一种X射线屏蔽材料及其生产工艺的制作方法

一种x射线屏蔽材料及其生产工艺
技术领域
1.本发明属于辐射防护技术领域，具体地，涉及一种x射线屏蔽材料及其生产工艺。


背景技术：

2.x射线是一种波长较短的电磁波，穿透能力强，广泛应用于医疗等领域。长时间接触x射线，会对人体产生很大的伤害，超过一定的剂量还会造成白血病、肿瘤等疾病，一般采用原子序数较高、密度较大的元素作为防护屏蔽的材料。
3.传统的防护方案是采用铅制成铅板、铅玻璃等作为防护材料，由于铅是一种有毒元素，目前逐步使用钨、钼、镍等元素取代，并且将这些金属材料与橡胶结合，制成柔性材料，但是这类产品中金属含量达到86wt％以上时，柔性材料的塑性、柔软性都会大幅下降，容易折断，或者出现表面裂纹，产生裂纹后，材料的有效使用厚度降低，如果产生贯穿裂纹，那么裂纹处的射线屏蔽能力就接近于零。


技术实现要素：

4.为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明的目的在于提供一种x射线屏蔽材料及其生产工艺。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种x射线屏蔽材料，按照重量百分比计包括：屏蔽粉材86-95％、液体硅胶4.7-13.8％、纳米碳化硅晶须0.1-5％、纳米碳管0.05-4％和固化剂0.05-0.1％。
7.进一步地，屏蔽粉材包括钨粉、钼粉、钛粉和铼粉，用量质量比依次为1:0.47-0.52:0.1-0.2：0.2-0.3。
8.优选地，钨粉为球形颗粒，费氏粒度为10-20μm，钼粉费氏粒度3-4μm，钛粉费氏粒度1-3μm，铼粉费氏粒度3-5μm。
9.优选地，纳米碳化硅晶须的直径为3-60nm，长度为20-500nm。
10.优选地，纳米碳管的直径为2-100nm，长度为200-6000nm。
11.优选地，液体硅胶为甲基乙烯基硅胶，粘度为5000cps。
12.一种x射线屏蔽材料的生产工艺，包括如下步骤：
13.步骤s1：对纳米碳化硅晶须和纳米碳管偶联处理后蒸干，降低纳米材料的团聚性，提高纳米材料的分散性；
14.步骤s2：将钨粉、钼粉、钛粉、铼粉和步骤s1处理后的纳米碳化硅晶须与纳米碳管投加到混粉机中干混72h，将各粉料充分混合，得到复合粉材；
15.步骤s3：将液体硅胶投加到搅拌釜中，搅拌状态下加入复合粉材混合均匀，之后加入固化剂继续混合，使得液体硅胶初步固化，得到复合胶材；
16.步骤s4：将复合胶材加入流延机中挤出成流延膜，流延过程中通入40℃的热风干燥，使得流延膜表面固化但是芯部维持柔软，得到半凝固胶片；
17.步骤s5：对半凝固胶片依次进行红外辐照、轧制和紫外辐照，得到x射线屏蔽材料。
18.进一步地，偶联处理的具体方法为：将纳米碳化硅晶须和纳米碳管超声分散于乙醇溶液中，加入kh550再次超声分散，之后浸泡24h。
19.进一步地，红外辐照的红外线波长为5-30μm，辐照功率为220-300w，照射距离为10-15cm，辐照时间为25-40min。
20.进一步地，轧制的压力为6-10kn。
21.进一步地，紫外辐照的紫外线波长为100-200nm，辐照功率为150-200w，照射距离为10-20cm，辐照时间为20-30min。
22.本发明的有益效果：
23.1.本发明采用粒度较大的球形钨粉复配粒度细小的钼粉、钛粉和铼粉作为屏蔽原料，增加在液体硅胶中的容积率，成品中的屏蔽元素的含量达到86％以上，密度达到5.625g/cm
3-10.387g/cm3，具有优异的x射线屏蔽作用。
24.2.本发明在原料中使用一定配比的纳米碳化硅晶须和纳米碳管，碳纳米管呈空心网面的管状结构，纳米碳化硅晶须为细短的纤维结构，纳米碳化硅晶须穿插在纳米碳管和硅胶基体之间，可以形成钉扎效应，同步提升材料的强度和韧性以及抗折强度。
25.3.本发明提供一种屏蔽材料的成型方法，先采用流延法将复合胶材流延成胶片，在流延过程中配合热风干燥，将胶片的表面初步固化，保持内部为柔软胶态，之后采用红外辐照，促进金属元素的迁移扩散速率，在同等时间内加快空隙迁移提升容积率，得益于胶片成表层凝固状态，在红外辐照后可使用轧制工艺，提高材料的密度，容积率和密度的提升，提高了抗辐射屏蔽射线的能力，最后采用紫外辐照对轧制后的胶片人工时效处理，使材料达到良好的综合力学性能。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
27.实施例1
28.本实施例制备一种x射线屏蔽材料，具体实施过程如下：
29.步骤1：取钨粉、钼粉、钛粉和铼粉按照质量比例为1:0.47:0.2：0.3共86kg备用，其中，钨粉为市售球化处理后的钨粉，钨粉颗粒呈类球形，钨粉的标定费氏粒度为10μm，钼粉费氏粒度为3-4μm，钛粉费氏粒度1-3μm，铼粉费氏粒度3-5μm；再取甲基乙烯基硅胶13.8kg备用，取二月桂酸二丁基锡和正硅酸乙酯按照质量比1：1混合作为固化剂，并取固化剂50g备用；
30.步骤2：纳米碳化硅晶须100g和纳米碳管50g，其中纳米碳化硅晶须的标定直径为3nm，标定长度为20nm，纳米碳管的标定直径为2nm，标定长度为200nm，将纳米碳化硅晶须和纳米碳管放入400ml质量分数为50％的乙醇水溶液中，在28khz下超声分散20min，静置1h，之后再加入50ml kh550，继续超声分散10min，之后将分散液先经过离心浓缩，将下沉沉淀旋蒸至恒重，得到预处理的纳米碳化硅晶须和纳米碳管；
31.步骤3：将钨粉、钼粉、钛粉、铼粉和处理后的纳米碳化硅晶须与纳米碳管投加到混
粉机中干混72h，将各粉料充分混合，得到复合粉材；
32.步骤4：将液体硅胶(甲基乙烯基硅胶，粘度为5000cps)投加到搅拌釜中，控制搅拌速率为60rpm，将复合粉材、预处理的纳米碳化硅晶须和纳米碳管匀速投加到搅拌釜中，搅拌30min，将各原料混合均匀，再将固化剂投加到搅拌釜中，继续搅拌混合10min，得到复合胶材；
33.步骤5：设置流延机的辊缝间隙为2.2mm，将复合胶材投加到流延机中，复合胶材从辊缝挤出成流延膜，流延膜传送过程中吹入40℃的热风，控制吹热风时间为1h，使得流延膜表面固化但是芯部维持柔软，得到半凝固胶片；
34.步骤6：对半凝固胶片红外辐照40min，辐照源距离半凝固胶片10cm，红外辐照的红外线波长为5-30μm，辐照功率220w；
35.步骤7：将红外辐照后的胶片放入辊轧机中，轧辊直径为110mm，轧辊转速280rpm，轧辊中心直径凸度0.03mm，轧制压力为6kn，轧制成厚度为1.4mm的胶片；
36.步骤8：对轧制后的胶片紫外辐照30min，辐照源距离半凝固胶片10cm，紫外辐照的紫外线波长为5-30μm，辐照功率150w，得到x射线屏蔽材料；
37.步骤9：对x射线屏蔽材料刷背胶、粘贴面料、裁剪，制成预制品。
38.实施例2
39.本实施例制备一种x射线屏蔽材料，具体实施过程如下：
40.步骤1：取钨粉、钼粉、钛粉和铼粉按照质量比例为1:0.52:0.1：0.2共86kg备用，其中，钨粉为市售球化处理后的钨粉，钨粉颗粒呈类球形，钨粉的标定费氏粒度为20μm，钼粉费氏粒度为3-4μm，钛粉费氏粒度1-3μm，铼粉费氏粒度3-5μm；再取甲基乙烯基硅胶4.9kg备用，取二月桂酸二丁基锡和正硅酸乙酯按照质量比1：1混合作为固化剂，并取固化剂100g备用；
41.步骤2：纳米碳化硅晶须5kg和纳米碳管4kg，其中纳米碳化硅晶须的标定直径为50nm，标定长度为500nm，纳米碳管的标定直径为60nm，标定长度为6000nm，将纳米碳化硅晶须和纳米碳管放入8l质量分数为50％的乙醇水溶液中，在28khz下超声分散40min，静置1h，之后再加入500ml kh550，继续超声分散20min，之后将分散液先进过离心浓缩，将下沉沉淀旋蒸至恒重，得到预处理的纳米碳化硅晶须和纳米碳管；
42.步骤3：将钨粉、钼粉、钛粉、铼粉和处理后的纳米碳化硅晶须与纳米碳管投加到混粉机中干混72h，将各粉料充分混合，得到复合粉材；
43.步骤4：将液体硅胶(甲基乙烯基硅胶，粘度为5000cps)投加到搅拌釜中，控制搅拌速率为60rpm，将复合粉材、预处理的纳米碳化硅晶须和纳米碳管匀速投加到搅拌釜中，搅拌50min，将各原料混合均匀，再将固化剂投加到搅拌釜中，继续搅拌混合10min，得到复合胶材；
44.步骤5：设置流延机的辊缝间隙为2.2mm，将复合胶材投加到流延机中，复合胶材从辊缝挤出成流延膜，流延膜传送过程中吹入40℃的热风，控制吹热风时间为1h，使得流延膜表面固化但是芯部维持柔软，得到半凝固胶片；
45.步骤6：对半凝固胶片红外辐照30min，辐照源距离半凝固胶片15cm，红外辐照的红外线波长为5-30μm，辐照功率300w；
46.步骤7：将红外辐照后的胶片放入辊轧机中，轧辊直径为110mm，轧辊转速280rpm，
轧辊中心直径凸度0.03mm，轧制压力为10kn，轧制成厚度为1.4mm的胶片；
47.步骤8：对轧制后的胶片紫外辐照30min，辐照源距离半凝固胶片20cm，紫外辐照的紫外线波长为5-30μm，辐照功率200w，得到x射线屏蔽材料；
48.步骤9：对x射线屏蔽材料刷背胶、粘贴面料、裁剪，制成预制品。
49.实施例3
50.本实施例制备一种x射线屏蔽材料，具体实施过程如下：
51.步骤1：取钨粉、钼粉、钛粉和铼粉按照质量比例为1:0.5:0.15：0.25共95kg备用，其中，钨粉为市售球化处理后的钨粉，钨粉颗粒呈类球形，钨粉的标定费氏粒度为20μm，钼粉费氏粒度为3-4μm，钛粉费氏粒度1-3μm，铼粉费氏粒度3-5μm；再取甲基乙烯基硅胶4.7kg备用，取二月桂酸二丁基锡和正硅酸乙酯按照质量比2：3混合作为固化剂，并取固化剂100g备用；
52.步骤2：纳米碳化硅晶须100g和纳米碳管100g，其中纳米碳化硅晶须的标定直径为3nm，标定长度为500nm，纳米碳管的标定直径为100nm，标定长度为6000nm，将纳米碳化硅晶须和纳米碳管放入450ml质量分数为50％的乙醇水溶液中，在28khz下超声分散40min，静置1h，之后再加入50ml kh550，继续超声分散10min，之后将分散液先进过离心浓缩，将下沉沉淀旋蒸至恒重，得到预处理的纳米碳化硅晶须和纳米碳管；
53.步骤3：将钨粉、钼粉、钛粉、铼粉和处理后的纳米碳化硅晶须与纳米碳管投加到混粉机中干混72h，将各粉料充分混合，得到复合粉材；
54.步骤4：将液体硅胶(甲基乙烯基硅胶，粘度为5000cps)投加到搅拌釜中，控制搅拌速率为60rpm，将复合粉材、预处理的纳米碳化硅晶须和纳米碳管匀速投加到搅拌釜中，搅拌30min，将各原料混合均匀，再将固化剂投加到搅拌釜中，继续搅拌混合10min，得到复合胶材；
55.步骤5：设置流延机的辊缝间隙为2.2mm，将复合胶材投加到流延机中，复合胶材从辊缝挤出成流延膜，流延膜传送过程中吹入40℃的热风，控制吹热风时间为1h，使得流延膜表面固化但是芯部维持柔软，得到半凝固胶片；
56.步骤6：对半凝固胶片红外辐照30min，辐照源距离半凝固胶片15cm，红外辐照的红外线波长为5-30μm，辐照功率300w；
57.步骤7：将红外辐照后的胶片放入辊轧机中，轧辊直径为110mm，轧辊转速280rpm，轧辊中心直径凸度0.03mm，轧制压力为10kn，轧制成厚度为1.4mm的胶片；
58.步骤8：对轧制后的胶片紫外辐照30min，辐照源距离半凝固胶片20cm，紫外辐照的紫外线波长为5-30μm，辐照功率200w，得到x射线屏蔽材料；
59.步骤9：对x射线屏蔽材料刷背胶、粘贴面料、裁剪，制成预制品。
60.实施例4
61.本实施例制备一种x射线屏蔽材料，具体实施过程如下：
62.步骤1：取钨粉、钼粉、钛粉和铼粉按照质量比例为1:0.5:0.15：0.25共91.8kg备用，其中，钨粉为市售球化处理后的钨粉，钨粉颗粒呈类球形，钨粉的标定费氏粒度为20μm，钼粉费氏粒度为3-4μm，钛粉费氏粒度1-3μm，铼粉费氏粒度3-5μm；再取甲基乙烯基硅胶6.4kg备用，取二月桂酸二丁基锡和正硅酸乙酯按照质量比2：3混合作为固化剂，并取固化剂100g备用；
63.步骤2：纳米碳化硅晶须700g和纳米碳管1kg，其中纳米碳化硅晶须的标定直径为10nm，标定长度为300nm，纳米碳管的标定直径为100nm，标定长度为1500nm，将纳米碳化硅晶须和纳米碳管放入5l质量分数为50％的乙醇水溶液中，在28khz下超声分散50min，静置1h，之后再加入250ml kh550，继续超声分散10min，之后将分散液先进过离心浓缩，将下沉沉淀旋蒸至恒重，得到预处理的纳米碳化硅晶须和纳米碳管；
64.步骤3：将钨粉、钼粉、钛粉、铼粉和处理后的纳米碳化硅晶须与纳米碳管投加到混粉机中干混72h，将各粉料充分混合，得到复合粉材；
65.步骤4：将液体硅胶(甲基乙烯基硅胶，粘度为5000cps)投加到搅拌釜中，控制搅拌速率为60rpm，将复合粉材、预处理的纳米碳化硅晶须和纳米碳管匀速投加到搅拌釜中，搅拌30min，将各原料混合均匀，再将固化剂投加到搅拌釜中，继续搅拌混合10min，得到复合胶材；
66.步骤5：设置流延机的辊缝间隙为2.2mm，将复合胶材投加到流延机中，复合胶材从辊缝挤出成流延膜，流延膜传送过程中吹入40℃的热风，控制吹热风时间为1h，使得流延膜表面固化但是芯部维持柔软，得到半凝固胶片；
67.步骤6：对半凝固胶片红外辐照30min，辐照源距离半凝固胶片10cm，红外辐照的红外线波长为5-30μm，辐照功率300w；
68.步骤7：将红外辐照后的胶片放入辊轧机中，轧辊直径为110mm，轧辊转速280rpm，轧辊中心直径凸度0.03mm，轧制压力为8kn，轧制成厚度为1.4mm的胶片；
69.步骤8：对轧制后的胶片紫外辐照20min，辐照源距离半凝固胶片10cm，紫外辐照的紫外线波长为5-30μm，辐照功率200w，得到x射线屏蔽材料；
70.步骤9：对x射线屏蔽材料刷背胶、粘贴面料、裁剪，制成预制品。
71.对实施例1-实施例4制成的x射线屏蔽材料取样(厚度1.4mm)，采用标准x光机(型号mg-325)产生x光，由nai探测器检测通过样品前后x射线的通量大小，以透过率t＝i/i0标定材料的屏蔽效果，其中，i为透过样品后的x射线通量，i0为初始x射线通量，具体测试数据如表1所示：
72.表1
73.管电压实施例1实施例2实施例3实施例450kv0.02260.02080.01270.0131100kv0.05070.04860.04020.0411150kv0.19180.18640.10850.1103
74.由表1数据可知，本发明制备的屏蔽材料(厚度1.4mm)对x射线有良好的屏蔽作用，其中，实施例3和实施例4制备的试样，在管电压为50-150kv测试条件下，x射线透过率最高为11.03％，对x射线的屏蔽作用优于现有的柔性屏蔽材料。
75.对实施例1-实施例4进行基础性能及力学性能测试，具体测试方法如下：
76.密度：参照gb/t 4472-2011化工产品密度相对密度的测定；
77.拉伸性能：参照gb/t 528-2009硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定；
78.撕裂强度：gb/t 529-2008硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定；具体测试如表2所示：
79.表2
[0080][0081][0082]
由表2数据可知，本发明制备的屏蔽材料，具有较高的密度与力学性能，其中，实施例4的密度达到8.082g/cm3，拉伸强度为1.71mpa，断裂伸长率为46％，撕裂强度为4.43kn/m，力学性能优异，结合表1数据，实施例4还具有良好的x射线屏蔽能力。
[0083]
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0084]
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。