[发明专利]通过掺杂稀土元素获得中子防护面料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及中子防护面料，具体地指一种通过掺杂稀土元素获得中子防护面料的方法。

背景技术

在化石能源日益危机的情况下，发展清洁能源的呼声越来越高。然而潮汐能、太阳能、风能、生物质能等清洁能源只能作为补充能源。核能才是未来的主要能源。因此，核能防护，特别是人员防护是一个重要的工作。在辐射的防护中，中子的防护是比较难的技术，原因是中子不带电，同电子几乎不作用，不容易被物质阻挡，防护困难。

纤维织物类屏蔽材料的研究始于20世纪70年代，如今已有很多种类型的织物类屏蔽材料，且多用于制备辐射防护服。上世纪80年代初，前苏联科研人员用粘胶纤维织物为对象，通过对聚丙烯腈接枝，然后用硫化钠溶液处理接枝共聚材料，最后用醋酸铅溶液处理被改性的织物来制成防护服，此防护服屏蔽效果好，但工艺较复杂，制取难度大。

日本研制成的离子交换型防中子辐射纤维是将硼、锂或其它屏蔽物质的离子吸附在纤维上，从而使纤维具有中子辐射屏蔽功能。由于吸附量有限、且洗涤时极易脱落，故屏蔽效果较差。后来日本又对原来的技术进行改进，使离子交换纤维吸附锂或硼的化合物，从而提高了织物中子屏蔽率。

在已知的国外各种防中子辐射纤维中，以日本东丽公司的研制水平为最佳。它采用复合纺丝方法制取防中子辐射复合纤维。具体做法为中子吸收物质与高聚物在捏合机上熔融混合后作为芯层组份，以纯高聚物为皮层进行熔融复合纺丝，所得纤维为皮芯结构，经干热或湿热拉伸制得具有一定强度的纤维。但该纤维纺制设备较复杂，投资较大。

日本还报道了另一种纤维状中子防护物的制取方法。含有中子吸收物质的高聚物溶液在高压下喷射纺制纤维，提高了防中子辐射纤维的热中子屏蔽率。但该种纤维强度低，断裂伸长较大，不易加工。这种方法制得的纤维由于中子吸收物质暴露在纤维表面，因而在洗涤、受摩擦时极易损失，使中子吸收性能降低。日本还将锂和硼的化合物粉末与聚乙烯树脂共聚后,采用熔融皮芯复合纺丝工艺研制了防中子辐射纤维材料。可加工成机织物和非织造布，定重为430 g/m²的机织物的热中子屏蔽率可达40%，常用于医院放疗室内医生和病人的防护。

美国迈阿密的防辐射技术公司（RST）研究出一种技术，对聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）进行改性，以形成一种能防止核辐射的材料。用某种未透露的工艺方法对聚合物基质进行处理，使之产生一种能够吸收辐射的电子共振效应。经过处理的基质粘贴在天然或合成的两层无纺布之间，这样制成的防辐射安全服要比传统的铅服轻巧5倍以上。这种布料的商品名叫Demron，在纽约州哥伦比亚大学和亚特兰大的佐治亚理工学院分别进行了测试,对高能β粒子具有极好的屏蔽效果，对于130 keV的γ射线至少能屏蔽掉50%。

我国从上世纪70年代开始防中子高分子材料的研究，1987年5月天津纺院研制成功防中子辐射纤维。该纤维具有较好的γ射线屏蔽功能。国内采用硼化合物、重金属化合物与聚丙烯等共混后熔纺制成了皮芯型防中子、防X射线纤维。纤维中碳化硼含量高达35%，纤维强度可达23～27CN/tex，断裂伸长率达20～40%，可加工成针织物、机织物和非织造布,用在原子能反应堆周围，可使中子辐射防护屏蔽率达到44%以上。

王学晨等采用聚丙烯与不同重量的碳化硼微粉为原料，探讨了通过熔融共混纺丝工艺研制防中子辐射纤维及织物的可行性，并对共混体系的流变性能及影响流变性能的因素进行了讨论。所制备的材料适合用于防护衣具、门窗帘和遮盖包装等。

齐鲁等利用动态粘弹仪等测试了用B₄C/PP复合材料纺制的防中子辐射纤维及其初生纤维和拉伸后的动态力学性能。研究发现，防中子辐射初生纤维在玻璃化转变区后的[E]值比PP纤维的高，耐热性增加。在拉伸过程中纤维的断裂强度和[E]值升高，断裂伸长下降。纤维中的结构缺陷减少,并能保持皮芯结构。超过415倍拉伸时，纤维的[E]值又降低。

殷谨源等以聚乙烯醇和碳化硼为主要原料采用湿法纺丝工艺制备出一种防中子辐射纤维。他们研究了此纤维的加工成型方法，并测试了纤维的性能。研究结果显示，防中子辐射纤维具有很强的热中子屏蔽功能，对中能中子也有一定的屏蔽功能，其防护效果达到了国外同类研究水平。

杨文军等制备了NdFeB/PE稀土高分子屏蔽复合材料，其中NdFeB粉末为亚微米级，其屏蔽性能已委托中国核动力研究设计院进行了检测，结果显示对中子及γ射线有优良的屏蔽效果，对热中子的吸收效果尤为显著。