抗辐射复合层结构的制作方法

本实用新型涉及辐射防护技术领域，尤其涉及一种抗辐射复合层结构。

背景技术：

随着核能技术的高速发展，核辐射安全问题越来越得到重视。如核辐射中的γ射线，其能量高、穿透力极强，能够损害人体组织和器官，从而导致多种疾病、甚至死亡，对经常接触核辐射作业人员的生命健康造成极大的威胁。

目前采用的抗辐射结构主要是铅制服、铅板及铅屏风等，长期接触该些抗辐射结构容易引起铅中毒，并且该些抗辐射结构还存在重量大及屏蔽性能差的问题，因此难以满足核辐射安全的要求。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种可具有高效的辐射防护功能，并同时兼顾轻质量的抗辐射复合层结构。

本实用新型实施例提供了一种抗辐射复合层结构，其包括：高分子材料基支撑层；金属层，层叠设置于支撑层上；辐射屏蔽层，层叠设置于金属层上。

根据本实用新型实施例的一个方面，屏蔽层设置于金属层的背向支撑层的表面上。

根据本实用新型实施例的一个方面，支撑层的厚度为70μm～150μm。

根据本实用新型实施例的一个方面，金属层的厚度为1μm～5μm。

根据本实用新型实施例的一个方面，屏蔽层的厚度为100μm～1000μm。

根据本实用新型实施例的一个方面，支撑层具有第一凹凸表面，金属层设置于支撑层的第一凹凸表面上；和/或，金属层具有第二凹凸表面，屏蔽层设置于金属层的第二凹凸表面上。

根据本实用新型实施例的一个方面，金属层为一个以上，屏蔽层为一个以上，一个以上的金属层和一个以上的屏蔽层相互层叠设置，远离支撑层的最外层为屏蔽层。

根据本实用新型实施例的一个方面，支撑层为高分子材料纤维经编织而成。

根据本实用新型实施例的一个方面，金属层为泡沫金属层。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：

本实用新型通过以高分子材料作为支撑层，在支撑层上设置金属层及辐射屏蔽层，使抗辐射复合层结构具有高效的辐射防护功能，并同时兼顾高强度和轻质量；还能够使得抗辐射复合层结构具有良好的柔性，提高抗辐射复合层结构的通用性及使用灵活性，满足不同应用条件的各种需求。本实用新型的抗辐射复合层结构可以作为辐射防护层用于制作防护服装、防护帐篷、防护屏风等，尤其适用于核工作站作业人员辐射防护。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本实用新型一个实施例提供的一种抗辐射复合层结构的结构示意图。

图2示出了本实用新型另一个实施例提供的一种抗辐射复合层结构的结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本实用新型，并不被配置为限定本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型更好的理解。

为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。

在本文的描述中，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中“多种”的含义是两个以上。

本实用新型的上述实用新型内容并不意欲描述本实用新型中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。

首先说明本实用新型实施例第一方面的抗辐射复合层结构。抗辐射复合层结构包括层叠设置的支撑层、金属层及辐射屏蔽层。

支撑层采用高分子材料。

金属层层叠设置于支撑层上，该金属层包括铜、镍、铁及银中的一种或多种。

屏蔽层层叠设置于金属层上，该屏蔽层中以重量份数计包括高分子基体材料10份～80份、抗辐射复合粉体10份～70份及结合剂0.5份～8份。

本实用新型实施例的抗辐射复合层结构以高分子材料作为支撑层，能够满足对金属层及屏蔽层的支撑和保护作用，同时又可以使抗辐射复合层结构在加工及使用过程中具有进行卷绕的柔性。由于高分子材料的密度较金属及抗辐射粉体的密度低，使得本实用新型实施例的抗辐射复合层结构较传统抗辐射结构的重量显著减轻。并且，高分子材料还具有一定程度的射线屏蔽效果。

进一步地，在支撑层上设置金属层及屏蔽层，使得金属层能够有效地减弱射线，对快中子也具有很好的慢化效果，以及使得屏蔽层对各种不同能量的射线均有各自不同的边界吸收，提高屏蔽层对射线的吸收，通过金属层和屏蔽层的双重配合作用，使抗辐射复合层结构的辐射防护功能得到显著提高。可以理解的是，前述金属层和屏蔽层的双重配合作用，可以是先由金属层减弱射线、再由屏蔽层对射线进行充分吸收，也可以是先由屏蔽层吸收射线、再由金属层对射线进行充分吸收，当然也可以是前述两种情况的组合。

本实用新型的抗辐射复合层结构对α射线、β射线、γ射线、x射线及中子射线等均有优异的辐射防护效果，可以作为辐射防护层用于制作防护服装、防护帐篷、防护屏风等，尤其适用于核工作站作业人员辐射防护。本实用新型的抗辐射复合层结构具有较高的通用性及使用灵活性，能够满足不同应用条件的各种需求。

作为优选地，屏蔽层设置于金属层的背向支撑层的表面上。

作为一个具体的示例，如图1示出了本实用新型一个实施例提供的一种抗辐射复合层结构10，支撑层11沿自身厚度方向具有相对的第一表面121和第二表面122，金属层12设置于支撑层11的第一表面121上，屏蔽层13设置于金属层12的背向支撑层11的表面上。层与层之间紧密结合，有利于保证抗辐射复合层结构10的长期辐射防护效果。

可以理解的是，金属层12也可以设置于支撑层11的第二表面122上。

作为另一个具体的示例，如图2示出了本实用新型一个实施例提供的一种抗辐射复合层结构10，支撑层11沿自身厚度方向具有相对的第一表面121和第二表面122，金属层12分别设置于支撑层11的第一表面121和第二表面122上，屏蔽层13设置于金属层12的背向支撑层11的表面上。层与层之间紧密结合，有利于保证抗辐射复合层结构10的长期辐射防护效果。

本实用新型实施例的抗辐射复合层结构，作为示例，支撑层的高分子材料为聚酰胺、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚苯乙烯、硅橡胶、环氧树脂、纤维素及蛋白质中的一种或多种。

在一些实施例中，支撑层是由上述高分子材料纤维编织而成。

在另一些实施例中，支撑层是由上述高分子材料纤维与无机纤维复合编织而成，有利于提高支撑层的强度及抗辐射效果，从而提高抗辐射复合层结构的强度及辐射防护效果。作为示例，前述无机纤维可以是碳纤维、玻璃纤维、金属纤维及硼纤维中的一种或多种。

本实用新型实施例的抗辐射复合层结构，金属层可以是泡沫金属层，以改善金属层的抗辐射性能。

本实用新型实施例的抗辐射复合层结构，屏蔽层中的抗辐射复合粉体优选为钽、五氧化二钽、二硼化钽、氧化钡、氢氧化钡、氧化铋及钨酸铋中的两种或三种以上。该种屏蔽层对各种不同能量的射线吸收效果更好，从而提高屏蔽层的辐射防护效果。

为了进一步改善屏蔽层的辐射防护效果，抗辐射复合粉体为纳米级颗粒，更优选为颗粒粒径为小于等于150nm，如5nm～150nm，再如5nm～100nm，而考虑到材料成本，抗辐射复合粉体的颗粒粒径可以为50nm～100nm。

本实用新型实施例的抗辐射复合层结构，作为示例，屏蔽层的高分子基体材料采用水性树脂，例如水性聚氨酯、水性聚丙烯酸、水性有机硅树脂、水性环氧树脂及水性醇酸树脂中的一种或多种。该种屏蔽层中的抗辐射复合粉体分散均匀，且该种屏蔽层与金属层之间的结合更加牢固，从而有利于使屏蔽层具有高效的辐射防护效果。

可以理解的是，屏蔽层的高分子基体材料并不限于采用上述的水性树脂，例如还可以是聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚苯乙烯、硅橡胶、纤维素及蛋白质中的一种或多种，只要能够使抗辐射复合粉体均匀分散于屏蔽层及稳定地附着于金属层上。

本实用新型实施例的抗辐射复合层结构，屏蔽层中的结合剂优选为偶联剂，偶联剂能够改善高分子基体材料与抗辐射复合粉体颗粒之间的界面作用，从而更加有利于使抗辐射复合粉体在高分子基体材料内均匀分布，使屏蔽层中的抗辐射复合粉体形成均匀的射线吸收网络，提高辐射防护效果。

进一步地，偶联剂优选为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂及铝钛复合偶联剂中的一种或多种。

本实用新型实施例的抗辐射复合层结构，支撑层的厚度d1优选为70μm～150μm。

金属层的厚度d2优选为1μm～5μm。

屏蔽层的厚度d3优选为100μm～1000μm。

使抗辐射复合层结构具有优异的辐射防护效果，并同时兼顾高强度及低质量，还使得抗辐射复合层结构具有良好的柔性。

进一步地，支撑层的重量为50g/m²～200g/m²。

金属层的重量为20g/m²～80g/m²。

屏蔽层的重量为200g/m²～2000g/m²。

本实用新型实施例的抗辐射复合层结构，可以是支撑层具有第一凹凸表面，金属层设置于支撑层的第一凹凸表面上。这一方面有利于抗辐射复合层结构折叠、卷绕时缓冲金属层的应力，另一方面能够增强金属层与支撑层之间的结合力，使抗辐射复合层结构发生折叠、卷绕时保证金属层与支撑层之间紧密结合，不会发生金属层剥落问题，提高抗辐射复合层结构长期使用的稳定性及抗辐射性能。

还可以是金属层具有第二凹凸表面，屏蔽层设置于金属层的第二凹凸表面上。这一方面有利于抗辐射复合层结构折叠、卷绕时缓冲金属层的应力，另一方面能够增强金属层与屏蔽层之间的结合力，使抗辐射复合层结构发生折叠、卷绕时保证金属层与屏蔽层之间紧密结合，不会发生屏蔽层剥落问题，提高抗辐射复合层结构长期使用的稳定性及抗辐射性能。

上述第一凹凸表面和/或第二凹凸表面可以是粗糙表面，能够显著增大表面的接触面积，提高层与层之间的结合力。当然，在其他的一些实施例中，上述第一凹凸表面和/或第二凹凸表面还可以为图案化的凹凸结构，如波浪结构、齿形结构等，同样能够增强层与层之间的结合。

本实用新型实施例的抗辐射复合层结构，金属层可以为一个以上，如一个、两个、三个等，屏蔽层可以为一个以上，如一个、两个、三个等，一个以上的金属层和一个以上的屏蔽层相互层叠设置，远离支撑层的最外层为屏蔽层。可以使抗辐射复合层结构具有更高效的辐射防护效果。

当多个金属层和多个屏蔽层相互层叠设置时，相邻两层金属层之间可以设置一个以上的屏蔽层，相邻两层屏蔽层之间也可以设置一个以上的金属层，其中靠近支撑层的最内层为金属层，远离支撑层的最外层为屏蔽层。

本实用新型实施例进一步提供一种抗辐射复合层结构的制备方法，通过该方法能够实现上述的抗辐射复合层结构。方法包括以下步骤：

s100，提供支撑层，支撑层采用高分子材料。

支撑层中的高分子材料可以是如前文所述的高分子材料。

在步骤s100，可以采用市售的高分子材料薄膜或织布作为支撑层，也可以采用本领域已知的方法制备薄膜或织布作为支撑层。作为一个示例，采用如前文所述的高分子材料纤维通过编织工艺制备支撑层。作为另一示例，采用如前文所述的高分子材料纤维与无机纤维通过编织工艺制备支撑层。

s200，制备金属层，在支撑层上层叠设置金属层，金属层包括铜、镍、铁及银中的一种或多种。

在步骤s200，金属层可以是通过机械辊轧、粘结、气相沉积法、电镀及化学镀中的至少一种手段形成于支撑层上，其中气相沉积法例如为真空蒸镀法(vacuumevaporating)、热蒸发法(thermalevaporationdeposition)、电子束蒸发法(electronbeamevaporationmethod，ebem)及磁控溅射法(magnetronsputtering)中的至少一种。优选为气相沉积法、电镀及化学镀中的至少一种。

s300，提供屏蔽浆料，屏蔽浆料中以重量份数计包括水性树脂30份～80份、抗辐射复合粉体10份～70份及结合剂0.5份～8份。

在步骤s300，水性树脂的固含量优选为30％～50％，如30％～40％，再如35％～38％，能够有利于抗辐射复合粉体的均匀分散，并有利于增强屏蔽层与金属层之间的结合力。

在一些优选的实施例中，步骤s300包括：

s310，结合剂采用偶联剂，将抗辐射复合粉体通过偶联剂进行表面预处理，得到预处理抗辐射复合粉体。

在步骤s310，将抗辐射复合粉体与偶联剂混合，例如将抗辐射复合粉体与偶联剂加入高速搅拌机中，搅拌3min～10min，如4min～6min，使偶联剂充分包覆在抗辐射复合粉体的表面，之后经过烘干处理，得到预处理抗辐射复合粉体。其中烘干处理的温度优选为70℃～90℃，如75℃～85℃，时间优选为20min～2h，如30min～60min。通过偶联剂对抗辐射复合粉体进行表面处理，以增强抗辐射复合粉体与树脂基体材料的界面相容性，从而有利于抗辐射复合粉体在屏蔽层分散均匀性及稳定性，并有利于提高屏蔽层的力学性能。

s320，将预处理抗辐射复合粉体及水性树脂混合，得到屏蔽浆料。

在步骤s320，可以是将预处理抗辐射复合粉体及水性树脂加入高速搅拌机中，搅拌3min～10min，如4min～6min，使混合均匀，得到屏蔽浆料。预处理抗辐射复合粉体与树脂基体材料之间具有很好的界面作用，从而使抗辐射复合粉体均匀、稳定地分散在屏蔽浆料中。

在另一些优选的实施例中，屏蔽浆料中进一步包括助剂。步骤s300包括：

s310＇，与上述的步骤s310相同。

s320＇，将预处理抗辐射复合粉体、水性树脂及助剂混合，得到屏蔽浆料。

助剂中可以包括消泡剂，抑制泡沫的产生及消除已经产生的泡沫，促进屏蔽浆料形成均匀体系，有利于提高屏蔽层的均匀性和稳定性，从而有利于屏蔽层发挥屏蔽功能。消泡剂可以是有机硅类、聚醚类等，如高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷等。

助剂中还可以包括增稠剂，以调节屏蔽浆料的粘稠度，还能够促进抗辐射复合粉体在屏蔽浆料中的分散及分散稳定性，有利于提高屏蔽层中抗辐射复合粉体的均匀性，从而有利于提高屏蔽层的辐射防护效果。作为示例，增稠剂可以是硅凝胶、羟甲基纤维素、淀粉、海藻酸钠、聚乙烯醇及丁苯橡胶中的一种或多种。

在一些实施例中，屏蔽浆料中以重量份数计包括助剂0.5份～5份。

进一步地，屏蔽浆料中消泡剂和增稠剂的重量比为1:1～5:1，能够更好地发挥它们各自的效果。

在步骤s320＇，可以是将预处理抗辐射复合粉体、水性树脂及助剂加入高速搅拌机中，搅拌3min～10min，如4min～6min，使混合均匀，得到屏蔽浆料。预处理抗辐射复合粉体与树脂基体材料之间具有很好的界面作用，从而使抗辐射复合粉体均匀、稳定地分散在屏蔽浆料中。

s400，制备屏蔽层，将屏蔽浆料涂布于金属层上，经烘干处理，得到屏蔽层，从而获得抗辐射复合层结构。

在步骤s400，可以采用已知的涂布工艺将屏蔽浆料涂布于金属层上，如刮涂工艺、喷涂工艺及旋涂工艺中的至少一种。

在步骤s400，烘干处理的温度优选为100℃～130℃、时间优选为3min～15min。

得到的屏蔽层与金属层之间的结合力强，屏蔽层内的抗辐射复合粉体分布均匀。

根据上述的制备方法能够获得上述的抗辐射复合层结构，使抗辐射复合层结构具有高效的辐射防护功能，并同时兼顾高强度和轻质量，还使抗辐射复合层结构具有良好的柔性。

实施例

下述实施例更具体地描述了本实用新型公开的内容，这些实施例仅仅用于阐述性说明，因为在本实用新型公开内容的范围内进行各种修改和变化对本领域技术人员来说是明显的。除非另有声明，以下实施例中所报道的所有份、百分比、和比值都是基于重量计，而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得，并且可直接使用而无需进一步处理，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。

实施例1

s100，选用厚度为80μm、重量为50g/m²的聚酯纤维(俗称涤纶)织物为支撑层。

s200，采用磁控溅射镀工艺在支撑层的表面镀铜金属层，而后采用电镀工艺在铜金属层表面镀镍金属层，其中铜金属层的厚度为1μm，镍金属层的厚度为0.8μm，金属层的总重量g1为30g/m²。

s300，抗辐射复合粉体为重量比为1:1的钽和氧化铋的混合物，称取20重量份的抗辐射复合粉体，用1重量份的硅烷偶联剂kh550对抗辐射复合粉体进行表面处理，得到预处理抗辐射复合粉体；之后将预处理抗辐射复合粉体在80℃下烘干1h；将烘干后的预处理抗辐射复合粉体添加到75份水性聚氨酯(固含量为36％)中，进行高速搅拌，使预处理抗辐射复合粉体均匀分散在水性聚氨酯中，并加入4重量份的助剂，助剂中包括消泡剂和增稠剂，其中消泡剂与增稠剂的重量比为3:1，继续搅拌成均匀体系，得到屏蔽浆料。

s400，采用刮涂工艺将屏蔽浆料涂覆在金属层上，并在100℃条件下烘干10min，得到抗辐射复合层结构，其中屏蔽层的厚度为150μm，屏蔽层的重量g2为300g/m²。

实施例2

s100，选用厚度为102μm、重量为85g/m²的聚酯纤维(俗称涤纶)织物为支撑层。

s200，采用化学镀工艺在支撑层的表面镀铁金属层，而后采用电镀工艺在铁金属层表面镀镍金属层，其中铁金属层的厚度为1.5μm，镍金属层的厚度为1.5μm，金属层的总重量g1为55g/m²。

s300，抗辐射复合粉体为重量比为1:2的氢氧化钡和五氧化二钽的混合物，称取34重量份的抗辐射复合粉体，用1.5重量份的单烷氧基型三羧酸钛偶联剂对抗辐射复合粉体进行表面处理，得到预处理抗辐射复合粉体；之后将预处理抗辐射复合粉体在80℃下烘干1h；将烘干后的预处理抗辐射复合粉体添加到60份水性聚氨酯(固含量为36％)中，进行高速搅拌，使预处理抗辐射复合粉体均匀分散在水性聚氨酯中，并加入4.5重量份的助剂，助剂中包括消泡剂和增稠剂，其中消泡剂与增稠剂的重量比为3:1，继续搅拌成均匀体系，得到屏蔽浆料。

s400，采用刮涂工艺将屏蔽浆料涂覆在金属层上，并在110℃条件下烘干10min，得到抗辐射复合层结构，其中屏蔽层的厚度为200μm，屏蔽层的重量g2为400g/m²。

实施例3

s100，选用厚度为115μm、重量为120g/m²的聚酯纤维(俗称涤纶)织物为支撑层。

s200，采用化学镀工艺在支撑层的表面镀镍金属层，而后采用电镀工艺在铁金属层表面镀镍金属层，其中镍金属层的厚度为2μm，镍金属层的厚度为2.5μm，金属层的总重量g1为70g/m²。

s300，抗辐射复合粉体为重量比为1:1:2的二硼化钽、五氧化二钽和钨酸铋的混合物，称取45重量份的抗辐射复合粉体，用2.5重量份的三乙酰丙酮铝与硅烷偶联剂kh550复合偶联剂对抗辐射复合粉体进行表面处理，得到预处理抗辐射复合粉体，其中三乙酰丙酮铝与硅烷偶联剂kh550的重量比为1:1；之后将预处理抗辐射复合粉体在80℃下烘干1h；将烘干后的预处理抗辐射复合粉体添加到50份水性聚氨酯(固含量为36％)中，进行高速搅拌，使预处理抗辐射复合粉体均匀分散在水性聚氨酯中，并加入2.5重量份的助剂，助剂中包括消泡剂和增稠剂，其中消泡剂与增稠剂的重量比为3:1，继续搅拌成均匀体系，得到屏蔽浆料。

s400，采用刮涂工艺将屏蔽浆料涂覆在金属层上，并在130℃条件下烘干8min，得到抗辐射复合层结构，其中屏蔽层的厚度为400μm，屏蔽层的重量g2为800g/m²。

将实施例1～3制备的抗辐射复合层结构在35.38kev的γ射线照射下进行辐射防护效果测试，测试结果如表1所示。

表1

如表1数据可知，本实用新型实施例的抗辐射复合层结构对35.38kev的γ射线的屏蔽率为50％以上，本实用新型实施例的抗辐射复合层结构具有优异的辐射防护效果，能够满足核辐射条件下的屏蔽防护。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。