阅读说明：本技术 一种防护中子辐射纤维材料的工业生产方法 (Industrial production method of neutron radiation protection fiber materials ) 是由 刘小秦 于 2019-09-03 设计创作，主要内容包括：一种防护中子辐射纤维材料的工业生产方法涉及防护中子辐射纤维材料的生产方法。主要是为解决现有的防护中子辐射纤维材料存在防中子能力较弱,纤维强度不足的问题而发明的。将原料尼龙-6切片和富集硼-10碳化硼、抗氧剂1010一起加入到混合釜,混合均匀后进入螺杆挤压机熔融挤出,从喷丝板纺丝,经气流冷却牵伸,卷绕,经管纱、络筒、并线、捻线得到共混熔纺原丝纤维,共混熔纺原丝纤维与碳纤维互捻合股,然后经络筒、整经、穿经结,形成经线。纬纱采用与经线相同的共混熔纺原丝纤维。经线、纬线通过织布机,织造出可防中子、X射线辐射的高性能机织布料。优点是具有很强的中子吸收能力,强度高。(an industrial production method of neutron radiation protection fiber material relates to a production method of neutron radiation protection fiber material, which is invented mainly for solving the problems of weak neutron radiation protection capability and insufficient fiber strength of the existing neutron radiation protection fiber material, the raw material nylon-6 slice, boron-10-enriched carbide and antioxidant 1010 are added into a mixing kettle, are uniformly mixed and then enter a screw extruder to be melted and extruded, and then are spun from a spinneret plate, cooled and drafted by air flow, wound, and then are subjected to tube spinning, winding, doubling and twisting to obtain the blending melt-spun precursor fiber, the blending melt-spun precursor fiber and the carbon fiber are twisted and plied with each other, and then are subjected to winding, warping and warp-threading to form warp yarns.)

一种防护中子辐射纤维材料的工业生产方法

技术领域：

本发明涉及一种防护中子辐射纤维材料的生产方法。

核科学技术的应用已深入到核动力船舶、航空航天、医学放射学、 食品加工、无损检测、核工程、农业、生物医学等关乎国家安全与国 计民生的各个领域，成为现代社会不可缺少的组成部分。核辐射产生 的X射线、γ射线和中子射线等，不仅会造成一种新的环境污染(核 污染)，还会严重危害人体的健康安全。在核辐射的高能射线中，中 子射线的危害最大，因此对它的防护就显得非常重要。

应用表明，传统、单一的中子屏蔽结构材料存在着诸多弊端，很难满足特殊结构防护要求。聚合物和中子吸收剂的选择会直接影响到防护材料的屏蔽性能。硼-10的热中子吸收截面为3837靶，是混凝土中子防护材料的50多倍，含硼-10的防护材料通常以硼、硼酸盐或碳化硼的形式存在。由于碳化硼的高硼含量、优异的物理和化学性能，且在应用工程中部产生放射性同位素，二次射线能量低，且硼资源较为丰富，碳化硼废料容易处理，因此碳化硼被普遍用作核中子防护材料。

研究应用表明，铅作为中子屏蔽材料，有毒，密度大，主要是防护γ射线，对中子屏蔽效果不太理想；混凝土防护材料占用的空间比较大，且在使用过程中不易移动；硼铝合金，硼钢中增加硼含量可以提高防护性能，但同时也会降低复合材料的结构强度。铬棒的射线吸收性能和力学性能都比较优异，但其价格高昂，还会产生二次射线。

黄益平等制得一种以793树脂作为固化剂、能屏蔽和吸收中子辐射的涂料，但由于韧性不好，不能满足特殊结构防护要求。

柴浩等研制了一种B₄C/SEBS中子屏蔽复合材料，综合性能一般。

研究表明，聚乙烯材料在高温下很容易软化和熔化，极可能发生严重的中子泄露事故。聚乙烯柔性防护材料俘获热中子后会释放二次γ射线，从而极大程度上降低吸收热中子的能力，且温度使用范围较窄，使用寿命短，更换频率高。

硼/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料具有较强的屏蔽中子能力，但使用寿命短。碳化硼/酚醛树脂复合材料需要相当的厚度才能满足防护要求，限制该材料的适用范围。

王学晨等在聚丙烯/碳化硼共混体系中，添加40%的碳化硼微粉，助剂钛酸脂类用量为1.5-2.5%，将芯料共混物进行复合纺丝，得到的纤维断裂强度为2.06cN/dtex，断裂伸长为37%，热熔温度为163℃，该纤维制成的无纺布对中子有一定的屏蔽作用。但是利用该方法生产的纤维强度较低，且使用的是天然碳化硼，防中子能力较弱。

国内公开的专利，采用硼、重金属化合物与聚丙烯等共混后熔纺制成了碳化硼含量达35%的皮芯型防中子、X射线纤维。纤维强度为2327cN/tex，断裂伸长为20-40%，加工成针织物、机织物和非织造布用于原子能反应堆周围，可使中子辐射防护屏蔽率达到44%以上。但是还存在中子辐射防护屏蔽率低，纤维强度不足，耐受温度低的问题。

发明内容

：

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有很强的中子吸收能力，中子辐射防护屏蔽率高的能防护中子辐射纤维材料的工业生产方法。

上述目的是这样实现的：将富集硼-10碳化硼与尼龙-6切片、抗氧剂共混后熔纺制成碳化硼含量达30%-35%（硼-10含量为23.07%—26.92%）的100dtex—200dtex原丝纤维。将上述共混熔纺原丝纤维与MH300-3K碳纤维合股互捻制成经线，将上述共混熔纺原丝纤维并线捻线后制成纬线，经线、纬线通过织造制成可防护中子、X射线辐射的高性能布料。

具体方法如下：

一，将原料尼龙-6（PA-6）切片和富集硼-10碳化硼（¹⁰B₄C）、抗氧剂1010一起加入到混合釜，混合均匀后进入螺杆挤压机熔融挤出，经计量泵计量，从喷丝板纺丝，经气流冷却牵伸，卷绕，经管纱、络筒、并线、捻线得到共混熔纺原丝纤维，共混熔纺原丝纤维与碳纤维互捻合股，然后经络筒、整经、穿经结，形成经线。

二，纬纱采用与经线相同的共混熔纺原丝纤维，即将原料尼龙-6（PA-6）切片和富集硼-10碳化硼（¹⁰B₄C）、抗氧剂1010一起加入到混合釜，混合均匀后进入螺杆挤压机熔融挤出，经计量泵计量，从喷丝板纺丝，经气流冷却牵伸，卷绕后，进入并线、捻线、卷纬工序，形成纬线。

三，经线、纬线通过织布机，织造出可防中子、X射线辐射的高性能机织布料。

所述尼龙-6切片为常规工业产品，从市场采购，相对黏度为1.7686ηr/dl/g,熔融温度为221.7℃；所述富集硼-10碳化硼（¹⁰B₄C），硼-10丰度在96以上，粒径分布为0.5微米-40微米，加入的 ¹⁰B₄C和尼龙-6的重量比为：

¹⁰B₄C：尼龙-6 = 30-35:100；

所述抗氧剂1010是一种高分子量受阻酚类抗氧剂，化学名称是【β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸】季戊四醇酯（分子式：C₇₃H₁₀₈O₁₂），抗氧剂与尼龙-6切片的重量比为：

抗氧剂：尼龙-6切片 = 0.1-0.5：100；

所述的混合釜为带搅拌的不锈钢容器。

所述螺杆挤压机的中部温度为600℃-610℃，尾部温度为585℃-595℃。喷丝板所纺原丝的规格为100dtex-200dtdx。

经线生产时由共混熔纺原丝纤维与碳纤维合股互捻，以增加经线的强度，即1根共混熔纺原丝纤维对应1根碳纤维合股互捻。

碳纤维为国产MH300-3K牌号，拉伸强度≥3500MPa，断裂伸长率≥1.5%，线密度198±2g/1000m。

纬线与经线不同的是，纬线由共混熔纺原丝纤维直接形成，不掺入碳纤维。

所述经线和纬线织造成的布料，硼-10含量为23.07%-26.92%，具有很强的中子吸收能力，加工成0.4㎜-0.6毫米厚的针织物或机织物用于原子能反应堆周围，可使中子辐射防护屏蔽率达到98.5%-99.5%，中子数量低于环境水平；织物密度为1.25g/cm³-1.29g/ cm³，密度小便于移动；具备极佳的柔韧性，邵氏硬度为6.5HD-7.0HD；纤维断裂强度为7.26cN/dtex-7.83cN/dtex；锻炼伸长为40%-42%，热熔温度为343℃-347℃。

本发明的优点是：将富集硼-10碳化硼与尼龙-6切片、抗氧剂1010共混后，熔纺制成碳化硼含量达30%-35%（硼-10含量为23.07%-26.92%）的100dtex-200dtdx原丝纤维。将上述100dtex-200dtdx原丝纤维与国产MH300-3K碳纤维合股互捻制成经线，将上述100dtex-200dtdx原丝纤维并线捻线后制成纬线，经线和纬线通过织造制成高性能布料。所述布料具有很强的中子吸收能力，加工成0.4毫米-0.6毫米厚的针织物或机织物用于原子能反应堆周围，可使中子辐射防护屏蔽率达到98.5%-99.5%，中子数量低于环境水平；具备极佳的柔韧性，邵氏硬度为6.5HD-7.0HD，可裁剪性能优越，可用于生产各种防护服装和遮盖物；织物密度为1.25/cm³-1.29/ cm³，密度小便于移动，纤维断裂强度为7.26cN/dtex-7.83cN/dtex；锻炼伸长为40%-42%，热熔温度为343℃-347℃，热性能优异，可以满足特殊结构防护要求。

具体实施方式

：

将富集硼-10碳化硼与尼龙-6切片、抗氧剂共混后熔纺制成碳化硼含量达30%-35%（硼-10含量为23.07%—26.92%）的100dtex—200dtex原丝纤维。将上述共混熔纺原丝纤维与MH300-3K碳纤维合股互捻制成经线，将上述共混熔纺原丝纤维并线捻线后制成纬线，经线、纬线通过织造制成可防护中子、X射线辐射的高性能布料。

具体方法如下：

一，将原料尼龙-6（PA-6）切片和富集硼-10碳化硼（¹⁰B₄C）、抗氧剂1010一起加入到混合釜，混合均匀后进入螺杆挤压机熔融挤出，经计量泵计量，从喷丝板纺丝，经气流冷却牵伸，卷绕，经管纱、络筒、并线、捻线得到共混熔纺原丝纤维，共混熔纺原丝纤维与碳纤维互捻合股，然后经络筒、整经、穿经结，形成经线。

二，纬纱采用与经线相同的共混熔纺原丝纤维，即将原料尼龙-6（PA-6）切片和富集硼-10碳化硼（¹⁰B₄C）、抗氧剂1010一起加入到混合釜，混合均匀后进入螺杆挤压机熔融挤出，经计量泵计量，从喷丝板纺丝，经气流冷却牵伸，卷绕后，进入并线、捻线、卷纬工序，形成纬线。

三，经线、纬线通过织布机，织造出可防中子、X射线辐射的高性能机织布料。

所述尼龙-6切片为常规工业产品，从市场采购，相对黏度为1.7686ηr/dl/g,熔融温度为221.7℃；所述富集硼-10碳化硼（¹⁰B₄C），硼-10丰度在96以上，粒径分布为0.5微米-40微米，加入的 ¹⁰B₄C和尼龙-6切片的重量比为：

¹⁰B₄C：尼龙-6切片 = 30-35:100；

所述抗氧剂1010是一种高分子量受阻酚类抗氧剂，化学名称是【β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸】季戊四醇酯（分子式：C₇₃H₁₀₈O₁₂），抗氧剂与尼龙-6切片的重量比为：

抗氧剂：尼龙-6切片 = 0.1-0.5：100；

所述的混合釜为带搅拌的不锈钢容器。

所述螺杆挤压机的中部温度为600℃-610℃，尾部温度为585℃-595℃。喷丝板所纺原丝的规格为100dtex-200dtdx。

经线生产时由共混熔纺原丝纤维与碳纤维合股互捻，以增加经线的强度，即1根共混熔纺原丝纤维对应1根碳纤维合股互捻。

碳纤维为国产MH300-3K牌号，拉伸强度≥3500MPa，断裂伸长率≥1.5%，线密度198±2g/1000m。

纬线与经线不同的是，纬线由共混熔纺原丝纤维直接形成，不掺入碳纤维。

所述经线和纬线织造成的布料，硼-10含量为23.07%-26.92%，具有很强的中子吸收能力，加工成0.4毫米-0.6毫米厚的针织物或机织物用于原子能反应堆周围，可使中子辐射防护屏蔽率达到98.5%-99.5%，中子数量低于环境水平；织物密度为1.25g/cm³-1.29g/cm³，密度小便于移动；具备极佳的柔韧性，邵氏硬度为6.5HD-7.0HD；纤维断裂强度为7.26cN/dtex-7.83cN/dtex；锻炼伸长为40%-42%，热熔温度为343℃-347℃。

实施例1，将原料尼龙-6切片和富集硼-10碳化硼、抗氧剂1010一起加入到混合釜，混合均匀后进入螺杆挤压机熔融挤出，经计量泵计量，从喷丝板纺丝，经气流冷却牵伸，卷绕，经管纱、络筒、并线、捻线得到共混熔纺原丝纤维，1根共混熔纺原丝纤维与1根碳纤维互捻合股，然后经络筒、整经、穿经结，形成经线。

将原料尼龙-6切片和富集硼-10碳化硼、抗氧剂1010一起加入到混合釜，混合均匀后进入螺杆挤压机熔融挤出，经计量泵计量，从喷丝板纺丝，经气流冷却牵伸，卷绕后，进入并线、捻线、卷纬工序，形成纬线。

富集硼-10碳化硼和尼龙-6切片的重量比为35:100；抗氧剂与尼龙-6切片的重量比为0.4：100；

所述螺杆挤压机的中部温度为610℃，尾部温度为595℃。

所述经线和纬线织造成的布料，硼-10含量为26.9%，中子辐射防护屏蔽率达到99%；织物密度为1.28g/ cm³，邵氏硬度为6.85HD；纤维断裂强度为7.46cN/dtex；锻炼伸长为41%，热熔温度为345℃。

实施例2，将原料尼龙-6切片和富集硼-10碳化硼、抗氧剂1010一起加入到混合釜，混合均匀后进入螺杆挤压机熔融挤出，经计量泵计量，从喷丝板纺丝，经气流冷却牵伸，卷绕，经管纱、络筒、并线、捻线得到共混熔纺原丝纤维，1根共混熔纺原丝纤维与1根碳纤维互捻合股，然后经络筒、整经、穿经结，形成经线。

将原料尼龙-6切片和富集硼-10碳化硼、抗氧剂1010一起加入到混合釜，混合均匀后进入螺杆挤压机熔融挤出，经计量泵计量，从喷丝板纺丝，经气流冷却牵伸，卷绕后，进入并线、捻线、卷纬工序，形成纬线。

富集硼-10碳化硼和尼龙-6切片的重量比为30:100；抗氧剂与尼龙-6切片的重量比为0.1：100；

所述螺杆挤压机的中部温度为605℃，尾部温度为590℃。

所述经线和纬线织造成的布料，硼-10含量为23.07%，中子辐射防护屏蔽率达到98.5%；织物密度为1.25g/ cm³，邵氏硬度为6.5HD；纤维断裂强度为7.26cN/dtex；锻炼伸长为40%，热熔温度为343℃。

实施例3，将原料尼龙-6切片和富集硼-10碳化硼、抗氧剂1010一起加入到混合釜，混合均匀后进入螺杆挤压机熔融挤出，经计量泵计量，从喷丝板纺丝，经气流冷却牵伸，卷绕，经管纱、络筒、并线、捻线得到共混熔纺原丝纤维，1根共混熔纺原丝纤维与1根碳纤维互捻合股，然后经络筒、整经、穿经结，形成经线。

将原料尼龙-6切片和富集硼-10碳化硼、抗氧剂1010一起加入到混合釜，混合均匀后进入螺杆挤压机熔融挤出，经计量泵计量，从喷丝板纺丝，经气流冷却牵伸，卷绕后，进入并线、捻线、卷纬工序，形成纬线。

富集硼-10碳化硼和尼龙-6切片的重量比为35:100；抗氧剂与尼龙-6切片的重量比为0.5：100；

所述螺杆挤压机的中部温度为600℃，尾部温度为585℃。

所述经线和纬线织造成的布料，硼-10含量为26.92%，中子辐射防护屏蔽率达到99.5%；织物密度为1.29g/ cm³，邵氏硬度为7.0HD；纤维断裂强度为7.83cN/dtex；锻炼伸长为42%，热熔温度为347℃。