CN113462039B - 一种铋基辐射屏蔽柔性防护材料的制备方法及制品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铋基辐射屏蔽柔性防护材料的制备方法及制品,将功能性屏蔽粉体加入在橡胶基高分子聚合物中通过混合炼制形成屏蔽胶料体，成型、固化（或硫化）后，得到具有一定辐射屏蔽效能、一定强度和一定形状的辐射屏蔽柔性防护材料或者制品。本申请的显著特点是制品安全无毒、屏蔽效能高，工艺流程简单、可控，材料来源广泛，易于稳定量产。

Description

一种铋基辐射屏蔽柔性防护材料的制备方法及制品

技术领域

本申请涉及一种用于X射线和γ射线辐射屏蔽防护材料的制造方法及制品, 尤其是一种铋基辐射屏蔽柔性防护材料的制备方法及制品，属于功能材料制备领域。

背景技术

目前，国内外用于X射线和γ射线辐射屏蔽柔性防护材料，主要是铅橡胶或其它含铅类材料。由于铅有毒、环保问题突出，人们正研究寻找用于X射线和γ射线辐射屏蔽防护的无铅无毒柔性防护材料。

CN110105743A号专利申请公开了一种无铅X、γ射线辐射屏蔽防护材料及其制备方法。该方法将铒源固体粉末、钨源固体粉末、铋源固体粉末以及偶联剂混匀，得到第一混合物；向所述第一混合物中加入聚氨酯乳液并混合，制得第二混合物；对所述第二混合物进行固化处理，即制得X、γ射线辐射屏蔽防护材料。该发明所提供的无铅X、γ射线辐射屏蔽防护材料，以铒源、钨源和铋源为射线屏蔽体，充分利用Er、W、Bi三种元素的K层“吸收边界”互补效应，实现对X射线和γ射线的有效屏蔽。但该专利申请中所使用的铒源、钨源均为非常昂贵的材料。

CN110828019A公开了一种用于伽马射线屏蔽的硅胶基柔性屏蔽材料及其制备方法，由硅胶A、硅胶B及钨粉制备而成，制备包括以下步骤：1)称取硅胶A、硅胶B及钨粉，再将硅胶A与硅胶B混合搅拌均匀，得混合物；2)将钨粉进行研磨，再倒入步骤1)得到的混合物中，搅拌均匀，得硅胶与钨粉的混合物；3)将硅胶与钨粉的混合物倒入模具中，然后置于真空罐中，再进行抽真空，待气泡消失后进行冷却，得用于伽马射线屏蔽的硅胶基柔性屏蔽材料。钨为国家管控的稀有战略资源；由于政策性、经济性等的制约，该项专利技术不具备普遍应用性。

CN1314052C涉及一种稀土改性全无铅X射线屏蔽橡胶。将无机稀土的一部分进行表面改性处理，另一部分进行有机化反应处理，制备有机稀土盐，二者再以一定比例进行配合加入橡胶中，从而得到改性全无铅X射线屏蔽橡胶，使材料的屏蔽性能、力学性能都达到理想的效果。可广泛用于医用诊断X射线光机、X射线衍射仪、电子显微镜的发射器及其它伴有X射线产生的场合工作人员的防护。

为克服现有不含铅的X、γ射线辐射屏蔽防护材料所存在的成本高、成型困难、强度低、易于变形、难以量产等方面的问题，本申请采用功能性屏蔽粉体为屏蔽材料，以高分子材料为载体,优化配方和成型工艺，发明了一类新的无铅X射线和γ射线辐射屏蔽柔性防护材料—铋基辐射屏蔽柔性防护材料，尤其适合屏蔽服生产和固定或者移动处所的射线屏蔽防护。

本申请的显著特点是制品安全无毒、屏蔽效能高，制备工艺流程简单、可控，材料来源广泛，易于稳定量产。

发明内容

本申请所涉的无铅X射线和γ射线辐射屏蔽防护材料是将功能性屏蔽粉体加入在橡胶基高分子聚合物中通过混合炼制形成屏蔽胶料体，成型、固化（或硫化）后，得到具有一定辐射屏蔽效能、一定强度和一定形状的辐射屏蔽柔性防护材料或者制品。

本申请的技术方案为：

本申请所述的辐射屏蔽柔性防护材料或制品由屏蔽胶料体成型、硫化（对特定橡胶称固化，为表述方便，以下统称为硫化）而成。屏蔽胶料体由功能性屏蔽粉体，橡胶基高分子聚合物，其它添加剂，混合炼制而成。功能性屏蔽粉体为铋基屏蔽粉体与其它屏蔽粉体配伍混合而成。橡胶基高分子聚合物为天然橡胶，乙丙胶，聚氨酯，硅胶，或其它橡胶。其它添加剂为固化剂、改性剂、补强剂（必要时用植物纤维、碳纤维、玻璃纤维等进行增强）等。

制备方法是:将功能性屏蔽粉体、橡胶基高分子聚合物、其它添加剂，置于橡胶密炼机、开炼机中或者其它炼胶设备中进行混合炼制，得到屏蔽胶料体，将该胶料体置入模具内腔成型、硫化，或者放入硫化罐内硫化；或者将该胶料体压延后，通过鼓式硫化机连续硫化出料。完成硫化后，得到铋基辐射屏蔽柔性防护材料或制品。

其生产工艺流程如附图1。

本申请所述的功能性屏蔽粉体起到X射线和γ射线辐射屏蔽防护作用，由铋基屏蔽粉体，加其它屏蔽元素粉体组成的粉体混合而成（其它屏蔽元素粉体为钽、铌、钨、锡、锑、钡等非铅粉体材料），铋基屏蔽粉体质量占比70-100%，其余为其它元素屏蔽粉体。

铋基屏蔽粉体由金属铋粉与不同晶型氧化铋混合而成：金属铋粉细度为-100目≥95%至-200目≥95%，其在铋基屏蔽粉体中的质量占比为0-100%（优选比例为20%-80%），其余为不同晶型氧化铋粉体。氧化铋粉体由β- Bi₂O₃粉体和α- Bi₂O₃粉体混合而成：β- Bi₂O₃和α- Bi₂O₃粉体的平均粒径分别为1-5微米和2-80微米，β- Bi₂O₃在氧化铋粉体中的质量占比为0-100%（优选比例为25%-75%），其余为α- Bi₂O₃粉体。

当屏蔽效能要求相对较低时，比如重量、体积、强度方面要求不严时，其它元素的屏蔽粉体可以用锑粉、氧化锑粉、硫酸钡等便宜的粉体混合而成。当屏蔽效能要求较高时，比如重量、体积、强度方面要求严格时，其它元素的屏蔽粉体可以用钽粉、铌粉、钨粉、锡粉或者它们的氧化物粉体，或者将这些金属或其氧化物粉体按照一定比例混合而成。

橡胶基高分子聚合物与功能性屏蔽粉体的质量配比原则：根据屏蔽材料用途和工艺特点，本着柔软度和抗撕裂性能较高，屏蔽效能满足，重量较轻的原则，进行合理配比。橡胶基高分子聚合物与功能性屏蔽粉体的质量比为1:1-10（优选的比例为1：3-6），即：1份橡胶基高分子聚合物，与1-10份（优选的比例为3-6）功能性屏蔽粉体进行配比。

屏蔽胶料体由功能性屏蔽粉体与橡胶基高分子聚合物、固化剂、改性剂、补强剂一起混合炼制而成。功能性屏蔽粉体与橡胶基高分子聚合物，在密炼机或者开炼机进行混合炼制时，可以将它们与其它添加剂一起混合炼制，也可以将橡胶基高分子聚合物与功能性屏蔽粉体炼制后，再加入全部或者部分其它添加剂，也可以在炼制过程中逐渐加入功能性屏蔽粉体和其它添加剂。橡胶基高分子聚合物，功能性屏蔽粉体，固化剂、改性剂和补强剂，三者的加入循序，各自的加入量，按照不同的橡胶种类和使用要求，进行相应的工艺组合。

屏蔽材料是由屏蔽胶料体在通用或者专用的硫化机上硫化得出。通用的硫化机一般用平板硫化机，配以专门的模具，生产屏蔽裁片。专用的硫化机为特殊设计的压延机和鼓式硫化机生产线，生产屏蔽板材。也可以将成型后的屏蔽胶料体置入硫化罐中进行硫化。硫化温度一般为50-180℃，硫化时间一般为5-120min。

上述辐射屏蔽防护材料可以制成辐射屏蔽防护服成品，防护用裁片，屏蔽防护板材，单面或双面复合布（或复合规定材质纤维织物）辐射屏蔽防护板材、有中间纤维加强层的辐射屏蔽防护复合材料、及其它特定要求特定形状的辐射屏蔽防护材料。

本申请的辐射屏蔽裁片制品经过特殊设计和模具成型，避免了材料的耗损，能大幅度减少成本。

具体实施方案

下面以实施例对本申请的技术方案的实施，进一步阐述。

实施例

实施例1

天然橡胶100g，加入10添加剂；氧化铋500g（其中平均粒径为1.5μm的β- Bi₂O₃粉体300g；平均粒径为5μm的α- Bi₂O₃粉体200g），通过混合炼制, 在压延机上压制成1.6mm厚的屏蔽胶料体，该胶料体再在平板硫化机上模压成型，硫化温度为150℃，硫化时间为8min。脱模后，获得屏蔽效能相当于0.50mm铅当量的X射线和γ射线辐射屏蔽柔性防护服裁片。用裁片制成屏蔽防护服照片，见附图2。

实施例2

乙丙橡胶100g，加入8g添加剂；-200目金属铋粉100g，氧化铋200g（其中：平均粒径为2μm的β- Bi₂O₃粉体100g；平均粒径为15μm的α- Bi₂O₃粉体100g），-325目硫酸钡70 g，通过混合、炼制,压制成型，制成屏蔽胶料体，该胶料体再在在平板硫化机上用特殊模具模压成型。硫化温度为140℃，硫化时间为12 min，脱模后获得厚度为1.2mm、屏蔽效能相当于0.35mm铅当量的X射线和γ射线辐射屏蔽防护板材。

实施例3

聚氨酯橡胶100g，加入8g添加剂；-200目金属铋粉100g，氧化铋200g（其中：平均粒径为1.5μm的β- Bi₂O₃粉体100g；平均粒径为43μm的α- Bi₂O₃粉体100g），-200目氧化钽50g，通过混合、炼制, 在压延机上设置压延辊温度50℃压制成1.0mm厚度的屏蔽胶料体，该胶料体再在鼓式硫化机上连续成型，硫化温度为130℃，硫化时间为15 min，获得屏蔽效能相当于0.25mm铅当量的X射线和γ射线辐射屏蔽柔性防护板材。

实施例4

改性液态硅胶100g，添加剂5g；氧化铋300g（其中：平均粒径为1.5μm的β- Bi₂O₃粉体100g；平均粒径为75μm的α- Bi₂O₃粉体200g），在常温下，于真空搅拌机中炼制成屏蔽胶料体，用压胶装置将胶料体压入双面铺覆纤维织物（布）的辊式压延机中，加温至160℃，当胶料层为0.8mm时，可以连续获得双面复布、辐射屏蔽效能相当于0.175mm铅当量的X射线、γ射线辐射屏蔽防护软性复合型材。

Claims (3)

1.一种铋基辐射屏蔽柔性防护材料的制备方法,由屏蔽胶料体成型、硫化而成；屏蔽胶料体由功能性屏蔽粉体，橡胶基高分子聚合物，其它添加剂，混合炼制而成；其特征为：功能性屏蔽粉体为铋基屏蔽粉体与其它屏蔽粉体配伍混合而成；铋基屏蔽粉体质量占比70-100％，其余为其它元素屏蔽粉体；铋基屏蔽粉体由金属铋粉与不同晶型氧化铋混合而成：金属铋粉细度为-100目≥95％至-200目≥95％，其在铋基屏蔽粉体中的质量占比为20-80％，其余为不同晶型氧化铋粉体；氧化铋粉体由β-Bi2O3粉体和α-Bi2O3粉体混合而成：β-Bi2O3和α-Bi2O3粉体的平均粒径分别为1-5微米和2-80微米，β-Bi2O3在氧化铋粉体中的质量占比为25％-75％，其余为α-Bi2O3粉体；橡胶基高分子聚合物为天然橡胶，乙丙胶，聚氨酯，硅胶，或其它橡胶；其制备方法是:将功能性屏蔽粉体、橡胶基高分子聚合物、其它添加剂，置于橡胶密炼机、开炼机或者其它炼胶设备中进行混合炼制，得到屏蔽胶料体，将该胶料体置入模具内腔成型、硫化，或者放入硫化罐内硫化；或者将该胶料体压延后，通过鼓式硫化机连续硫化；硫化后，得到铋基辐射屏蔽柔性防护材料或制品。

2.根据权利要求1所述的一种铋基辐射屏蔽柔性防护材料的制备方法，其特征为：屏蔽胶料体由功能性屏蔽粉体与橡胶基高分子聚合物、固化剂、改性剂、补强剂一起混合炼制而成；橡胶基高分子聚合物与功能性屏蔽粉体的质量比为1:1-10。

3.根据权利要求1或2所述的一种铋基辐射屏蔽柔性防护材料的制备方法，其特征为：屏蔽材料是由屏蔽胶料体在通用或者专用的硫化机上硫化得出；硫化温度为50-180℃，硫化时间为5-120min。

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