后加入硫黄，混炼1.5~2分钟，迅速出料，放入开炼机上出片；（3）将开炼机上出片所得坯料，放置24小时以后，将其重新放入开炼机返炼，再按照所需成品的厚度压延预成型；（4）将压延预成型的辐射屏蔽基材硫化成型：将预成型的辐射屏蔽材料放入平板硫化机模具中，硫化温度140-160℃，硫化时间20~25分钟，完成防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料的制备。
实施例10：
根据实施例1或2或3或4所述的防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，还可以优选地采用如下配方：各材质重量份数比为：顺丁橡胶 100份、氧化铅（PbO）150份、碳化硼 20份、促进剂CZ 1.6份、防老化剂4010 1.0份、硬脂酸 1.8份、氧化锌 1.5份、炭黑N110 0.8份、硫黄 1.0份；以上配方按如下工艺进行加工：（1）首先，利用密炼机对顺丁橡胶进行混炼，打开电源开关，对密炼机进行升温，在密炼机温度升到70℃时投入顺丁橡胶材料，混炼时间为6分钟；（2）在密炼机上再将防辐射功能材料氧化铅、碳化硼等的加入，加入方式为逐步加入，然后依次加入促进剂、防老化剂、硬脂酸、氧化锌、炭黑，混炼40分钟，温度保持在70-80℃，最后加入硫黄，混炼1.5~2分钟，迅速出料，放入开炼机上出片；（3）将开炼机上出片所得坯料，放置24小时以后，将其重新放入开炼机返炼，再按照所需成品的厚度压延预成型；（4）将压延预成型的辐射屏蔽基材硫化成型：将预成型的辐射屏蔽材料放入平板硫化机模具中，硫化温度140-160℃，硫化时间20~25分钟，完成防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料的制备。
实施例11：
根据实施例1或2或3或4所述的防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，还可以优选地采用如下配方：各材质重量份数比为：天然橡胶 100份、氧化铅（PbO）180份、硫酸钡 30份、无水硼砂 30份、促进剂TT 1.5份、防老化剂RD 0.8份、硬脂酸 1.5份、氧化锌 1.8份、炭黑N1100.8份、硫黄 0.65份；以上配方按如下工艺进行加工：（1）首先，利用密炼机对天然橡胶进行混炼，打开电源开关，对密炼机进行升温，在密炼机温度升到70℃时投入天然橡胶材料，混炼时间为6分钟；（2）在密炼机上再将防辐射功能材料氧化铅、硫酸钡、无水硼砂等的加入，加入方式为逐步加入，然后依次加入促进剂、防老化剂、硬脂酸、氧化锌、炭黑，混炼40分钟，温度保持在70-80℃，最后加入硫黄，混炼1.5~2分钟，迅速出料，放入开炼机上出片；（3）将开炼机上出片所得坯料，放置24小时以后，将其重新放入开炼机返炼，再按照所需成品的厚度压延预成型；（4）将压延预成型的辐射屏蔽基材硫化成型：将预成型的辐射屏蔽材料放入平板硫化机模具中，硫化温度140-160℃，硫化时间20~25分钟，完成防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料的制备。

Claims (6)

1.一种防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，其组成包括：橡胶、重金属化合物、硼无机化合物、促进剂、防老化剂、硬脂酸或其盐、氧化锌、炭黑、
硫黄，其特征是：各材质重量份数比为：橡胶50~100份、重金属化合物 100~300份、硼无机化合物20~100份、促进剂2.5~4.0份、防老化剂1.0~3.0份、硬脂酸或其盐1.0~5.0份、氧化锌2.0~6.0份、炭黑0.8~8份、硫黄0.5~3.5份。
2.根据权利要求1所述的防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，其特征是：各材质重量份数比为：橡胶50份、重金属化合物 100份、硼无机化合物20份、促进剂2.5份、防老化剂1.0份、硬脂酸或其盐1.0份、氧化锌2.0份、炭黑0.8份、硫黄0.5份。
3.根据权利要求1所述的防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，其特征是：各材质重量份数比为：橡胶100份、重金属化合物300份、硼无机化合物100份、促进剂4.0份、防老化剂3.0份、硬脂酸或其盐5.0份、氧化锌6.0份、炭黑8份、硫黄3.5份。
4.根据权利要求1所述的防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，其特征是：各材质重量份数比为：橡胶75份、重金属化合物 200份、硼无机化合物60份、促进剂3.25份、防老化剂2.0份、硬脂酸或其盐3.0份、氧化锌4.0份、炭黑4.5份、硫黄2份。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，其特征是：所述的橡胶为具有耐辐射性能的橡胶基材，包括天然橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、丁基橡胶或丁腈橡胶，所述的重金属化合物选自氧化铅、硫酸铅、醋酸铅、碳酸钡、硫酸钡、氧化钡、重晶石粉中的一种或两种的组合，所述的硼无机化合物选自无水硼砂、氮化硼、硼酸、碳化硼、硼酐中的一种或两种的组合，所述的促进剂选自D、CZ、CE、DM、TT中的一种或两种的组合，所述的防老化剂选自防老化剂4010、防老化剂4010NA、防老化剂D、防老化剂RD中的一种或两种的组合，所述的硬脂酸或其盐选自硬脂酸、硬脂酸钙，硬脂酸锌，硬脂酸镁中一种或两种的组合，所述的氧化锌为活性剂、补强剂和软化剂，所述的炭黑指橡胶用炭黑N110、N115、N220、N234、N326、N330中一种或两种的组合，所述的硫黄为促进剂。
6.一种利用权利要求1-5之一所述的防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料的制备方法，其特征是：采用耐辐射性能的橡胶作为基体材料，在基体材料中添加对X、γ射线具有良好屏蔽性能的重金属化合物和对中子具有较大吸收截面的功能材料，同时加入各种助剂，构成防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料，其制备步骤如下：
（1）首先，利用密炼机对橡胶基体材料进行混炼，打开电源开关，对密炼机进行升温，在密炼机温度升到70℃时投入橡胶基体材料，混炼时间为6分钟；
（2）在密炼机上再将防辐射功能材料氧化铅、碳化硼等的加入，加入方式为逐步加入，然后依次加入促进剂、防老化剂、硬脂酸、氧化锌、炭黑，混炼40分钟，温度保持在70-80℃，最后加入硫黄，混炼1.5~2分钟，迅速出料，放入开炼机上出片；
（3）将开炼机上出片所得坯料，放置24小时以后，将其重新放入开炼机返炼，再按照所需成品的厚度压延预成型；
（4）将压延预成型的辐射屏蔽基材硫化成型：将预成型的辐射屏蔽材料放入平板硫化机模具中，硫化温度140-160℃，硫化时间20~25分钟，完成防X、γ射线和中子辐射屏蔽材料的制备。
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