一种分能循环衰减X射线的纤维及其制备方法和应用

本发明属于x射线防护，涉及一种分能循环衰减x射线的纤维及其制备方法和应用。

背景技术：

1、辐射是生活中较常见的一种现象，比如在手机、电脑等各类电子产品中均会产生一定的辐射，在医学应用中，其中x射线经常被用于诊断检查和放射治疗，研究表明仅照射一次x射线就相当于人体在正常环境中接受几个月的辐射量。由于x射线的波长短，具有很强的穿透力，在进入人体后会产生电离作用，使人体产生生物学方面的改变，如蛋白质、酶或细胞膜因x射线照射而被电离破坏，从而引发疾病，导致有害的副作用。x射线防护服可以有效降低医务人员以及患者所受到的辐射危害，因此，x射线防护服的长期高效的防护性能至关重要。

2、现行的x射线防护服主要为含铅防护服(多数为微铅防护服)，其是由集成在纺织服装外壳中的铅板制成。而由铅板制成的防护织物的厚度在5mm以上，不透气且质地较硬，如铅当量为0.5mmpb的铅围裙重4.95kg，对医务人员在做一些精密动作时会产生一定的负面影响；并且含铅防护服的力学性能较差，如回弹性较差以及耐疲劳性差等，对于肘部以及手腕等经常发生弯折的部位容易发生断裂，进而使得防护性能丢失；同时，重金属铅含有剧毒，对人体有一定的危害，在生产铅的过程中还会产生一系列废气、废水等，会产生大面积污染，对环境产生负面影响。因此，需要进一步研究出一种环保型无铅材料对x射线进行有效防护。

3、近年来，也有许多现有技术公开了无铅服的制备以及设计路线，但大多无铅服的防辐射性能不高。

4、例如专利申请cn109461511b公开了一种x射线防护布料及x射线防护服的制备方法，其是将纳米钽、钨氧化物粒子附着在丝线上，并在丝线纺织成的布的表面设置了具有纳米钽、钨氧化物的涂层，但在涂层厚度为0.5mm时，铅当量仅为0.24mmpb，对于一些特殊部位的防护效果不够好。

5、又例如专利申请cn105624821b公开了一种硫酸钡/聚乙烯醇复合纤维及其制备方法，该复合纤维是将超细硫酸钡与聚乙烯醇共混，经湿法纺丝工艺制造而成，制备的复合纤维的干断裂强度为2.0～8.0cn/dtex，干断裂伸长率为15～40％，初始模量达到60～100cn/dtex。但是，该专利中防辐射粒子为硫酸钡，如图2所示，硫酸钡仅对中低能x射线有较好的屏蔽效果，硫酸钡存在弱吸收区，对高能x射线没有较好的屏蔽效果。

6、因此，有必要研究一种防辐射性能优良的纤维，进而由其制得防辐射性能优良的无铅织物。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种防辐射性能优良的分能循环衰减x射线的纤维及其制备方法，进而由其制得防辐射性能优良的分能循环衰减x射线的无铅织物。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种分能循环衰减x射线的纤维，为表层和里层均有防辐射粒子的纤维；表层的防辐射粒子记为防辐射粒子a，防辐射粒子a中的金属元素为低原子序数的金属元素，即在元素周期表中的序号≤60的金属元素；里层的防辐射粒子记为防辐射粒子b，防辐射粒子b中的金属元素为高原子序数的金属元素，即在元素周期表中的序号≥61的金属元素。

4、x射线中同时含有高能x射线和低能x射线；x射线照射到纤维后，仅低能x射线与纤维表层的低原子序数的金属元素发生反应，从而被消耗，高能x射线则进入纤维里层，高能x射线与纤维里层的高原子序数的金属元素发生碰撞与光电效应(即x射线与物质相互作用时，x射线的能量全部给予了物质原子的壳层电子，获得能量的电子摆脱原子核的束缚成为自由电子，而x射线本身则被物质的原子吸收)，从而被消耗，同时高能x射线在纤维里层多次反射、散射等，循环地与纤维里层的高原子序数的金属元素发生碰撞与光电效应，从而被消耗。

5、本发明的分能循环衰减x射线的纤维的设计思路如下：

6、高能x射线对人体的危害远高于低能x射线，所以纤维中必须要有高原子序数的金属元素以消耗高能x射线，如果高原子序数的金属元素位于纤维表层，则高能x射线在纤维表层会发生反射或者散射，射向空气或人体身上，从而产生危害，因此本发明控制高原子序数的金属元素仅位于纤维里层。

7、在高原子序数的金属元素仅位于纤维里层时，如果纤维里层还含有低原子序数的金属元素，则在纤维里层一部分高能x射线会与低原子序数的金属元素碰撞，从而无法被有效消耗，因此纤维里层不能含有低原子序数的金属元素。

8、在高原子序数的金属元素仅位于纤维里层且纤维里层不含有低原子序数的金属元素时，如果纤维表层没有低原子序数的金属元素，则会有大量的低能x射线随着高能x射线一起进入纤维里层，低能x射线会与高原子序数的金属元素发生碰撞，低能x射线无法被消耗，也会抢夺高能x射线与高原子序数的金属元素发生碰撞的机会，高能x射线无法充分被消耗。

9、如图2所示，对于w元素来说，69.53kev为其吸收边，在吸收边的左侧吸收系数小，因此低于该能量的x射线难以击脱该层电子，在吸收边的右侧吸收系数大，因此更容易击脱，发生光电效应而被消耗；所以对于100kev等高能x射线打入本发明的结构时，表层的防辐射粒子a难以消耗，进入内部与纤维内部的防辐射粒子b发生光电效应，且能反复消耗；假如未设计本发明的结构，对于100kev等高能x射线的路径上可能没有高原子序数的金属元素，因而未被消耗而透过；

10、作为优选的技术方案：

11、如上所述的一种分能循环衰减x射线的纤维，低原子序数的金属元素为钡元素或镧元素；高原子序数的金属元素为铋元素、钨元素、钆元素或钐元素。

12、如上所述的一种分能循环衰减x射线的纤维，防辐射粒子a为钡盐和镧氧化物中的至少一种；防辐射粒子b为铋氧化物、钨氧化物、钆氧化物和钐氧化物中的至少一种。

13、如上所述的一种分能循环衰减x射线的纤维，钡盐为硫酸钡、氯化钡和磷酸钡中的至少一种，镧氧化物为氧化镧。

14、如上所述的一种分能循环衰减x射线的纤维，防辐射粒子b的形态为球形，粒径为50～500nm；防辐射粒子a的形态为球形，粒径为200～500nm；本发明中两种防辐射粒子的直径均为纳米尺度，纳米粒子的比表面积大，与x射线碰撞消耗的几率大。

15、如上所述的一种分能循环衰减x射线的纤维，表层的厚度为5～50μm，表层中防辐射粒子a的含量为30～40wt％；里层的直径(如果里层截面非圆形，则此处为等效圆直径)为0.3～0.6mm，里层中防辐射粒子b的含量为55～65wt％。

16、如上所述的一种分能循环衰减x射线的纤维，表层的基材为水性聚氨酯；里层的基材为热塑性聚氨酯、聚酰胺、聚氯乙烯和聚乙烯醇中的至少一种。

17、本发明还提供制备如前任一项所述的一种分能循环衰减x射线的纤维的方法，将含有防辐射粒子的纤维在含有防辐射粒子的涂料中反复浸渍后，干燥，即得分能循环衰减x射线的纤维，其中，纤维中的防辐射粒子均为防辐射粒子b，涂料中的防辐射粒子均为防辐射粒子a。

18、作为优选的技术方案：

19、如上所述的方法，含有防辐射粒子的纤维通过湿法纺丝制得；通过湿法纺丝制备的纤维内部存在孔隙，对于连续纤维来说，内部的孔隙在受到拉伸时，较易变形断裂，对纤维进行涂层处理会在纤维表面形成无孔隙的连续聚合物，在受到拉伸时，不易变形断裂，因此会大大提高单位面积的强力。

20、一种分能循环衰减x射线的无铅织物，由如前任一项所述的一种分能循环衰减x射线的纤维织造而成。

21、本发明提供如上所述的一种分能循环衰减x射线的无铅织物，为具有多层结构的机织物，多层结构的层数至少为2层。

22、本发明的织物具有多层结构，x射线穿过织物时，每一层都能衰减一次，多层能够循环衰减，同时本发明的织物为机织物，机织物为高密织物，防护效果好。

23、作为优选的技术方案：

24、如上所述的一种分能循环衰减x射线的无铅织物，经密为400～600根/10cm，纬密为400～700根/10cm，密度为0.7～1.1g/cm3，铅当量为0.35～0.55mmpb，对能量为130kev的x射线的屏蔽效率达93％以上。

25、有益效果：

26、(1)如图1所示，本发明制备的分能循环衰减x射线的纤维，能确保高原子序数的金属元素在纤维内部均匀分布，当x射线射入时，可增加高能x射线与高原子序数的金属元素碰撞的概率，进而增强屏蔽效果；

27、(2)本发明先通过纤维表层消耗低能x射线，再通过纤维里层消耗高能x射线，一层纤维可衰减2次，两层纤维衰减4次，多层纤维同样，因此，在织造具有多层结构的织物后，构建了分能循环衰减结构；

28、(3)本发明制备的分能循环衰减x射线的纤维表层会形成无孔隙的连续聚合物，可减少纤维内部孔隙的弱节，改善纤维的力学性能。