防輻射纖維課件

關(guān)于防輻射纖維第1頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三目錄一、概述

1、輻射的種類及來源

2、電磁輻射的危害二、防輻射纖維

1、耐輻射纖維

2、復(fù)合型防輻射纖維

2.1防微波輻射纖維

2.2防中子輻射纖維

2.3防X射線輻射纖維三、防輻射纖維的發(fā)展趨勢第2頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三一、概述

隨著電子、電器設(shè)備的大量使用，存在與地球上的電磁波大幅度增加。電磁波輻射對(duì)人類生活和生產(chǎn)活動(dòng)有著巨大的影響。一定強(qiáng)度的電磁波輻射不僅可以直接影響各個(gè)領(lǐng)域中電子設(shè)備的正常工作，使之控制失靈，而且還影響到日常生活，影響電視機(jī)與收音機(jī)的視聽效果。電磁波輻射對(duì)人體健康能不良影響：使人記憶力衰退，失眠，多夢(mèng)，乏力，頭暈等癥狀。 電磁波輻射污染與大氣污染，水質(zhì)污染和廢棄物污染等污染顯著不同，這種污染是一種高科技污染，它無色，無味，無形，是一種用感官無法感知的污染現(xiàn)象，被喻為“隱形殺手”。第3頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三

1、輻射的種類及來源（1）自然型電磁污染的分類以及來源分類來源大氣與空電污染源自然界的火花放電、雷電、火山噴發(fā)太陽電磁源太陽黑子的活動(dòng)與黑體輻射宇宙電磁場源銀河系恒星的爆發(fā)、宇宙間電子移動(dòng)第4頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三（2）人為型電磁污染源分類分類設(shè)備名稱污染來源與部件火花放電電氣設(shè)備、發(fā)動(dòng)機(jī)等發(fā)電機(jī)、放電管等輝光放電放電管白光燈、高壓水銀燈電暈放電電力線由于高電壓、大電流而引起靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、大地電流泄露造成弧光放電放電管、開關(guān)等發(fā)電機(jī)、整流裝置、點(diǎn)火裝置等工頻輻射場源電氣設(shè)備、大功率輸電線高電壓、大電流的電力線、電氣設(shè)備射頻輻射場源應(yīng)用設(shè)備（治療機(jī)等）醫(yī)學(xué)用射頻利用設(shè)備的工作電路與振蕩系統(tǒng)射頻輻射場源電子設(shè)備（無線電發(fā)射機(jī)、雷達(dá)等）電視、廣播的振蕩與發(fā)射系統(tǒng)射頻輻射場源電氣設(shè)備（加熱設(shè)備、微波干燥機(jī)等）工業(yè)用頻射利用設(shè)備的工作電路與振蕩系統(tǒng)建筑物反射高層樓群以及大型金屬構(gòu)件墻壁、鋼筋等第5頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三

2、電磁輻射的危害

各國科學(xué)家經(jīng)過長期研究證明：長期接受電磁輻射會(huì)造成人體免疫力下降、新陳代謝紊亂、記憶力減退、提前衰老、心率失常、視力下降、血壓異常、皮膚產(chǎn)生斑痘、粗糙，甚至導(dǎo)致各類癌癥等。 目前人們應(yīng)用的最普遍的電器如電熱毯、電動(dòng)按摩器、電動(dòng)剃須刀、移動(dòng)電話、微波爐、電子計(jì)算機(jī)等，它們都能產(chǎn)生電磁波。就連人們每天離不開的電視機(jī)也會(huì)輻射電磁波。第6頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三

3.電磁污染的分類 對(duì)人類的生存和繁衍構(gòu)成重大影響的射線大致可以分為兩類：粒子射線和電磁射線。粒子射線包括中子射線、質(zhì)子射線、正電子射線和電子射線（陰極射線和β射線）。電磁射線根據(jù)其波長（或頻率）的不同，可分為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線及γ射線。 其中對(duì)人體傷害較大又較難防護(hù)的射線有中子射線，X射線，γ射線和電磁輻射。第7頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三二、防輻射纖維（Radiationresistantfiber）

防輻射纖維是指能吸收或消散輻射能,對(duì)人體起防護(hù)作用的纖維。它主要包括了防中子輻射纖維，防X射線纖維和防微波輻射纖維。防輻射纖維有兩種類型：

1）耐輻射纖維—纖維本身就耐輻射性；

2）復(fù)合型防輻射纖維—通過往纖維中添加其他化合物或元素使該纖維具有耐輻射的性能。第8頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三防電磁波輻射纖維的應(yīng)用第9頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三1.耐輻射纖維--聚酰亞胺纖維（

Polyimidefiber）

在有機(jī)纖維中，聚酚醛纖維、聚酰亞胺纖維、聚間苯二甲酰間二胺纖維等在經(jīng)受高能射線照射后不產(chǎn)生輻射化學(xué)降解和交聯(lián)反應(yīng)，仍具有一定的物理機(jī)械性能和使用價(jià)值，這類纖維由于具有良好的耐輻射性能而稱之為耐輻射纖維。而聚酰亞胺纖維是該類纖維的典型。

第10頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三1.1聚酰亞胺纖維的特性（1）耐輻照性聚酰亞胺纖維具有很高的耐輻照性能,實(shí)驗(yàn)表明,該纖維經(jīng)1×1010rad快電子照射后其強(qiáng)度保持率仍為90%,這是其它纖維無法比擬的,因此它是航空航天首選的材料之一,也是高溫介質(zhì)及放射性物質(zhì)的過濾材料，但其耐紫外線輻射性能相對(duì)較差（2）高強(qiáng)高模聚酰亞胺纖維具有高強(qiáng)高模的特性,據(jù)理論計(jì)算,由均苯二酐和對(duì)苯二胺合成的纖維的模量可達(dá)410GPa,僅次于碳纖維。第11頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三

（3）熱穩(wěn)定性由聯(lián)苯二酐和對(duì)苯二胺合成的聚酰亞胺,熱分解溫度達(dá)到600℃,是迄今聚合物中熱穩(wěn)定性最高的品種之一。可在超音速航空和航天設(shè)備上安全地使用。（4）耐低溫聚酰亞胺纖維聚酰亞胺纖維可耐極低的溫度,如在-269℃的液氦中仍不會(huì)脆裂,因此可用在低溫環(huán)境的考察試驗(yàn)中。第12頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三

（5）良好的介電性能芳香族聚酰亞胺纖維的介電常數(shù)為3·4左右,含氟的聚酰亞胺纖維其介電常數(shù)可降到2·5左右。介電損耗10-3,介電強(qiáng)度100~300KV/mm,體積電阻率為1017Ω·cm。這些性能在寬廣的溫度和頻率范圍內(nèi)仍能保持較高的水平。（6）生物相溶性聚酰亞胺纖維對(duì)生物無毒,可用在醫(yī)用器械上,并經(jīng)得起數(shù)千次消毒。一些品種聚酰亞胺具有很好的生物相容性,例如,在血液相容性試驗(yàn)中為非溶血性,體外細(xì)胞毒性試驗(yàn)為無毒等。第13頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三1.2耐輻射纖維的應(yīng)用

聚酰亞胺纖維在現(xiàn)代高科技領(lǐng)域主要用于宇航、電氣絕緣、原子能工業(yè)、衛(wèi)星、核潛艇及微電子工業(yè)，如用作宇航和核動(dòng)力站所需的各種織物，可燃性氣體及耐腐蝕性氣體的過濾材料。 尤其在宇航器件方面，如宇宙飛船，衛(wèi)星等部件，在宇航中會(huì)遭遇到各種射線的輻射，這些宇航射線都能含有各種能量的射線，一般的纖維強(qiáng)度會(huì)急劇下降，唯有聚酰亞胺纖維能耐宇宙射線的輻射而強(qiáng)度不變。在原子能設(shè)施中的結(jié)構(gòu)材料，若用金屬或無機(jī)材料，當(dāng)受到放射性照射后，會(huì)成為具有大量發(fā)射性的廢料，而用酰亞胺纖維制成的復(fù)合材料，受輻射，最終分解，廢料的放射性極少，處理也很方便。第14頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三2、復(fù)合型防輻射纖維

所謂復(fù)合型防輻射纖維，是采用具有防輻射作用的化合物或元素，添加到普通成纖高聚物中紡制成的具有耐輻射性能的性能。 復(fù)合型防輻射纖維主要有： （1）防微波輻射纖維 （2）防中子輻射纖維 （3）防X射線輻射纖維第15頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三2.1防微波輻射纖維

防微波輻射纖維是指對(duì)電磁波具有反射性能的纖維。微波是一種頻率很高的電磁波，人們?cè)诠ぷ骱蜕钪袑W(xué)會(huì)利用微波的同時(shí)，也給人類帶來了一定的危害。長期受到微波輻射的工作人員，他們的收縮壓、心率、血小板和白血球的免疫功能等都會(huì)受到一定程度的影響，并會(huì)引起神經(jīng)衰弱、眼晶體混濁等癥狀。

第16頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三

金屬材料是理想的防微波輻射的材料，因其笨重而很少有人穿著。一般利用金屬纖維與其他纖維混紡成紗，再織成布，成為具有良好防輻射效果的防微波織物。 其中所用的金屬纖維既可以是純粹由無機(jī)金屬材料制成的纖維（如不銹鋼纖維），也可以是在金屬纖維的表面上涂一層塑料后后制成的纖維，還可以是外包金屬的鍍金屬纖維（如鍍鋁、鍍鋅、鍍銅、鍍鎳、鍍銀的聚酯纖維、玻璃纖維等）。 由這種纖維制成的防電磁波輻射的織物具有防微波輻射性能好、質(zhì)輕、柔韌性好等優(yōu)點(diǎn)，是一種比較理想的微波防護(hù)面料，微波透射量僅為入射量的“10萬分之一。第17頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三2.2防微波輻射的纖維的種類

2.2.1

金屬絲混紡織物

金屬纖維具有良好的導(dǎo)電性、優(yōu)良的耐熱、耐化學(xué)腐蝕性和較高的強(qiáng)度,其細(xì)度、柔軟性接近于一般紡織纖維,現(xiàn)已被列為新材料行列,主要用作電磁輻射防護(hù)服、抗靜電服等。 目前用作電磁輻射防護(hù)服的金屬纖維主要是鎳?yán)w維和不銹鋼纖維兩種。 日本住友、美國杜邦和3M公司等先后開發(fā)出了鋁系和銅系等柔軟纖細(xì)，外觀酷似棉花等天然纖維的金屬系纖維。第18頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三2.2.2金屬鍍層纖維

所謂金屬鍍層纖維,就是將金屬以分子或原子狀態(tài)覆蓋在服用纖維表面,在化學(xué)纖維表面沉積厚0.02～2.5μm的金屬層,纖維的電阻率為10-2

～10-4Ω·cm的表面金屬化纖維。表面鍍層常用的金屬有銅、鎳、銀等。纖維表面金屬化的方法主要有化學(xué)鍍、電鍍和真空鍍等三種。 鍍銅、鍍鎳?yán)w維具有良好的屏蔽性能,被廣泛用于電磁輻射防護(hù)領(lǐng)域。鍍銅纖維織造成的織物在電磁輻射頻率0.15MHz～20GHz范圍內(nèi),屏蔽效能達(dá)50～100dB,用作電磁輻射防護(hù)服、電磁彈防護(hù)材料、假目標(biāo)和定位裝置、保密室墻布和窗簾、屏蔽帳等。但鍍銅纖維的耐蝕性較差,尤其不適宜在潮濕的海洋環(huán)境條件下使用;銅易氧化,不僅使其表面氧化,失去光澤,而且還降低導(dǎo)電性,影響產(chǎn)品的屏蔽效果。故鍍銅纖維表面需鍍覆鎳、錫、銀、金等其他金屬加以保護(hù)。第19頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三2.2.3涂覆金屬鹽纖維采用金屬絡(luò)合物處理聚合物纖維也可制成比電阻IΩ·cm以下的纖維，具體數(shù)值取決于金屬鹽的種類。日本研制出了含Cu9S5，的導(dǎo)電睛綸，方法是將腈綸浸漬在二價(jià)銅溶液中，然后利用有機(jī)或無機(jī)含硫還原劑將其還原成一價(jià)的銅離子，并與腈綸上的一CN發(fā)生強(qiáng)烈絡(luò)合，從而在纖維表面生成Cu9S5的導(dǎo)電通道，電阻率為0.82Ω·cm，隨后日本三菱人造絲公司將此法推廣到滌綸中。第20頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三2.3防中子輻射纖維

防中子輻射纖維是指對(duì)中子流具有突出抗輻射性能的特種合成纖維，在高能輻射下它仍能保持較好的機(jī)械性能和電氣性能，并同時(shí)具有良好的耐高溫和阻燃性能。 由防中子輻射纖維制成的屏蔽，其作用就是要將快速中子減速和將慢速（熱）中子吸收。通常的中子輻射防護(hù)服裝只能對(duì)中、低能中子防護(hù)有效。

第21頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三

目前防中子輻射纖維研制當(dāng)中常用的成型技術(shù)為（1）離子交換吸附法（2）共混紡絲法（3）熔噴紡絲法（4）含硼陶瓷纖維成型法。第22頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三

將普通的陰離子交換纖維，在硼元素的離子化合物如硼砂、硼酸等水溶液中，或?qū)㈥栯x子交換纖維在鋰的離子化合物如氫氧化鋰、鹵化鋰或碳酸鋰等水溶液中浸泡一定的時(shí)間，取出后水洗、脫水、干燥后得到吸附有硼化合物或鋰化合物的纖維，該類纖維可用于中子輻射的防護(hù)。 日本三菱人造公司針對(duì)原子能工業(yè)和醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域?qū)θ彳浀妮p質(zhì)防護(hù)衣的需要，開發(fā)出了一種以離子交換纖維吸附中子吸收截面在10-26m2以上的物質(zhì)的離子制成防中子輻射技術(shù)。2.3.1離子交換吸附法第23頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三2.3.2共混紡絲法

方法：中子吸收劑的微粉在分散劑的存在下，與有機(jī)聚合物的切?；蚍勰┮砸欢ǖ谋壤旌虾螅趩温輻U擠出機(jī)上擠出一次以上，或在雙螺旋桿擠出機(jī)擠出一次以上，干燥后在常規(guī)條件下紡絲。 日本可樂麗公司將平均粒徑為1微米的中子吸收劑分散在乙二醇中，制成20%的分散液，然后在對(duì)苯二甲酸和乙二醇的聚合過程中加入這種分散液，縮聚后直接制成了含中子吸收劑的聚酯切粒。然后在常規(guī)條件下紡絲。第24頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三2.3.3熔噴紡絲法

熔噴紡絲法制成的防中子輻射的纖維由于未經(jīng)過牽伸處理，纖維的強(qiáng)度一般較差，只適合用于非織造布材料。 日本三菱人造公司于1985年首先將熔噴紡絲法技術(shù)用于防中子輻射纖維的研制當(dāng)中，通過將中子吸收劑與聚合物-溶劑混合液在高壓下噴出完成了紡絲和非織造布的加工過程。第25頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三2.3.4含硼陶瓷纖維成型法

由于硼元素具有優(yōu)良的中子吸收作用，所以含硼元素的陶瓷纖維具有良好的中子吸收作用。具有這種性能的纖維有碳化硼纖維、氮化硼纖維和氧化硼纖維等，這些纖維大都通過轉(zhuǎn)化法制成。但是由于這種纖維的價(jià)格昂貴以及其紡織加工性能和服用性能不理想，一般不用于加工中子輻射的防護(hù)服。第26頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三2.3.4防中子輻射纖維的生產(chǎn)

日本將鋰和硼的化合物粉末與聚乙烯樹脂共聚后，采用熔融皮芯復(fù)合紡絲工藝研制了防中子輻射材料，纖維的強(qiáng)度可達(dá)20~30CN/tex，斷裂伸長為21%~32%。由于纖維中鋰或硼化合物的含量高達(dá)纖維重量的30%，因而具有較好的防護(hù)中子輻射效果，可加工成機(jī)織物和非織造布，定重為430g/平方米的機(jī)織物的熱中子屏蔽率可達(dá)40%，常用于醫(yī)院放療室內(nèi)醫(yī)生與病人的防護(hù)。 國內(nèi)采用硼化合物、重金屬化合物與聚丙烯等共混后熔紡制成皮芯型防中子、防X射線纖維。纖維中的碳化硼含量可達(dá)35%，纖維強(qiáng)度可達(dá)23~27CN/tex，斷裂伸長達(dá)20~40%，可加工成針織物、機(jī)織物和非織造布，用在原子能反應(yīng)堆周圍，可使中子輻射防護(hù)屏蔽率達(dá)到44%以上。第27頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三2.4防X射線纖維

防X射線纖維是指對(duì)x射線具有防護(hù)功能的纖維。x射線常用于醫(yī)療器械來檢查人體內(nèi)臟的某些疾病或用于工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量檢測，有關(guān)工作人員長期接觸x射線對(duì)人體的性腺、乳腺、紅骨髓等都會(huì)產(chǎn)生傷害，若超過一定的劑量還會(huì)造成白血病、骨腫瘤等疾癥，給人的生命帶來嚴(yán)重的威脅。 防x射線的材料一般是含鉛的玻璃、有機(jī)玻璃及橡膠等制品。采用這些防護(hù)產(chǎn)品，不僅笨重，而且其中的鉛氧化物還有一定毒性，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定程度的污染。

第28頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三2.4.1離子交換纖維吸附法

采用常規(guī)的方法制成陽離子交換纖維后，將其直接或加工成織物浸漬在鉛鹽或其他重金屬離子的溶液中，通過調(diào)整溶液的濃度和pH值，使纖維充分吸附重金屬離子，取出后沖洗、干燥得到得到防X射線纖維。2.4.2纖維表面粘結(jié)法

英國一家公司采用在纖維表面涂覆膠黏劑，并將硫酸鋇粉末黏結(jié)在纖維上，該纖維目前用于加工x攝像紗。第29頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三2.4.3共混紡絲法

以聚合物和氧化鉛或硫酸鋇微粉為主要原料，在分散劑存在時(shí)，通過熔融和溶液紡絲可制成防X射線纖維。纖維中的重金屬含量可達(dá)30~60%，甚至高達(dá)70%。 為了提高纖維的服用性能，防止重金屬化合物微粉在使用中脫落，芯鞘復(fù)合紡絲技術(shù)也被應(yīng)用到防X射線纖維的研制中，通過將重金屬化合物微粉包覆在纖維芯層中，達(dá)到提高纖維服用性能和使用耐久性的目的。這種纖維在使用中既不會(huì)出現(xiàn)重金屬化合物的脫落，也不會(huì)出現(xiàn)接觸毒性問題，而且可以通過