一种应用于射线屏蔽的钨基复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种应用于射线屏蔽的钨基复合材料及其制备方法，属于先进功能性 复合材料设计及制备领域。
【背景技术】
[0002] 随着现代科学技术水平的提高，在核电能源、医疗检测、军事战争、航空航天、民生 安保等领域围绕核能及射线应用而展开的各种基础研宄和技术开发不断增加，由此射线防 护显得愈加重要。例如在核电领域，核电厂的反应堆是一个巨大的放射源，核燃料裂变及核 废料会产生大量的射线辐射。因此，必须对其设备及操作人员进行防辐射屏蔽，以避免各种 可能事故的发生。又例如在核医疗领域，医疗场所的X射线检查设备、CT检查设备逐年增 多，一次诊断过程中病人受到的局部照射剂量相当于天然辐射年当量剂量的数十倍，放疗 的局部剂量更大，一个疗程的剂量相当于诊断的几千倍。因此，患者及频繁操放射医疗设备 的医护人员必须进行有效的射线屏蔽，以减少意外辐射危害。
[0003] 传统的核射线屏蔽材料主要为金属铅及其聚合物复合材料，其具有良好的能量吸 收特性，对低能和高能X射线以及γ射线有较好的屏蔽效果，成本低且易于加工。然而， 铅本身熔点低、有生物毒性，在较高温度时会形成铅蒸汽，含铅的废气、废水、废渣等污染大 气、水源和农作物，严重危及人体健康。根据欧盟《关于限制在电子电器设备中使用某些有 害成分的指令（RoHS指令）》、《报废电子电气设备指令（WEEE指令）》以及《化学品的注册、 评估、授权和限制（REACH法规）》，铅被列为限制使用及高度关注的有害物质之一。随着我 国生态文明建设和环境治理措施不断加强，国家将陆续强制关闭没有铅后续处理能力的加 工工厂，因此无铅的屏蔽材料将会出现较大的需求，研宄以其它材料代替铅应用于射线屏 蔽领域势在必行。
[0004] 钨的原子序数为74,密度为19. 35g/cm3,具有良好的射线屏蔽性能，且不产生二次 电子辐射，是用来做核辐射屏蔽材料的理想之选。但值得注意的是，钨为高熔点难熔金属， 烧结态韧塑性较差，成形加工困难且成本较高，难以制备形状较为复杂的应用零件，因此在 应用时受到诸多限制。日本Tomita于2001年申请专利EP1338626,该专利以聚酰胺（PA6， PA66及PA12)为聚合物基体，以钨粉为屏蔽剂，采用注射成形制备的复合材料具有较好的 射线屏蔽性能，但无法用于有弹性要求的场合，且只能制备小规格制品，其适用范围受到限 制。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于设计一种应用于射线屏蔽的钨基复合材料及其制备方法。该复 合材料不含铅，具有良好的射线屏蔽性能、物理机械性能等，且环境友好，柔韧易加工，可应 用于核工业、核医疗、精密仪器、电子机械、核废料及核危机污染物存储容器等的射线屏蔽 领域。
[0006] 本发明的具体技术方案如下：
[0007] -种应用于射线屏蔽的钨基复合材料，各组分及其重量百分比含量为：
[0008] 橡胶100重量份；
[0009] 钨粉200重量份-2000重量份；
[0010] 钨纤维0· 5重量份-50重量份；
[0011] 重晶石粉0. 5重量份-150重量份和/或稀土氧化物粉0. 5重量份-250重量份；
[0012] 相容剂0. 5重量份-6重量份；
[0013] 活化剂3重量份-9重量份；
[0014] 增塑剂0. 5重量份-50重量份；
[0015] 防老剂0. 5重量份-3重量份；
[0016] 防焦剂0· 05重量份-0· 5重量份；
[0017] 硫化促进剂0. 5重量份-3重量份；
[0018] 硫化剂0. 5重量份-3重量份。
[0019] 其中，橡胶优选为天然橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶中的一种或 几种的混合物。
[0020] 钨粉为费氏粒度0.4 μ m-20 μ m的一种钨粉或几种钨粉的混合物。其重量份优选 可以为 400、600、800、1000、1200、1400、1600、1800 份。
[0021] 钨纤维为直径10 μ m-30 μ m、长径比50-150的一种钨纤维或几种钨纤维的混合 物。其重量份优选可以为5、10、15、20、25、30、35、40、45份。
[0022] 重晶石粉为费氏粒度0. I μ m-5 μ m的一种重晶石粉或几种重晶石粉的混合物。其 重量份优选可以为 10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140 份。
[0023] 稀土氧化物为费氏粒度0. 4 μπι-20 μπι的氧化铒、氧化镧、氧化札、氧化钕、氧化 铈、氧化镨、氧化钐中的一种稀土氧化物粉或几种稀土氧化物粉的混合物。其重量份优选可 以为 10、20、40、60、80、100、120、140、160、180、200、220、240 份。
[0024] 其中，活化剂、防老剂、防焦剂、增塑剂、相容剂、硫化促进剂、硫化剂中都不含铅元 素。这些可以采用现有技术。但是，优选地，
[0025] 活化剂中含有氧化锌，优选的为间接法氧化锌。
[0026] 防焦剂优选为次磺酰胺类防焦剂，更优选的为N-环己基硫代酞酰胺。
[0027] 增塑剂优选为芳烃油、环烷油或石蜡油中的一种。
[0028] 相容剂优选为硅烷偶联剂。
[0029] 上述的应用于射线屏蔽的钨基复合材料的制备方法，其步骤为：
[0030] (1)原料配料准备：把各种原料按配方称好质量，并将防老剂、硫化促进剂等橡胶 助剂中的粒料破碎成粉状。
[0031] (2)混合填料制备：将钨粉、钨纤维、重晶石粉、稀土氧化物粉等填料在真空干燥 箱中真空干燥，并在真空高速混合机中混合均匀制得混合填料。
[0032] (3)胶料混炼：在密炼机中依次加入橡胶、活化剂、防老剂、防焦剂、混合填料、增 塑剂、相容剂、硫化促进剂、硫化剂等，密炼均匀后，开炼机开炼打卷，并下条停放。
[0033] (4)挤出压延：将停放胶条投入销钉式冷喂料挤出机，以液压式宽幅机头挤出，并 经压延机压延成片材，经裁边冷却后，以纸或布作垫（优选的，以高强度双面离型纸作垫）