一種中子輻射防護(hù)服裝材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于一種輻射防護(hù)材料領(lǐng)域，特別涉及一種服裝材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的中子輻射防護(hù)服裝均是針對(duì)熱中子屏蔽進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)中能中子的屏蔽效率很低，且沒(méi)有對(duì)混合場(chǎng)中的Χ、γ射線和二次生成γ射線進(jìn)行屏蔽。而在實(shí)際應(yīng)用中，輻射場(chǎng)通常為混合場(chǎng)，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(yīng)堆廠，中子場(chǎng)能量在IlkeV?201keV之間，熱中子、中能中子和快中子的平均劑量當(dāng)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(chǎn)生能量較高的二次γ射線輻射。
[0003]現(xiàn)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?yán)w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(duì)中子的慢化不利，且橡膠類(lèi)物質(zhì)易發(fā)生粘結(jié)，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(diǎn)，在作為防護(hù)服使用時(shí)具有良好的服用性能，但采用離子交換纖維技術(shù)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(fù)合纖維，由于芯層輻射屏蔽物質(zhì)含量不能超過(guò)60% (w%)，導(dǎo)致屏蔽效率低。
[0004]因此，現(xiàn)有的中子輻射防護(hù)服裝材料不能達(dá)到對(duì)中子場(chǎng)的有效防護(hù)，安全性、柔軟性和舒適性都達(dá)不到中子輻射防護(hù)服裝要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是:提供一種中子輻射防護(hù)服裝材料，能同時(shí)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(wú)二次輻射產(chǎn)生，織物柔軟，屏蔽效率高。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種中子輻射防護(hù)服裝材料，其特征是至少包括五層不同功能填料無(wú)紡布，最外層為含重金屬填料無(wú)紡布；第二層為不含填料無(wú)紡布；第三層為低含硼填料無(wú)紡布；第四層為高含硼填料無(wú)紡布；最里層為含鉛填料無(wú)紡布；使用時(shí)將該五層功能填料無(wú)紡布按由最外層到最里層的順序疊加縫制而成。
[0007]進(jìn)一步技術(shù)方案為:所述最外層含重金屬填料無(wú)紡布的組成和質(zhì)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(wú)紡布的組成和質(zhì)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(wú)紡布的組成和質(zhì)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(wú)紡布的組成和質(zhì)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(wú)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(lèi)抗氧劑、苯酚類(lèi)抗氧劑中的一種或多種；所述粘合劑為聚氨酯類(lèi)、丙烯酸類(lèi)、環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)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(wú)紡布的厚度在0.1mm?5mm。
[0011]該中子輻射防護(hù)服裝材料各功能層制備方法，其生產(chǎn)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(jī)加熱熔融，通過(guò)熔噴紡絲從熔噴噴絲頭A和熔噴噴絲頭B擠出，形成纖網(wǎng)；
(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(guò)噴涂工藝從噴涂頭噴出，通過(guò)調(diào)節(jié)噴涂噴槍往返的速度調(diào)節(jié)功能填料的含量;
(c)復(fù)合:從熔噴噴絲頭A噴出的纖網(wǎng)，噴涂頭噴涂的功能填料，和熔噴噴絲頭B噴出的纖網(wǎng)依次在凝網(wǎng)簾上復(fù)合，然后經(jīng)過(guò)烘干、壓延、切邊卷繞形成含功能填料的無(wú)紡布。
[0012]進(jìn)一步技術(shù)方案，所述熔噴的工藝參數(shù)為:擠出量0.7g/min，一級(jí)氣流壓力為0.35MPa，二級(jí)氣流壓力為0.15MPa，接收距離為850mm。
[0013]所述噴涂的工藝參數(shù)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(shù)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(fā)明五層功能層按一定順序疊加組成中子輻射防護(hù)服裝材料，其中最外層含重金屬填料無(wú)紡布，其作用是使高能量的中子與重金屬原子核發(fā)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(shí)屏蔽X、γ射線；第二層不含填料無(wú)紡布，其作用是利用含氫元素較多的化合物與中子發(fā)生非彈性散射，使中子能量進(jìn)一步降低到熱能區(qū)；第三層低含硼填料無(wú)紡布，其作用是降低中子能量，同時(shí)吸收熱中子；第四層高含硼填料無(wú)紡布，其作用是利用硼元素?zé)嶂凶游战孛娲?、俘獲γ射線能量低的特點(diǎn)對(duì)熱中子進(jìn)行吸收；最里層含鉛填料無(wú)紡布，其作用是屏蔽γ射線。因此本發(fā)明所述中子輻射防護(hù)服裝材料同時(shí)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(wú)二次輻射產(chǎn)生的，織物柔軟，穿著舒適，屏蔽效率高；同時(shí)生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，加工成本低。
【附圖說(shuō)明】
[0016]附圖1為本發(fā)明中子輻射防護(hù)服裝材料的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2為本發(fā)明中子輻射防護(hù)服裝材料各功能層的生產(chǎn)工藝示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1:見(jiàn)附圖1，一種中子輻射防護(hù)服裝材料，其特征是至少包括五層不同功能填料無(wú)紡布，最外層I為含重金屬填料無(wú)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(shí)屏蔽X、γ射線；第二層2為不含填料無(wú)紡布，用于進(jìn)一步慢化中子；第三層3為低含硼填料無(wú)紡布，用于降低中子能量，同時(shí)吸收熱中子；第四層4為高含硼填料無(wú)紡布，用于進(jìn)一步吸收熱中子；最里層5為含鉛填料無(wú)紡布，用于屏蔽γ射線；
實(shí)施例2:見(jiàn)附圖1，如實(shí)施例1所述的中子輻射防護(hù)服裝材料，其特征是所述最外層I含重金屬填料無(wú)紡布的組成和質(zhì)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(wú)紡布的組成和質(zhì)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(wú)紡布的組成和質(zhì)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(wú)紡布的組成和質(zhì)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(wú)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(lèi)抗氧劑、苯酚類(lèi)抗氧劑中的一種或多種；所述粘合劑為聚氨酯類(lèi)、丙烯酸類(lèi)、環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)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(wú)紡布的厚度在0.1mm?5mm。
[0021]實(shí)施例3:見(jiàn)附圖2，如實(shí)施例1或2所述的中子輻射防護(hù)服裝材料各功能層的制備方法，其生產(chǎn)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(jī)加熱熔融，通過(guò)熔噴紡絲從熔噴噴絲頭A和熔噴噴絲頭B擠出，形成纖網(wǎng)；
(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(guò)噴涂工藝從噴涂頭噴出，通過(guò)調(diào)節(jié)噴涂噴槍往返的速度調(diào)節(jié)功能填料的含量;
(c)復(fù)合:從熔噴噴絲頭A噴出的纖網(wǎng)，噴涂頭噴涂的功能填料，和熔噴噴絲頭B噴出的纖網(wǎng)依次在凝網(wǎng)簾上復(fù)合，然后經(jīng)過(guò)烘干、壓延、切邊卷繞形成含功能填料的無(wú)紡布。
[0022]實(shí)施例4:見(jiàn)附圖2，如實(shí)施例3所述的中子輻射防護(hù)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(shù)為:擠出量0.7g/min，一級(jí)氣流壓力為0.35MPa，二級(jí)氣流壓力為0.15MPa，接收距離為850mmo
[0023]所述噴涂的工藝參數(shù)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(shù)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(shí)施例5:如圖2所示，將熔融指數(shù)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(jī)中以600轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速攪拌混合10分鐘，然后再以1500轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速攪拌混合10分鐘，混合后的物料加入螺桿擠壓機(jī)在340°C的溫度下擠出進(jìn)入計(jì)量栗I和計(jì)量栗2，以栗供量為0.7g/min精確計(jì)量送入熔體分配腔，再通過(guò)整流后進(jìn)入紡絲熔體池，然后在350°C的模