一種輻射屏蔽纖維及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種輻射屏蔽纖維及其制備方法，該輻射屏蔽纖維的原料組分按重量百分比包括：1～10%的鎢酸銨鹽、5～20%的聚丙烯腈共聚物，70～95%的DMF；該輻射屏蔽纖維的制備方法則是按比例配備原料，并按照先后順序投料，從而得到淡黃色透明澄清均一相的混合溶液，超聲靜置脫泡，即得到紡絲液，然后通過干法紡絲處理，制備出原纖維；將得到的原纖維進行干燥，在空氣存在的條件下，把干燥后的原纖維作預氧化處理；將預氧化處理過的原纖維在氮氣的氛圍中進行碳化處理，即得到含金屬鎢納米顆粒的輻射屏蔽纖維。實施本發明的有益效果：既具有纖維物的性能，同時又具有金屬鎢的抗輻射功能，并且可根據不同的配比制造出不同密度的產品。
【專利說明】 一種輻射屏蔽纖維及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及輻射防護材料領域，尤其涉及一種具有電離輻射防護功能的輻射屏蔽纖維及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著現代科學技術的迅猛發展，各種高能射線(如X-射線)在工業、農業、醫學、國防等領域得到越來越廣泛的應用。在給人們帶來巨大經濟和社會效益的同時，這些高能射線對人體的傷害和對環境的破壞也變得日趨嚴重。由于人們對輻射生物效應認識的不斷深入，高能射線的防護已經引起人們的高度重視。X-射線是一種電離輻射，它不同于一般的電磁輻射，它對人體具有更大的破壞性。ICRP (國際放射防護委員會)已將X-射線列為致癌物質，它對人體的各種代謝、造血功能、免疫系統、生殖系統及中樞神經系統造成顯著影響，同時可引起微循環障礙、癌變、染色體畸變等。所以為預防輻射的致癌作用和因細胞變異導致的遺傳效應，對X-射線的防護已刻不容緩。X-射線的防護可采用時間防護、距離防護和屏蔽防護等3種方式。而屏蔽防護就是在放射源和人員之間使用或設置一種能有效吸收X-射線的屏蔽材料，從而減弱或消除X-射線對人體的危害。
[0003]目前對于X-射線防護材料及現有技術而言，主要是采用密度大的金屬材料作屏蔽，來防護X-射線的電離輻射，如用鉛板、鉛橡膠以及含金屬鉛的復合物等，如專利CN200420114740.X、CN200620081066.9 及 CN201220320504.8 等。雖然這些材料能達到防護的效果，但是畢竟這些鉛制品舒適性差，而且鉛的氧化物還是具有毒性，對環境有污染。為此開發一種具有防X-射線又環保的纖維具有很大應用前景。
[0004]金屬鎢是稀有高熔點金屬，化學性質很穩定。與金屬鉛相比，其密度(19.3g/cm3)高于鉛(11.3g/cm3)，屏蔽電離輻射效果優于鉛，同時其對人體無毒，不會造成環境的污染。但是金屬鎢材料成型困難，只能簡單加工成金屬鎢板，不能加工成復雜形狀的防護裝置或者屏障。中國專利CN200710023999.1報道了一種金屬與塑料復合新材料的制備方法，通過金屬鎢粉與塑料進行共混注塑成型，從而得到防輻射屏蔽復合材料。
[0005]目前，尚未見關于具有X-射線防護功能含金屬鎢的纖維的專利報道。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一種輻射屏蔽纖維及其制備方法。
[0007]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種輻射屏蔽纖維，該輻射屏蔽纖維的原料組分按重量百分比包括:鎢酸銨鹽:1?10% ;聚丙烯腈共聚物:5?20% ；DMF: 70 ?95%。
[0008]優選地，所述鎢酸銨鹽包括正鎢酸銨、仲鎢酸銨、偏鎢酸銨中的至少一種。
[0009]優選地，所述聚丙烯腈共聚物是丙烯腈-丙烯酸酯聚合物、丙烯腈-甲基丙烯酸酯聚合物、丙烯腈-丙烯酸聚合物、丙烯腈-衣康酸聚合物、丙烯腈-馬來酸聚合物中的至少一種。
[0010]一種輻射屏蔽纖維的制備方法，包括以下步驟:
[0011]S1、以重量百分比為I?10%鎢酸銨鹽、重量百分比為5?20%的聚丙烯腈共聚物、以及重量百分比為70?95%的DMF為原料，將上述原料配制成混合溶液，對所述混合溶液進行超聲靜置脫泡，即得到紡絲液，然后對所述紡絲液通過干法紡絲處理，制成原纖維；
[0012]S2、對所述原纖維進行干燥處理，然后對干燥后的原纖維在空氣中作預氧化處理；
[0013]S3、將預氧化處理過的原纖維在氮氣中進行碳化處理，即得到含金屬鎢納米顆粒的輻射屏蔽纖維。
[0014]優選地，所述步驟SI中配制所述混合溶液的方法是:先將聚丙烯腈共聚物溶解在DMF中形成聚丙烯腈共聚物的DMF溶液，然后往聚丙烯腈共聚物的DMF溶液中添加鎢酸銨鹽，在25?IOOoC的溫度下進行機械攪拌，直至鎢酸銨鹽完全溶解，且所形成的聚丙烯腈共聚物與鎢酸銨鹽在DMF中的混合溶液呈現出透明的均一相，該呈現出透明的均一相的聚丙烯腈共聚物與鎢酸銨鹽在DMF中的混合溶液即為可進行后續的超聲靜置脫泡操作的混合溶液。
[0015]優選地，所述步驟SI中所述干法紡絲處理的方法是:使用干法紡絲裝置進行干法紡絲處理，且干法紡絲處理的工作參數為:計量泵擠出速度20-80ml/r，計量泵壓力小于
5.0MPa,熱甬道紡絲溫度100-400oC，氮氣循環量20-100ml/min，紡絲速度150-400m/min，水洗溫度60-90oC，拉伸倍數3.3-6倍。
[0016]優選地，所述步驟S2中，對所述原纖維進行的所述干燥處理是在溫度為70?120oC的環境下進行的。
[0017]優選地，所述步驟S2中，對所述干燥后的原纖維進行的所述預氧化處理的方法是:將所述干燥后的原纖維在180?300oC的溫度范圍內進行加熱處理，處理時間為20?90分鐘。
[0018]優選地，所述步驟S3中所述的碳化處理的方法是:將預氧化處理過的原纖維，在氮氣中加熱，加熱溫度在400?1300oC之間，處理時間為9-15分鐘。
[0019]實施本發明的有益效果:原材料來源方便，工藝穩定可靠，整體采用現有的紡絲與碳化設備，產品應用安全無毒性，相比于鉛板，鎢板等，該纖維具有輕便，環保等特點；獲得了具有電離輻射防護作用的整束或者單根纖維，該材料中金屬鎢呈納米顆粒并與纖維緊密結合，不會從纖維中脫落，既具有纖維物的性能，同時又具有金屬鎢的抗輻射功能，并且可根據不同的配比制造出不同密度的產品，開拓金屬鎢材料在織物領域的應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:
[0021]圖1是本發明一種輻射屏蔽纖維的制備方法的方法實施例1的流程圖；
[0022]圖2是本發明一種輻射屏蔽纖維的制備方法的方法實施例1中干法紡絲裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】[0023]產品實施例1
[0024]一種輻射屏蔽纖維，該輻射屏蔽纖維的原料組分按重量百分比包括:
[0025]鎢酸銨鹽:1?10% ;聚丙烯腈共聚物:5-20% ；DMF (N, N- 二甲基甲酰胺):70_95%。
[0026]本實施例中，鎢酸銨鹽是指偏鎢酸銨。
[0027]本實施例中，聚丙烯腈共聚物是指丙烯腈-丙烯酸甲酯聚合物(P (AN-MA))。
[0028]P (AN-MA)與DMF重量比1:4的比例；偏鎢酸銨與P (AN-MA)重量比是1:3，具體的重量百分比數據為:偏鎢酸銨:6.25% ；P (AN-MA) 18.75% ；DMF:75.00%。
[0029]方法實施例1:
[0030]一種輻射屏蔽纖維的制備方法，如圖1所示，其制備步驟包括:
[0031]S1、以重量百分比為6.25%鎢酸銨鹽、重量百分比為18.75%的P (AN-MA)、以及重量百分比為75.00%的DMF為原料，將上述原料配制成混合溶液，對混合溶液進行超聲靜置脫泡，即得到紡絲液，然后對紡絲液通過干法紡絲處理，制成原纖維；
[0032]S2、對原纖維進行干燥處理，然后對干燥后的原纖維在空氣中作預氧化處理；
[0033]S3、將預氧化處理過的原纖維在氮氣中進行碳化處理，即得到含金屬鎢納米顆粒的輻射屏蔽纖維。
[0034]制備步驟SI中的投料先后順序是:先將P (AN-MA)粉末溶解在DMF中形成混合溶液，然后往二者的混合溶液中添加鎢酸銨鹽，在70oC的溫度下進行機械攪拌，直至鎢酸銨鹽完全溶解，且所形成的P (AN-MA)與鎢酸銨鹽在DMF中的混合溶液呈現出透明的均一相，該呈現出透明的均一相的混合溶液即為可進行后續的超聲靜置脫泡操作的紡絲溶液。
[0035]制備步驟SI中的干法紡絲處理，該方法使用干法紡絲裝置進行干法紡絲處理，如圖2所示，紡絲液I沿著A方向被儲存在套筒6內，紡絲時，紡絲液I流經計量泵2，然后被擠出至噴絲頭3進行紡絲，在這個過程中，熱氮氣流沿著B方向進入熱甬道4并從C方向流出，紡好的絲需要經過水洗裝置5的水洗，之后進行拉伸處理，干法紡絲處理的工作參數為:計量泵擠出速度20-80ml/r，計量泵壓力小于5.0MPa，熱甬道紡絲溫度100_400oC，氮氣循環量20-100ml/min，紡絲速度150_400m/min，水洗溫度60_90oC，拉伸倍數3.3-6倍。在本實施例中，計量泵擠出速度優選60ml/r，計量泵壓力優選4.0MPa,熱甬道紡絲溫度優選350oC，氮氣循環量優選80ml/min，紡絲速度優選250m/min，水洗溫度優選85oC，拉伸倍數優選3.8倍。
[0036]制備步驟S2中的干燥處理，其干燥溫度為70-120oC，以便能處理掉原纖維中多余的有機溶劑。在本實施例中，干燥溫度優選為llOoC。
[0037]制備步驟S2中的預氧化處理，即將干燥后的原纖維在溫度180_300oC范圍內進行加熱處理，處理時間為20-90分鐘，得到具有梯形環狀結構的原纖維。在本實施例中，將干燥后的原纖維放置于馬弗爐內進行預氧化，預氧化的氣氛為空氣，預氧化的溫度分別為210,250和290oC三個溫區，每個溫區分別停留20分鐘。
[0038]步驟S3中所述的碳化處理的方法是:將預氧化處理過的原纖維，在氮氣中加熱，加熱溫度在400?1300oC之間，處理時間為9-15分鐘。所謂碳化處理，即將預氧化過的原纖維，在氮氣的保護下，加熱使高分子聚合物纖維轉變成碳纖維，同時里面的鎢酸銨鹽也分解出金屬鎢。在本實施例中，將經過預氧化處理過的原纖維，在氮氣氛圍的保護下進行碳化處理，氮氣的流速為70ml/min，在415，520，600oC各處理2分鐘，再在700，925，1050oC各處理I分鐘，從而得到具有抗電離輻射的纖維。
[0039]所得到的纖維經機織工藝得到平紋坯布，優選機織工藝為:經向密度60根/10cm，諱向密度60根/IOcm,得到幅寬IOOcm,厚度為Imm的微米還布。
[0040]X-射線防護功能評定采用西門子Multix射線源在70kV運行，使用Radcal-MDH2025電離腔劑量計在樣品下方15厘米處測定透過劑量，計算等效鉛板厚度。本實施例收集到的纖維累計厚度為0.75_，經X射線評定，其等效鉛板厚度為0.35_。
[0041]對這些平紋坯布進行常規的后續處理，即可以制備出防輻射屏蔽功能的穿著衣物
坐寸ο
[0042]實施本發明的有益效果:原材料來源方便，工藝穩定可靠，整體采用現有的紡絲與碳化設備，產品應用安全無毒性，相比于鉛板，鎢板等，該纖維具有輕便，環保等特點。獲得了具有電離輻射防護作用的整束或者單根纖維，該纖維材料中金屬鎢呈納米顆粒并與纖維緊密結合，不會從纖維中脫落。既具有纖維物的性能，同時又具有金屬鎢的抗輻射功能，并且可根據不同的配比制造出不同密度的產品，開拓金屬鎢材料在織物領域的應用。
[0043]以上結合具體實施例，進一步闡述本發明。但這些實施例僅用于說明本發明而不是用于限制本發明的實施范圍。此外還應該理解，在閱讀本發明的內容之后，本領域相關技術人員可以對本發明作各種改動和修改，這些等價形式同樣落于本申請所附要求書中所限定的范圍。
【權利要求】
1.一種輻射屏蔽纖維，其特征在于，該輻射屏蔽纖維的原料組分按重量百分比包括:鎢酸銨鹽:1?10% ;聚丙烯腈共聚物:5?20% ；DMF:70?95%。
2.根據權利要求1所述的輻射屏蔽纖維，其特征在于，所述鎢酸銨鹽包括正鎢酸銨、仲鎢酸銨、偏鎢酸銨中的至少一種。
3.根據權利要求1所述的輻射屏蔽纖維，其特征在于，所述聚丙烯腈共聚物是丙烯腈-丙烯酸酯聚合物、丙烯腈-甲基丙烯酸酯聚合物、丙烯腈-丙烯酸聚合物、丙烯腈-衣康酸聚合物、丙烯腈-馬來酸聚合物中的至少一種。
4.一種輻射屏蔽纖維的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、以重量百分比為I?10%鎢酸銨鹽、重量百分比為5?20%的聚丙烯腈共聚物、以及重量百分比為70?95%的DMF為原料，將上述原料配制成混合溶液，對所述混合溶液進行超聲靜置脫泡，即得到紡絲液，然后對所述紡絲液通過干法紡絲處理，制成原纖維； 52、對所述原纖維進行干燥處理，然后對干燥后的原纖維在空氣中作預氧化處理； 53、將預氧化處理過的原纖維在氮氣中進行碳化處理，即得到含金屬鎢納米顆粒的輻射屏蔽纖維。
5.根據權利要求4所述的輻射屏蔽纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟SI中配制所述混合溶液的方法是:先將聚丙烯腈共聚物溶解在DMF中形成聚丙烯腈共聚物的DMF溶液，然后往聚丙烯腈共聚物的DMF溶液中添加鎢酸銨鹽，在25?IOOoC的溫度下進行機械攪拌，直至鎢酸銨鹽完全溶解，且所形成的聚丙烯腈共聚物與鎢酸銨鹽在DMF中的混合溶液呈現出透明的均一相，該呈現出透明的均一相的聚丙烯腈共聚物與鎢酸銨鹽在DMF中的混合溶液即為可進行后續的超聲靜置脫泡操作的混合溶液。
6.根據權利要求4所述的輻射屏蔽纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟SI中所述干法紡絲處理的方法是:使用干法紡絲裝置進行干法紡絲處理，且干法紡絲處理的工作參數為:計量泵擠出速度20-80ml/r，計量泵壓力小于5.0MPa,熱甬道紡絲溫度100_400oC，氮氣循環量20-100ml/min，紡絲速度150_400m/min，水洗溫度60_90oC，拉伸倍數3.3-6倍。
7.根據權利要求4所述的輻射屏蔽纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中，對所述原纖維進行的所述干燥處理是在溫度為70?120oC的環境下進行的。
8.根據權利要求4所述的輻射屏蔽纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中，對所述干燥后的原纖維進行的所述預氧化處理的方法是:將所述干燥后的原纖維在180?300oC的溫度范圍內進行加熱處理，處理時間為20?90分鐘。
9.根據權利要求4所述的輻射屏蔽纖維的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中所述的碳化處理的方法是:將預氧化處理過的原纖維，在氮氣中加熱，加熱溫度在400?1300oC之間，處理時間為9-15分鐘。
【文檔編號】D01F9/22GK103556308SQ201310531142
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】費賓, 李劍華 申請人:香港理工大學