一种防X射线的无铅纤维及其制备方法和柔性织物

本发明属于x射线防护，特别涉及一种防x射线的无铅纤维及其制备方法和柔性织物。

背景技术：

1、在生活中常见的电子类产品均会对外有一定的辐射，其中x射线是一种高能电磁波，其波长极短，能量很大，具有很强的穿透能力和电离作用，在医学中可以被用来透视，在工业上可用于探伤，但长期接触x射线会破坏细胞正常结构，损坏人体组织，对人体产生较大的危害，因此辐射在生活中对人类的危害越来越被得到重视，如处在医院、核电站等特定的环境中的人员都需要穿戴特定的防护服。

2、现有的防辐射服装主要有以下几种方式：一种是含铅防护服，主要是由金属铅丝作为纱线通过机织、针织等制造方法形成铅服，或者是将铅板集成在纺织服装的外壳中，但是由铅制成的服装厚度一般在5mm以上，回弹性能以及耐疲劳性等性能较差，铅作为重金属导致铅服过于笨重，从而导致服用性能较差，同时铅含有剧毒，对人体有一定的危害。一种是无铅防护服，主要是在纱线中添加原子序数(z)较高和密度(ρ)较大的镧系元素和钨、铋化合物，或者是在织物表面进行涂层，从而得到防辐射性能的无铅服装，相对于铅服来说，无铅服的服用性能较好，回弹性能、吸湿性能和力学性能等均得到提高。但是，无铅服对x射线的屏蔽效率和防护性能较差。因此，需要进一步研究出一种高防护无铅材料对x射线进行有效防护。高防护无铅材料需要满足两个要求：一是对x射线的屏蔽效率高，二是具有较好的服用性能，既能防辐射又能穿着舒适。

3、专利cn104292868a公开了一种防x射线辐射的木纤维及其制作方法，其中，木纤维主要由质量比为40-45wt％的木纤维、1.1-2.1wt％的纳米银纤维、16-18wt％的麦草纤维、8-10wt％的硅酸铝纤维等组成，再将x射线屏蔽剂硫酸钡改性后添加到木纤维中，得到纤维具有机械性能优、纺织加工性好的特点，但是，由于x射线屏蔽剂仅有硫酸钡，存在弱吸收区，且对x射线的防护效率较低。

4、专利cn109338741b公开了无铅x射线防护板及其制备方法，将化纤、改性硅橡胶、硼酸铋、镧粉、三氧化钨等混合得到适用于受检者的无铅x射线防护板，该防护板具有毒性低、成本低廉的有点，但是其屏蔽效率仅为47％，对于重要部位的防护效果是远远不够的。

5、专利cn105513660b公开了一种新型防辐射手套及其制作方法，该种新型材料是通过在天然橡胶中添加三氧化镧、三氧化钨氟化铝等组分来达到防辐射性能，同样存在稀土元素开采污染以及使用过程中产生危害的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种防x射线的无铅纤维及其制备方法和柔性织物。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种防x射线的无铅纤维，具有皮芯结构，皮层中含有防辐射粒子i，皮层表面分布有不规则形状的凹槽，凹槽能对x射线进行多次反射与散射。

4、作为优选的技术方案：

5、如上所述的一种防x射线的无铅纤维，凹槽的平均深度为0.05～0.25mm，凹槽的平均横截面积为0.08～0.15mm2，每平方厘米面积内凹槽的个数为600～1300；凹槽的形状可以对x射线进行多次反射、散射及吸收，在单位面积凹槽的深度越大、个数越多，上述影响越大，从而提高对x射线的屏蔽能力。此外，凹槽特殊的结构可以提高纤维间的透气率，在保证防护性能的同时，提高一定的服用性能。

6、如上所述的一种防x射线的无铅纤维，防辐射粒子i的平均直径为40～100nm，皮层中防辐射粒子i的含量为35～65wt％，皮层的厚度为0.10～0.30mm。

7、如上所述的一种防x射线的无铅纤维，芯层中还含有防辐射粒子ii。

8、如上所述的一种防x射线的无铅纤维，防辐射粒子ii的平均直径为20～50nm，芯层中防辐射粒子ii的含量为50～80wt％，芯层的直径为0.15～0.35mm。

9、如上所述的一种防x射线的无铅纤维，防辐射粒子i为硫酸钡；防辐射粒子ⅰi为碳化钨、氧化钨和氧化铋中的一种以上。

10、如上所述的一种防x射线的无铅纤维，皮层和芯层的基材各自独立地选自于聚氨酯(pu)、聚酰胺(pa)、纤维素(cab)、聚氯乙烯(pvc)和聚乙烯醇(pva)中的一种以上。

11、本发明还提供制备如上任一项所述的一种防x射线的无铅纤维的方法，分别配置芯层纺丝液和含易溶性盐的皮层纺丝液后，采用同轴湿法纺丝工艺进行纺丝，即得防x射线的无铅纤维；其中，易溶性盐为氯化钠和/或氯化钙，凝固浴为水、乙醇和乙酸中的一种以上；同轴湿法纺丝的过程中皮层纺丝液中的易溶性盐由于易溶于凝固浴，因此会进入凝固浴中，导致皮层形成凹槽。

12、作为优选的技术方案：

13、如上所述的方法，皮层纺丝液或芯层纺丝液中的溶剂为dmf；皮层纺丝液中易溶性盐的浓度为25～55wt％，易溶性盐的浓度高是为了表面形成较多、较深的凹槽，除溶剂和易溶性盐以外的物质总浓度为8～20wt％；芯层纺丝液中除溶剂以外的物质总浓度为15～20wt％。

14、如上所述的方法，芯层纺丝液的喷流速度大于皮层纺丝液的喷流速度，芯层纺丝液的喷流速度为0.1～0.3mm/min，皮层纺丝液的喷流速度0.05～0.15mm/min，如此可保证皮层与芯层之间贴附紧密，不产生孔隙。

15、如上所述的方法，凝固浴的密度与防x射线的无铅纤维的密度相同，目的是保证纤维在凝固浴中不受重力影响，纤维在喷丝口喷射到凝固浴时，若纤维的密度过小于凝固浴密度，由于受浮力的作用会上浮，从而导致纤维在喷丝口处发生变形；若纤维的密度过大于凝固浴密度，由于重力的作用，纤维会被拉细，导致纤维各部分的直径不同，导致不匀，从而导致力学等性能变差。

16、如上所述的方法，纺丝结束后，还进行加热处理，加热处理的温度高于防x射线的无铅纤维的玻璃化温度，时间为5～20min；同轴湿法纺丝过程中，皮层与芯层在拉伸时会发生相对滑移，对纤维的回弹、断裂强力、伸长率等力学性能均会产生影响，本发明对纤维进行加热处理会使得皮层紧贴在芯层表面，避免发生相对滑移。

17、本发明还提供一种防x射线的柔性织物，具有多层结构，至少一层为功能层，功能层由如上任一项所述的一种防x射线的无铅纤维制得。

18、作为优选的技术方案：

19、如上所述的一种防x射线柔性织物，防x射线的柔性织物的透气性能为45～400mm/s，平均回复角63.24～81.67°，回潮率为1.2％～3.5％，铅当量为0.31～0.55mmpb，对x射线的屏蔽效率达91％以上。

20、有益效果：

21、本发明在满足并增强对x射线的防护性能的前提下，增强了织物的透湿性能、回弹性能、耐疲劳性等服用性能。

技术特征：

1.一种防x射线的无铅纤维，其特征在于，具有皮芯结构，皮层中含有防辐射粒子i，皮层表面分布有凹槽。

2.根据权利要求1所述的一种防x射线的无铅纤维，其特征在于，凹槽的平均深度为0.05～0.25mm，凹槽的平均横截面积为0.08～0.15mm2，每平方厘米面积内凹槽的个数为600～1300；皮层和芯层的基材各自独立地选自于聚氨酯、聚酰胺、纤维素、聚氯乙烯和聚乙烯醇中的一种以上。

3.根据权利要求1所述的一种防x射线的无铅纤维，其特征在于，防辐射粒子i的平均直径为40～100nm，皮层中防辐射粒子i的含量为35～65wt％，皮层的厚度为0.10～0.30mm。

4.根据权利要求1所述的一种防x射线的无铅纤维，其特征在于，芯层中还含有防辐射粒子ii；防辐射粒子ii的平均直径为20～50nm，芯层中防辐射粒子ii的含量为50～80wt％，芯层的直径为0.15～0.35mm。

5.制备如权利要求1～4任一项所述的一种防x射线的无铅纤维的方法，其特征在于，分别配置芯层纺丝液和含易溶性盐的皮层纺丝液后，采用同轴湿法纺丝工艺进行纺丝，即得防x射线的无铅纤维；其中，易溶性盐为氯化钠和/或氯化钙，凝固浴为水、乙醇和乙酸中的一种以上。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，皮层纺丝液或芯层纺丝液中的溶剂为dmf；皮层纺丝液中易溶性盐的浓度为25～55wt％，除溶剂和易溶性盐以外的物质总浓度为8～20wt％；芯层纺丝液中除溶剂以外的物质总浓度为15～20wt％。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，芯层纺丝液的喷流速度大于皮层纺丝液的喷流速度，芯层纺丝液的喷流速度为0.1～0.3mm/min，皮层纺丝液的喷流速度0.05～0.15mm/min。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，凝固浴的密度与防x射线的无铅纤维的密度相同。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，纺丝结束后，还进行加热处理，加热处理的温度高于防x射线的无铅纤维的玻璃化温度，时间为5～20min。

10.一种防x射线的柔性织物，其特征在于，具有多层结构，至少一层为功能层，功能层由如权利要求1～4任一项所述的一种防x射线的无铅纤维制得。

技术总结
本发明涉及一种防X射线的无铅纤维及其制备方法和柔性织物，防X射线的无铅纤维具有皮芯结构，皮层中含有防辐射粒子I，皮层表面分布有不规则形状的凹槽，凹槽能对X射线进行多次反射与散射；制备方法为：分别配置芯层纺丝液和含易溶性盐的皮层纺丝液后，采用同轴湿法纺丝工艺进行纺丝，即得防X射线的无铅纤维；其中，易溶性盐为氯化钠和/或氯化钙，凝固浴为水、乙醇和乙酸中的一种以上；应用即将防X射线的无铅纤维用于制备防X射线柔性织物。本发明的方法简单，制得的防X射线的无铅纤维性能优良，制得的防X射线柔性织物具有高防辐射性能以及良好的吸湿、透气、弹性等服用性能。

技术研发人员：毛吉富,李伟,王莎莎,李沂蒙,王泽宇,王富军,王璐
受保护的技术使用者：东华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15