專利名稱：通過摻雜稀土元素獲得中子防護(hù)面料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及中子防護(hù)面料，具體地指一種通過摻雜稀土元素獲得中子防護(hù)面料的方法。
背景技術(shù)：
在化石能源日益危機(jī)的情況下，發(fā)展清潔能源的呼聲越來越高。然而潮汐能、太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等清潔能源只能作為補(bǔ)充能源。核能才是未來的主要能源。因此，核能防護(hù)，特別是人員防護(hù)是一個(gè)重要的工作。在輻射的防護(hù)中，中子的防護(hù)是比較難的技術(shù)，原因是中子不帶電，同電子幾乎不作用，不容易被物質(zhì)阻擋，防護(hù)困難。纖維織物類屏蔽材料的研究始于20世紀(jì)70年代，如今已有很多種類型的織物類屏蔽材料，且多用于制備輻射防護(hù)服。上世紀(jì)80年代初，前蘇聯(lián)科研人員用粘膠纖維織物·為對象，通過對聚丙烯腈接枝，然后用硫化鈉溶液處理接枝共聚材料，最后用醋酸鉛溶液處理被改性的織物來制成防護(hù)服，此防護(hù)服屏蔽效果好，但工藝較復(fù)雜，制取難度大。日本研制成的離子交換型防中子輻射纖維是將硼、鋰或其它屏蔽物質(zhì)的離子吸附在纖維上，從而使纖維具有中子輻射屏蔽功能。由于吸附量有限、且洗滌時(shí)極易脫落，故屏蔽效果較差。后來日本又對原來的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，使離子交換纖維吸附鋰或硼的化合物，從而提高了織物中子屏蔽率。在已知的國外各種防中子輻射纖維中，以日本東麗公司的研制水平為最佳。它采用復(fù)合紡絲方法制取防中子輻射復(fù)合纖維。具體做法為中子吸收物質(zhì)與高聚物在捏合機(jī)上熔融混合后作為芯層組份，以純高聚物為皮層進(jìn)行熔融復(fù)合紡絲，所得纖維為皮芯結(jié)構(gòu)，經(jīng)干熱或濕熱拉伸制得具有一定強(qiáng)度的纖維。但該纖維紡制設(shè)備較復(fù)雜，投資較大。日本還報(bào)道了另一種纖維狀中子防護(hù)物的制取方法。含有中子吸收物質(zhì)的高聚物溶液在高壓下噴射紡制纖維，提高了防中子輻射纖維的熱中子屏蔽率。但該種纖維強(qiáng)度低，斷裂伸長較大，不易加工。這種方法制得的纖維由于中子吸收物質(zhì)暴露在纖維表面，因而在洗滌、受摩擦?xí)r極易損失，使中子吸收性能降低。日本還將鋰和硼的化合物粉末與聚乙烯樹脂共聚后，采用熔融皮芯復(fù)合紡絲工藝研制了防中子輻射纖維材料?？杉庸こ蓹C(jī)織物和非織造布，定重為430 g/m2的機(jī)織物的熱中子屏蔽率可達(dá)40%，常用于醫(yī)院放療室內(nèi)醫(yī)生和病人的防護(hù)。美國邁阿密的防輻射技術(shù)公司(RST)研究出一種技術(shù)，對聚乙烯(PE)和聚氯乙烯(PVC)進(jìn)行改性，以形成一種能防止核輻射的材料。用某種未透露的工藝方法對聚合物基質(zhì)進(jìn)行處理，使之產(chǎn)生一種能夠吸收輻射的電子共振效應(yīng)。經(jīng)過處理的基質(zhì)粘貼在天然或合成的兩層無紡布之間，這樣制成的防輻射安全服要比傳統(tǒng)的鉛服輕巧5倍以上。這種布料的商品名叫Demron，在紐約州哥倫比亞大學(xué)和亞特蘭大的佐治亞理工學(xué)院分別進(jìn)行了測試，對高能β粒子具有極好的屏蔽效果，對于130 keV的Y射線至少能屏蔽掉50%。我國從上世紀(jì)70年代開始防中子高分子材料的研究，1987年5月天津紡院研制成功防中子輻射纖維。該纖維具有較好的Y射線屏蔽功能。國內(nèi)采用硼化合物、重金屬化合物與聚丙烯等共混后熔紡制成了皮芯型防中子、防X射線纖維。纖維中碳化硼含量高達(dá)35%，纖維強(qiáng)度可達(dá)23 27CN/tex，斷裂伸長率達(dá)20 40%，可加工成針織物、機(jī)織物和非織造布，用在原子能反應(yīng)堆周圍，可使中子輻射防護(hù)屏蔽率達(dá)到44%以上。
王學(xué)晨等采用聚丙烯與不同重量的碳化硼微粉為原料，探討了通過熔融共混紡絲工藝研制防中子輻射纖維及織物的可行性，并對共混體系的流變性能及影響流變性能的因素進(jìn)行了討論。所制備的材料適合用于防護(hù)衣具、門窗簾和遮蓋包裝等。齊魯?shù)壤脛討B(tài)粘彈儀等測試了用b4c/pp復(fù)合材料紡制的防中子輻射纖維及其初生纖維和拉伸后的動態(tài)力學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)，防中子輻射初生纖維在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)后的[E]值比PP纖維的高，耐熱性增加。在拉伸過程中纖維的斷裂強(qiáng)度和[E]值升高，斷裂伸長下降。纖維中的結(jié)構(gòu)缺陷減少，并能保持皮芯結(jié)構(gòu)。超過415倍拉伸時(shí)，纖維的[E]值又降低。殷謹(jǐn)源等以聚乙烯醇和碳化硼為主要原料采用濕法紡絲工藝制備出一種防中子輻射纖維。他們研究了此纖維的加工成型方法，并測試了纖維的性能。研究結(jié)果顯示，防中子輻射纖維具有很強(qiáng)的熱中子屏蔽功能，對中能中子也有一定的屏蔽功能，其防護(hù)效果達(dá)到了國外同類研究水平。楊文軍等制備了 NdFeB/PE稀土高分子屏蔽復(fù)合材料，其中NdFeB粉末為亞微米級，其屏蔽性能已委托中國核動力研究設(shè)計(jì)院進(jìn)行了檢測，結(jié)果顯示對中子及Y射線有優(yōu)良的屏蔽效果，對熱中子的吸收效果尤為顯著。目前，中子輻射防護(hù)服仍然停留在對中低能中子的防護(hù)上，而對熱快中子的防護(hù)或劑量較大的中子流的防護(hù)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到人們對中子防護(hù)的要求，最好的也只有44%左右。當(dāng)前，稀土的應(yīng)用范圍非常廣，但在輻射防護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用尚少，稀土化合物接枝到織物上獲得防中子的面料尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種通過摻雜稀土元素獲得中子防護(hù)面料的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過摻雜稀土元素獲得中子防護(hù)面料的方法，它包括以下步驟(I) a、先將紡織品經(jīng)過電子束或等離子體預(yù)輻照處理，再將稀土納米粉體接枝到處理過的紡織品上；或b、將紡織品中摻雜稀土納米粉體或稀土鹽類，經(jīng)過電子束或等離子體共輻照紡織品上；所述稀土納米粉體為氧化鑭、氧化釔、氧化釹、氧化鐠或氧化釓的納米粉體，所述稀土鹽類為鑭、釔、釹、鐠、釓的硫酸鹽或硝酸鹽；(2)最后進(jìn)行焙烘即可獲得中子防護(hù)面料。本發(fā)明步驟I)中所述的稀土納米粉體的制備，先采取沉淀法或噴霧熱分解法制得稀土納米粉體，再將稀土納米粉體中加入占稀土納米粉體重量的O. 2^0. 8%的分散劑，所述分散劑為三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉或焦磷酸鈉，在球磨過程中進(jìn)行表面改性，清除表面能，消除表面靜電，提高其分散性；或在稀土納米粉體中加入占稀土納米粉體重量的O. 4^1%的表面改性劑，所述表面改性劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑或鋁酸酯偶聯(lián)劑，通過球磨過程的研磨分散，對稀土納米粉體顆粒表面進(jìn)行改性處理，提高其分散性；以獲得所需的稀土納米粉體。預(yù)輻照或共輻照所用的加速器的產(chǎn)生的能量為5 10Mev，輻照劑量率為80 100Gy。本發(fā)明中的稀土元素種類和用量不受限制，紡織品的種類和厚度也不受限制。
稀土元素位于元素周期表的III B族。包括鈧(So)，釔(Y)和鑭系元素(Ln)共17個(gè)元素。稀土元素由于對中子有比較大的吸收截面，因此稀土元素作為中子防護(hù)是一個(gè)很好的選擇。稀土元素用于防護(hù)服，制造出比較輕質(zhì)的高效的人員防護(hù)服用面料，從而減少核技術(shù)從業(yè)人員和公眾所受中子的輻射帶來的健康問題。稀土粉體由于含稀土成分高，制成納米粉體，接枝到紡織品上，則可以獲得柔性的中子輻射防護(hù)面料，從而提高對熱中子、慢中子、中能中子、快中子等防護(hù)效果。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明通過摻雜稀土元素獲得柔性的稀土中子防護(hù)面料，對慢中子、熱中子、中能中子防護(hù)有效，尤其對快中子防護(hù)明顯有效。本發(fā)明將稀土元素接枝到紡織品上，實(shí)現(xiàn)柔性的中子防護(hù)，對解決中子輻射防護(hù)問題和提升紡織品和稀土附加值都有重要意義。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。實(shí)施例1 (I)先采取沉淀法制得氧化鑭納米粉體，再將氧化鑭納米粉體中加入占氧化鑭納米粉體重量的O. 2%的焦磷酸鈉，在球磨過程中進(jìn)行表面改性，清除表面能，消除表面靜電，提高其分散性，以獲得所需的氧化鑭納米粉體；(2)先將紡織品經(jīng)過電子束或等離子體預(yù)輻照處理，再將制得的氧化鑭納米粉體接枝到處理過的紡織品上；輻照所用的加速器的產(chǎn)生的能量為5Mev，輻照劑量率為SOGy/s ；(3)最后進(jìn)行焙烘即可獲得中子防護(hù)面料。實(shí)施例2( I)先采取沉淀法制得氧化釔納米粉體，再將氧化釔納米粉體中加入占氧化釔納米粉體重量的O. 4%的三聚磷酸鈉，在球磨過程中進(jìn)行表面改性，清除表面能，消除表面靜電，提高其分散性，以獲得所需的氧化釔納米粉體；(2)先將紡織品經(jīng)過電子束或等離子體預(yù)輻照處理，再將制得的氧化釔納米粉體接枝到處理過的紡織品上；輻照所用的加速器的產(chǎn)生的能量為5Mev，輻照劑量率為SOGy/s ；(3)最后進(jìn)行焙烘即可獲得中子防護(hù)面料。實(shí)施例3
( I)先采取沉淀法制得氧化釹納米粉體，再將氧化釹納米粉體中加入占氧化釹納米粉體重量的O. 8%的六偏磷酸鈉，在球磨過程中進(jìn)行表面改性，清除表面能，消除表面靜電，提高其分散性，以獲得所需的氧化釹納米粉體；(2)將紡織品中摻雜制得的氧化釹納米粉體，經(jīng)過等離子體共輻照紡織品上；輻照所用的加速器的產(chǎn)生的能量為8Mev，輻照劑量率為90Gy/s ；(3)最后進(jìn)行焙烘即可獲得中子防護(hù)面料。實(shí)施例4(I)先采取噴霧熱分解法制得氧化鐠納米粉體，再將氧化鐠納米粉體中加入占氧化鐠納米粉體重量的O. 7%的六偏磷酸鈉，在球磨過程中進(jìn)行表面改性，清除表面能，消除表面靜電，提高其分散性，以獲得所需的氧化鐠納米粉體；(2)將紡織品中摻雜制得的氧化鐠納米粉體，經(jīng)過等離子體共輻照紡織品上；輻照所用的加速器的產(chǎn)生的能量為8Mev，輻照劑量率為90Gy/s ；(3)最后進(jìn)行焙烘即可獲得中子防護(hù)面料。實(shí)施例5(I)先采取噴霧熱分解法制得氧化釓納米粉體，再將氧化釓納米粉體中加入占氧化釓納米粉體重量的O. 3%的焦磷酸鈉，在球磨過程中進(jìn)行表面改性，清除表面能，消除表面靜電，提高其分散性，以獲得所需的氧化鐠納米粉體；(2)將紡織品中摻雜制得的氧化釓納米粉體，經(jīng)過等離子體共輻照紡織品上；輻照所用的加速器的產(chǎn)生的能量為8Mev，輻照劑量率為90Gy/s ；(3)最后進(jìn)行焙烘即可獲得中子防護(hù)面料。實(shí)施例6(I)先采取噴霧熱分解法制得氧化釔納米粉體，再在氧化釔納米粉體中加入占氧化釔納米粉體重量的O. 6%的鈦酸酯偶聯(lián)劑，通過球磨過程的研磨分散，對氧化釔納米粉體顆粒表面進(jìn)行改性處理，提高其分散性，以獲得所需的氧化釔納米粉體；(2)將紡織品中摻雜制得的氧化釔納米粉體，經(jīng)過等離子體共輻照紡織品上；輻照所用的加速器的產(chǎn)生的能量為8Mev，輻照劑量率為90Gy/s ；(3)最后進(jìn)行焙烘即可獲得中子防護(hù)面料。實(shí)施例7(I)先采取噴霧熱分解法制得氧化鐠納米粉體，再在氧化鐠納米粉體中加入占氧化鐠納米粉體重量的O. 4%的鋁酸酯偶聯(lián)劑，通過球磨過程的研磨分散，對氧化鐠納米粉體顆粒表面進(jìn)行改性處理，提高其分散性，以獲得所需的氧化鐠納米粉體；(2)將紡織品中摻雜制得的氧化鐠納米粉體，經(jīng)過等離子體共輻照紡織品上；輻照所用的加速器的產(chǎn)生的能量為8Mev，輻照劑量率為90Gy/s ；(3)最后進(jìn)行焙烘即可獲得中子防護(hù)面料。實(shí)施例8( I)先采取沉淀法制得氧化釹納米粉體，再在氧化釹納米粉體中加入占氧化釹納米粉體重量的1%的鋁酸酯偶聯(lián)劑，通過球磨過程的研磨分散，對氧化釹納米粉體顆粒表面進(jìn)行改性處理，提高其分散性，以獲得所需的氧化釹納米粉體；(2)將紡織品中摻雜制得的氧化釹納米粉體，經(jīng)過等離子體共輻照紡織品上；輻照所用的加速器的產(chǎn)生的能量為8Mev，輻照劑量率為90Gy/s ；(3)最后進(jìn)行焙烘即可獲得中子防護(hù)面料。實(shí)施例9(I)將紡織品中摻雜硫酸釓，經(jīng)過電子束共輻照紡織品上；輻照所用的加速器的產(chǎn)生的電子束能量為4Mev，束流為2 XlO-6A,輻照劑量率為100Gy/S ；(2)最后進(jìn)行焙烘即可獲得中子防護(hù)面料。實(shí)施例10(I)將紡織品中摻雜硫酸鑭，經(jīng)過電子束共輻照紡織品上；輻照所用的加速器的產(chǎn)生的電子束能量為4Mev，束流為2 XlO-6A,輻照劑量率為100Gy/S ；(2)最后進(jìn)行焙烘即可獲得中子防護(hù)面料。實(shí)施例11(I)將紡織品中摻雜硫酸釔，經(jīng)過電子束共輻照紡織品上；輻照所用的加速器的產(chǎn)生的電子束能量為4Mev，束流為2 XlO-6A,輻照劑量率為100Gy/S ；(2)最后進(jìn)行焙烘即可獲得中子防護(hù)面料。實(shí)施例12(I)將紡織品中摻雜硝酸釹，經(jīng)過電子束共輻照紡織品上；輻照所用的加速器的產(chǎn)生的電子束能量為4Mev，束流為2 XlO-6A,輻照劑量率為100Gy/S ；(2)最后進(jìn)行焙烘即可獲得中子防護(hù)面料。實(shí)施例13(I)將紡織品中摻雜硝酸鐠，經(jīng)過電子束共輻照紡織品上；輻照所用的加速器的產(chǎn)生的電子束能量為4Mev，束流為2 XlO-6A,輻照劑量率為100Gy/S ；(2)最后進(jìn)行焙烘即可獲得中子防護(hù)面料。實(shí)施例14(I)將紡織品中摻雜硝酸釔，經(jīng)過電子束共輻照紡織品上；輻照所用的加速器的產(chǎn)生的電子束能量為4Mev，束流為2 XlO-6A,輻照劑量率為100Gy/S ；(2)最后進(jìn)行焙烘即可獲得中子防護(hù)面料。應(yīng)用效果將本發(fā)明所制得的中子防護(hù)面料進(jìn)行中子防護(hù)試驗(yàn)，中子防護(hù)面料做成摻雜稀土元素的I毫米厚的織物。利用快中子(快中子能量達(dá)到兆電子伏以上)輻照中子防護(hù)面料，獲得了接近10%的防護(hù)效果。也就是說，只要加厚和優(yōu)化接枝稀土粉體方案，獲得好于50%以上的對快中子的防護(hù)效果是可行的。而快中子較薄的柔性防護(hù)以前被認(rèn)為是不可能的。這表明根據(jù)本發(fā)明方法是可以獲得的織物是有良好效果的。
權(quán)利要求
1.一種通過摻雜稀土元素獲得中子防護(hù)面料的方法，其特征在于，它包括以下步驟(1)a、先將紡織品經(jīng)過電子束或等離子體預(yù)輻照處理，再將稀土納米粉體接枝到處理過的紡織品上；或b、將紡織品中摻雜稀土納米粉體或稀土鹽類，經(jīng)過電子束或等離子體共輻照紡織品上；所述稀土納米粉體為氧化鑭、氧化釔、氧化釹、氧化鐠或氧化釓的納米粉體，所述稀土鹽類為鑭、釔、釹、鐠、釓的硫酸鹽或硝酸鹽；(2)最后進(jìn)行焙烘即可獲得中子防護(hù)面料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述通過摻雜稀土元素獲得中子防護(hù)面料的方法，其特征在于步驟I)中所述的稀土納米粉體的制備，先采取沉淀法或噴霧熱分解法制得稀土納米粉體，再將稀土納米粉體中加入占稀土納米粉體重量的O. 2^0. 8%的分散劑，所述分散劑為三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉或焦磷酸鈉，在球磨過程中進(jìn)行表面改性，清除表面能，消除表面靜電，提高其分散性；或在稀土納米粉體中加入占稀土納米粉體重量的O. Π%的表面改性劑，所述表面改性劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑或鋁酸酯偶聯(lián)劑，通過球磨過程的研磨分散，對稀土納米粉體顆粒表面進(jìn)行改性處理，提高其分散性；以獲得所需的稀土納米粉體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述通過摻雜稀土元素獲得中子防護(hù)面料的方法，其特征在于步驟I)中預(yù)輻照或共輻照所用的加速器的產(chǎn)生的能量為5 10Mev，輻照劑量率為8(Tl00Gy。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過摻雜稀土元素獲得中子防護(hù)面料的方法，它包括以下步驟(1)a、先將紡織品經(jīng)過電子束或等離子體預(yù)輻照處理，再將稀土納米粉體接枝到處理過的紡織品上；或b、將紡織品中摻雜稀土納米粉體或稀土鹽類，經(jīng)過電子束或等離子體共輻照紡織品上；(2)最后進(jìn)行焙烘即可獲得中子防護(hù)面料。本發(fā)明通過摻雜稀土元素獲得柔性的稀土中子防護(hù)面料，對慢中子、熱中子、中能中子防護(hù)有效，尤其對快中子防護(hù)明顯有效。本發(fā)明將稀土元素接枝到紡織品上，實(shí)現(xiàn)柔性的中子防護(hù)，對解決中子輻射防護(hù)問題和提升紡織品和稀土附加值都有重要意義。
文檔編號D06M10/06GK102995389SQ20121053485
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者吳瑜, 楊杰, 于旻榮, 蘇正夫, 蔡鋼鋒, 王志堅(jiān) 申請人:武漢紡織大學(xué)