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(duì)樣品理化性能的檢測(cè)，證實(shí)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(cè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)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(shí)由于其柔性的特征能夠更加適應(yīng)核電現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜屏蔽情況，具有良好的工程應(yīng)用價(jià)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(huì)的不斷進(jìn)步以及科學(xué)技術(shù)日益蓬勃的發(fā)展，人類對(duì)于能源的需求也在不斷擴(kuò)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(duì)人類的傷害問題也越來越來受到全社會(huì)的關(guān)注[1]。鉛是一種能夠有效阻擋X射線、γ射線高強(qiáng)度射線的金屬，被廣泛應(yīng)用于輻射熱點(diǎn)進(jìn)行射線屏蔽。目前工程實(shí)踐中主要選用鉛板作為屏蔽材料進(jìn)行應(yīng)用[2-4]，但是，由于鉛密度大、重量重，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)不易操作，尤其是在核電、核設(shè)施等管路及閥門現(xiàn)場(chǎng)屏蔽時(shí)，操作比較困難。因此文章設(shè)計(jì)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(chǎng)屏蔽需要，尤其是滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急屏蔽需要。

1 樣品制備及檢測(cè)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(jìn)行切削加工，實(shí)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(zhǎng)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(jī)冷壓力和成型后屏蔽厚度計(jì)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(jì)。使用模壓機(jī)將鉛絲冷壓壓平，壓實(shí)；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(jìn)行連接固定；固定時(shí)應(yīng)確保固定牢固，扎實(shí)行間距應(yīng)小于5cm。使用熱壓工藝將聚氨酯包裹層進(jìn)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(cè)：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(shí)驗(yàn)采用垂直燃燒法進(jìn)行外包覆層用聚氨酯涂層布阻燃性能測(cè)試評(píng)定。本實(shí)驗(yàn)按GB/T2941-2006的相關(guān)規(guī)定實(shí)驗(yàn)，5個(gè)試樣為一組。（2）外包覆層耐老化性能實(shí)驗(yàn)：熱老化實(shí)驗(yàn)按塑料熱老化試驗(yàn)方法進(jìn)行，老化實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行拉伸性能的測(cè)定，以評(píng)價(jià)老化實(shí)驗(yàn)對(duì)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(hù)材料的重要指標(biāo)，本實(shí)驗(yàn)制作樣品的有效屏蔽層厚度為5mm，測(cè)試裝置為T10022-0037+PTW32005-0019標(biāo)準(zhǔn)電離室，測(cè)試依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程為GBZ/T147-2002 X射線防護(hù)材料衰減性能的測(cè)定。本實(shí)驗(yàn)選用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)分別為γ射線照射量（防護(hù)水平）標(biāo)準(zhǔn)裝置，測(cè)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(hù)水平）標(biāo)準(zhǔn)裝置，測(cè)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(shí)驗(yàn)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(cè)：通過對(duì)5組平行樣品進(jìn)行阻燃性能實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。首次施加火焰后有焰燃燒時(shí)間平均值為22秒，二次施加火焰后有焰和無焰燃燒時(shí)間之和平均值為32秒，根據(jù)相關(guān)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)判斷等級(jí)為FV-1，具備一定的阻燃性。（2）外包覆層耐老化性能檢測(cè)。樣品經(jīng)老化處理后測(cè)定拉伸長(zhǎng)度、拉伸伸長(zhǎng)率實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄如圖1，通過與處理前樣品對(duì)比發(fā)現(xiàn)拉伸強(qiáng)度平均變化率為12.5%，伸長(zhǎng)率變化率平均為8.25%，實(shí)驗(yàn)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(cè)后實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示，通過對(duì)樣品核心屏蔽層的屏蔽性能檢測(cè)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(shí)現(xiàn)了輕量化目標(biāo)。

3 結(jié)束語(yǔ)

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(jìn)，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(chǎng)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(shí)該新型復(fù)合屏蔽材料綜合性能優(yōu)良，滿足輻射場(chǎng)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(diǎn)，尤其適合于現(xiàn)場(chǎng)管道、閥門等不規(guī)則輻射熱點(diǎn)的屏蔽防護(hù)，具備良好的核電現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[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(duì)環(huán)境的影響[J].科技促進(jìn)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.