CN108118523B - 一种无铅质射线辐射防护布及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种无铅质射线辐射防护布，制备步骤如下：(1)将钨粉与塑料原粒混合，所述钨粉的质量为塑料原粒的2～10％，升温，搅拌至塑料原粒熔溶、钨颗粒均匀分散时，喷拉成丝，得到抗辐射长丝；(2)将所制备的抗辐射长丝织造成布，称为抗辐射基布；将抗辐射基布装入真空镀车内，抽真空；以抗辐射基布为载体，以90～99％纯度的钨为靶材，将激发出的钨单质均匀的沉积在基布的单面或正反两面。本发明以抗辐射基布为载体即被溅射材料，经真空磁控溅射工艺，使基布的正反两面或单面沉积设计厚度的钨层，具有良好的射线辐射防护功能。本发明制备得到的防护布柔软轻便，屏蔽性均匀，可防护X射线、α射线、β射线、γ射线等辐射源。

Description

一种无铅质射线辐射防护布及其制备方法
技术领域
本发明涉及射线防护技术领域，尤其是涉及一种不含铅的防射线材料。
背景技术
射线的科学利用为社会的科技进步、经济发展和健康文明带来了不可估量的益处。但是，与射线辐射相关的职业领域，如核矿的开采、提炼、分割、包装、运输；核电站核设施的安装、操作；放射免疫诊断、分析；放射治疗、工业探伤、射线成像设备的制作、操作；以及军事应用等等，都需要对工作人员做好防护射线的措施。
迄今为止，在个体防护的装备方面，国内外仍然沿用的射线屏蔽材料是铅橡胶制品，即在熔炼的橡胶中加入100～400目的铅粉，经搅拌、揉压后压成板(皮)状，再按设计冲、剪之后，四周包裹着普通布料，拼接成防护服。该类材料及相关制品具有以下技术缺陷：
(1)由于橡胶受热后的粘稠状态，铅粒或铅化合物单体很难在橡胶中均匀分散，其屏蔽效能的均衡性受影响。(2)防护服厚重，穿着不适，工效差，以0.35Pb为例，防护服重量为：3.75kg，加上防护帽、护领、手套、腿部护具，整套护具的重量达10多斤。(3)铅橡胶中的铅分子，会从橡胶中析出，而铅对人体是有毒害的。同时，废弃的铅橡胶能造成不可逆转的环境污染。(4)铅橡胶板(皮)中，铅含量越高其物理性能越差，反复挤压可造成铅橡胶板(皮)的断裂，尤其是暗断裂(指胶板的中断裂)这对职业人员将是重大的安全隐患。另外，在自然环境中，铅橡胶易老化，若折叠放置时间略长，其防护用具易发生变形，难以继续使用。
CN2129961提供了一种低能辐射防护金属布，在纺织布上镀金属层，镀层厚度为5～20微米，但是只能防护30KeV以下的能量辐射。CN103824605A公开了一种无铅防电离辐射复合材料，包含防辐射粉体材料及成型材料，所述粉体材料包含硫酸钡粉、氧化铁粉、钨及其化合物、及镉及其化合物；但是这种技术只能制备屏障、墙壁、门、橡胶等硬质防辐射材料，无法做成柔软的衣物穿在人体上。CN106307743A提供了一种多功能防辐射孕妇服包括内层和涂覆在内层上的外层；内层是金属纤维与纺织纤维混纺制成的织物；外层是含金属或其氧化物的涂层；所述金属选自钨或铋，涂层厚度为0.05-0.50mm；但是这种技术制备的防辐射织物不耐洗，洗几次以后防辐射材料就会脱落。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本申请提供了一种无铅质射线辐射防护布及其制备方法。本发明以抗辐射基布为载体即被溅射材料，经真空磁控溅射工艺，使基布的正反两面或单面沉积设计厚度的钨层，具有良好的射线辐射防护功能。本发明制备得到的防护布柔软轻便，屏蔽性均匀，可防护X射线、α射线、β射线、γ射线等辐射源。
本发明的技术方案如下：
一种无铅质射线辐射防护布，制备步骤如下：
(1)制备抗辐射长丝：将钨粉与塑料原粒混合，所述钨粉的质量为塑料原粒的2～10％，升温，搅拌至塑料原粒熔溶、钨颗粒均匀分散时，喷拉成丝，得到抗辐射长丝；
(3)将所制备的抗辐射长丝织造成布，称为抗辐射基布；将抗辐射基布装入真空镀车内，抽真空至压力为-1pa～-7pa；以抗辐射基布为载体，以90～99％纯度的钨为靶材，将激发出的钨单质均匀的沉积在基布的单面或正反两面。
优选的，步骤(1)中所述的钨粉为过200～400目筛的钨粉。
优选的，步骤(1)中所述的塑料原粒为尼龙、腈纶、或涤纶塑料切片。
优选的，步骤(2)钨单质在基布上的单面镀层厚度为30～350微米；双面镀层厚度为600～700微米。
优选的，步骤(2)的钨靶材用锡、镧、钕、镨单体靶材或它们的混合体靶材替换。
本发明有益的技术效果在于：
本发明以抗辐射基布为载体(被溅射材料)，经真空磁控溅射工艺，可根据设计要求定制单面磁控溅射沉积或双面磁控溅射沉积，使基布的正反两面或单面沉积设计厚度的钨层，具有良好的射线辐射防护功能。防护机理是：利用带电荷的粒子在电场中加速后有一定动能的特点，将钨粒子引向欲被溅射的物质的靶电级(阴极)并将靶材原子溅射出来，因磁场的特殊分布，控制电场中的电子运动轨迹可使其沿着一定的方向运动到基布上沉积，通过对金属的沉积速度与沉积时间和基布的运作速度的控制，使金属层厚度达到一定的要求。使基布具有良好的抗射线功能。
本发明在高真空度、强磁场、大功率电流密度和合理的靶向设置，以及正、反方向连续磁控溅射的基材运行轨迹工艺设计的共同作用下，使钨靶材中的钨离子，在高压电子束的轰击作用下，大量的、高速的逸出，并连续的、均匀地沉积至设计厚度。钨的原子质量为183.8，铅原子质量为207.2，对射线的防护可起到优异的屏蔽作用，且对人体无毒害。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行具体描述。
磁控溅射工艺的金属层厚度通常为5～9μm，无论使用何种材料作为靶材，其产品对X、γ、β、α射线防护即屏蔽效能，是极其微弱或不起作用的。众所周知，一定量的射线，穿透力是极强的，而经过改进的、特定的磁控溅射设备，可实现靶材金属连续沉积厚度30～350μm。
实施例1：
本申请提供的无铅质射线辐射防护布制备步骤如下：
(1)制备抗辐射长丝：将过200目筛的钨粉与尼龙塑料切片混合，所述钨粉的质量为塑料原粒的2％，升温，搅拌至塑料原粒熔溶、钨颗粒均匀分散时，喷拉成丝，得到抗辐射长丝；
(2)将所制备的抗辐射长丝织造成布，称为抗辐射基布；将抗辐射基布装入真空镀车内，抽真空至压力为-7pa；以抗辐射基布为载体，以90％纯度的钨为靶材，将激发出的钨单质均匀的沉积在基布的单面；单面镀层厚度为110微米。经检测，该材料与0.1mmPb的铅当量的抗辐射性一致。
实施例2：
本申请提供的无铅质射线辐射防护布制备步骤如下：
(1)制备抗辐射长丝：将过250目筛的钨粉与尼龙塑料切片混合，所述钨粉的质量为塑料原粒的5％，升温，搅拌至塑料原粒熔溶、钨颗粒均匀分散时，喷拉成丝，得到抗辐射长丝；
(2)将所制备的抗辐射长丝织造成布，称为抗辐射基布；将抗辐射基布装入真空镀车内，抽真空至压力为-5pa；以抗辐射基布为载体，以92％纯度的钨为靶材，将激发出的钨单质均匀的沉积在基布的单面；单面镀层厚度为220微米。经检测，该材料与0.2mmPb的铅当量的抗辐射性一致。
实施例3
本申请提供的无铅质射线辐射防护布制备步骤如下：
(1)制备抗辐射长丝：将过300目筛的钨粉与尼龙塑料切片混合，所述钨粉的质量为塑料原粒的10％，升温，搅拌至塑料原粒熔溶、钨颗粒均匀分散时，喷拉成丝，得到抗辐射长丝；
(2)将所制备的抗辐射长丝织造成布，称为抗辐射基布；将抗辐射基布装入真空镀车内，抽真空至压力为-3pa；以抗辐射基布为载体，以95％纯度的钨为靶材，将激发出的钨单质均匀的沉积在基布的单面；单面镀层厚度为380微米。经检测，该材料与0.35mmPb的铅当量的抗辐射性一致。
实施例4
本申请提供的无铅质射线辐射防护布制备步骤如下：
(1)制备抗辐射长丝：将过400目筛的钨粉与尼龙塑料切片混合，所述钨粉的质量为塑料原粒的3％，升温，搅拌至塑料原粒熔溶、钨颗粒均匀分散时，喷拉成丝，得到抗辐射长丝；
(2)将所制备的抗辐射长丝织造成布，称为抗辐射基布；将抗辐射基布装入真空镀车内，抽真空至压力为-1pa；以抗辐射基布为载体，以99％纯度的钨为靶材，将激发出的钨单质均匀的沉积在基布的单面；单面镀层厚度为550微米。经检测，该材料与0.5mmPb的铅当量的抗辐射性一致。
实施例5
本申请提供的无铅质射线辐射防护布制备步骤如下：
(1)制备抗辐射长丝：将过200目筛的钨粉与腈纶塑料切片混合，所述钨粉的质量为塑料原粒的10％，升温，搅拌至塑料原粒熔溶、钨颗粒均匀分散时，喷拉成丝，得到抗辐射长丝；
(2)将所制备的抗辐射长丝织造成布，称为抗辐射基布；将抗辐射基布装入真空镀车内，抽真空至压力为-1pa；以抗辐射基布为载体，以99％纯度的钨为靶材，将激发出的钨单质均匀的沉积在基布的正反两面；双面镀层厚度为600微米。经检测，该材料与0.5mmPb的铅当量的抗辐射性一致。
实施例6
本申请提供的无铅质射线辐射防护布制备步骤如下：
(1)制备抗辐射长丝：将过300目筛的钨粉与腈纶塑料切片混合，所述钨粉的质量为塑料原粒的6％，升温，搅拌至塑料原粒熔溶、钨颗粒均匀分散时，喷拉成丝，得到抗辐射长丝；
(2)将所制备的抗辐射长丝织造成布，称为抗辐射基布；将抗辐射基布装入真空镀车内，抽真空至压力为-2pa；以抗辐射基布为载体，以90％纯度的钨为靶材，将激发出的钨单质均匀的沉积在基布的正反两面；双面镀层厚度为650微米。经检测，该材料与0.55mmPb的铅当量的抗辐射性一致。
实施例7
本申请提供的无铅质射线辐射防护布制备步骤如下：
(1)制备抗辐射长丝：将过400目筛的钨粉与腈纶塑料切片混合，所述钨粉的质量为塑料原粒的2％，升温，搅拌至塑料原粒熔溶、钨颗粒均匀分散时，喷拉成丝，得到抗辐射长丝；
(2)将所制备的抗辐射长丝织造成布，称为抗辐射基布；将抗辐射基布装入真空镀车内，抽真空至压力为-6pa；以抗辐射基布为载体，以97％纯度的钨为靶材，将激发出的钨单质均匀的沉积在基布的正反两面；双面镀层厚度为700微米。经检测，该材料与0.6mmPb的铅当量的抗辐射性一致。
实施例8
本申请提供的无铅质射线辐射防护布制备步骤如下：
(1)制备抗辐射长丝：将过200目筛的钨粉与涤纶塑料切片混合，所述钨粉的质量为塑料原粒的5％，升温，搅拌至塑料原粒熔溶、钨颗粒均匀分散时，喷拉成丝，得到抗辐射长丝；
(2)将所制备的抗辐射长丝织造成布，称为抗辐射基布；将抗辐射基布装入真空镀车内，抽真空至压力为-4pa；以抗辐射基布为载体，以96％纯度的锡为靶材，将激发出的锡单质均匀的沉积在基布的单面；单面镀层厚度为200微米。经检测，该材料与0.2mmPb的铅当量的抗辐射性一致。
实施例9
本申请提供的无铅质射线辐射防护布制备步骤如下：
(1)制备抗辐射长丝：将过300目筛的钨粉与涤纶塑料切片混合，所述钨粉的质量为塑料原粒的2％，升温，搅拌至塑料原粒熔溶、钨颗粒均匀分散时，喷拉成丝，得到抗辐射长丝；
(2)将所制备的抗辐射长丝织造成布，称为抗辐射基布；将抗辐射基布装入真空镀车内，抽真空至压力为-7pa；以抗辐射基布为载体，以93％纯度的钕为靶材，将激发出的钕单质均匀的沉积在基布的单面；单面镀层厚度为350微米。经检测，该材料与0.3mmPb的铅当量的抗辐射性一致。
实施例10
本申请提供的无铅质射线辐射防护布制备步骤如下：
(1)制备抗辐射长丝：将过300目筛的钨粉与涤纶塑料切片混合，所述钨粉的质量为塑料原粒的7％，升温，搅拌至塑料原粒熔溶、钨颗粒均匀分散时，喷拉成丝，得到抗辐射长丝；
(2)将所制备的抗辐射长丝织造成布，称为抗辐射基布；将抗辐射基布装入真空镀车内，抽真空至压力为-4pa；以抗辐射基布为载体，以91％纯度的钨和锡的混合物(质量比为1:1)为靶材，将激发出的钨和锡均匀的沉积在基布的正反两面；双面镀层厚度为700微米。经检测，该材料与0.5mmPb的铅当量的抗辐射性一致。
用本发明防辐射材料制备得到的个体防射线产品，与铅橡胶制品的比较，以0.35mmPb铅橡胶正穿背心，与0.35mmPb同等钨金属布(即实施例3)制备的防护服为例，对比如表1所示。
表1
铅橡胶 钨金属布(实施例3)
重量 3.75kg 1.24kg
材质厚度 2mm 小于等于750μm
是否有毒害 有 无
穿着舒适度 差 良
屏蔽结构 一般 优
使用时效 3～4年 五年以上
铅当量 0.35mmPb 0.35mmPb
从表1的对比可以看到，钨金属布的厚度最多只有700μm，而铅橡胶板材厚度，高达4～5mm，即前者是后者的1/4～1/5还不到。用钨金属布制备同等的款式、同等铅当量的防护服其前者的重量是后者重量的1/3还不到。
为了提高本发明抗辐射防护布的耐水洗性，在磁控溅射完毕后，立刻进行回火处理，即将抗辐射防护布置于150～180℃烘箱中放置20～40分钟，再在5～10分钟内迅速降温至室温；为了迅速降温，可以将烘箱中的抗辐射防护布取出后置于0～4℃的冷藏箱中降温。进行回火处理后的抗辐射防护布上的镀层与基布结合紧密，可水洗50～100次以上保持原始的抗辐射性能；而普通的市面上售卖的孕妇防辐射面料只能水洗5～10次，并且水洗3次以后其抗辐射性就逐渐下降了。

Claims (2)

1.一种无铅质射线辐射防护布的制备方法，其特征在于制备步骤如下：
(1)制备抗辐射长丝：将钨粉与塑料原粒混合，所述钨粉的质量为塑料原粒的2～10％，升温，搅拌至塑料原粒熔溶、钨颗粒均匀分散时，喷拉成丝，得到抗辐射长丝；所述的钨粉为过200～400目筛的钨粉；所述的塑料原粒为尼龙、腈纶、或涤纶塑料切片；
(2)将所制备的抗辐射长丝织造成布，称为抗辐射基布；将抗辐射基布装入真空镀车内，抽真空至压力为-1pa～-7pa；以抗辐射基布为载体，以90～99％纯度的钨为靶材，将激发出的钨单质均匀的沉积在基布的单面或正反两面；定制单面磁控溅射沉积或双面磁控溅射沉积，使基布的正反两面或单面沉积设计厚度的钨层；
在磁控溅射完毕后，立刻进行回火处理，即将抗辐射防护布置于150～180℃烘箱中放置20～40分钟，再在5～10分钟内迅速降温至室温；为了迅速降温，可以将烘箱中的抗辐射防护布取出后置于0～4℃的冷藏箱中降温；
步骤(2)钨单质在基布上的单面镀层厚度为30～350微米；双面镀层厚度为600～700微米。
2.根据权利要求1所述的无铅质射线辐射防护布的制备方法，其特征在于步骤(2)的钨靶材用锡、镧、钕、镨单体靶材或它们的混合体靶材替换。
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