一種中子輻射防護服裝材料及其制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于一種輻射防護材料領域，特別涉及一種服裝材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]現有的中子輻射防護服裝均是針對熱中子屏蔽進行設計，對中能中子的屏蔽效率很低，且沒有對混合場中的Χ、γ射線和二次生成γ射線進行屏蔽。而在實際應用中，輻射場通常為混合場，且中子輻射的能譜分布很廣，平均能量都在0.2MeV以上。如在研究性重水反應堆廠，中子場能量在IlkeV?201keV之間，熱中子、中能中子和快中子的平均劑量當量份額分別為20.6%、21.0%和58.4%，且中子與中子吸收材料作用后產生能量較高的二次γ射線輻射。
[0003]現有的中子屏蔽服裝材料主要有含硼聚乙烯板、含硼橡膠和含硼或鋰纖維織物。含硼聚乙烯板作為屏蔽材料大大降低了服裝的柔軟性和舒適性。橡膠氫原子密度低，對中子的慢化不利，且橡膠類物質易發生粘結，柔軟性較差，降低了穿著舒適性。含硼和鋰元素化合物纖維織物具有柔軟的特點，在作為防護服使用時具有良好的服用性能，但采用離子交換纖維技術制備的纖維由于吸附量的限制，硼和鋰元素的含量較低，牢度較差，屏蔽效率低。以熔融紡絲制成的復合纖維，由于芯層輻射屏蔽物質含量不能超過60% (w%)，導致屏蔽效率低。
[0004]因此，現有的中子輻射防護服裝材料不能達到對中子場的有效防護，安全性、柔軟性和舒適性都達不到中子輻射防護服裝要求。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是:提供一種中子輻射防護服裝材料，能同時具有熱中子、中能中子和X、γ射線屏蔽功能，且在吸收中子和γ射線后無二次輻射產生，織物柔軟，屏蔽效率高。
[0006]本發明的技術方案:一種中子輻射防護服裝材料，其特征是至少包括五層不同功能填料無紡布，最外層為含重金屬填料無紡布；第二層為不含填料無紡布；第三層為低含硼填料無紡布；第四層為高含硼填料無紡布；最里層為含鉛填料無紡布；使用時將該五層功能填料無紡布按由最外層到最里層的順序疊加縫制而成。
[0007]進一步技術方案為:所述最外層含重金屬填料無紡布的組成和質量比為:重金屬化合物60 %?85 %，粘合劑I %?3 %，抗氧劑0.3 %?0.7 %，成絲聚合物11.3 %?38.7% ;第二層不含填料無紡布的組成和質量比為:抗氧劑0.3%?0.7 %，成絲聚合物99.3%?99.7%;第三層低含硼填料無紡布的組成和質量比為:硼化合物5%?30%，粘合劑I %?3 %，抗氧劑0.3 %?0.7 %，成絲聚合物66.3 %?93.7 % ;第四層高含硼填料無紡布的組成和質量比為:硼化合物50 %?70 %，粘合劑I %?3 %，抗氧劑0.3 %?0.7 %，成絲聚合物26.3%?48.7% ;最里層含鉛填料無紡布的組成為:鉛化合物60%?90%，粘合劑1%?3%，抗氧劑0.3%?0.7%，成絲聚合物6.3%?38.7%。
[0008]所述成絲聚合物為聚丙烯、聚乙烯、聚酯和聚酰胺中的一種；所述抗氧劑為胺類抗氧劑、苯酚類抗氧劑中的一種或多種；所述粘合劑為聚氨酯類、丙烯酸類、環氧樹脂類中的一種或多種。
[0009]所述重金屬化合物為碳酸鋇、醋酸鉛、三氧化二鉛、辛酸鉛、氧化鉍、氫氧化鉍、五氧化二鉍中的任何一種或兩種；所述硼化合物為碳化硼、氮化硼、硼酸、氧化硼中的任何一種；所述鉛化合物為醋酸鉛、三氧化二鉛、辛酸鉛的任何一種。
[0010]各功能填料無紡布的厚度在0.1mm?5mm。
[0011]該中子輻射防護服裝材料各功能層制備方法，其生產工藝為:
(a)熔噴:將成絲聚合物切片和抗氧劑混合均勻后喂入螺桿擠壓機加熱熔融，通過熔噴紡絲從熔噴噴絲頭A和熔噴噴絲頭B擠出，形成纖網；
(b)噴涂:將功能填料和粘合劑在攪拌釜中攪拌20分鐘?30分鐘混合均勻，加入噴涂裝置料筒，通過噴涂工藝從噴涂頭噴出，通過調節噴涂噴槍往返的速度調節功能填料的含量;
(c)復合:從熔噴噴絲頭A噴出的纖網，噴涂頭噴涂的功能填料，和熔噴噴絲頭B噴出的纖網依次在凝網簾上復合，然后經過烘干、壓延、切邊卷繞形成含功能填料的無紡布。
[0012]進一步技術方案，所述熔噴的工藝參數為:擠出量0.7g/min，一級氣流壓力為0.35MPa，二級氣流壓力為0.15MPa，接收距離為850mm。
[0013]所述噴涂的工藝參數為上液量為500ml/min?800ml/min，空氣壓力為0.3MPa?0.7MPa，噴涂頭噴嘴的直徑為10cm，噴嘴距布面距離為15cm，噴槍往返的次數為30次/min ?120 次 /min。
[0014]所述功能填料平均粒徑在I μ m?10 μ m。
[0015]本發明五層功能層按一定順序疊加組成中子輻射防護服裝材料，其中最外層含重金屬填料無紡布，其作用是使高能量的中子與重金屬原子核發生非彈性散射而損失能量，使中能中子能量迅速降低到非彈性散射的閾值，同時屏蔽X、γ射線；第二層不含填料無紡布，其作用是利用含氫元素較多的化合物與中子發生非彈性散射，使中子能量進一步降低到熱能區；第三層低含硼填料無紡布，其作用是降低中子能量，同時吸收熱中子；第四層高含硼填料無紡布，其作用是利用硼元素熱中子吸收截面大、俘獲γ射線能量低的特點對熱中子進行吸收；最里層含鉛填料無紡布，其作用是屏蔽γ射線。因此本發明所述中子輻射防護服裝材料同時具有中能中子、熱中子和X、γ射線屏蔽功能，在吸收中子和γ射線后無二次輻射產生的，織物柔軟，穿著舒適，屏蔽效率高；同時生產工藝簡單，生產效率高，加工成本低。
【附圖說明】
[0016]附圖1為本發明中子輻射防護服裝材料的結構示意圖；
附圖2為本發明中子輻射防護服裝材料各功能層的生產工藝示意圖。
【具體實施方式】
[0017]實施例1:見附圖1，一種中子輻射防護服裝材料，其特征是至少包括五層不同功能填料無紡布，最外層I為含重金屬填料無紡布，用于使中能中子能量迅速降低到非彈性散射的閾值，同時屏蔽X、γ射線；第二層2為不含填料無紡布，用于進一步慢化中子；第三層3為低含硼填料無紡布，用于降低中子能量，同時吸收熱中子；第四層4為高含硼填料無紡布，用于進一步吸收熱中子；最里層5為含鉛填料無紡布，用于屏蔽γ射線；
實施例2:見附圖1，如實施例1所述的中子輻射防護服裝材料，其特征是所述最外層I含重金屬填料無紡布的組成和質量比為:重金屬化合物60%?85%，粘合劑1%?3%，抗氧劑0.3%?0.7%，成絲聚合物11.3%?38.7% ;第二層2不含填料無紡布的組成和質量比為:抗氧劑0.3%?0.7%，成絲聚合物99.3%?99.7% ;第三層3低含硼填料無紡布的組成和質量比為:硼化合物5%?30%，粘合劑1%?3%，抗氧劑0.3%?0.7%，成絲聚合物66.3%?93.7%;第四層4高含硼填料無紡布的組成和質量比為:硼化合物50%?70 %，粘合劑I %?3 %，抗氧劑0.3 %?0.7 %，成絲聚合物26.3 %?48.7 % ;最里層5含鉛填料無紡布的組成為:鉛化合物60%?90%，粘合劑I %?3%，抗氧劑0.3%?0.7%，成絲聚合物6.3 %?38.7 %。
[0018]所述成絲聚合物為聚丙烯、聚乙烯、聚酯和聚酰胺中的一種；所述抗氧劑為胺類抗氧劑、苯酚類抗氧劑中的一種或多種；所述粘合劑為聚氨酯類、丙烯酸類、環氧樹脂類中的一種或多種。
[0019]所述重金屬化合物為碳酸鋇、醋酸鉛、三氧化二鉛、辛酸鉛、氧化鉍、氫氧化鉍、五氧化二鉍中的任何一種或兩種；所述硼化合物為碳化硼、氮化硼、硼酸、氧化硼中的任何一種；所述鉛化合物為醋酸鉛、三氧化二鉛、辛酸鉛的任何一種。
[0020]是各功能填料無紡布的厚度在0.1mm?5mm。
[0021]實施例3:見附圖2，如實施例1或2所述的中子輻射防護服裝材料各功能層的制備方法，其生產工藝為:
(a)熔噴:將成絲聚合物切片和抗氧劑混合均勻后喂入螺桿擠壓機加熱熔融，通過熔噴紡絲從熔噴噴絲頭A和熔噴噴絲頭B擠出，形成纖網；
(b)噴涂:將功能填料和粘合劑在攪拌釜中攪拌20分鐘?30分鐘混合均勻，加入噴涂裝置料筒，通過噴涂工藝從噴涂頭噴出，通過調節噴涂噴槍往返的速度調節功能填料的含量;
(c)復合:從熔噴噴絲頭A噴出的纖網，噴涂頭噴涂的功能填料，和熔噴噴絲頭B噴出的纖網依次在凝網簾上復合，然后經過烘干、壓延、切邊卷繞形成含功能填料的無紡布。
[0022]實施例4:見附圖2，如實施例3所述的中子輻射防護服裝材料各功能層的制備方法，其特征是所述熔噴的工藝參數為:擠出量0.7g/min，一級氣流壓力為0.35MPa，二級氣流壓力為0.15MPa，接收距離為850mmo
[0023]所述噴涂的工藝參數為上液量為500ml/min?800ml/min，空氣壓力為0.3MPa?
0.7MPa，噴涂頭噴嘴的直徑為10cm，噴嘴距布面距離為15cm，噴槍往返的次數為30次/min ?120 次 /min。
[0024]所述功能填料平均粒徑在I μ m?10 μ m。
[0025]實施例5:如圖2所示，將熔融指數為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 -萘胺抗氧劑，在密閉的高速混合機中以600轉/分轉速攪拌混合10分鐘，然后再以1500轉/分轉速攪拌混合10分鐘，混合后的物料加入螺桿擠壓機在340°C的溫度下擠出進入計量栗I和計量栗2，以栗供量為0.7g/min精確計量送入熔體分配腔，再通過整流后進入紡絲熔體池，然后在350°C的模