DE2509944C3 - Injection-moldable material for radiation protection purposes and process for its manufacture - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen spritzgießbaren Werkstoff für Strahlenschutzzwecke.The invention relates to an injection-moldable material for radiation protection purposes.

Werkstoffe für Strahlenschutzzwecke finden auf verschiedenen Gebieten Anwendung. Dabei handelt es sich in der Regel, soweit keine Transparenz des aus dem Strahlenschutzwerkstoff herzustellenden Bauteiles erforderlich ist, um Blei- oder andere Metallabschirmungen. Beispielsweise sind auch Matten aus Bleifasern oder Bleifolien bekannt, die bei Röntgenuntersuchungen einmal als Strahlenschutz für das Behandlungspersonal verwendet werden und zum anderen dazu dienen, nicht zu bestrahlende Gewebeteile des Patienten abzudecken.Materials for radiation protection purposes are used in various fields. That’s what it’s about As a rule, if there is no transparency of the component to be produced from the radiation protection material is required to have lead or other metal shielding. For example, mats are also made Lead fibers or lead foils are known, which are used as radiation protection for the Treatment staff are used and, on the other hand, serve to prevent tissue parts that are not to be irradiated to cover the patient.

Andererseits bestehen aber auch viele Anwendungsgebiete, bei denen die aus dem Strahlenschutzwerkstoff herzustellenden Bauteile durchsichtig sein sollen, wie beispielsweise bei den Fenstern bestimmter Apparaturen. Derartige Strahlenschutzfenster werden bisher in der Regel aus hoch bleihaltigem Silikatglas hergestellt. Es hat sich aber als schwierig erwiesen, Bauteile, die gleichzeitig eine gute Strahlenschutzwirkung bieten und auch eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit aufweisen, in nicht ebener Form herzustellen, wie es beispielsweise bei den Schutzhauben für Röntgenröhren, mittels denen die Streustrahlung beseitigt werden soll, der Fall ist. Die Herstellung derartiger Schutzhauben oder allgemein kompliziert geformter Bauteile aus hoch bleihaltigem Siükatglas ist naturgemäß sehr schwierig, so daß häufig nur der Weg bleibt, ein aus verschiedenen Einzelelementen zusammengesetztes, beispielsweise verklebtes Bauteil zu verwenden.On the other hand, there are also many areas of application in which those made of the radiation protection material The components to be manufactured should be transparent, for example in the case of the windows of certain apparatuses. So far, such radiation protection windows have generally been made from high-lead-containing silicate glass manufactured. However, it has proven to be difficult to produce components that at the same time have a good radiation protection effect offer and also have a high dielectric strength, in a non-planar form manufacture, as is the case, for example, with the protective hoods for X-ray tubes, by means of which the scattered radiation should be eliminated, is the case. The production of such protective hoods or in general Complex shaped components made of high lead content Siükatglas is naturally very difficult, so that often only the path remains, one made up of various individual elements, for example glued together To use component.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strahlenschutzwerkstoff zu schaffen, der unter Beibehaltung einer guten Strahlenschutzwirkung und einer hohen elektrischen Durchschlagsfestigkeit leichter und kostengünstiger zu Bauteilen auch komplizierter Form verarbeitet werden kann, als dies bei dem bekannten hoch bleihatigen Silikatglas der Fall ist.The invention is based on the object of creating a radiation protection material which, while maintaining a good radiation protection effect and a high dielectric strength and can be processed more cost-effectively into components even of a complex shape than with the known highly leaded silicate glass is the case.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Kunststoffmasse aus einem Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisal, der, bezogen auf 100 Gewichtsteile Kunststoffmasse, 50 bis 150 Gewichtsteile Bleiglätte (PbO) zugesetzt sind.According to the invention, this object is achieved by a plastic compound made of an ethylene-vinyl acetate copolymer, the, based on 100 parts by weight of plastic compound, 50 to 150 parts by weight of black lead (PbO) are added.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstoffes erfolgt in der Art, daß zunächst ein Äthylen-Vinylacetat-Copoiymerisai in Granulatform unter Umwälzen auf eine Temperatur von ca. 14O⁰C erwärmt wird; daß anschließend, bezogen auf 100 Gewichtsteile Kunststoffmasse, 50 bis 150 Gewichtsteile Bleiglätte in Pulverform zugemischt werden; und daß dann die Mischung gewalzt und granuliert wird.The preparation of the material according to the invention is carried out in a manner that is first heated an ethylene-vinyl acetate Copoiymerisai in the form of granules under agitation to a temperature of about 14O ⁰ C; that then, based on 100 parts by weight of plastic compound, 50 to 150 parts by weight of black lead in powder form are added; and then the mixture is rolled and granulated.

Besonders vorteilhafte Weiterbildung des Strahlenschutzweikstoffes und des Verfahrens nach der Erfindung sind Gegenstand des Unteranspruches.Particularly advantageous further development of the radiation protection pulp and the method according to the invention are the subject of the dependent claim.

Während es bisher als unmöglich angesehen wurde, einen spritzgießbaren Werkstoff auf Kunststoffbasis zu finden, der die geforderten Strahlenschutzeigenschafien, zusätzlich auch die erwünschte elektrische Durchschlagsfestigkeit, wie sie bei Schutzhaube;'! für Röntgenröhren und dergleichen erforderlich ist, aufweist, läßt der Werkstoff nach der Erfindung sich im herkömmlichen Spritzgußverfahren leicht zu Bauteilen beliebiger Form verarbeiten. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die Spritzgießfähigkeit der Äthylen-Vinylacetat-Coporymerisatmasse auch bei hohen Zusätzen an Bleiglätte (PbO) nicht verloren geht. Darüber hinaus haben Untersuchungen gezeigt, daß der Bleigleichwert von Platten, die aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff hergestellt werden, bei zunehmendem Bleiglättegehalt überproportional zunimmt, wie sich daraus ergibt, daß eine aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff hergestellte Scheibe mit einer Dicke von 10 mm und einem Bleiglätteanteil von 66,6 Teilen auf 100 Teile Kunststoffmasse einen Bleigleichwert von 1,17 mm hat (bei Röntgenbestrahlung mit einer Röhrenspannung von 110 kV und einer Gesamtfilterung von 0,5 mm Cu), während bei 80 Gewichtsteilen Bleiglätte der Bleigleichwert bereits 2,07 mm beträgt. Unter »Bleigleichwert« wird dabei, wie auch im folgenden, die Dicke einer massiven Bleiplatte verstanden, welche die gleiche Schutzwirkung wie die untersuchte Scheibe aus dem erfindungsgemäßen Strahlenschutzwerkstoff aufweist.While it has previously been considered impossible to find an injection moldable plastic-based material to find the required protection against radiation, additionally also the desired electrical Dielectric strength, as it is with protective hood; '! is required for X-ray tubes and the like, the material according to the invention can easily be made into components in the conventional injection molding process process any shape. Surprisingly, it has been shown that the injection moldability of the Ethylene-vinyl acetate copolymer mass is not lost even with high additions of black lead (PbO) goes. In addition, studies have shown that the lead equivalent of plates obtained from the inventive Material are produced, increases disproportionately with increasing platinum content, as it follows that a disk made of the material according to the invention with a thickness of 10 mm and a smooth lead of 66.6 parts per 100 parts of plastic compound has a lead equivalent of 1.17 mm (with X-ray irradiation with a tube voltage of 110 kV and a total filtering of 0.5 mm Cu), while at 80 parts by weight Black lead the lead equivalent is already 2.07 mm. Under "lead equivalent" is, as well in the following, the thickness of a solid lead plate, which has the same protective effect as has the examined pane made of the radiation protection material according to the invention.

AusführungsbeispielEmbodiment

In einen Innenkneter mit 25 1 Kammervolumen werden 15 kg eines Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisates mit einem Vinyl-Acetatgehalt von 10 Gewichtsprozent eingegeben. Durch Wärmezufuhr auf 140⁰C erreichte die Kunststoffmasse nach 20 Minuten einen plastifizierten Zustand. Anschließend werden durch die Beschickungsöffnung des Kneters 12 kg pulverförmige Bleiglätte in den Knetbereich des Mischers eingegeben. Bei einer Temperatur von 140°C führt ein 30minütiges intensives Kneten der beiden Komponenten zur Herstellung einer homogenen Mischung.15 kg of an ethylene-vinyl acetate copolymer with a vinyl acetate content of 10 percent by weight are introduced into an internal kneader with a chamber volume of 25 liters. By supplying heat to 140 ^° C., the plastic compound reached a plasticized state after 20 minutes. Then 12 kg of powdery black lead are introduced into the kneading area of the mixer through the feed opening of the kneader. At a temperature of 140 ° C, intensive kneading of the two components for 30 minutes leads to the production of a homogeneous mixture.

Vor Öffnen der Entleerungseinrichtung des Innenkneters wird die Temperatur des heiz- und kühlbaren Knetergehäuses dann auf ca. 90° C verringert. Anschließend wird die Mischung auf einem Walzmischer mit zwei Walzen, deren Temperatur 8O⁰C beträgt, weiterverarbeitet. Zwischen den beiden Walzen wird die Masse durch Quetsch- und Walkvorgänge noch einmal etwa 10 Minuten gemischt. Dann wird die Mischung als Fell abgezogen und in einem Bandgranulator mit 450 mm Einzugsbreite bei 7O⁰C zu Granulat mit einer Länge von 3 bis 5 mm verkleinert.Before opening the emptying device of the internal kneader, the temperature of the heatable and coolable kneader housing is then reduced to approx. 90 ° C. The mixture is then on a roll mill with two rolls whose temperature is 8O ⁰ C, further processed. Between the two rollers, the mass is mixed for another 10 minutes by squeezing and milling processes. Then, the mixture is withdrawn as fur and decreased mm in a band granulator with 450 mm throat width at 7O ⁰ C to form granules with a length of 3 to 5

Aus diesem Strahlenschutzwerkstoff wurden im üblichen Spritzgießverfahren 10 mm dicke planparallele Platten hergestellt, woraufhin der Bleigleichwert bei Röntgenstrahlung von 110 kV im schmalen Strahlenbündel (DlN 6845) bestimmt wurde. Der Prüfling wurde mit Bleiabsorbcrn solcher Dicke verglichen, daß in beiden Fällen jeweils die gleiche Schwächung der Dosisleistung auftrat. Als Indikator diente ein Szintillationsdosimeter, wobei das bestrahlte Feld einen Durchmesser von 30 mm hatte.In the usual injection molding process, this radiation protection material was made plane-parallel with a thickness of 10 mm Plates are produced, whereupon the lead equivalent value in X-rays of 110 kV in a narrow beam (DIN 6845) was determined. The test specimen was compared with a lead absorber of such thickness that in both cases the same weakening of the dose rate occurred. One served as an indicator Scintillation dosimeter, the irradiated field having a diameter of 30 mm.

Außerdem wurde in analoger Weise, wie oben an-In addition, in a manner analogous to the above

gegeben, ein Werkstoff hergestellt, bei dem jedoch nicht 80 Gewichisteile Bleiglätte, sondern nur 66,6 Gewichsteile Bleiglätte pro 100 Gewichtsteile Kunststoffmasse verwendet wurden.given, a material produced in which, however, not 80 parts by weight of black lead, but only 66.6 parts by weight Black lead per 100 parts by weight of plastic compound were used.

Die so erhaltenen Scheiben mit einer Dicke
10 mm, deren Durchmesser 65 mm betrug, halter, im Falle des erstgenannten Ausfuhrungsbeispieles, bei dem also 80 Gewichisteile Bleiglätte verwendet wurden, ein Gewicht von 106 g und im anderen Fall ein Gewicht von 71 g.The slices thus obtained with a thickness
10 mm, the diameter of which was 65 mm, holder, in the case of the first-mentioned exemplary embodiment, in which 80 parts by weight of black lead were used, a weight of 106 g and in the other case a weight of 71 g.

Mit einer Gesamtmeßunsicherheit der einzelnen Bleigleichwerte von ± 0,005 mm wurden die nachfolgenden Ergebnisse erhalten.With an overall measurement uncertainty of the individual lead equivalents of ± 0.005 mm, the following Get results.

RöhrenTubes Ge.samt-Total- BleigleichwertLead equivalent 80T80T spannungvoltage filtcrungfiltering (mm)(mm) 2,072.07 (kV)(kV) (mm Cu)(mm Cu) 66.6T66.6T 2,072.07 110110 0,50.5 1,171.17 2.072.07 150150 0,80.8 1,171.17 2XW2XW 200200 1,51.5 1,171.17 2,122.12 250250 2,52.5 1,201.20 300300 3,03.0 1,201.20

Die vorstehende Tabelle zeigt zunächst, daß bei einer Erhöhung des Bleiglättegehaltes die Strahlen srhutzwirkung (Bleigleichwert) überproportional ansteigt, ein Effekt, der in keiner Weise erwartet werden konnte. Weiterhin ergibt sich insgesamt die ausgezeichnete Strahlenschutzwirkung des erfindungsgemüßen Strahlenschutzwerkstoffes, weil nämlich zur Erzielung eines Bleigleichwertes von 2,07 mm, wie er bei dem Werkstoff mit 80 Gewichtsteilen Bleiglätte bei 10 mm Dicke erhalten wurde, pin übliches hoch bleihaltiges Strahlenschutzglas mit einer Dicke von ca. 7 mm verwendet werden müßte. In diesem Fall würde die Dichte des Glases aber 5,05 g/cm³ betragen, während die Dichte des erfindungsgemäßen Strahlenschutzwerkstoffes nur 1,39 g/cm¹ beträgt. Demzufolge hat der erfindungsgemäße Strahlenschutzwerkstoff, zusätzlich zur leichten Verarbeitbarkeit im Spritzgießverfahren, noch den Vorteil, daß wegen des niedrigen spezifischen Gewichtes zur Erzielung hoher Bleigleichwerte die Dicke der Platten oder Bauteile, die aus dem Werkstoff hergestellt werden sollen, ohne nachteilige Folgen erhöht werden kann.The table above shows first of all that with an increase in the smooth lead content, the radiation protection effect (lead equivalent) increases disproportionately, an effect which could not be expected in any way. Furthermore, the excellent radiation protection effect of the radiation protection material according to the invention results overall, because in order to achieve a lead equivalent of 2.07 mm, as was obtained with the material with 80 parts by weight of black lead with a thickness of 10 mm, the usual high-lead radiation protection glass with a thickness of approx. 7 mm would have to be used. In this case, however, the density of the glass would be 5.05 g / cm ³ , while the density of the radiation protection material according to the invention is only 1.39 g / cm ¹ . As a result, the radiation protection material according to the invention, in addition to being easy to process in the injection molding process, has the advantage that, due to the low specific weight to achieve high lead equivalents, the thickness of the plates or components that are to be made from the material can be increased without adverse consequences.

Der erfindungsgemäße Werkstoff läßt sich im üblichen Spritzgießverfahren zu technischen Bauteilen beliebiger Form, wie Schutzhauben, Abdeckplatten, Verschlüssen und Dichtungen zur Abschirmung von Röntgenstrahlen, bei Massetemperaturen von ca. 170 bis 23O°C leicht verarbeiten. Zu beachten ist noch, daß erfindungsgemäß vorzugsweise 10 bis 12% Vinylacetatgehalt in der Kunststoffmasse gewählt werden, weil nämlich bei höheren Vinylacetatgehalten der Weichheitsgrad des Materials stark ansteigt, wodurch die Festigkeit der im Spritzgießverfahren zu fertigenden Bauteile auf technisch nicht mehr befriedigende Werte verringert wird. Bei einem Vinylacetatgehalt von 10% hingegen beträgt die Shore-A-Härte nach D(N 53505 noch 95, wahrend der Elastizitätsmodul 75 N/mm² beträgt.The material according to the invention can easily be processed into technical components of any shape, such as protective hoods, cover plates, closures and seals for shielding from X-rays, at melt temperatures of approx. 170 ° to 230 ° C. in the conventional injection molding process. It should also be noted that, according to the invention, 10 to 12% vinyl acetate content is preferably selected in the plastic compound, because the degree of softness of the material increases sharply with higher vinyl acetate content, which reduces the strength of the components to be manufactured by injection molding to technically unsatisfactory values. With a vinyl acetate content of 10%, on the other hand, the Shore A hardness according to D (N 53505) is 95, while the modulus of elasticity is 75 N / mm ² .

Natürlich könnte bei bestimmten Anwendungszwecken auch ein geringerer Bleiglättegehalt als der erfindungsgemäß beanspruchte gewählt werden, jedoch hat sich gezeigt, daß die Verwendung von 50 bis 150 Gewichtsteilen Bleiglätte, bezogen L>uf 100 Gewichtstei'e Copolymerisat, zu einer befriedigend verarbeitbaren spritzgießbaren Masse führt, so daß geringere Bleiglättegehalte nur in Sonderfällen, bei denen eine besonders hohe Schutzwirkung nicht erforderlich ist, in Frage kommen dürfte.Of course, for certain applications, a lower platinum content than that could also be used be selected according to the invention claimed, but it has been shown that the use of 50 to 150 parts by weight of black lead, based on 100 parts by weight Copolymer, leads to a satisfactorily processable injection-moldable mass, so that lower Platinum content only in special cases in which a particularly high protective effect is not required is likely to be eligible.

Bei Verwendung eines Werkstoffes mit 100 Gewichtsteilen PbO auf 100 Teile Kunststoffmasse konnte ein Bleigleichwert von ca. 3,5 und mehr erhalten werden.When using a material with 100 parts by weight of PbO per 100 parts of plastic compound, a Lead equivalent of approx. 3.5 and more can be obtained.

Die aus einem Strahlenschutzwerkstoff nach der Erfindung mit einem Bleiglättegehalt von 80 Gcwichisteilen hergestellte, 10 mm dicke Platte, deren Strahlenschutzwene oben angegeben sind, wies eine Durchschlagsfestigkeit E_d von 15 kV/mm, einen Verlustfaktor tan δ von 0,017 und eine Dielektrizitätskonstante ε von 4,7 auf. Hieraus ergibt sich, daß die 10 mm dicke Platte also insgesamt eine elektrische Durchschlagsfestigkeit von ca. 150 kV hat, weit mehr, als üblicherweise von Abschirmungen gegen energiereiche Strahlungen an elektrischen Geräten, wie Röntgenröhren, verlangt wird.The 10 mm thick plate produced from a radiation protection material according to the invention with a smooth lead content of 80 parts, the radiation protection values of which are given above, had a dielectric strength E _d of 15 kV / mm, a loss factor tan δ of 0.017 and a dielectric constant ε of 4, 7 on. This means that the 10 mm thick plate has a total dielectric strength of approx. 150 kV, far more than is usually required by shielding against high-energy radiation on electrical devices such as X-ray tubes.

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Spritzgießbarer Werkstoff für Strahlenschutzzwecke, bestehend aus einem Äthylen-Vinylacetat-Copolymensat, und bezogen auf 100 Gewichtsteile Mischpolymerisat, 50 bis 150 Gewichtsteilen Bleiglätte (PbO).1. Injection-moldable material for radiation protection purposes, consisting of an ethylene-vinyl acetate copolymer, and based on 100 parts by weight Mixed polymer, 50 to 150 parts by weight of black lead (PbO). 2. StrahlenschutzwerkstolT nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymerisat 10 bis 30 Gewichtsprozent Vinylacetat enthält.2. Radiation protection works according to claim 1, characterized in that the copolymer 10 contains up to 30 percent by weight vinyl acetate.