基于铅的柔性屏蔽材料制备及性能研究

李龙+++郭朝选+++李小明+++罗晓渭

摘 要：利用高纯度的铅，采用铅材箔丝化结合双面聚氨酯涂层布表面包覆处理法制备一种基于铅粒子的新型柔性屏蔽材料，通过对样品理化性能的检测，证实该柔性屏蔽材料外包覆层具有良好的阻燃性能、耐老化性能，能够满足辐射屏蔽工程应用要求，通过屏蔽性能检测实验证实样品核心屏蔽层在屏蔽相同剂量的射线情况下该样品相比于传统铅板降低了屏蔽材料的重量，同时由于其柔性的特征能够更加适应核电现场的复杂屏蔽情况，具有良好的工程应用价值。

关键词：铅；射线；柔性屏蔽；工程应用

前言

伴随着人类社会的不断进步以及科学技术日益蓬勃的发展，人类对于能源的需求也在不断扩大，核能的广泛利用为未来人类的可持续发展提供了有力的能源支持，然而随着核能的开发利用，放射性所带来的环境污染以及对人类的伤害问题也越来越来受到全社会的关注[1]。铅是一种能够有效阻挡X射线、γ射线高强度射线的金属，被广泛应用于辐射热点进行射线屏蔽。目前工程实践中主要选用铅板作为屏蔽材料进行应用[2-4]，但是，由于铅密度大、重量重，现场应用时不易操作，尤其是在核电、核设施等管路及阀门现场屏蔽时，操作比较困难。因此文章设计了利用高纯度的铅，采用铅材箔丝化结合双面聚氨酯涂层布表面包覆处理法制备一种基于铅粒子的新型柔性屏蔽材料，以满足现场屏蔽需要，尤其是满足现场应急屏蔽需要。

1 样品制备及检测方法

1.1 制备材料及方法

将高纯度铅材在数控车床上进行切削加工，实现铅材的铅箔丝状化；铅箔丝厚度0.01-1mm，铅箔丝宽度0.01-2mm，铅箔丝长度50-200mm。将铅箔丝加入预制模具中，模具上下面分别使用两层聚氨酯布将铅丝包裹；在添加铅箔丝前，应根据模压机冷压力和成型后屏蔽厚度计算铅箔丝的添加量。应将铅箔丝均匀摊平布置在预制模具中，模具尺寸可根据产品要求设计。使用模压机将铅丝冷压压平，压实；应控制冷压压力，避免因压力过大影响成品的柔软性。用尼龙绳将压平的铅丝与聚氨酯包裹面进行连接固定；固定时应确保固定牢固，扎实行间距应小于5cm。使用热压工艺将聚氨酯包裹层进行封口处理，制得样品。

1.2 基于铅的柔性屏蔽材料理化性能探究

（1）外包覆层阻燃性能检测：材料阻燃性能是指材料具有明显推迟火焰蔓延的性能。本实验采用垂直燃烧法进行外包覆层用聚氨酯涂层布阻燃性能测试评定。本实验按GB/T2941-2006的相关规定实验，5个试样为一组。（2）外包覆层耐老化性能实验：热老化实验按塑料热老化试验方法进行，老化实验后进行拉伸性能的测定，以评价老化实验对物理力学性能的影响。

1.3 基于铅的柔性屏蔽材料屏蔽性能探

屏蔽性能是衡量辐射防护材料的重要指标，本实验制作样品的有效屏蔽层厚度为5mm，测试装置为T10022-0037+PTW32005-0019标准电离室，测试依据的标准规程为GBZ/T147-2002 X射线防护材料衰减性能的测定。本实验选用的计量标准分别为γ射线照射量（防护水平）标准装置，测量范围为（2.95*10-7-2.95*10-3）C·Kg-1·h-1，不确定度为4.6%（k=2）；X射线照射量（防护水平）标准装置，测量范围为（3*10-6-3*10-3）C·Kg-1·h-1，不确定度为4.0%（k=2）。

2 实验结果及讨论

2.1 柔性鉛屏蔽材料理化性能探究结果

（1）外包覆层阻燃性能检测：通过对5组平行样品进行阻燃性能实验，结果如表1所示。首次施加火焰后有焰燃烧时间平均值为22秒，二次施加火焰后有焰和无焰燃烧时间之和平均值为32秒，根据相关评定标准判断等级为FV-1，具备一定的阻燃性。（2）外包覆层耐老化性能检测。样品经老化处理后测定拉伸长度、拉伸伸长率实验结果记录如图1，通过与处理前样品对比发现拉伸强度平均变化率为12.5%，伸长率变化率平均为8.25%，实验结果表明样品具有较好的抗老化性能。

2.2 柔性铅屏蔽材料屏蔽性能探究结果

柔性铅屏蔽材料经过屏蔽性能检测后实验结果如表2所示，通过对样品核心屏蔽层的屏蔽性能检测分析，其屏蔽层5mm厚度的等效铅当量为5.2mmpb，屏蔽性能优良且实现了轻量化目标。

3 结束语

采用铅材铅箔化、铅丝化，通过丝网搭接完成铅材的柔性化改进，通过模压成型、热塑封口等工艺在表面包覆双面聚氨酯涂层布，嵌入现场便捷安装的安装孔，形成一种柔性铅屏蔽产品，通过表征其相关性能，证实该新型复合屏蔽材料综合性能优良，满足辐射场所使用要求，且具有较高的质量吸收系数，是一种较佳的X、γ射线屏蔽材料，结合柔性特点，尤其适合于现场管道、阀门等不规则辐射热点的屏蔽防护，具备良好的核电现场工程应用价值。

参考文献

[1]刘洪涛，等.人类生存发展与核科学[M].北京：北京大学出版社，2001.1-50.

[2]郑东海.核能技术应用中的电离辐射对环境的影响[J].科技促进发展，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.