CN115108764A - 一种用于屏蔽辐射板材的材料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及H05K9，更具体地，本发明涉及一种用于屏蔽辐射板材的材料及其应用。用于屏蔽辐射板材的材料的原料包括粘接剂、防护剂和增强剂。粒径为150‑240目，密度为5.5‑6.9g/cm3的氧化锆和钨粉、铝粉混合，与比表面积为300‑350m2/kg作用，在防护剂和增强剂的作用下，不仅能够提升氧化锆的稳定性，而且能够提升得到的材料的力学性能。加入5‑7重量份的半粉半颗粒形状的硫酸钡不仅能够进一步提升材料的辐射屏蔽性能，而且还能提升其稳定性和力学性能，并且改善氢化锆的安全性问题。本发明中，各原料共同作用，不仅在降低成本的前提下得到了屏蔽效果好的辐射屏蔽板材材料，而且延长了其使用寿命，此外本配方所得的材料对于制备工艺的要求降低，使得材料更易应用。
Description
技术领域
本发明涉及H05K9，更具体地，本发明涉及一种用于屏蔽辐射板材的材料及其应用。
背景技术
医疗仪器在运行时会产生中子、射线等穿透性较强的物质，这会影响环境中其他活动的进行以及人体健康，因此，辐射屏蔽材料的开发越来越引起人们的重视。
专利号CN101546616B的专利提供了一种X射线屏蔽装饰板及其制备方法，制成了综合性能高的防X射线辐射的板材。专利号CN100595846的专利提供了一种辐射防护板材，采用铁粉代替铅粉，降低了板材的成本的同时起到了很好的屏蔽防护效果。
然而很多时候人们只考虑了成本和屏蔽效果，未考虑板材的耐温强度、力学强度等性能，这也一定程度使得板材的应用和使用寿命受到限制。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一个方面提供了一种用于屏蔽辐射板材的材料，所述用于屏蔽辐射板材的材料的原料包括粘接剂、防护剂和增强剂。
作为本发明一种优选的技术方案，所述粘接剂包括金属化合物粉末、金属粉末和粉状水硬性无机胶凝材料。
作为本发明一种优选的技术方案，所述粘接剂中，金属化合物粉末、金属粉末和粉状水硬性无机胶凝材料的重量比为(13-25)：(45-70)：(5-10)。
作为本发明一种优选的技术方案，所述金属化合物粉末选自氢化锆、氯化镁、氧化镁、氧化铝的一种或多种。
优选的，所述金属化合物粉末的粒径为150-240目，密度为5.5-6.9g/cm3。
优选的，所述金属化合物粉末为氢化锆。
作为本发明一种优选的技术方案，所述金属粉末选自铝粉、钨粉、镁粉、锌粉的一种或多种。
优选的，金属粉末为铝粉和钨粉。
进一步优选的，在金属粉末中，铝粉和钨粉的重量比为(13-17)：(38-45)。
作为本发明一种优选的技术方案，所述粉状水硬性无机胶凝材料的比表面积为300-350m2/kg。
在氢化锆辐射实验中，其辐射肿胀率极低，抗辐射性能优异，但氢化锆由于粉末态，制备成块体具有一定难度，因此人们常将粉末氢化锆掺入金属粉末基体来解决成型的问题，然而对于其是否能够长期稳定的保持其块状结构仍然亟待研究。为了解决这个问题，申请人通过大量实验发现，控制一定粒径的氧化锆和钨粉、铝粉的比例，在防护剂和增强剂的作用下，不仅能够提升氧化锆的稳定性，而且能够提升得到的材料的力学性能。申请人猜测，比表面积为300-350m2/kg的粉状水硬性无机胶凝材料具有的特定的孔隙率，能够和氧化锆、铝粉协同作用，从而改善其吸附作用，致使体系的稳定性发生改变，同时和防护剂以及增强剂作用，形成致密的体系结构，在保证辐射屏蔽性能的同时提升了力学性能。
作为本发明一种优选的技术方案，所述防护剂选自硼砂、石英粉、粉煤灰的一种或多种。
优选的，所述防护剂为硼砂。
作为本发明一种优选的技术方案，所述增强剂选自玻璃纤维、硫酸钡、纤维素纤维、石棉纤维的一种或多种。
优选的，所述增强剂为硫酸钡。
优选的，硫酸钡的形状为半粉半颗粒，强度等级为C40-C65。
由于体系中引入铝，在实际生产过程中，氢化锆和铝混合后，释放大量的氢气，这不仅对生产过程有着极高的要求，而且也会存在一定的安全风险。本申请人发现，在体系中加入半粉半颗粒，强度等级为C40-C65的特定形状、并控制硫酸钡的重量份为2-3份，能够明显改善上述问题。
作为本发明一种优选的技术方案，按重量份计，所述用于屏蔽辐射板材的材料的原料包括70-90份粘接剂、5-7份防护剂和2-3份增强剂。
优选的，用于屏蔽辐射板材的材料的制备方法如下：(1)混合：粘接剂、防护剂和增强剂按重量份混合，得到混合物，加入上述混合物2-2.5倍的重量份的水，搅拌制浆；(2)热压：将步骤(1)得到的浆料通过压辊挤压成型，真空除气后，置于热等静压机内烧结，设置冷等静压压力80-95MPa，保压5-8min；除气温度310-320℃；热等静压温度520-540℃，压力100-110MPa，保压2h，即得。
本发明第二个方面提供了一种用于屏蔽辐射板材的材料在医疗辐射领域中的应用。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
粒径为150-240目，密度为5.5-6.9g/cm3的氧化锆和钨粉、铝粉混合，与比表面积为300-350m2/kg的粉状水硬性无机胶凝材料作用，在防护剂和增强剂的作用下，不仅能够提升氧化锆的稳定性，而且能够提升得到的材料的力学性能。加入5-7重量份的半粉半颗粒形状的硫酸钡不仅能够进一步提升材料的辐射屏蔽性能，而且还能提升其稳定性和力学性能，并且改善氢化锆的安全性问题。本发明中，各原料共同作用，不仅在降低成本的前提下得到了屏蔽效果好的辐射屏蔽板材材料，而且延长了其使用寿命，此外本配方所得的材料对于制备工艺的要求降低，使得材料更易应用。
具体实施方式
实施例
实施例中组合物的制备原料均为市售，其中氢化锆购自中金研，粒径为200目，密度为6.49g/cm3；粉状水硬性无机胶凝材料购自郑州鑫密熔料有限公司，型号为CA-50-II(G6)，比表面积为325m2/kg，硫酸钡购自辰汇，形状为半粉半颗粒，强度等级为C60，硼砂购自济宁博诚化工有限公司，石棉纤维购自三鑫华源。
实施例1
本例提供了一种用于屏蔽辐射板材的材料，按重量份计，所述用于屏蔽辐射板材的材料的原料包括80份粘接剂、6份防护剂和2.4份增强剂。
粘接剂包括金属化合物粉末、金属粉末和粉状水硬性无机胶凝材料。
粘接剂中，金属化合物粉末、金属粉末和粉状水硬性无机胶凝材料的重量比为18：55：7。
金属化合物粉末为氢化锆。所述防护剂为硼砂。所述增强剂为硫酸钡。
金属粉末为铝粉和钨粉。在金属粉末中，铝粉和钨粉的重量比为15：40。
用于屏蔽辐射板材的材料的制备方法如下：(1)混合：粘接剂、防护剂和增强剂按重量份混合，得到混合物，加入上述混合物2.5倍的重量份的水，搅拌制浆；(2)热压：将步骤(1)得到的浆料通过压辊挤压成型，真空除气后，置于热等静压机内烧结，设置冷等静压压力85MPa，保压6min；除气温度315℃；热等静压温度530℃，压力100MPa，保压2h，即得。
实施例2
本例提供了一种用于屏蔽辐射板材的材料，与实施例1不同的是，所述用于屏蔽辐射板材的材料的原料包括74份粘接剂、5份防护剂和2份增强剂。
粘接剂中，金属化合物粉末、金属粉末和粉状水硬性无机胶凝材料的重量比为13：55：6。
实施例3
本例提供了一种用于屏蔽辐射板材的材料，与实施例1不同的是，所述用于屏蔽辐射板材的材料的原料包括85份粘接剂、7份防护剂和3份增强剂。
金属粉末为铝粉和钨粉。在金属粉末中，铝粉和钨粉的重量比为16：42。
实施例4
本例提供了一种用于屏蔽辐射板材的材料，与实施例1不同的是，所述用于屏蔽辐射板材的材料的原料包括71份粘接剂、5份防护剂和2.5份增强剂。
粘接剂中，金属化合物粉末、金属粉末和粉状水硬性无机胶凝材料的重量比为20：50：1。
实施例5
本例提供了一种用于屏蔽辐射板材的材料，与实施例1不同的是，所述用于屏蔽辐射板材的材料的原料包括70份粘接剂、5份防护剂和0.5份增强剂。
实施例6
本例提供了一种用于屏蔽辐射板材的材料，与实施例1不同的是，所述用于屏蔽辐射板材的材料的原料包括80份粘接剂、6.5份防护剂和2.5份增强剂。
增强剂为石棉纤维。
性能测试：
1、稳定性测试：将实施例1-6得到的用于屏蔽辐射板材的材料分别置于温度40℃、湿度50％的环境下45天，观察放置45天后材料的外观，并计算放置上述环境前后材料的质量减少率，结果如表1：
表1
| 实施例 | 外观 | 质量减少率(％) |
| 1 | 形状完整 | 0.74 |
| 2 | 形状完整 | 0.82 |
| 3 | 形状完整 | 0.83 |
| 4 | 形状不完整 | 2.15 |
| 5 | 形状不完整 | 1.30 |
| 6 | 形状不完整 | 1.55 |
2、力学强度测试：用电子万能材料试验机对实施例1-6得到的用于屏蔽辐射板材的材料进行表面显微硬度测试，结果如表2：
表2
| 实施例 | 表面显微硬度(HV) |
| 1 | 189.2 |
| 2 | 188.3 |
| 3 | 189.4 |
| 4 | 156.8 |
| 5 | 174.6 |
| 6 | 184.3 |
3、辐射屏蔽测试：实施例1-6得到的用于屏蔽辐射板材的材料置于热释光剂量仪，以137Cs的γ射线照射，测试线吸收系数，结果如表3，可以看出，实施例1-6得到的用于屏蔽辐射板材的材料的线吸收系数均在0.4cm-1以上。
表3
| 实施例 | 线吸收系数(cm<sup>-1</sup>) |
| 1 | 0.44 |
| 2 | 0.42 |
| 3 | 0.42 |
| 4 | 0.35 |
| 5 | 0.37 |
| 6 | 0.36 |
Claims (10)
1.一种用于屏蔽辐射板材的材料，其特征在于，所述用于屏蔽辐射板材的材料的原料包括粘接剂、防护剂和增强剂。
2.根据权利要求1所述的用于屏蔽辐射板材的材料，其特征在于，所述粘接剂包括金属化合物粉末、金属粉末和粉状水硬性无机胶凝材料。
3.根据权利要求2所述的用于屏蔽辐射板材的材料，其特征在于，所述粘接剂中，金属化合物粉末、金属粉末和粉状水硬性无机胶凝材料的重量比为(13-25)：(45-70)：(5-10)。
4.根据权利要求2所述的用于屏蔽辐射板材的材料，其特征在于，所述金属化合物粉末选自氢化锆、氯化镁、氧化镁、氧化铝的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的用于屏蔽辐射板材的材料，其特征在于，所述金属粉末选自铝粉、钨粉、镁粉、锌粉的一种或多种。
6.根据权利要求2或3所述的用于屏蔽辐射板材的材料，其特征在于，所述粉状水硬性无机胶凝材料的比表面积为300-350m2/kg。
7.根据权利要求1所述的用于屏蔽辐射板材的材料，其特征在于，所述防护剂选自硼砂、石英粉、粉煤灰的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的用于屏蔽辐射板材的材料，其特征在于，所述增强剂选自玻璃纤维、硫酸钡、纤维素纤维、石棉纤维的一种或多种。
9.根据权利要求1-8任一项所述的用于屏蔽辐射板材的材料，其特征在于，按重量份计，所述用于屏蔽辐射板材的材料的原料包括70-90份粘接剂、5-7份防护剂和2-3份增强剂。
10.一种根据权利要求9所述的用于屏蔽辐射板材的材料在医疗辐射领域中的应用。
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2022
- 2022-06-23 CN CN202210727935.4A patent/CN115108764A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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