一种无铅的X、γ射线防护硬质材料及制备方法
阅读说明：本技术 一种无铅的X、γ射线防护硬质材料及制备方法 (Lead-free X-ray and gamma-ray protection hard material and preparation method thereof ) 是由 许凤奎 杜延修 王海 戚玮 于 2021-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无铅的X、γ射线防护硬质材料及制备方法,主要涉及辐射防护材料领域。其原料包括树脂基材、功能性粒子和助剂,所述树脂基材与功能性粒子的重量配比为1：1.5-3.5；所述树脂基材包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯烯、工程塑料中的任一项或几项的组合；所述功能性粒子包括钨粉、氧化铋、氧化钆、氧化钽；所述助剂包括钙锌复合稳定剂、氯化聚乙烯、硬脂酸、聚乙烯蜡、偶联剂。本发明不含铅,绿色环保,对于X、γ射线的防护等级高。(The invention discloses a lead-free X-ray and gamma-ray protection hard material and a preparation method thereof, and mainly relates to the field of radiation protection materials. The raw materials comprise a resin base material, functional particles and an auxiliary agent, wherein the weight ratio of the resin base material to the functional particles is 1: 1.5-3.5; the resin substrate comprises any one or a combination of polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, polyphenylene and engineering plastics; the functional particles comprise tungsten powder, bismuth oxide, gadolinium oxide and tantalum oxide; the auxiliary agent comprises a calcium-zinc composite stabilizer, chlorinated polyethylene, stearic acid, polyethylene wax and a coupling agent. The invention does not contain lead, is green and environment-friendly, and has high protection level for X and gamma rays.)
技术领域
本发明涉及辐射防护材料领域，具体是一种无铅的X、γ射线防护硬质材料及制备方法。
背景技术
随着科学技术的发展，辐射技术为人类带来了巨大的方便，但同时也带来了一些令人担忧的问题，其中人们最为关心的是电离辐射对人类或生物健康的影响问题，由于辐射的危害，在医院、核电、军工、工业探伤、科研等场所都会采用人与辐射源之间增加或设置一层屏蔽物或屏蔽体来确保人类或生物的安全。
早期的防护材料一般都采用铅板，但是由于铅板单位体积比重太大，而且质地比较柔软，没有比较规则的形状，并且在使用过程中会有游离的铅原子弥散在空气中，对人体或生物有害；射线射到铅板上会有康普顿效应从而产生散射线，会对处于该环境中的人类或生物产生二次伤害。工程造价大而且外表不美观，并且对环境有污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无铅的X、γ射线防护硬质材料及制备方法，它不含铅，绿色环保，对于X、γ射线的防护等级高。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种无铅的X、γ射线防护硬质材料，其原料包括树脂基材、功能性粒子和助剂，所述树脂基材与功能性粒子的重量配比为1：1.5-3.5；
所述树脂基材包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯烯、工程塑料中的任一项或几项的组合；
所述功能性粒子包括钨粉、氧化铋、氧化钆、氧化钽；
所述助剂包括钙锌复合稳定剂、氯化聚乙烯、硬脂酸、聚乙烯蜡、偶联剂。
进一步的，所述树脂基材为聚氯乙烯。
进一步的，所述树脂基材与钨粉、氧化铋、氧化钆、氧化钽的重量比为1:1×X∶0.62×X∶0.2×X∶0.21×X，其中X的取值范围为1-6。
进一步的，所述钨粉的纯度不小于98％，粒度不小于300目，密度不小于19g/cm3；
和/或，
所述氧化铋的型号为α型或β型，氧化铋的纯度不小于99％，粒度不小于300目，密度不小于8.5g/cm3；
和/或，
所述氧化钆的纯度不小于95％，粒度不小于300目，密度不小于7.4g/cm3；
和/或，
所述氧化钽的纯度不小于98％，粒度不小于300目，密度不小于8.7g/cm3。
进一步的，其原料按重量份数计包括：
100份聚氯乙烯、350份钨粉、217份氧化铋、70份氧化钆、73.5份氧化钽、7份钙锌复合热稳定剂、8份氯化聚乙烯、1份硬脂酸、1.5份聚乙烯蜡、5份偶联剂。
进一步的，通过以下方法制得：将原料搅拌均匀后，通过挤出成型制得。
进一步的，通过以下方法制得：将原料使用控温搅拌装置中，搅拌均匀后，待混合物冷却到30℃以下，将混合物加入到塑料挤出机挤出后，冷却、覆膜即得。
进一步的，通过以下方法制得：
将树脂基材加入控温搅拌装置中，在温度条件40℃-50℃下搅拌5分钟，再加入功能性粒子和助剂，在温度条件70℃-80℃下高速搅拌15分钟，得原料混合物；
将原料混合物冷却到30℃以下；
将冷却后的原料混合物送入塑料挤出机，经一区加热125℃、二区加热165℃、三区加热165℃、四区加热150℃、五区加热135℃，注入成型模具，再经模具定型，经冷却定型，水槽冷却，经牵引机牵引、加热覆膜机覆膜，经定长横切机切割，制成硬质防护材料，所述定型模具为两套前后排列且装有冷却循环水装置；
将挤出的防护材料冷却后，覆膜，薄膜需烘烤加热并经过塑性辊碾压。
进一步的，具体应用时候，用于对X、γ射线辐射的防护硬质材料。
上述一种无铅的X、γ射线防护硬质材料的制备方法，作为本发明申请的另一个方面。
对比现有技术，本发明的有益效果在于：
本技术采用树脂基材，结合加入功能性粒子和助剂，混合后经塑料挤出机挤出成型，获得的硬性材料具有较高的铅当量，能够对X、γ射线辐射具有很好的防护屏蔽效果。且不含铅，加工和使用过程均能够实现绿色环保。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。
实施例1：
一种无铅的X、γ射线防护硬质材料，其原材料包括按重量计算的如下组分：
100份PVC(聚氯乙烯)、150份W(钨粉)、93份Bi2O3(氧化铋)、30份Gd2O3(氧化钆)、31.5份Ta2O5(氧化钽)、7份钙锌复合热稳定剂、8份CPE(氯化聚乙烯)、1份SA(硬脂酸)、1.5份PE蜡(聚乙烯蜡)、5份KH550(偶联剂)。
将上述材料放入可调速控温搅拌装置中，高速搅拌均匀后，待混合物冷却到30℃以下，将混合物加入到注塑机挤出后经冷却、覆膜得到一种无铅的X、γ射线防护硬质材料，厚度8mm。
实施例2：
一种无铅的X、γ射线防护硬质材料，其原材料包括按重量计算的如下组分：
100份PVC(聚氯乙烯)、200份W(钨粉)、124份Bi2O3(氧化铋)、40份Gd2O3(氧化钆)、42份Ta2O5(氧化钽)、7份钙锌复合热稳定剂、8份CPE(氯化聚乙烯)、1份SA(硬脂酸)、1.5份PE蜡(聚乙烯蜡)、5份KH550(偶联剂)。
将上述材料放入可调速控温搅拌装置中，高速搅拌均匀后，待混合物冷却到30℃以下，将混合物加入到塑料挤出机挤出后经冷却、覆膜得到一种无铅的X、γ射线防护硬质材料，厚度8mm。
实施例3：
一种无铅的X、γ射线防护硬质材料，其原材料包括按重量计算的如下组分：
100份PVC(聚氯乙烯)、250份W(钨粉)、155份Bi2O3(氧化铋)、50份Gd2O3(氧化钆)、52.5份Ta2O5(氧化钽)、7份钙锌复合热稳定剂、8份CPE(氯化聚乙烯)、1份SA(硬脂酸)、1.5份PE蜡(聚乙烯蜡)、5份KH550(偶联剂)。
将上述材料放入可调速控温搅拌装置中，高速搅拌均匀后，待混合物冷却到30℃以下，将混合物加入到塑料挤出机挤出后经冷却、覆膜得到一种无铅的X、γ射线防护硬质材料，厚度8mm。
实施例4：
一种无铅的X、γ射线防护硬质材料，其原材料包括按重量计算的如下组分：
100份PVC(聚氯乙烯)、300份W(钨粉)、186份Bi2O3(氧化铋)、60份Gd2O3(氧化钆)、63份Ta2O5(氧化钽)、7份钙锌复合热稳定剂、8份CPE(氯化聚乙烯)、1份SA(硬脂酸)、1.5份PE蜡(聚乙烯蜡)、5份KH550(偶联剂)。
将上述材料放入可调速控温搅拌装置中，高速搅拌均匀后，待混合物冷却到30℃以下，将混合物加入到塑料挤出机挤出后经冷却、覆膜得到一种无铅的X、γ射线防护硬质材料，厚度8mm。
实施例5：
一种无铅的X、γ射线防护硬质材料，其原材料包括按重量计算的如下组分：
100份PVC(聚氯乙烯)、350份W(钨粉)、217份Bi2O3(氧化铋)、70份Gd2O3(氧化钆)、73.5份Ta2O5(氧化钽)、7份钙锌复合热稳定剂、8份CPE(氯化聚乙烯)、1份SA(硬脂酸)、1.5份PE蜡(聚乙烯蜡)、5份KH550(偶联剂)。
将上述材料放入可调速控温搅拌装置中，搅拌均匀后，待混合物冷却到30℃以下，将混合物加入到塑料挤出机挤出后经冷却、覆膜得到一种无铅的X、γ射线防护硬质材料，厚度8mm。
表一：实施例的配比统计表
实施例
1
2
3
4
5
PVC(聚氯乙烯)
100
100
100
100
100
PE(聚乙烯)
PP(聚丙烯)
PS(聚苯烯)
ABS(工程塑料)
W(钨粉)
150
200
250
300
350
Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(氧化铋)
93
124
155
186
217
Gd<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(氧化钆)
30
40
50
60
70
Ta<sub>2</sub>O<sub>5</sub>(氧化钽)
31.5
42
52.5
63
73.5
钙锌复合稳定剂
7
7
7
7
7
CPE(氯化聚乙烯)
8
8
8
8
8
SA(硬脂酸)
1
1
1
1
1
PE蜡(聚乙烯蜡)
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
KH550(偶联剂)
5
5
5
5
5
上述表一种的组分以重量份数计算。
表二：实施例的防辐射效果数据表
以上表二中铅当量是无铅X、γ射线防护硬质材料在120KV管电压下测得。
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