本發明屬于核輻射防護技術領域，涉及一種輻射防護聚合物復合纖維的制備方法。
背景技術：
隨著經濟與社會發展要求，核技術已被廣泛應用于醫療、核工業及國防等多個領域，帶來了巨大的經濟效益和社會效益，同時使人類接觸各種核輻射的機會增加，潛在地威脅著人類健康與環境安全。輻射防護材料與裝備是保證輻射場所工作人員和公共安全的關鍵，也是應對核應急的有效手段，是軍工與民用輻射安全防護的重要保障。傳統輻射防護材料與裝備雖然在輻射防護方面發揮了巨大的作用，但是其已不能滿足當前核技術快速發展的新需求。因而，開發出新型輻射防護材料與裝備是當前輻射防護領域的迫切要求。
制造輻射防護材料與裝備中的個人防護制品通常是將鉛粉填充至橡膠基體，進而制備出柔性防護服與手套，具備移動及可拆卸性強，但是穿戴舒適性差(橡膠材料的透氣效果較差，容易引起使用人員出汗、脫水等反應)、防護效率低(線性衰減系數小)、穩定性差(橡膠易老化、鉛粉易脫落)、重復利用率低(多次折疊使用后，折痕處會破損)等等問題。以具有輻射防護功能的聚合物納米復合纖維織造的透氣型輻射防護用品能避免上述不足，但鮮見相關產品。
眾所周知，聚酰胺(尼龍)、聚對苯二甲酸二乙酯(滌綸)及聚丙烯腈(丙綸)等聚合物纖維織造的服裝及手套具有優異的透氣性能，但是其輻射防護效果較弱。已發現并證明鎢酸鉛、鎢酸鉍、氮化硼等無機粒子具有優異的輻射防護性能，尤其是納米級尺寸結構，相同質量的納米粒子對射線具有更高的輻射防護效果，有助于降低產品質量。如果能將兩者較好地有機結合，實現聚合物復合纖維加工工藝，進一步實現纖維絲的自動編織成型，將大大提升其穿戴舒適性，拓展其應用領域。雖然聚合物紡絲技術較為成熟，但是在聚合物復合體系中，大份數填料與基體之間的相互作用力將決定熔體紡絲成纖過程，除此之外，還會直接影響纖維絲的拉伸強度，導致進行自動化編制比較困難，所織成的產品強度較低。如何提升功能填料份數及功能填料與聚合物分子鏈之間的相互作用力，達到提升熔體紡絲、纖維絲織造特性及輻射防護等綜合性能是亟需解決的問題。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種輻射防護聚合物復合纖維的制備方法，具有優異的防輻射性能和良好的柔韌性、透氣性與舒適性，拉伸強度好，編制工藝簡單。
本發明所采用的技術方案是，一種輻射防護聚合物復合纖維的制備方法，按照以下步驟進行：
步驟1，將具有輻射防護功能的無機粒子依次進行活化處理、過濾、洗滌、干燥；
步驟2，將步驟1所得的物質轉移至反應釜，通入惰性氣體進行保護，在具有輻射防護功能的無機粒子表面原位引發聚合反應，制備出無機粒子接枝物；
步驟3，將步驟2所得的無機粒子接枝物與纖維級聚合物熔融共混、紡絲，即制得。
本發明的特征還在于，進一步的，所述步驟2中的惰性氣體為氮氣。
進一步的，所述步驟1中，無機粒子為鎢酸鉛、鎢酸鉍、氮化硼、碳化硼、硼酸鉛與硼酸鉍中的任意一種。
進一步的，所述步驟2中，制備出無機粒子接枝物為無機粒子接枝聚丙烯腈、聚對苯二甲酸乙二酯及聚酰胺中的任意一種。
進一步的，所述步驟3中，纖維級聚合物為聚丙烯腈、聚對苯二甲酸乙二酯及聚酰胺任意一種。
進一步的，所述步驟3中，無機粒子接枝物與纖維級聚合物的質量份數比為1：2.5～5。
進一步的，所述步驟2中，反應釜中的反應溫度為160～280℃，反應時間為2～4h。
進一步的，所述步驟3中，無機粒子接枝物與纖維級聚合物熔融共混溫度為160～280℃。
進一步的，所述步驟3中，制得的復合纖維直徑為0.04～0.1mm。
進一步的，所述步驟1中，將具有輻射防護功能的無機粒子依次進行活化處理、過濾、洗滌、干燥的具體步驟為：將無機粒子和30wt％過氧化氫水溶液合并在圓底燒瓶，并超聲處理40min；在105℃下回流并用機械劇烈攪拌，反應4小時；反應結束后，冷卻至室溫，混合溶液通過濾網，回收納米顆粒并用去離子水洗滌、過濾，重復兩次；將所得到的羥基化無機粒子在80℃的真空烘箱中干燥24小時。
本發明的有益效果是選擇具有輻射防護功能的無機粒子作為功能填料填充至纖維級聚合物，經熔融紡絲形成具核輻射防護功能的聚合物復合纖維。具有優異的核輻射防護性能，其防護效果可通過優化無機粒子種類及比例來調節。根據不同輻射環境的需要，可分別選擇具有伽馬、中子及中子伽馬共同防護效果的聚合物復合纖維。該輻射防護聚合物復合纖維所織成的面料或制品具備良好的柔韌性、透氣性和舒適性。此輻射防護聚合物復合纖維可用于制備核輻射防護服、柔性核輻射防護屏等防護裝備，可廣泛用于核電站、醫院等領域的日常輻射防護及核應急，其能夠滿足當前核技術快速發展的新需求。
具體實施方式
下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
實施例1：
一種輻射防護聚合物復合纖維的制備方法，包括以下步驟：
(1)將具有伽馬輻射防護功能的鎢酸鉛粒子進行活化處理、過濾、洗滌、干燥；
(2)將步驟1所得物質轉移至反應釜，通入氮氣進行保護，于160℃條件下，在具有輻射防護功能的鎢酸鉛粒子表面原位引發聚合反應，反應時間2h，制備出鎢酸鉛粒子接枝聚丙烯腈；
(3)使用增塑劑預處理聚丙烯腈，降低其熔融溫度，然后在160℃條件下，將其與步驟2所得鎢酸鉛粒子接枝物熔融共混、紡絲，制備出具有良好強度與韌性的聚合物復合纖維，其直徑約為0.08mm。鎢酸鉛粒子接枝聚丙烯腈與聚丙烯腈的質量份數比為1：2.5。
(4)在機織機上，將聚合物復合纖維絲進行織造形成具有輻射防護功能的面料；疊加面料厚度約為2mm，利用高純鍺伽馬譜儀測試其伽馬屏蔽性能，伽馬放射源選用Am-241(59.5keV)，經測試，其屏蔽率為64.7±2.1％。
實施例2：
一種輻射防護聚合物復合纖維的制備方法，包括以下步驟：
(1)將具有中子輻射防護功能的氮化硼粒子進行活化處理、過濾、洗滌、干燥；
(2)將步驟1所得物質轉移至反應釜，通氮氣進行保護，于250℃條件下，在具有輻射防護功能的氮化硼粒子表面原位引發聚合反應，反應時間3h，制備出氮化硼粒子接枝聚對苯二甲酸乙二酯；
(3)在250℃條件下，將步驟2所得氮化硼粒子接枝物與聚對苯二甲酸二乙酯熔融共混、紡絲，制備出具有良好強度與韌性的聚合物復合纖維，其直徑約為0.08mm。氮化硼粒子接枝物與聚對苯二甲酸二乙酯的質量份數比為1：3.5；
(4)在機織機上，將聚合物復合纖維絲進行織造形成具有輻射防護功能的面料；疊加面料厚度約為2mm，利用中子衰減測試裝置測試其中子屏蔽性能，中子放射源為熱中子(0.025eV)經測試，其屏蔽率為93.6±2.5％。
實施例3：
一種輻射防護聚合物復合纖維的制備方法，包括以下步驟：
(1)將具有中子與伽馬共同防護功能的硼酸鉛粒子進行活化處理、過濾、洗滌、干燥；
(2)將步驟1所得物質轉移至反應釜，通入氮氣進行保護，于280℃條件下，在具有輻射防護功能的硼酸鉛粒子表面原位引發聚合反應，反應時間4h，制備出硼酸鉛粒子接枝聚酰胺；
(3)在280℃條件下，將步驟2所得硼酸鉛粒子接枝物與聚酰胺熔融共混、紡絲，制備出具有良好強度與韌性的聚合物復合纖維，其直徑約為0.07mm。硼酸鉛粒子接枝物與聚酰胺的質量份數比為1：5；
(4)在機織機上，將聚合物復合纖維絲進行織造形成具有輻射防護功能的面料；疊加面料厚度約為2mm，分別利用高純鍺伽馬譜儀和中子衰減測試裝置測試其伽馬及中子屏蔽性能，伽馬放射源選用Am-241(59.5keV)，中子放射源為熱中子(0.025eV)經測試，伽馬屏蔽率為58.2±2.3％，中子屏蔽率為26.3±2.1％％。
實施例4：
一種輻射防護聚合物復合纖維的制備方法，包括以下步驟：
(1)將具有伽馬防護功能的鎢酸鉍粒子進行活化處理、過濾、洗滌、干燥；
(2)將步驟1所得物質轉移至反應釜，通入氮氣進行保護，于160℃條件下，在具有輻射防護功能的鎢酸鉍粒子表面原位引發聚合反應，反應時間4h，制備出鎢酸鉍粒子接枝聚丙烯腈；
(3)使用增塑劑預處理聚丙烯腈，降低其熔融溫度，然后在160℃條件下，將其與步驟2所得鎢酸鉍粒子接枝物熔融共混、紡絲，制備出具有良好強度與韌性的聚合物復合纖維，其直徑約為0.1mm。鎢酸鉍粒子接枝物與聚丙烯腈的質量份數比為1：4；
(4)在機織機上，將聚合物復合纖維絲進行織造形成具有輻射防護功能的面料；疊加面料厚度約為2mm，利用高純鍺伽馬譜儀測試其伽馬屏蔽性能，伽馬放射源選用Am-241(59.5keV)，伽馬屏蔽率為31.4±2.2％。
實施例5：
一種輻射防護聚合物復合纖維的制備方法，包括以下步驟：
(1)將具有中子防護功能的碳化硼粒子進行活化處理、過濾、洗滌、干燥；
(2)將步驟1所得物質轉移至反應釜，通入氮氣進行保護，于250℃條件下，在具有輻射防護功能的碳化硼粒子表面原位引發聚合反應，反應時間3h，制備出碳化硼粒子接枝聚對苯二甲酸乙二酯；
(3)在250℃條件下，將步驟2所得碳化硼粒子接枝物與聚對苯二甲酸乙二酯熔融共混、紡絲，制備出具有良好強度與韌性的聚合物復合纖維，其直徑約為0.06mm。碳化硼粒子接枝物與聚對苯二甲酸乙二酯質量份數比為1：5；
(4)在機織機上，將聚合物復合纖維絲進行織造形成具有輻射防護功能的面料；疊加面料厚度約為2mm，利用中子衰減測試裝置測試其中子屏蔽性能，中子放射源為熱中子(0.025eV)經測試，屏蔽率為97.3±1.8％。
實施例6：
一種輻射防護聚合物復合纖維的制備方法，包括以下步驟：
(1)將具有中子與伽馬共同防護功能的硼酸鉍粒子進行活化處理、過濾、洗滌、干燥；
(2)將步驟1所得物質轉移至反應釜，通入氮氣進行保護，于280℃條件下，在具有輻射防護功能的硼酸鉍粒子表面原位引發聚合反應，反應時間4h，制備出硼酸鉍粒子接枝聚酰胺；
(3)在280℃條件下，將步驟2所得硼酸鉍粒子接枝物與聚酰胺熔融共混、紡絲，制備出具有良好強度與韌性的聚合物復合纖維，其直徑約為0.05mm。硼酸鉍粒子接枝物與聚酰胺質量份數比為1：3；
(4)在機織機上，將聚合物復合纖維絲進行織造形成具有輻射防護功能的面料；疊加面料厚度約為2mm，分別利用高純鍺伽馬譜儀和中子衰減測試裝置測試其伽馬及中子屏蔽性能，伽馬放射源選用Am-241(59.5keV)，中子放射源為熱中子(0.025eV)經測試，伽馬屏蔽率為43.5±2.1％，中子屏蔽率為21.3±2.0％。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發明的保護范圍內。