CN107915440A - 一种无铅射线防护板及其制备方法 - Google Patents

一种无铅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射线防护板及其制备方法，所述无铅射线防护板以功能骨料及水泥为主料，主料按质量份数包括水泥10～25份及功能骨料75～90份配比，以PVA纤维为增强材料，以玻璃纤维网格布为补强材料。本发明采用半干半湿法加工制作无铅射线防护板，本发明中的无铅射线防护板的原料廉价易得且环境友好，在射线防护板中加入配比较高的防辐射功能骨料，较市售的水泥钡板射线防护板密度较高，可以到达2.9g/cm3，提高了1.5倍以上的防护效果，加入了PVA纤维和玻璃纤维网格后板的强度大大增加，可以打自钻自攻钉，可以用结构胶进行粘贴，板面也可以做各种类型的处理，安装方式多样，大大简化了施工程序，节约了施工成本。

Description

一种无铅射线防护板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种无铅射线防护板及其制备方法，属于射线防护领域，尤其是无铅防护领域。
背景技术
近几年来，市面上出现了两种替代铅板用于电离辐射防护的复合板材，一种是用纤维水泥板生产工艺(湿法生产工艺)生产的水泥钡板，一种是用树脂作为基体材料，采用半干半湿法以硫酸钡等防辐射材料作为功能填料生产的复合防护板。
第一种水泥钡板是参考水泥纤维板的生产工艺进行制作的。水泥纤维板的原料主要有水泥、纤维、外加剂、水等，主要的制备过程包括搅拌制浆、流浆制板、板材压实、预养脱模、蒸压养护、烘干抛光等。具体制备步骤为：搅拌混合好的原料均匀流出，在运行的工业毛毯上滤水、脱水后形成薄料层缠绕在成型筒上，经过多层缠绕达到设定的板坯厚度时，控制系统按设计尺寸自动出刀切断板坯；板坯在高压下脱水密实后进行养护，蒸养得到成品板材。
水泥钡板借助水泥纤维板的生产设备进行批量化生产，与水泥纤维板相比，水泥钡板的制备区别在于原料不同，通过采用具有防辐射功能的硫酸钡粉料代替原板内的部分水泥和纤维而成，但替代量的选择则很重要，替代量过高的话板坯无法成形，但替代量过少的话防辐射效果太低，仍然无法满足防辐射的需求。目前采用该生产方法有两个很严重的缺点，一个是现有的设备投资较大，该方法需要完整的生产线配套实现，生产线投资成本高、占地面积大，并且该方法中由于缠绕工艺的使用较多，水泥钡板相比于水泥纤维板密度大，自重大大增加，因此在重力作用下，能够生产出的水泥钡板厚度有限，最厚只能达13mm；二是水泥和纤维的减少是有限制的，其功能骨料的添加量有限，现有工艺下制备出的射线防护板密度最高仅为2.23g/cm3，在120kV的管电压下，13mm厚的防护效果仅有1毫米铅当量(mmPb)。医学影像设备常用的铅当量要求为1.5mmPb～2mmPb，所以使用该水泥钡板防护时，必须多层叠加使用。但由于现有的医疗场所室内空间有限，多层叠加使用不仅会增加医学影像室的造价，增大了施工作业量和施工难度，还会缩减医学影像室的空间，另由于多层叠加使用，防护材料整体重量较大，增加了建筑物楼板的负荷。
第二种复合防护板其密度可以达到3.6g/cm3，在120KV的管电压下，12mm厚的防护效果可以达到2mmPb。相同厚度下该防护效果是水泥钡板的2倍多，但由于树脂基材的价格过于昂贵，因此该复合防护板的市场售价较高。
因此急需发明一种采用新工艺制备的密度高、防护效果好、生产成本低的无铅射线防护板，既能满足防护效果的要求，大于现有的水泥钡板，又比复合防护板的成本低很多，适合大规模推广。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是以水泥钡板的选材为基础，获得一种无铅射线防护板及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的无铅射线防护板的技术方案如下：
本发明的无铅射线防护板以功能骨料及水泥为主料，主料按质量份数包括水泥10～25份及功能骨料75～90份配比，以PVA纤维为增强材料，以玻璃纤维网格布为补强材料，防护板内除玻璃纤维网格布外其余原料均匀分布。
优选地，水泥含量为10～20份，更优选地，水泥选择标号为42.5的硅酸盐水泥。
功能骨料包括各类型的射线防护材料，如稀土元素、铁、钡盐、有机材料、纳米材料等，出于安全考虑，本发明不建议采用铅粉，以实现绿色无害的防辐射防护。
优选地，增强和补强材料为无铅射线防护板的强度提供了保证，用于为水泥主料提供了更好的韧性和抗弯曲强度，使得整个无铅射线防护板不易断裂。
本发明中优选的功能骨料为硫酸钡砂粉，硫酸钡砂粉优选的含量为80～90份。
优选地，硫酸钡砂粉为不同粒径大小的级配混合料，由15～800目的硫酸钡进行混合而成。
更优选地，硫酸钡砂粉按照如下粒径大小及重量份数进行级配：
800目 15～20份；
300目 10～15份；
80目 15～25份；
60目 15～20份；
40目 15～20份；
15目 10～15份。
优选地，所述PVA纤维加入的质量份数为0.5～1份。
更优选地，所述PVA纤维为高强高模PVA短纤维，纤维长度为3～12mm。
优选地，所述无铅射线防护板以耐碱玻璃纤维网格布为补强材料，使用时按照板坯料大小对玻璃纤维网格布进行裁剪。选用的耐碱玻璃纤维网格布每平米重160～300g。
优选地，为了增强水泥的粘合效果，所述无铅射线防护板还包括水溶性PVA胶粉，加入的质量份数为0～1.2份。
优选地，为了在保证水泥水化充分的情况下尽可能地减少材料中的含水量，提高原料密度，保证原料可以在半干半湿的环境下进行搅拌加工，所述无铅射线防护板还包括减水剂母液，加入的质量份数为0.07～0.1份。
优选的，无铅射线防护板由上述原料按如下重量份进行配比而成：
硫酸钡砂粉 80～90份；
42.5硅酸盐水泥 10～20份；
PVA短纤维 0.5～1份；
PVA胶粉 0～1.2份；
减水剂母液 0.07～0.1份；和
水 7.5～11份；
以及按照板坯料大小进行裁剪的玻璃纤维网格布。
以本发明中的无铅射线防护板作为基础，如有其它功能需求，在不影响现有板材性能的前提下，也可以增加相应的其它外加剂。
作为一种优选的实施方式，无铅射线防护板由85份硫酸钡砂粉、15份42.5硅酸盐水泥、0.7份PVA短纤维、0.65份PVA胶粉、0.08份减水剂母液和7.5份水的原料混合后加入玻璃纤维网格布中制得。
本发明的第二个目的在于提供一种上述无铅射线防护板的制备方法，所述方法包括如下步骤：
1.将硫酸钡砂粉、42.5硅酸盐水泥和PVA短纤维混合正反搅拌，正转搅拌至少1分钟，反转搅拌至少1分钟；
2.将水溶性PVA胶粉和减水剂母液倒入水中，并用分散机将其搅匀，倒入步骤1的混合物中；
3.将步骤1和步骤2中的混合物进行搅拌，正转搅拌至少1分钟，反转搅拌至少1分钟；
4.在模板内铺上耐碱玻璃纤维网格布，在模板内均匀倒入搅拌好的物料；
5.将步骤4中的物料与模板一起推进压机，真空震动3～5min，使物料被加压成型为板坯料；
6.模板连同加压成型的板坯料从压机上推出，将板坯料转移到玻璃模架上；
7.8h后给板坯料浇水，将玻璃模架连同板坯料一并送进养护房养护至少8h，养护房温度控制在50～70℃；
8.玻璃模架从养护房移出后，用真空吊架将板坯料吊出并侧翻约90°，在托架上侧立码放板料；
9.将侧立码放板坯的托架送至自然养护区养护，板坯在自然养护区的前7天需要保持表面湿润；
10.在自然养护区养护超过14天后，板材成型。
优选地，上述正反搅拌均在星轮搅拌机中进行。
优选地，为了使得板坯料在模板内更易脱模且表面光滑，可在制备时的板坯两面增设PVC塑料薄膜。
更优选地，步骤4具体为：在模板内先铺一层PVC塑料薄膜，再铺上耐碱玻璃纤维网格布，在模板内均匀倒入搅拌好的物料，在倒入的物料表层覆盖一层PVC塑料薄膜。
更优选地，步骤6具体为：模板连同加压成型的板坯料从压机上推出，撕去覆盖在最表层的PVC塑料薄膜，将板坯料转移到玻璃模架上。
更优选地，步骤8具体为：玻璃模架从养护房移出后，用真空吊架将板坯料吊出并侧翻约90°，撕去背面的PVC薄膜，在托架上侧立码放板料。
优选地，成型的板材可进行单面定厚、抛光、纵切、横切和包装等步骤，但定厚和抛光是针对没有耐碱玻璃纤维网格布的一面进行的。
本发明的制备方法中，混料以混合均匀为目的，只要是可以混合均匀的转速及混合方式均可采用，不限于本发明中的混料设备及时间要求。
与现有技术相比，本发明采用半干半湿法加工制作无铅射线防护板，本发明中的无铅射线防护板的原料廉价易得且环境友好，在射线防护板中加入配比较高的功能骨料，15mm厚的射线防护板的防护效率可以达到1.65mmPb，较市售的水泥钡板提高了1.5倍以上的防护效果。加入了玻璃纤维网格后板的强度大大增加，可以打自钻自攻钉，可以用结构胶进行粘贴，板面也可以做各种类型的处理，安装方式多样，大大简化了施工程序，节约了施工成本。
本发明中的无铅射线防护板可做成1mmPb、1.5mmPb、2mmPb等多种规格，可以满足各类型的医疗射线的防护需要。防护效果较以往工艺提高了50％左右。本发明的无铅射线防护板可以采用原有的树脂基射线防护板生产线进行生产，生产线占地面积小，设备投资少，生产成本低。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明提供的无铅射线防护板及其制备方法作进一步详细、完整地说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的实验材料如无特殊说明，均为市场购买得到。
本发明中的实施例中的无铅射线防护板由组分按如下表1的质量份配比而成：
表1配方表(重量份数)
其中，硫酸钡砂粉由粒径大小不一的颗粒或细砂混合而成，使得硫酸钡原料的空隙更小，密度更大，本发明实施例中采用的是18份800目、13份300目、20份80目、18份60目、18份40目和13份15目的比例配比而成硫酸钡砂粉。
上述实施例1～4中的无铅射线防护板采用如下步骤所述的方法制备而成：
1.将硫酸钡砂粉、42.5硅酸盐水泥和PVA短纤维加入星轮搅拌机搅拌，搅拌采用正反搅拌，正转搅拌1分钟，反转搅拌1分钟；
2.将水溶性PVA胶粉和减水剂母液倒入水中，并用分散机将其搅匀，倒入星轮搅拌机中；
3.将步骤1和步骤2中的混合物进行搅拌，正转搅拌1分钟，反转搅拌1分钟；
4.在模板内先铺一层PVC塑料薄膜，再铺上耐碱玻璃纤维网格布，在模板内均匀倒入搅拌好的物料，在倒入的物料表层覆盖一层PVC塑料薄膜；
5.将步骤4中的物料与模板一起推进压机，真空震动3～5min，使物料被加压成型为板坯料；
6.模板连同加压成型的板坯料从压机上推出，撕去覆盖在最表层的PVC塑料薄膜，将板坯料转移到玻璃模架上；
7.8h后给板坯料浇水，将玻璃模架连同板坯料一并送进养护房养护至少8h，养护房温度控制在50～70℃，保持养护房内的空气温度和湿度；
8.玻璃模架从养护房移出后，用真空吊架将板坯料吊出并侧翻约90°，撕去背面的PVC薄膜，在托架上侧立码放板料；
9.将侧立码放板坯的托架送至自然养护区养护，板坯在自然养护区的前7天需要保持表面湿润；
10.在自然养护区养护超过14天后，板材成型，可进行单面定厚、抛光、纵切、横切和包装等步骤，但定厚和抛光是针对没有耐碱玻璃纤维网格布的一面进行的。
对制备好的实施例1～4中的无铅射线防护板进行检验测试，测试结果如下表2所示：
表2各配方测试结果(养护14天后测试)
实施例 厚度(mm) 密度(g/cm3) 抗弯曲强度(MPa) 防护铅当量(mmPb)
1 15 2.92 14.2 1.69
2 15 2.91 14.8 1.68
3 15 2.89 15.5 1.67
4 15 2.96 7.1 1.73
由表2可以看出，在厚度不变密度差距也不大的情况下，仅添加玻璃纤维网格就使得整个无铅射线防护板的强度大大增加，且15mm后的无铅射线防护板的防护铅当量可以普遍达到1.5以上，防护效果好。
最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无铅射线防护板，其特征在于：所述无铅射线防护板以功能骨料及水泥为主料，主料按质量份数包括水泥10～25份及功能骨料75～90份配比，以PVA纤维为增强材料，以玻璃纤维网格布为补强材料。
2.根据权利要求1所述的无铅射线防护板，其特征在于：所述功能骨料为硫酸钡砂粉，硫酸钡砂粉的质量份数为80～90份。
3.根据权利要求2所述的无铅射线防护板，其特征在于：硫酸钡砂粉为不同粒径大小的级配混合料，由15～800目的硫酸钡进行混合而成。
4.根据权利要求3所述的无铅射线防护板，其特征在于：硫酸钡砂粉按照如下粒径大小及重量份数进行级配：
800目15～20份；
300目10～15份；
80目15～25份；
60目15～20份；
40目15～20份；和
15目10～15份。
5.根据权利要求1所述的无铅射线防护板，其特征在于：水泥为标号为42.5的硅酸盐水泥，质量份数为10～20份。
6.根据权利要求1所述的无铅射线防护板，其特征在于：所述PVA纤维加入的质量份数为0.5～1份。
7.根据权利要求1所述的无铅射线防护板，其特征在于：所述无铅射线防护板还包括水溶性PVA胶粉，水溶性PVA胶粉加入的质量份数为0～1.2份。
8.根据权利要求1所述的无铅射线防护板，其特征在于：所述无铅射线防护板还包括减水剂母液，减水剂母液加入的质量份数为0.07～0.1份。
9.根据权利要求1所述的无铅射线防护板，其特征在于：玻璃纤维网格布每平米重160～300g。
10.根据权利要求1～9任一项所述的无铅射线防护板的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
a)将硫酸钡砂粉、硅酸盐水泥和PVA短纤维混合正反搅拌，正转搅拌至少1分钟，反转搅拌至少1分钟；
b)将水溶性PVA胶粉和减水剂母液倒入水中，并用分散机将其搅匀，倒入步骤a的混合物中；
c)将步骤a和步骤b中的混合物进行搅拌，正转搅拌至少1分钟，反转搅拌至少1分钟；
d)在模板内铺上耐碱玻璃纤维网格布，在模板内均匀倒入搅拌好的物料；
e)将步骤d中的物料与模板一起推进压机，真空震动3～5min，使物料被加压成型为板坯料；
f)模板连同加压成型的板坯料从压机上推出，将板坯料转移到玻璃模架上；
g)8h后给板坯料浇水，将玻璃模架连同板坯料一并送进养护房养护至少8h，养护房温度控制在50～70℃；
h)玻璃模架从养护房移出后，用真空吊架将板坯料吊出并侧翻75～90°，在托架上侧立码放板料；
i)将侧立码放板坯的托架送至自然养护区养护，板坯在自然养护区的前7天需要保持表面湿润；
j)在自然养护区养护超过14天后，板材成型。
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