一种防中子辐射的超细纤维材料的制备方法与流程

本发明属于纺丝领域，具体涉及一种防中子辐射的超细纤维材料的制备方法。
背景技术：
：中子是一种不带电荷的中性粒子，有快中子和慢中子之分，它穿透力很强，在空气中传播距离较远，有研究表明中子对人体的危害远远高于x射线和γ射线。中子防护实质就是将快中子慢化和慢中子吸收,进而将中子屏蔽。含硼化合物是制备中子辐射防护材料的最佳屏蔽材料，国内外中子防护材料多将含氢多的高聚物和无机硼化物熔融共混制成复合板材或纺丝再织成服装。聚丙烯（pp）和碳化硼（b4c）是常用的中子防护材料，碳化硼必须在聚丙烯中分散高度均匀才能避免辐射屏蔽的穿孔效应，但是具有化学惰性的b4c和非极性化合物pp的相容性很差，所以有关pp/b4c共混体系的相容性研究是防中子辐射材料研制的一大关键问题。目前采用在b4c与pp的共混物中添加偶联剂（硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂）来对b4c表面进行改性，从而改善b4c的浸润性、分散性，但通过电镜观察，b4c粒子团聚现象严重，无法真正实现均匀分散。为此，为了提高中子屏蔽率，只能增加b4c含量（碳化硼皮芯型纤维最大含量40%，复合板材的添加量更高）和复合板材、织物厚度，做为服装材料时就会使面料柔软性差，透气性不好，过于沉重，行动不便，价格昂贵，并且防护漏洞多，达不到防护要求的指标。技术实现要素：本发明是为了解决现有技术及原料所存在的上述问题，提供一种物理化学性能优良，中子屏蔽性能良好且轻薄、柔软的pp/b4c超细纤维网状材料的制备方法。中子防护实质就是将快中子慢化和慢中子吸收进而将中子屏蔽。快中子慢化的材料主要有氢元素含量很高的石蜡、聚乙烯和聚丙烯等；慢中子吸收的材料主要有含锂元素的氟化锂、溴化锂、氢氧化锂，含硼元素的氧化硼、碳化硼以及稀土元素。实现本发明的技术方案是：一种防中子辐射的超细纤维材料的制备方法，所述超细纤维材料以pp切片和纳米b4c共混物为原料，钛酸酯偶联剂和tas-2a为添加剂，采用熔喷法将pp/b4c共混物熔融纺丝。具体步骤如下：（1）pp/b4c母粒的制备：先将pp切片、钛酸酯偶联剂在高速捏合机中进行混合，当温度达到90℃时将纳米b4c和tas-2a加入，混合20-30min后出料冷却，用双螺杆挤出机熔融挤出造粒，得到pp/b4c母粒；（2）对步骤（1）得到的pp/b4c母粒进行干燥，干燥温度100-120℃，干燥时间2-3h；（3）将步骤（2）干燥后的pp/b4c母粒和pp切片以质量比为1:2混合后送入螺杆挤出机，经过螺杆熔融挤出、过滤器过滤、计量泵计量后送至熔喷纺丝组件，熔体经喷丝孔挤出后经气流牵伸后生成超细纤维，超细纤维经成网帘上收集形成超细纤维材料。所述步骤（1）中pp切片、纳米b4c、钛酸酯偶联剂和tas-2a的质量比为（70-90）：（10-20）：（3-8）：（1.5-3）。所述步骤（1）中双螺杆挤出机熔融挤出造粒的温度为：ⅰ区160℃、ⅱ区170℃、ⅲ区170℃、ⅳ区172℃、机头162℃。所述步骤（2）中干燥后pp/b4c母粒含水量控制在800ppm以下。所述步骤（3）中螺杆挤出机的各区温度为175-245℃，过滤器温度240-250℃，金属过滤网目数为300目；计量泵的温度235-250℃，熔喷纺丝组件的纺丝模头温度235-250℃；气流牵伸步骤的牵伸风压为2-4bar，牵伸风温度为240-250℃；成网步骤的吸附负压为0.3-0.4bar，成网帘与模头喷丝板间的距离为200-300mm。所述步骤（1）中pp切片的性能参数为：熔点167℃，熔体质量流动速率在260℃，负重2160g的条件下达40-60g/10min，相对分子质量分布宽度小于4-5。所述步骤（3）中pp切片的性能参数为：熔点167℃，熔体质量流动速率在260℃，负重2160g的条件下达800-1500g/10min，相对分子质量分布宽度小于4-5。所述纳米b4c平均粒径为60nm。所述超细纤维材料的丝径为0.5-30μm，由于纤维直径小，面覆盖率高，因此b4c在整个纤维网中分布均匀，从而达到较小的b4c添加量，较高的中子吸收效果。本发明的有益效果是：将快中子慢化材料（聚丙烯）和慢中子吸收材料（碳化硼）两者共混，在采用钛酸酯偶联剂对碳化硼表面改性的基础上，又添加了tas-2a分散剂，使纳米b4c均匀地黏附在载体表面，制成pp/b4c母粒后与高融指pp切片按比例共混，采用熔喷法熔融纺丝，使纳米碳化硼均匀分散在聚丙烯超细纤维中，制得的超细纤维网状材料柔软、蓬松、轻薄、透气性好，进而制成对热中子防护屏蔽率达80%的防护服。防护面积大，屏蔽中子线能力强，重量轻，厚度适中，易于穿脱，柔软舒适，透气保温，无铅、无橡胶，无热固性弹性体。广泛应用于石油测井、地质勘探、煤炭工业、仪器校准室、军用导弹维护、核反应堆厂房、核原料提炼厂、坦克、装甲车乘员、国防舰船修造人员和防化兵指战员的核防护及中子防护、道路建设中子测量现场、中子刀附近的医务人员和患者防护等。附图说明图1是本发明采用的pp的dsc分析图。图2是本发明采用的纳米b4c的电镜图。图3是偏光显微镜下纳米b4c在pp/b4c母粒中的分散情况。图4是偏光显微镜下纳米b4c在超细纤维中的分散情况。具体实施方式实施例1本实施例防中子辐射的超细纤维材料的制备方法，步骤如下：所述超细纤维材料以pp切片和纳米b4c共混物为原料，钛酸酯偶联剂和tas-2a为添加剂，采用熔喷法将pp/b4c共混物熔融纺丝，所述纳米b4c平均粒径在60nm左右。所述的防中子辐射的超细纤维材料的制备方法，具体步骤如下：（1）pp/b4c母粒的制备：先将pp切片、钛酸酯偶联剂在高速捏合机中进行混合，pp切片的性能参数为：熔点167℃，在260℃负重2160g的条件下，母粒中pp切片融指56g/10min，当温度达到90℃时将纳米b4c和tas-2a加入，混合20min后出料冷却，用双螺杆挤出机熔融挤出造粒，得到pp/b4c母粒；双螺杆挤出机熔融挤出造粒的温度为：ⅰ区160℃、ⅱ区170℃、ⅲ区170℃、ⅳ区172℃、机头162℃；pp切片、纳米b4c、钛酸酯偶联剂和tas-2a的质量比为70：10：3：1.5；（2）对步骤（1）得到的pp/b4c母粒进行干燥，干燥温度110℃，干燥时间2.5h，干燥后pp/b4c母粒含水量控制在800ppm以下；（3）将步骤（2）干燥后的pp/b4c母粒按与pp切片质量比1:2混合后送入螺杆挤出机，pp切片融指为1000g/10min左右，经过螺杆熔融挤出，螺杆挤出机的各区温度为175-245℃，过滤器过滤：过滤器温度240℃，金属过滤网目数为300目；计量泵计量后送至熔喷纺丝组件，计量泵的温度235℃，熔喷纺丝组件的纺丝模头温度235℃；熔体经喷丝孔挤出后经气流牵伸后生成超细纤维，气流牵伸步骤的牵伸风压为2bar，牵伸风温度为240℃；超细纤维经成网帘上收集形成超细纤维材料，成网步骤的吸附负压为0.3bar，成网帘与模头喷丝板间的距离为200mm，所述细纤维材料的丝径为0.5-30μm。实施例2本实施例提供一种防中子辐射的超细纤维材料的制备方法，步骤如下：所述超细纤维材料以pp切片和纳米b4c共混物为原料，钛酸酯偶联剂和tas-2a为添加剂，采用熔喷法将pp/b4c共混物熔融纺丝，所述纳米b4c平均粒径在60nm左右。所述的防中子辐射的超细纤维材料的制备方法，具体步骤如下：（1）pp/b4c母粒的制备：先将pp切片、钛酸酯偶联剂在高速捏合机中进行混合，pp切片的性能参数为：熔点167℃，在260℃负重2160g的条件下，母粒中pp切片融指在40g/10min，相对分子质量分布宽度小于4-5，当温度达到90℃时将纳米b4c和tas-2a加入，混合25min后出料冷却，用双螺杆挤出机熔融挤出造粒，得到pp/b4c母粒；双螺杆挤出机熔融挤出造粒的温度为：ⅰ区160℃、ⅱ区170℃、ⅲ区170℃、ⅳ区172℃、机头162℃；pp切片、纳米b4c、钛酸酯偶联剂和tas-2a的质量比为80：15：5：2。（2）对步骤（1）得到的pp/b4c母粒进行干燥，干燥温度100℃，干燥时间3h，干燥后pp/b4c母粒含水量控制在800ppm以下；（3）将步骤（2）干燥后的pp/b4c母粒按与pp切片质量比1:2混合后送入螺杆挤出机，pp切片的性能参数为：熔点167℃，熔体质量流动速率在260℃，负重2160g的条件下达800g/10min，相对分子质量分布宽度小于4-5，经过螺杆熔融挤出，螺杆挤出机的各区温度为175-245℃，过滤器过滤：过滤器温度245℃，金属过滤网目数为300目；计量泵计量后送至熔喷纺丝组件，计量泵的温度245℃，熔喷纺丝组件的纺丝模头温度245℃；熔体经喷丝孔挤出后经气流牵伸后生成超细纤维，气流牵伸步骤的牵伸风压为3bar，牵伸风温度为245℃；超细纤维经成网帘上收集形成超细纤维材料，成网步骤的吸附负压为0.35bar，成网帘与模头喷丝板间的距离为250mm。所述细纤维材料的丝径为0.5-30μm。本实施例透光率测试采用分光光度仪，透光率=试样的透射光通量/入射光通量。试样克重70g/m2，厚度0.55mm。结果见表1。表1采用分光光度仪对1~7层pp/b4c超细纤维网进行透光率测试值。层数1234567透光率0.13340.02020.00560.00300.00200.00200.0020实施例3本实施例提供一种防中子辐射的超细纤维材料的制备方法，步骤如下：所述超细纤维材料以pp切片和纳米b4c共混物为原料，钛酸酯偶联剂和tas-2a为添加剂，采用熔喷法将pp/b4c共混物熔融纺丝，所述纳米b4c平均粒径在60nm左右。所述的防中子辐射的超细纤维材料的制备方法，具体步骤如下：（1）pp/b4c母粒的制备：先将pp切片、钛酸酯偶联剂在高速捏合机中进行混合，pp切片的性能参数为：熔点167℃，在260℃负重2160g的条件下，母粒中pp切片融指在60g/10min，当温度达到90℃时将纳米b4c和tas-2a加入，混合20-30min后出料冷却，用双螺杆挤出机熔融挤出造粒，得到pp/b4c母粒；双螺杆挤出机熔融挤出造粒的温度为：ⅰ区160℃、ⅱ区170℃、ⅲ区170℃、ⅳ区172℃、机头162℃；pp切片、纳米b4c、钛酸酯偶联剂和tas-2a的质量比为90：20：8：3。（2）对步骤（1）得到的pp/b4c母粒进行干燥，干燥温度120℃，干燥时间2h，干燥后pp/b4c母粒含水量控制在800ppm以下；（3）将步骤（2）干燥后的pp/b4c母粒按与pp切片质量比1:2混合后送入螺杆挤出机，pp切片融指为900g/10min，经过螺杆熔融挤出，螺杆挤出机的各区温度为175-245℃，过滤器过滤：过滤器温度250℃，金属过滤网目数为300目；计量泵计量后送至熔喷纺丝组件，计量泵的温度250℃，熔喷纺丝组件的纺丝模头温度250℃；熔体经喷丝孔挤出后经气流牵伸后生成超细纤维，气流牵伸步骤的牵伸风压为4bar，牵伸风温度为250℃；超细纤维经成网帘上收集形成超细纤维材料，成网步骤的吸附负压为0.4bar，成网帘与模头喷丝板间的距离为300mm。所述细纤维材料的丝径为0.5-30μm。当前第1页12