一种X/γ射线屏蔽复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种x/γ射线屏蔽复合材料及其制备方法，属于非织造制造领域和核辐射防护领域。

背景技术：

1、在涉核行业(诸如核反应堆、医疗行业)或其他辐射源中通常因裂变、衰变或仪器直接激发而释放出带能量的α粒子、β粒子、x射线、γ射线和中子，统称为电离辐射或核辐射。电离辐射的射线波长短、频率高、质量高，当照射人体时会诱导发生病变，对操作人员造成伤害；当设备装置、材料等物质曝露在电离辐射条件下，会导致发热、活化及性能降低，从而使用寿命降低提前报废。由于α、β粒子在空气中和固体中的射程很短，因此无需特殊的屏蔽，而x射线、γ射线和中子的穿透能力很强，因此必须对其防护以减少对人体的伤害。

2、目前，医疗行业常用的射线防护材料为重金属铅，但是，重金属铅有毒性且在40-80kev有弱吸收，因此无铅射线防护材料的研究显得极为重要。镧系稀土元素的k层吸收边从镧的38.9kev到镥的63.3kev，能够弥补铅的“弱吸收边”。现有射线防护服大多采用重金属与橡胶共混成型、pvc挤压成型或pu涂层成型获得柔性片层材料制备而成，主要存在不透气、闷热、重量重等缺点。将重金属等射线屏蔽材料加入到纤维中，再由纤维制成无纺布进行射线防护，可以解决射线防护材料不透气的问题。

3、本发明拟采用两种途径制备x/γ射线屏蔽复合材料，一种是将含重金属的聚乙烯醇纤维制成絮片，在絮片的表面通过磁控溅射工艺依次溅射磁性材料和稀土氧化物薄膜层；另一种是在含重金属元素的聚乙烯醇纤维表面，通过磁控溅射工艺依次溅射磁性材料和稀土氧化物薄膜层，再制备成絮片。本发明的方法不仅有效提高了x/γ射线的屏蔽效果，而且中子的防护性能和电磁波吸收性能也得到了提高，并且制备的絮片具有良好的透气性能，解决了现有核防护材料厚重、闷热、不透气的问题，大大提高其实用性。

4、上述对背景技术的陈述仅是为了方便对本发明技术方案(使用的技术手段、解决的技术问题以及产生的技术效果等方面)的深入理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种x/γ射线屏蔽复合材料及其制备方法。所述x/γ射线屏蔽复合材料既能满足屏蔽高能射线的需求，又能在40-80kev具有优异的x/γ射线屏蔽性能，解决了铅材料在此区域的弱吸收。

2、一种x/γ射线屏蔽复合材料，其通过含重金属元素的聚乙烯醇纤维、高收缩纤维、水溶性维纶和热熔粘结纤维形成絮片后，在絮片上下表面分别通过磁控溅射工艺依次溅射磁性材料和稀土氧化物薄膜层而获得；或者通过在含重金属元素聚乙烯醇纤维表面，磁控溅射工艺依次溅射磁性材料和稀土氧化物薄膜层，然后与高收缩纤维、水溶性维纶、热熔粘结纤维通过干法或湿法工艺制成无纺絮片而获得。所述x/γ射线屏蔽复合材料具有良好的防护性能。

3、所述含重金属元素的聚乙烯醇纤维中的重金属可以选自锗、锆、铌、锡、钡、铪、钽、钨、铼、铋中的一种或几种，重金属的添加量在91重量％至93重量％的范围内。

4、所述含重金属元素的聚乙烯醇纤维、高收缩纤维、水溶性维纶和热熔粘结纤维的重量份数分别为90重量％至95重量％、3重量％至5重量％、0至3重量％和1重量％至2重量％。

5、所述含重金属元素的聚乙烯醇纤维要经过表面处理，所述表面处理包括物理处理和化学处理，所述物理处理包括等离子体、电子束辐照、电晕等；所述化学处理包括用浓度为20％的盐酸、硝酸、硫酸、磷酸等的一种。

6、所述絮片可以采用以下方法制备：

7、方法1：将含重金属元素的聚乙烯醇纤维、高收缩纤维和热熔粘结纤维，经过开松、混合，并将梳理设备料斗位置上移，在刺辊控制下输入梳理机入口时利用重力稳定进入梳理机进行梳理加工，进行多次铺设成网、针刺和喷胶工序，然后热粘合、干燥、卷绕获得防护絮片层；该方法与常规的絮片制造设备和工艺不同，在常规工艺中由于高原子序数重金属聚乙烯醇纤维密度大，铺设成网形成的絮片容易下坠造成絮片断裂，为此，本方法采用预设高台铺设成网、针刺和喷胶，然后斜向下以一定角度输送进行后续热粘合、干燥和卷绕；也可以在铺设成网的传送装置底部加装不锈钢或者高强耐磨尼龙防坠幕帘，两边由齿轮驱动前行，一直到后面的热粘合、干燥工序，直至卷绕、裁片形成成品；或者

8、方法2：将含重金属元素的聚乙烯醇纤维、高收缩纤维、水溶性维纶和热熔粘结纤维，在水溶液中搅拌混合制成悬浮浆，用泵输送到高浓度浆槽中，经多次冲浆加水稀释到上网浓度，流送到斜网流浆箱，再输送到斜网成型网的表面，负压脱水成型，然后转移烘干成型获得絮片。在转移烘干中，复合湿纤维网通过底部的网状幕帘传送带传输，防止由于中间防护层絮片密度大容易下坠断裂，在传送的后半段底部设有一排排气孔，通过气体在复合材料的内部冲击作用，增加其蓬松性。

9、所述絮片表面磁控溅射的磁性材料包括钐钴(smco)、铝镍钴(alnico)、铁铬钴(fecrco)、铁氧体等。

10、所述稀土氧化物选自氧化镧、氧化铈、氧化钕、氧化镨、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铒、氧化镱中的一种或几种。

11、所述磁性材料在絮片上下表面的厚度为50μm至200μm；所述稀土氧化物在絮片上下表面的厚度为50μm至200μm。

12、经表面处理后的含重金属元素的聚乙烯醇纤维，在经过磁控溅射装置时，纤维处于旋转状态便于磁性材料和稀土氧化物在纤维表面形成均匀的氧化层。

13、所述屏蔽复合纤维中重金属元素、磁性材料和稀土氧化物的重量比为70重量％至80重量％：5重量％至10重量％：15重量％至20重量％；含重金属元素的聚乙烯醇纤维、高收缩纤维、水溶性维纶和热熔粘结纤维的重量比为90重量％至95重量％：3重量至％至4重量％：0至3重量％：2重量％至3重量％。

14、本发明的效果：

15、(1)纤维混合均匀并且整体粘结性好：由于高原子序数重金属聚乙烯醇纤维密度大、硬度高，采用传统的一次成型絮片干法工艺，无法实现整体针刺、水刺三维结合且输送容易下坠断裂，为此，通过多次铺网、针刺和喷胶的方式实现重金属纤维的均匀混合、三维结合；

16、絮片输送过程中无断裂：可以采用预设高台进行铺设成网、针刺和喷胶并以向下倾斜一定角度的方式传输减少絮片的下坠，也可以在铺设成网的传送装置底部加装不锈钢或者高强耐磨尼龙防坠幕帘，两边由齿轮驱动前行，承接絮片的下坠力。

17、(2)湿法工艺絮片在传输过程中无断裂、蓬松性好：复合湿纤维网通过底部的网状幕帘传送带传输，防止由于絮片密度大容易下坠断裂，在传送的后半段底部设有一排排气孔，通过气体在复合材料的内部冲击作用，增加其蓬松性。

18、(3)将重金属元素、磁性材料和稀土氧化物有机结合起来，通过高原子序数碰撞损耗、电磁波磁损耗和稀土的中子俘获等射线防护机理，既能满足屏蔽高能射线的需求，又能代替铅应用于40～80kev的x射线防护领域，提高了射线防护性能和应用范围。

技术特征：

1.一种x/γ射线屏蔽复合材料，其特征在于，其通过含重金属元素的聚乙烯醇纤维、高收缩纤维、水溶性维纶和热熔粘结纤维形成絮片后，在絮片上下表面分别通过磁控溅射工艺依次溅射磁性材料和稀土氧化物薄膜层而获得；或者

2.根据权利要求1所述的x/γ射线屏蔽复合材料，其特征在于，所述含重金属元素的聚乙烯醇纤维中的重金属选自锗、锆、铌、锡、钡、铪、钽、钨、铼、铋中的一种或几种，重金属的添加量在91重量％至93重量％的范围内。

3.根据权利要求1所述的x/γ射线屏蔽复合材料，其特征在于，所述含重金属元素的聚乙烯醇纤维、高收缩纤维、水溶性维纶和热熔粘结纤维的重量份数分别为90重量％至95重量％、3重量％至5重量％、0-3重量％和1重量％-2重量％。

4.根据权利要求1所述的x/γ射线屏蔽复合材料，其特征在于，所述含重金属元素的聚乙烯醇纤维要经过表面处理，所述表面处理包括物理处理和化学处理，所述物理处理包括等离子体、电子束辐照、电晕，所述化学处理包括用浓度为20％的盐酸、硝酸、硫酸、磷酸中的一种。

5.根据权利要求1所述的x/γ射线屏蔽复合材料，其特征在于，所述絮片采用以下方法制备：

6.根据权利要求1所述的x/γ射线屏蔽复合材料，其特征在于，所述絮片表面或重金属纤维表面磁控溅射的磁性材料包括钐钴、铝镍钴、铁铬钴和铁氧体。

7.根据权利要求1所述的x/γ射线屏蔽复合材料，其特征在于，所述稀土氧化物选自氧化镧、氧化铈、氧化钕、氧化镨、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铒、氧化镱中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的x/γ射线屏蔽复合材料，其特征在于，所述磁性材料在絮片上下表面的厚度为50μm至200μm，所述稀土氧化物在絮片上下表面的厚度为50μm至200μm。

9.根据权利要求1所述的x/γ射线屏蔽复合材料，其特征在于，经表面处理后的含重金属元素的聚乙烯醇纤维，在经过磁控溅射装置时，纤维处于旋转状态便于磁性材料和稀土氧化物在纤维表面形成均匀的氧化层。

10.根据权利要求8所述的x/γ射线屏蔽复合材料，其特征在于，所述屏蔽复合纤维中重金属元素、磁性材料和稀土氧化物的重量比为70重量％至80重量％：5重量％至10重量％：15重量％至20重量％；含重金属元素的聚乙烯醇纤维、高收缩纤维、水溶性维纶和热熔粘结纤维的重量比为90重量％至95重量％：3重量至％至4重量％：0至3重量％：2重量％至3重量％。

技术总结本发明涉及一种X/γ射线屏蔽复合材料及其制备方法。所述X/γ射线屏蔽复合材料通过含重金属元素的聚乙烯醇纤维、高收缩纤维、水溶性维纶和热熔粘结纤维形成絮片后，在絮片表面通过分别磁控溅射工艺依次溅射磁性材料和稀土氧化物薄膜层而获得，或者通过在含重金属元素的聚乙烯醇纤维的表面，磁控溅射磁性材料和稀土氧化物薄膜层，然后与高收缩纤维、水溶性维纶、热熔粘结纤维通过干法或湿法工艺制成无纺絮片而获得。所述X/γ射线屏蔽复合材料具有良好的防护性能，不仅能够满足屏蔽高能射线的需求，而且在40‑80KeV也具有优异的X射线屏蔽性能，完美解决了铅材料在此区域的弱吸收。技术研发人员：刘三民,请求不公布姓名,巫瑛,周永洪,陈太球,陆锋,李飞受保护的技术使用者：上海全宇生物科技遂平有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5