一種應(yīng)用于射線屏蔽的鎢基復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于射線屏蔽的鎢基復(fù)合材料及其制備方法，屬于先進功能性 復(fù)合材料設(shè)計及制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的提高，在核電能源、醫(yī)療檢測、軍事戰(zhàn)爭、航空航天、民生 安保等領(lǐng)域圍繞核能及射線應(yīng)用而展開的各種基礎(chǔ)研宄和技術(shù)開發(fā)不斷增加，由此射線防 護顯得愈加重要。例如在核電領(lǐng)域，核電廠的反應(yīng)堆是一個巨大的放射源，核燃料裂變及核 廢料會產(chǎn)生大量的射線輻射。因此，必須對其設(shè)備及操作人員進行防輻射屏蔽，以避免各種 可能事故的發(fā)生。又例如在核醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)療場所的X射線檢查設(shè)備、CT檢查設(shè)備逐年增 多，一次診斷過程中病人受到的局部照射劑量相當(dāng)于天然輻射年當(dāng)量劑量的數(shù)十倍，放療 的局部劑量更大，一個療程的劑量相當(dāng)于診斷的幾千倍。因此，患者及頻繁操放射醫(yī)療設(shè)備 的醫(yī)護人員必須進行有效的射線屏蔽，以減少意外輻射危害。
[0003] 傳統(tǒng)的核射線屏蔽材料主要為金屬鉛及其聚合物復(fù)合材料，其具有良好的能量吸 收特性，對低能和高能X射線以及γ射線有較好的屏蔽效果，成本低且易于加工。然而， 鉛本身熔點低、有生物毒性，在較高溫度時會形成鉛蒸汽，含鉛的廢氣、廢水、廢渣等污染大 氣、水源和農(nóng)作物，嚴(yán)重危及人體健康。根據(jù)歐盟《關(guān)于限制在電子電器設(shè)備中使用某些有 害成分的指令（RoHS指令）》、《報廢電子電氣設(shè)備指令（WEEE指令）》以及《化學(xué)品的注冊、 評估、授權(quán)和限制（REACH法規(guī)）》，鉛被列為限制使用及高度關(guān)注的有害物質(zhì)之一。隨著我 國生態(tài)文明建設(shè)和環(huán)境治理措施不斷加強，國家將陸續(xù)強制關(guān)閉沒有鉛后續(xù)處理能力的加 工工廠，因此無鉛的屏蔽材料將會出現(xiàn)較大的需求，研宄以其它材料代替鉛應(yīng)用于射線屏 蔽領(lǐng)域勢在必行。
[0004] 鎢的原子序數(shù)為74,密度為19. 35g/cm3,具有良好的射線屏蔽性能，且不產(chǎn)生二次 電子輻射，是用來做核輻射屏蔽材料的理想之選。但值得注意的是，鎢為高熔點難熔金屬， 燒結(jié)態(tài)韌塑性較差，成形加工困難且成本較高，難以制備形狀較為復(fù)雜的應(yīng)用零件，因此在 應(yīng)用時受到諸多限制。日本Tomita于2001年申請專利EP1338626,該專利以聚酰胺（PA6， PA66及PA12)為聚合物基體，以鎢粉為屏蔽劑，采用注射成形制備的復(fù)合材料具有較好的 射線屏蔽性能，但無法用于有彈性要求的場合，且只能制備小規(guī)格制品，其適用范圍受到限 制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種應(yīng)用于射線屏蔽的鎢基復(fù)合材料及其制備方法。該復(fù) 合材料不含鉛，具有良好的射線屏蔽性能、物理機械性能等，且環(huán)境友好，柔韌易加工，可應(yīng) 用于核工業(yè)、核醫(yī)療、精密儀器、電子機械、核廢料及核危機污染物存儲容器等的射線屏蔽 領(lǐng)域。
[0006] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：
[0007] -種應(yīng)用于射線屏蔽的鎢基復(fù)合材料，各組分及其重量百分比含量為：
[0008] 橡膠100重量份；
[0009] 鎢粉200重量份-2000重量份；
[0010] 鎢纖維0· 5重量份-50重量份；
[0011] 重晶石粉0. 5重量份-150重量份和/或稀土氧化物粉0. 5重量份-250重量份；
[0012] 相容劑0. 5重量份-6重量份；
[0013] 活化劑3重量份-9重量份；
[0014] 增塑劑0. 5重量份-50重量份；
[0015] 防老劑0. 5重量份-3重量份；
[0016] 防焦劑0· 05重量份-0· 5重量份；
[0017] 硫化促進劑0. 5重量份-3重量份；
[0018] 硫化劑0. 5重量份-3重量份。
[0019] 其中，橡膠優(yōu)選為天然橡膠、丁苯橡膠、乙丙橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠中的一種或 幾種的混合物。
[0020] 鎢粉為費氏粒度0.4 μ m-20 μ m的一種鎢粉或幾種鎢粉的混合物。其重量份優(yōu)選 可以為 400、600、800、1000、1200、1400、1600、1800 份。
[0021] 鎢纖維為直徑10 μ m-30 μ m、長徑比50-150的一種鎢纖維或幾種鎢纖維的混合 物。其重量份優(yōu)選可以為5、10、15、20、25、30、35、40、45份。
[0022] 重晶石粉為費氏粒度0. I μ m-5 μ m的一種重晶石粉或幾種重晶石粉的混合物。其 重量份優(yōu)選可以為 10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140 份。
[0023] 稀土氧化物為費氏粒度0. 4 μπι-20 μπι的氧化鉺、氧化鑭、氧化札、氧化釹、氧化 鈰、氧化鐠、氧化釤中的一種稀土氧化物粉或幾種稀土氧化物粉的混合物。其重量份優(yōu)選可 以為 10、20、40、60、80、100、120、140、160、180、200、220、240 份。
[0024] 其中，活化劑、防老劑、防焦劑、增塑劑、相容劑、硫化促進劑、硫化劑中都不含鉛元 素。這些可以采用現(xiàn)有技術(shù)。但是，優(yōu)選地，
[0025] 活化劑中含有氧化鋅，優(yōu)選的為間接法氧化鋅。
[0026] 防焦劑優(yōu)選為次磺酰胺類防焦劑，更優(yōu)選的為N-環(huán)己基硫代酞酰胺。
[0027] 增塑劑優(yōu)選為芳烴油、環(huán)烷油或石蠟油中的一種。
[0028] 相容劑優(yōu)選為硅烷偶聯(lián)劑。
[0029] 上述的應(yīng)用于射線屏蔽的鎢基復(fù)合材料的制備方法，其步驟為：
[0030] (1)原料配料準(zhǔn)備：把各種原料按配方稱好質(zhì)量，并將防老劑、硫化促進劑等橡膠 助劑中的粒料破碎成粉狀。
[0031] (2)混合填料制備：將鎢粉、鎢纖維、重晶石粉、稀土氧化物粉等填料在真空干燥 箱中真空干燥，并在真空高速混合機中混合均勻制得混合填料。
[0032] (3)膠料混煉：在密煉機中依次加入橡膠、活化劑、防老劑、防焦劑、混合填料、增 塑劑、相容劑、硫化促進劑、硫化劑等，密煉均勻后，開煉機開煉打卷，并下條停放。
[0033] (4)擠出壓延：將停放膠條投入銷釘式冷喂料擠出機，以液壓式寬幅機頭擠出，并 經(jīng)壓延機壓延成片材，經(jīng)裁邊冷卻后，以紙或布作墊（優(yōu)選的，以高強度雙面離型紙作墊）