一種應用于射線屏蔽的鎢基復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種應用于射線屏蔽的鎢基復合材料及其制備方法，屬于先進功能性 復合材料設計及制備領域。
【背景技術】
[0002] 隨著現代科學技術水平的提高，在核電能源、醫療檢測、軍事戰爭、航空航天、民生 安保等領域圍繞核能及射線應用而展開的各種基礎研宄和技術開發不斷增加，由此射線防 護顯得愈加重要。例如在核電領域，核電廠的反應堆是一個巨大的放射源，核燃料裂變及核 廢料會產生大量的射線輻射。因此，必須對其設備及操作人員進行防輻射屏蔽，以避免各種 可能事故的發生。又例如在核醫療領域，醫療場所的X射線檢查設備、CT檢查設備逐年增 多，一次診斷過程中病人受到的局部照射劑量相當于天然輻射年當量劑量的數十倍，放療 的局部劑量更大，一個療程的劑量相當于診斷的幾千倍。因此，患者及頻繁操放射醫療設備 的醫護人員必須進行有效的射線屏蔽，以減少意外輻射危害。
[0003] 傳統的核射線屏蔽材料主要為金屬鉛及其聚合物復合材料，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、水源和農作物，嚴重危及人體健康。根據歐盟《關于限制在電子電器設備中使用某些有 害成分的指令（RoHS指令）》、《報廢電子電氣設備指令（WEEE指令）》以及《化學品的注冊、 評估、授權和限制（REACH法規）》，鉛被列為限制使用及高度關注的有害物質之一。隨著我 國生態文明建設和環境治理措施不斷加強，國家將陸續強制關閉沒有鉛后續處理能力的加 工工廠，因此無鉛的屏蔽材料將會出現較大的需求，研宄以其它材料代替鉛應用于射線屏 蔽領域勢在必行。
[0004] 鎢的原子序數為74,密度為19. 35g/cm3,具有良好的射線屏蔽性能，且不產生二次 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， 燒結態韌塑性較差，成形加工困難且成本較高，難以制備形狀較為復雜的應用零件，因此在 應用時受到諸多限制。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，且只能制備小規格制品，其適用范圍受到限 制。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于設計一種應用于射線屏蔽的鎢基復合材料及其制備方法。該復 合材料不含鉛，具有良好的射線屏蔽性能、物理機械性能等，且環境友好，柔韌易加工，可應 用于核工業、核醫療、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 領域。
[0006] 本發明的具體技術方案如下：
[0007] -種應用于射線屏蔽的鎢基復合材料，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。這些可以采用現有技術。但是，優選地，
[0025] 活化劑中含有氧化鋅，優選的為間接法氧化鋅。
[0026] 防焦劑優選為次磺酰胺類防焦劑，更優選的為N-環己基硫代酞酰胺。
[0027] 增塑劑優選為芳烴油、環烷油或石蠟油中的一種。
[0028] 相容劑優選為硅烷偶聯劑。
[0029] 上述的應用于射線屏蔽的鎢基復合材料的制備方法，其步驟為：
[0030] (1)原料配料準備：把各種原料按配方稱好質量，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 經壓延機壓延成片材，經裁邊冷卻后，以紙或布作墊（優選的，以高強度雙面離型紙作墊）