本发明涉及辐射环境安全防护领域，特别涉及一种防辐射板材。
背景技术：
随着电子工业的高速发展，电子电器设备无处不在。这些设备在极大提高人们生活水平、促进社会发展的同时，也会产生电磁辐射。这些电磁辐射可以穿透众多物质，产生电磁污染，在电子工业高速发展的今天电磁污染日益突出，成为除大气污染、水污染和噪音污染外的又一环境污染，被称作第四大污染旧。科学研究表明，长期处于电磁波辐射环境中，人们的身心健康会受到严重威胁。联合国早在1969年人类环境会议上就把电磁辐射列入“造成公害的主要污染物”。其中，波长小于100nm的电磁辐射能使受作用物质发生电离，即为电离辐射。其种类很多，高速带电粒子有α粒子、β粒子、质子，不带电粒子有中子以及x射线、γ射线。然而x射线、γ射线等放射线对于现代医疗而言已经成为了不可缺少的应用工具，因此，在存放能够产生放射线的电子电器的空间外一般设置有防辐射屏蔽板材，用以对辐射进行屏蔽。
现有的技术中，一般是通过在水泥中直接添加硫酸钡、金属氧化物、金属等的方法来达到辐射屏蔽的目的。在这种水泥中，硫酸钡的含量往往占到了50％以上，但是硫酸钡质硬脆，这样制备得到的水泥板材往往脆性比较大，其抗冲击能力不强。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种防辐射板材，其解决了现有的防辐射板材质硬脆的问题，具有提高防辐射板材的韧性，提高抗冲击能力的效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种防辐射板材，包括如下重量份的原料：硫酸钡50-70份；硅酸盐水泥10-25份；氧化铁8-16份；粉煤灰2-6份；缓凝减水剂0.5-2份；水3-6份；金属粉末2-4份；碳浆浸渍木纤维4-10份；金属/碳复合纤维2-6份；碳浆浸渍木纤维由木纤维在石墨浆液中浸渍并干燥得到；金属粉末包括铁粉、镍粉中的至少一种；金属/碳复合纤维包括铁/碳复合纤维、镍/碳复合纤维中的至少一种。
采用上述配方，混凝土板材用于阻挡放射线的穿透，硫酸钡和氧化铁对x射线、γ射线以及中子射线等均具有良好的屏蔽效果。金属粉末能对电磁波产生反射，吸收和抵消等作用，从而起到减少电磁波辐射的作用。
木纤维和金属/碳复合纤维加入到混凝土中，可以在硬质的混凝土板材中提供桥接作用，从而提高混凝土板材的断裂韧性。当复合材料在受到破坏产生裂纹时，裂纹处由于纤维的桥接作用不会继续破坏。只有将纤维脱粘后纤维才可以被拔出，拔出过程中会使裂纹尖端应力松弛，从而减缓裂纹的扩展，达到增韧的效果。
同时，木纤维其本身不导电，但将其在碳浆中浸渍过后，使其表面附着有一层导电的碳层，两者协同作用，既能提高板材的韧性，还能同时提高板材的电磁屏蔽效果。金属/碳复合纤维中，作为基体的碳纤维具有较大的长径比，因此其在长程上具有优异的导电性，构成了主要的导电网络；而金属粉末具有较小的长径比，能补充碳纤维的缺陷与空隙，形成导电通路，从而两者起到协同作用，提高板材的电磁屏蔽作用。
进一步优选为：包括如下重量份的原料：硫酸钡65份；硅酸盐水泥15份；氧化铁10份；粉煤灰5份；缓凝减水剂1.5份；水3.5份；金属粉末3份；碳浆浸渍木纤维8份；金属/碳复合纤维4份；碳浆浸渍木纤维由木纤维在石墨浆液中浸渍并干燥得到；金属粉末包括铁粉、镍粉中的至少一种；金属/碳复合纤维包括铁/碳复合纤维、镍/碳复合纤维中的至少一种。
进一步优选为：缓凝减水剂为硼砂。
采用上述方案，将硼砂加入水泥，能够在混凝土搅拌过程中提高流动性，延缓板材的凝结时间，提高板材中各组分的混合均匀度。同时，中子防护中首先要使中子慢下来，变成热中子，硼砂具有很高热中子吸收截面，因此可以用于屏蔽中子。
进一步优选为：木纤维平均长度1.0—4.0mm；木纤维平均直径2.0-12.0um。
进一步优选为：木纤维在石墨浆液中浸渍后采用真空干燥的方法进行干燥。
采用上述方案，真空干燥有利于保持木纤维之间的松散骨架，防止木纤维之间出现团聚，从而破坏其在水泥中的分散性。
进一步优选为：石墨浆液为石墨粉的水/乙醇分散液。
进一步优选为：金属/碳复合纤维由如下工艺制备得到：s1：将金属纳米颗粒置于清洗剂中超声清洗30-60min，除去清洗液并干燥后分散于dmf中，60-70℃加热搅拌；s2：加入聚丙烯腈树脂使金属颗粒均匀分散于聚丙烯腈树脂中，形成纺丝液；s3：采用静电纺丝技术将纺丝液纺成金属/聚丙烯腈纤维；s4：将金属/聚丙烯腈纤维碳化形成金属/碳复合纤维。
采用上述工艺，金属/碳复合纤维中，作为基体的碳纤维具有较大的长径比，因此其在长程上具有优异的导电性，构成了主要的导电网络；而金属粉末具有较小的长径比，能补充碳纤维的缺陷与空隙，形成导电通路，从而两者起到协同作用，提高板材的电磁屏蔽作用。
进一步优选为：步骤s1为：将金属纳米颗粒置于乙醇中超声清洗30-60min，除去清洗液并干燥后将金属纳米颗粒用高能粒子轰击，然后将金属纳米颗粒分散于dmf中，60-70℃加热搅拌。
采用上述工艺，通过高能粒子轰击的纳米金属颗粒表面活性高，与聚丙烯腈树脂的粘接性好，不易在纺丝过程中从聚丙烯腈树脂中迁移到表面。纺丝后，金属颗粒被包裹在聚丙烯腈树脂内部，碳化后，金属颗粒被包裹在碳基纳米纤维中，从而减少了金属颗粒与外界的接触，减少金属表面的氧化或腐蚀，从而有利于保持其良好的电导率和磁导活性，从而提高电磁辐射的防护效果。
进一步优选为：金属纳米颗粒和聚丙烯腈树脂的添加质量比为1:10-15。
进一步优选为：步骤s4中的碳化工艺为，在空气氛围中以2℃/min的升温速率升到250-300℃，保温2h；用热氩气置换空气，在氩气的氛围中采用5℃/min的升温速率升温至1000-1200℃；保温1h后自然冷却。
综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明申请采用碳浆浸渍木纤维和金属/碳复合纤维作为增韧材料对防辐射板材进行增韧改性，发现其在圆环法抗裂性能测试中表现出优异的韧性，同时在混凝土中添加碳浆浸渍木纤维和金属/碳复合纤维还能提高防辐射板材的电磁屏蔽效果，不仅在高频段具有优异的电磁屏蔽性能，还能提高在低频段的电磁屏蔽性能。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。
实施例1-3：一种防辐射板材，采用如下方法制备得到：
(1)碳浆浸渍木纤维的制备:将导电石墨粉分散于水和乙醇1:1的混合溶剂中，石墨在浆液中的质量分数为20％，搅拌条件下预分散5min，然后超声分散15min，超声后在500rpm的转速下搅拌15min后，在搅拌条件下，逐渐加入与石墨粉等质量的木纤维，分15min加完，加完后继续搅拌30min。将分散好的混合浆液抽滤除去溶剂，将过滤后的滤渣在120℃条件下真空干燥12h，得到所需的碳浆浸渍木纤维。其中木纤维购自灵寿县川石矿产品加工厂，其平均长度1.0—4.0mm；木纤维平均直径2.0-12.0um；
(2)镍/碳复合纤维的制备：s1：将纳米镍粉分散于乙醇中，超声清洗30-60分钟，离心除去溶剂，将纳米镍粉烘干后用高能粒子轰击10分钟；s2：将纳米镍粉分散于15倍于其质量的dmf中，超声分散30min，60℃下加热搅拌，边加热边缓慢加入10倍于纳米镍粉质量的聚丙烯腈树脂，30min内加完，加完后继续搅拌15h，使纳米镍粉均匀分散于聚丙烯腈树脂中，形成纺丝液；s3：采用静电纺丝法将纺丝液纺成镍/聚丙烯腈纤维；将配制好的纺丝溶液移入静电纺丝装置中进行静电纺丝，所用电压为10kv、接收距离为20cm、溶液推进速率为0.25ml/h；s4：将镍/聚丙烯腈纤维采用如下工艺碳化形成镍/碳复合纤维：在空气氛围中以2℃/min的升温速率升到250-300℃，保温2h；用热氩气置换空气，在氩气的氛围中采用5℃/min的升温速率升温至1200℃；保温1h后自然冷却；
(3)电离辐射屏蔽板材的制备：称取配方量的硫酸钡、硅酸盐水泥、氧化铁、粉煤灰、缓凝减水剂、水、铁粉、碳浆浸渍木纤维、镍/碳复合纤维，搅拌均匀后，经成型和养护制得所需电离辐射屏蔽板材。其中，所用缓凝减水剂为硼砂，所用碳浆浸渍木纤维采用步骤(1)中的工艺制得，所用镍/碳复合纤维采用步骤(2)中的工艺制备得到，具体的组分和含量如表1所示。
表1实施例1-5的组分和含量表
实施例6：一种防辐射板材，采用如下工艺制备得到：
(1)步骤(1)与实施例1相同；
(2)铁/碳复合纤维的制备：
s1：将纳米铁粉分散于乙醇中，超声清洗30-60分钟，离心除去溶剂，将纳米铁粉烘干后用高能粒子轰击10分钟；s2：将纳米铁粉分散于15倍于其质量的dmf中，超声分散60min，70℃下加热搅拌，边加热边缓慢加入15倍于纳米铁粉质量的聚丙烯腈树脂，30min内加完，加完后继续搅拌15h，使纳米铁粉均匀分散于聚丙烯腈树脂中，形成纺丝液；s3：采用静电纺丝法将纺丝液纺成铁/聚丙烯腈纤维；将配制好的纺丝溶液移入静电纺丝装置中进行静电纺丝，所用电压为10kv、接收距离为20cm、溶液推进速率为0.25ml/h；s4：将铁/聚丙烯腈纤维采用如下工艺碳化形成铁/碳复合纤维：在空气氛围中以2℃/min的升温速率升到250-300℃，保温2h；用热氩气置换空气，在氩气的氛围中采用5℃/min的升温速率升温至1200℃；保温1h后自然冷却；
(3)步骤(3)中除了用等量的铁/碳复合纤维替换镍/碳复合纤维，用等量的镍粉替换铁粉，其余与实施例1相同。
实施例7：一种防辐射板材，与实施例1的区别在于，步骤(3)中用等量的镍粉替代铁粉。
实施例8：一种防辐射板材，与实施例6的区别在于，步骤(3)中用等量的铁粉替换镍粉。
实施例9：一种防辐射板材，与实施例6的区别在于，缓凝减水剂为聚羧酸。
为了对本发明申请的实施例的性能进行检测和对比，制备了如下对比例作为对照样。
对比例1：一种板材，与实施例1的区别在于，用等量镍/碳复合纤维替代碳浆浸渍木纤维。
对比例2：一种板材，与实施例1的区别在于，用等量碳浆浸渍木纤维替代镍/碳复合纤维。
对比例3：一种板材，与实施例1的区别在于，从组分中除去碳浆浸渍木纤维。
对比例4：一种板材，与实施例1的区别在于，从组分中除去镍/碳复合纤维。
对比例5：一种板材，与实施例1的区别在于，从组分中除去碳浆浸渍木纤维和镍/碳复合纤维。
抗裂性能测试：(1)试验样：实施例1-7，对比例3-5；每个实施例或对比例取三个平行试样a、b、c；(2)试验内容：采用圆环法测试板材的抗裂性能，本方法使用抗裂试模的尺寸：内径(a)*内径(b)*高度*厚度＝(300*300)*75*12.5mm3；拌制混凝土前，安装圆环模具，在钢环内表面四分之一点处各粘贴一个应变片以记录钢环表面应变随龄期的变化情况并对模具内壁涂抹油脂以减少摩擦，方便拆模。按照试验样的配合比将水泥、骨料、水放入搅拌机进行搅拌制备混凝土拌和物。制备圆环试件：将制备好的拌合物装入圆环内，在振动台上进行振实。按照此方法分别制备圆环试件最后将制备好的试件放入养护箱(温度23℃，相对湿度50％)，将应变片与计算机系统连接，养护龄期为28天，计算机每隔一分钟记录一次应变；(3)试验结果：以应变突变的时间作为应力开裂的时间，记录应变突变的日期，试验结果如表2所示。
表2抗裂性能试验结果
对比实施例1、对比例3-5的试验结果可知，碳浆浸渍木纤维和金属/碳复合纤维对板材的抗裂韧性具有关键性的作用，在混凝土板材中单独添加碳浆浸渍木纤维，可以将抗开裂时间从10-11天提高到10-12之间；单独添加金属/碳复合纤维，可以将抗开裂时间从10-11天增加到12-13天；同时添加碳浆浸渍木纤维和金属/碳复合纤维，将抗开裂时间提高到了16-17天。说明碳浆浸渍木纤维与金属/碳复合纤维复配能够大大提高板材的抗裂韧性。对比实施例1-5的试验结果可知，采用实施例1的配方制备的一种防辐射板材，具有最优的抗开裂韧性。
防辐射性能测试：(1)试验样：实施例1-8，对比例1-5；(2)试验内容：采用法兰同轴测试装置，测试的频率范围为1khz～1ghz，屏蔽性能用se(单位：db)表示，
表3电磁屏蔽性能测试结果
由测试结果可知，在混凝土板材中添加碳浆浸渍木纤维和镍/碳复合纤维可以提高混凝土板材的电磁屏蔽性能。对比实施例1和对比例1-5的结果可知，在板材中单独添加碳浆浸渍木纤维和镍/碳复合纤维均能提高板材的防辐射性能，两者复配对防辐射性能的提高作用最明显。对比实施例1、实施例6-8的结果可知，当板材体系中的金属粉末和金属/碳复合纤维的金属为同一种金属(实施例7-8)时，不论在高频区(100mhz-1500mhz)还是在低频区，其防辐射效果均低于板材体系中的金属粉末和金属/碳复合纤维的金属为不同金属(实施例1、实施例6)的结果，表明两种不同的金属元素以不同形态加入到板材中，会在整体上提高板材的防辐射效果。其中金属镍对高频区的提升效果更明显，而金属铁对低频区的提升效果比较明显。对比实施例1-5的结果可知，采用实施例1的配方，制备得到的板材具有最优的防辐射效果。