基于鉛的柔性屏蔽材料制備及性能研究

李龍+++郭朝選+++李小明+++羅曉渭

摘 要：利用高純度的鉛，采用鉛材箔絲化結(jié)合雙面聚氨酯涂層布表面包覆處理法制備一種基于鉛粒子的新型柔性屏蔽材料，通過對樣品理化性能的檢測，證實該柔性屏蔽材料外包覆層具有良好的阻燃性能、耐老化性能，能夠滿足輻射屏蔽工程應(yīng)用要求，通過屏蔽性能檢測實驗證實樣品核心屏蔽層在屏蔽相同劑量的射線情況下該樣品相比于傳統(tǒng)鉛板降低了屏蔽材料的重量，同時由于其柔性的特征能夠更加適應(yīng)核電現(xiàn)場的復(fù)雜屏蔽情況，具有良好的工程應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：鉛；射線；柔性屏蔽；工程應(yīng)用

前言

伴隨著人類社會的不斷進步以及科學(xué)技術(shù)日益蓬勃的發(fā)展，人類對于能源的需求也在不斷擴大，核能的廣泛利用為未來人類的可持續(xù)發(fā)展提供了有力的能源支持，然而隨著核能的開發(fā)利用，放射性所帶來的環(huán)境污染以及對人類的傷害問題也越來越來受到全社會的關(guān)注[1]。鉛是一種能夠有效阻擋X射線、γ射線高強度射線的金屬，被廣泛應(yīng)用于輻射熱點進行射線屏蔽。目前工程實踐中主要選用鉛板作為屏蔽材料進行應(yīng)用[2-4]，但是，由于鉛密度大、重量重，現(xiàn)場應(yīng)用時不易操作，尤其是在核電、核設(shè)施等管路及閥門現(xiàn)場屏蔽時，操作比較困難。因此文章設(shè)計了利用高純度的鉛，采用鉛材箔絲化結(jié)合雙面聚氨酯涂層布表面包覆處理法制備一種基于鉛粒子的新型柔性屏蔽材料，以滿足現(xiàn)場屏蔽需要，尤其是滿足現(xiàn)場應(yīng)急屏蔽需要。

1 樣品制備及檢測方法

1.1 制備材料及方法

將高純度鉛材在數(shù)控車床上進行切削加工，實現(xiàn)鉛材的鉛箔絲狀化；鉛箔絲厚度0.01-1mm，鉛箔絲寬度0.01-2mm，鉛箔絲長度50-200mm。將鉛箔絲加入預(yù)制模具中，模具上下面分別使用兩層聚氨酯布將鉛絲包裹；在添加鉛箔絲前，應(yīng)根據(jù)模壓機冷壓力和成型后屏蔽厚度計算鉛箔絲的添加量。應(yīng)將鉛箔絲均勻攤平布置在預(yù)制模具中，模具尺寸可根據(jù)產(chǎn)品要求設(shè)計。使用模壓機將鉛絲冷壓壓平，壓實；應(yīng)控制冷壓壓力，避免因壓力過大影響成品的柔軟性。用尼龍繩將壓平的鉛絲與聚氨酯包裹面進行連接固定；固定時應(yīng)確保固定牢固，扎實行間距應(yīng)小于5cm。使用熱壓工藝將聚氨酯包裹層進行封口處理，制得樣品。

1.2 基于鉛的柔性屏蔽材料理化性能探究

（1）外包覆層阻燃性能檢測：材料阻燃性能是指材料具有明顯推遲火焰蔓延的性能。本實驗采用垂直燃燒法進行外包覆層用聚氨酯涂層布阻燃性能測試評定。本實驗按GB/T2941-2006的相關(guān)規(guī)定實驗，5個試樣為一組。（2）外包覆層耐老化性能實驗：熱老化實驗按塑料熱老化試驗方法進行，老化實驗后進行拉伸性能的測定，以評價老化實驗對物理力學(xué)性能的影響。

1.3 基于鉛的柔性屏蔽材料屏蔽性能探

屏蔽性能是衡量輻射防護材料的重要指標(biāo)，本實驗制作樣品的有效屏蔽層厚度為5mm，測試裝置為T10022-0037+PTW32005-0019標(biāo)準(zhǔn)電離室，測試依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程為GBZ/T147-2002 X射線防護材料衰減性能的測定。本實驗選用的計量標(biāo)準(zhǔn)分別為γ射線照射量（防護水平）標(biāo)準(zhǔn)裝置，測量范圍為（2.95*10-7-2.95*10-3）C·Kg-1·h-1，不確定度為4.6%（k=2）；X射線照射量（防護水平）標(biāo)準(zhǔn)裝置，測量范圍為（3*10-6-3*10-3）C·Kg-1·h-1，不確定度為4.0%（k=2）。

2 實驗結(jié)果及討論

2.1 柔性鉛屏蔽材料理化性能探究結(jié)果

（1）外包覆層阻燃性能檢測：通過對5組平行樣品進行阻燃性能實驗，結(jié)果如表1所示。首次施加火焰后有焰燃燒時間平均值為22秒，二次施加火焰后有焰和無焰燃燒時間之和平均值為32秒，根據(jù)相關(guān)評定標(biāo)準(zhǔn)判斷等級為FV-1，具備一定的阻燃性。（2）外包覆層耐老化性能檢測。樣品經(jīng)老化處理后測定拉伸長度、拉伸伸長率實驗結(jié)果記錄如圖1，通過與處理前樣品對比發(fā)現(xiàn)拉伸強度平均變化率為12.5%，伸長率變化率平均為8.25%，實驗結(jié)果表明樣品具有較好的抗老化性能。

2.2 柔性鉛屏蔽材料屏蔽性能探究結(jié)果

柔性鉛屏蔽材料經(jīng)過屏蔽性能檢測后實驗結(jié)果如表2所示，通過對樣品核心屏蔽層的屏蔽性能檢測分析，其屏蔽層5mm厚度的等效鉛當(dāng)量為5.2mmpb，屏蔽性能優(yōu)良且實現(xiàn)了輕量化目標(biāo)。

3 結(jié)束語

采用鉛材鉛箔化、鉛絲化，通過絲網(wǎng)搭接完成鉛材的柔性化改進，通過模壓成型、熱塑封口等工藝在表面包覆雙面聚氨酯涂層布，嵌入現(xiàn)場便捷安裝的安裝孔，形成一種柔性鉛屏蔽產(chǎn)品，通過表征其相關(guān)性能，證實該新型復(fù)合屏蔽材料綜合性能優(yōu)良，滿足輻射場所使用要求，且具有較高的質(zhì)量吸收系數(shù)，是一種較佳的X、γ射線屏蔽材料，結(jié)合柔性特點，尤其適合于現(xiàn)場管道、閥門等不規(guī)則輻射熱點的屏蔽防護，具備良好的核電現(xiàn)場工程應(yīng)用價值。

參考文獻

[1]劉洪濤，等.人類生存發(fā)展與核科學(xué)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2001.1-50.

[2]鄭東海.核能技術(shù)應(yīng)用中的電離輻射對環(huán)境的影響[J].科技促進發(fā)展，2010（4）：55.

[3]Quapp W J， Lessing P A. Radiation shielding composition： U.S. Patent 6，166，390[P]. 2000-12-26.

[4] Quapp W J， Lessing P A. Radiation shielding composition： U.S. Patent 5，786，611[P]. 1998-7-28.