纳米防护纤维及其制备方法、应用和防护制品与流程

本发明涉及辐射屏蔽材料领域，特别是涉及一种纳米防护纤维及其制备方法、应用和防护制品。

背景技术：

1、随着核工业发展迅猛，核电站、核反应堆的辐射安全与防护问题也越来越重要。目前防中子辐射纤维一般都是采用以硼的化合物作为热中子吸收剂与聚乙烯、聚丙烯等高分子材料进行熔融共混，然后采用熔融纺丝法制备防中子辐射防护纤维。但是硼元素的热中子俘获截面较低，在可穿戴的防中子辐射制品中，为达到较好的中子屏蔽性能需要使用的防中子辐射纤维更多，或者需要提高防中子辐射纤维硼或锂化合物的添加量，进而导致防中子辐射制品的穿戴舒适性降低。

2、再者，防护制品对中子辐射进行有效屏蔽防护的同时还需对次级γ射线进行有效防护，而目前的商用防护材料或产品的射线防护功能单一。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种具有良好的穿戴舒适性、较好的中子及γ射线防护的防护效果的纳米防护纤维及其制备方法、应用和防护制品。

2、本发明第一方面，提供了一种纳米防护纤维，包括芯层和壳层，所述芯层为纤维状，所述壳层同轴包覆在所述芯层上，所述芯层包括第一聚合物和填充在所述第一聚合物中的中子吸收剂，所述壳层包括第二聚合物和填充在所述第二聚合物中的γ射线屏蔽剂，所述中子吸收剂包括纳米氧化钆粉末。

3、本发明以纳米氧化钆粉末作为中子吸收剂，可以有效提高纳米防护纤维对中子的吸收效果，进而在满足中子防护要求的情况下，减少纳米防护纤维的使用量，提高可穿戴防护制品的舒适性；同时采用芯层和壳层的结构，将中子吸收剂置于芯层，将伽马射线吸收剂置于壳层，不仅对环境中的中子和γ射线同时具有良好的防护效果，壳层中的γ射线屏蔽剂还能进一步屏蔽芯层中的钆粉吸收中子过程中带来的次级γ射线，防止钆吸收中子带来的次级γ射线问题，进一步提高纳米防护纤维对γ射线和中子的防护效果。

4、在一些实施例中，所述纳米防护纤维满足以下条件中的至少一项：

5、(1)所述芯层的直径为100nm-200nm；

6、(2)所述壳层的厚度为100nm-200nm；

7、(3)所述纳米防护纤维的直径为300nm-600nm。

8、在一些实施例中，所述纳米防护纤维满足以下条件中的至少一项：

9、(1)所述中子吸收剂的粒径为10nm-50nm；

10、(2)所述γ射线屏蔽剂的粒径为10nm-50nm。

11、在一些实施例中，所述γ射线屏蔽剂选自纳米钨粉、纳米钽粉和纳米铋粉中的至少一种。

12、在一些实施例中，所述纳米防护纤维满足以下条件中的至少一项：

13、(1)所述第一聚合物选自pvdf、tpu和pla中的至少一种；

14、(2)所述第二聚合物选自tpu和pvdf中的至少一种。

15、本发明第二方面，提供了一种上述纳米防护纤维的制备方法，包括如下步骤：

16、将芯层纺丝溶液和壳层纺丝溶液分别添加到同轴静电纺丝设备的内腔和外腔，进行静电纺丝，得到纳米防护纤维；所述芯层纺丝溶液包括第一聚合物、中子吸收剂和第一溶剂，所述第一聚合物溶于所述第一溶剂，所述中子吸收剂分散于所述第一溶剂中，所述壳层纺丝溶液包括第二聚合物、γ射线屏蔽剂和第二溶剂，所述第二聚合物溶于所述第二溶剂，所述γ射线屏蔽剂分散于所述第二溶剂中；

17、所述中子吸收剂包括纳米氧化钆粉末。

18、本发明采用同轴静电纺丝法可以制备出纳米级别的防护纤维，纤维的直径为纳米级别，堆叠致密，不仅对中子和次级γ射线具有很好的防护效果，而且还能对α、β放射性气溶胶颗粒也有良好的拦截效果，从而具备更广泛的防护效果。

19、在一些实施例中，所述制备方法满足以下条件中的至少一项：

20、(1)在所述芯层纺丝溶液中，按质量百分含量计，包括第一聚合物5％-20％、第一溶剂75％-94％及中子吸收剂1％-5％；

21、(2)在所述壳层纺丝溶液中，按质量百分含量计，包括第二聚合物5％-20％、第二溶剂75％-94％及γ射线屏蔽剂1％-5％。

22、在一些实施例中，所述制备方法满足以下条件中的至少一项：

23、(1)所述第一溶剂选自三氯甲烷和n-n-二甲基甲酰胺中的至少一种；

24、(2)所述第二溶剂为n-n-二甲基甲酰胺。

25、在一些实施例中，所述第一溶剂为体积比在1:(3-8)的三氯甲烷和n-n-二甲基甲酰胺。

26、在一些实施例中，所述静电纺丝的工艺参数满足以下条件中的至少一项：

27、(1)所述芯层纺丝溶液的供液速度为0.1ml/min-2ml/min；

28、(2)所述壳层纺丝溶液的供液速度为0.1ml/min-4ml/min；

29、(3)电压为18kv-30kv；

30、(4)纺丝距离为15cm-20cm；

31、(5)接收器转速为120r/min-160r/min。

32、在一些实施例中，所述芯层纺丝溶液的供液速度与所述壳层纺丝溶液的供液速度之比为1:(1-2)。

33、本发明第三方面，提供了一种上述纳米防护纤维在制备防护制品中的应用。

34、本发明第四方面，提供了一种防护制品，所述防护制品中包括上述纳米防护纤维。

35、在一些实施例中，所述防护制品包括面料。

36、上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

技术特征：

1.一种纳米防护纤维，其特征在于，包括芯层和壳层，所述芯层为纤维状，所述壳层同轴包覆在所述芯层上，所述芯层包括第一聚合物和填充在所述第一聚合物中的中子吸收剂，所述壳层包括第二聚合物和填充在所述第二聚合物中的γ射线屏蔽剂，所述中子吸收剂包括纳米氧化钆粉末。

2.如权利要求1所述的纳米防护纤维，其特征在于，所述纳米防护纤维满足以下条件中的至少一项：

3.如权利要求1所述的纳米防护纤维，其特征在于，所述纳米防护纤维满足以下条件中的至少一项：

4.如权利要求1-3任一项所述的纳米防护纤维，其特征在于，所述γ射线屏蔽剂选自纳米钨粉、纳米钽粉和纳米铋粉中的至少一种。

5.如权利要求1-3任一项所述的纳米防护纤维，其特征在于，所述纳米防护纤维满足以下条件中的至少一项：

6.如权利要求1-5任一项所述纳米防护纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足以下条件中的至少一项：

8.如权利要求6-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足以下条件中的至少一项：

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂为体积比在1:(3-8)的三氯甲烷和n-n-二甲基甲酰胺。

10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝的工艺参数满足以下条件中的至少一项：

11.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述芯层纺丝溶液的供液速度与所述壳层纺丝溶液的供液速度之比为1:(1-2)。

12.如权利要求1-5任一项所述纳米防护纤维在制备防护制品中的应用。

13.一种防护制品，其特征在于，所述防护制品中包括权利要求1-5任一项所述的纳米防护纤维。

14.如权利要求13所述的防护制品，其特征在于，所述防护制品包括面料。

技术总结本发明提供一种纳米防护纤维及其制备方法、应用和防护制品；纳米防护纤维包括芯层和壳层，所述芯层为纤维状，所述壳层同轴包覆在所述芯层上，所述芯层包括第一聚合物和填充在所述第一聚合物中的中子吸收剂，所述壳层包括第二聚合物和填充在所述第二聚合物中的γ射线屏蔽剂，所述中子吸收剂包括纳米氧化钆粉末。该结构的纳米防护纤维可以同时对中子和γ射线起到很好的防护效果，其制备的防护制品具有良好的穿戴舒适性。技术研发人员：刘峰,詹杰,李家文,苏兴东,刘夏杰,李利受保护的技术使用者：中广核研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/8