[发明专利]一种无铅橡胶基弹性复合屏蔽材料及其制备工艺

说明书

技术领域

    本发明属于材料及其制备工艺技术领域，具体是一种无铅橡胶基弹性复合屏蔽材料及其制备工艺。

背景技术

众所周知，在涉核领域γ射线、X射线等对人体组织有较强的穿透性，且对不同密度的组织穿透能力不同，当人体或其它生物受到γ射线、X射线等的长时间辐射后，会产生生物辐照效应对人体和生物造成不同程度的损伤。因此，为了降低辐照损伤危险，最大程度地保护操作人员和环境生物的安全，射线屏蔽材料应运而生。

总体上，对射线屏蔽材料的现实需求可归纳为两大类：其一，是从“人”的防护角度出发，保护操作人员和社会公众，需要“软质”柔性的个人射线防护产品；其二，是从设施、设备和环境生物屏蔽的角度出发，需要“软质”的射线屏蔽材料和“硬质”的结构屏蔽体。

尤其是，现在核电领域，运行寿命普遍延长。即将推广的第三代核电技术AP1000，其设计寿命为60年。因此，需要屏蔽材料的耐辐照性能良好，尽可能避免材料的辐照劣化效应。

目前，普遍使用的γ射线、X射线屏蔽材料主要有以下几类：第一，纯铅材料。代表性的有铅皮、铅罐、铅衣等；第二，铅与塑料、橡胶等的复合材料。如，铅硼聚乙烯、铅橡胶、铅聚丙烯弹性体等；第三，铸铁、不锈钢、重混凝土等重型屏蔽材料。

铅作为传统的γ射线、X射线屏蔽材料，在历史上已沿用了一百多年，为保护人类健康作出了杰出贡献。但是，“铅”是一种有毒重金属，对人体和环境生物危害极大；“铅”的储存、加工、运输、使用等各个环节都会产生铅尘或铅蒸汽，从而随时随地污染环境；“铅”的回收和处置耗费更大的成本。此外，铅的“K层功率吸收边界”为88Kev，所以铅对能量位于40kev～80kev之间的射线存在一个“吸收薄弱区”，作为X－射线的屏蔽就不太理想。

这些传统的屏蔽材料，都各有其重大缺陷。含铅的屏蔽材料由于毒性大、对人体和环境有害，逐渐被新型屏蔽材料取代将成为必然趋势，尤其是在“软质”柔性的个人射线防护产品中，将实现全面的无铅化。

因此，急需开发一种无铅、宽射线吸收能量谱、质轻、无毒、使用寿命长的新型射线屏蔽材料，以适应现代科技发展、满足保护人类健康、保护环境的要求。

发明内容

本发明就是为了适应这一发展趋势，满足现代日益严格的环保要求，开发无铅、无毒、宽射线吸收能量谱、质轻的“软、硬质”兼顾的无铅橡胶基弹性复合屏蔽材料。

本发明的上述目的是通过如下技术方案实现的：一种无铅橡胶基弹性复合屏蔽材料，其具有射线屏蔽金属元素和/或其化合物与耐辐照基体材料进行共混弥散而形成海岛相结构，其中所述海岛相由芳香环橡胶、N990 (炭黑填充物)、表面活性剂、铋、钨、稀土（及其相关混合物）、增塑剂、ZnO （氧化锌）、SA/AC (硬脂酸)、TDTM（二硫代四甲基秋兰姆）、ＤＭ(二硫代二苯并噻唑)、TRA（四硫代双１.５亚戊基秋兰姆）组成，所述海岛相通过交联形成弥散均匀性无铅橡胶基弹性屏蔽材料。

作为优选，本发明中所述射线屏蔽金属元素为金属钨和/或其氧化物、碳化物、金属铋和/或其氧化物、单一稀土或混合稀土氧化物中的一种或几种，可以是单一金属或氧化物，也可以是任意几种金属或其氧化物的不同组合。

进一步的，本发明中所述耐辐照基体材料为芳香环橡胶体系，优选丁苯橡胶、高苯乙烯橡胶或其混合物。

进一步的，本发明中所述屏蔽金属元素和/或其化合物组分占比（重量百分数）为5%-90%。

进一步的，本发明中所述海岛相结构中各组分具有如下重量分数：芳香环橡胶5-95%；Ｎ９９０（炭黑填充物）５-５０%；表面活性剂０.１-２%；铋、钨、稀土（及其相关混合物）5-９０%；、ＺnＯ（氧化锌）0.5-8%；增塑剂5-40%；ST/AC（硬脂酸）0.1-3%；TT（二硫代四甲基秋兰姆）0.01-1%；ＤＭ(二硫代二苯并噻唑) 0.1-2%；ＴＲＡ（四硫代双１.５亚戊基秋兰姆）0.1-2.55%。

本发明的另一目的是提供一种上述无铅橡胶基弹性复合屏蔽材料的制备工艺，由以下工艺步骤组成:

步骤一 ， 塑炼

按照使用量将芳香环橡胶橡胶投入开炼机进行塑炼，在温度30℃-65℃度温度下进行塑炼20-35分钟；

步骤二  铋、钨、　稀土（或其混合物）与环烷油的混合

将配方当量的铋、钨、　稀土（或其混合物）与增塑剂一起搅拌，先期分散均匀；

步骤三  混炼