防辐射纤维

目录一、概述1、辐射的种类及来源2、电磁辐射的危害二、防辐射纤维1、耐辐射纤维2、复合型防辐射纤维2.1防微波辐射纤维2.2防中子辐射纤维2.3防X射线辐射纤维三、防辐射纤维的发展趋势一、概述随着电子、电器设备的大量使用，存在与地球上的电磁波大幅度增加。电磁波辐射对人类生活和生产活动有着巨大的影响。一定强度的电磁波辐射不仅可以直接影响各个领域中电子设备的正常工作，使之控制失灵，而且还影响到日常生活，影响电视机与收音机的视听效果。电磁波辐射对人体健康能不良影响：使人记忆力衰退，失眠，多梦，乏力，头晕等症状。电磁波辐射污染与大气污染，水质污染和废弃物污染等污染显著不同，这种污染是一种高科技污染，它无色，无味，无形，是一种用感官无法感知的污染现象，被喻为“隐形杀手”。1、辐射的种类及来源（1）自然型电磁污染的分类以及来源分类来源大气与空电污染源自然界的火花放电、雷电、火山喷发太阳电磁源太阳黑子的活动与黑体辐射宇宙电磁场源银河系恒星的爆发、宇宙间电子移动（2）人为型电磁污染源分类分类设备名称污染来源与部件火花放电电气设备、发动机等发电机、放电管等辉光放电放电管白光灯、高压水银灯电晕放电电力线由于高电压、大电流而引起静电感应、电磁感应、大地电流泄露造成弧光放电放电管、开关等发电机、整流装置、点火装置等工频辐射场源电气设备、大功率输电线高电压、大电流的电力线、电气设备射频辐射场源应用设备（治疗机等）医学用射频利用设备的工作电路与振荡系统射频辐射场源电子设备（无线电发射机、雷达等）电视、广播的振荡与发射系统射频辐射场源电气设备（加热设备、微波干燥机等）工业用频射利用设备的工作电路与振荡系统建筑物反射高层楼群以及大型金属构件墙壁、钢筋等2、电磁辐射的危害各国科学家经过长期研究证明：长期接受电磁辐射会造成人体免疫力下降、新陈代谢紊乱、记忆力减退、提前衰老、心率失常、视力下降、血压异常、皮肤产生斑痘、粗糙，甚至导致各类癌症等。目前人们应用的最普遍的电器如电热毯、电动按摩器、电动剃须刀、移动电话、微波炉、电子计算机等，它们都能产生电磁波。就连人们每天离不开的电视机也会辐射电磁波。3.电磁污染的分类对人类的生存和繁衍构成重大影响的射线大致可以分为两类：粒子射线和电磁射线。粒子射线包括中子射线、质子射线、正电子射线和电子射线（阴极射线和β射线）。电磁射线根据其波长（或频率）的不同，可分为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线。其中对人体伤害较大又较难防护的射线有中子射线，X射线，γ射线和电磁辐射。二、防辐射纤维（Radiationresistantfiber）防辐射纤维是指能吸收或消散辐射能,对人体起防护作用的纤维。它主要包括了防中子辐射纤维，防X射线纤维和防微波辐射纤维。防辐射纤维有两种类型：1）耐辐射纤维—纤维本身就耐辐射性；2）复合型防辐射纤维—通过往纤维中添加其他化合物或元素使该纤维具有耐辐射的性能。防电磁波辐射纤维的应用1.耐辐射纤维--聚酰亚胺纤维（Polyimidefiber）在有机纤维中，聚酚醛纤维、聚酰亚胺纤维、聚间苯二甲酰间二胺纤维等在经受高能射线照射后不产生辐射化学降解和交联反应，仍具有一定的物理机械性能和使用价值，这类纤维由于具有良好的耐辐射性能而称之为耐辐射纤维。而聚酰亚胺纤维是该类纤维的典型。1.1聚酰亚胺纤维的特性（1）耐辐照性聚酰亚胺纤维具有很高的耐辐照性能,实验表明,该纤维经1×1010rad快电子照射后其强度保持率仍为90%,这是其它纤维无法比拟的,因此它是航空航天首选的材料之一,也是高温介质及放射性物质的过滤材料，但其耐紫外线辐射性能相对较差（2）高强高模聚酰亚胺纤维具有高强高模的特性,据理论计算,由均苯二酐和对苯二胺合成的纤维的模量可达410GPa,仅次于碳纤维。（3）热稳定性由联苯二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺,热分解温度达到600℃,是迄今聚合物中热稳定性最高的品种之一。可在超音速航空和航天设备上安全地使用。（4）耐低温聚酰亚胺纤维聚酰亚胺纤维可耐极低的温度,如在-269℃的液氦中仍不会脆裂,因此可用在低温环境的考察试验中。（5）良好的介电性能芳香族聚酰亚胺纤维的介电常数为3·4左右,含氟的聚酰亚胺纤维其介电常数可降到2·5左右。介电损耗10-3,介电强度100~300KV/mm,体积电阻率为1017Ω·cm。这些性能在宽广的温度和频率范围内仍能保持较高的水平。（6）生物相溶性聚酰亚胺纤维对生物无毒,可用在医用器械上,并经得起数千次消毒。一些品种聚酰亚胺具有很好的生物相容性,例如,在血液相容性试验中为非溶血性,体外细胞毒性试验为无毒等。1.2耐辐射纤维的应用聚酰亚胺纤维在现代高科技领域主要用于宇航、电气绝缘、原子能工业、卫星、核潜艇及微电子工业，如用作宇航和核动力站所需的各种织物，可燃性气体及耐腐蚀性气体的过滤材料。尤其在宇航器件方面，如宇宙飞船，卫星等部件，在宇航中会遭遇到各种射线的辐射，这些宇航射线都能含有各种能量的射线，一般的纤维强度会急剧下降，唯有聚酰亚胺纤维能耐宇宙射线的辐射而强度不变。在原子能设施中的结构材料，若用金属或无机材料，当受到放射性照射后，会成为具有大量发射性的废料，而用酰亚胺纤维制成的复合材料，受辐射，最终分解，废料的放射性极少，处理也很方便。2、复合型防辐射纤维所谓复合型防辐射纤维，是采用具有防辐射作用的化合物或元素，添加到普通成纤高聚物中纺制成的具有耐辐射性能的性能。复合型防辐射纤维主要有：（1）防微波辐射纤维（2）防中子辐射纤维（3）防X射线辐射纤维2.1防微波辐射纤维防微波辐射纤维是指对电磁波具有反射性能的纤维。微波是一种频率很高的电磁波，人们在工作和生活中学会利用微波的同时，也给人类带来了一定的危害。长期受到微波辐射的工作人员，他们的收缩压、心率、血小板和白血球的免疫功能等都会受到一定程度的影响，并会引起神经衰弱、眼晶体混浊等症状。金属材料是理想的防微波辐射的材料，因其笨重而很少有人穿着。一般利用金属纤维与其他纤维混纺成纱，再织成布，成为具有良好防辐射效果的防微波织物。其中所用的金属纤维既可以是纯粹由无机金属材料制成的纤维（如不锈钢纤维），也可以是在金属纤维的表面上涂一层塑料后后制成的纤维，还可以是外包金属的镀金属纤维（如镀铝、镀锌、镀铜、镀镍、镀银的聚酯纤维、玻璃纤维等）。由这种纤维制成的防电磁波辐射的织物具有防微波辐射性能好、质轻、柔韧性好等优点，是一种比较理想的微波防护面料，微波透射量仅为入射量的“10万分之一。2.2防微波辐射的纤维的种类2.2.1金属丝混纺织物金属纤维具有良好的导电性、优良的耐热、耐化学腐蚀性和较高的强度,其细度、柔软性接近于一般纺织纤维,现已被列为新材料行列,主要用作电磁辐射防护服、抗静电服等。目前用作电磁辐射防护服的金属纤维主要是镍纤维和不锈钢纤维两种。日本住友、美国杜邦和3M公司等先后开发出了铝系和铜系等柔软纤细，外观酷似棉花等天然纤维的金属系纤维。2.2.2金属镀层纤维所谓金属镀层纤维,就是将金属以分子或原子状态覆盖在服用纤维表面,在化学纤维表面沉积厚0.02～2.5μm的金属层,纤维的电阻率为10-2～10-4Ω·cm的表面金属化纤维。表面镀层常用的金属有铜、镍、银等。纤维表面金属化的方法主要有化学镀、电镀和真空镀等三种。镀铜、镀镍纤维具有良好的屏蔽性能,被广泛用于电磁辐射防护领域。镀铜纤维织造成的织物在电磁辐射频率0.15MHz～20GHz范围内,屏蔽效能达50～100dB,用作电磁辐射防护服、电磁弹防护材料、假目标和定位装置、保密室墙布和窗帘、屏蔽帐等。但镀铜纤维的耐蚀性较差,尤其不适宜在潮湿的海洋环境条件下使用;铜易氧化,不仅使其表面氧化,失去光泽,而且还降低导电性,影响产品的屏蔽效果。故镀铜纤维表面需镀覆镍、锡、银、金等其他金属加以保护。2.2.3涂覆金属盐纤维采用金属络合物处理聚合物纤维也可制成比电阻IΩ·cm以下的纤维，具体数值取决于金属盐的种类。日本研制出了含Cu9S5，的导电睛纶，方法是将腈纶浸渍在二价铜溶液中，然后利用有机或无机含硫还原剂将其还原成一价的铜离子，并与腈纶上的一CN发生强烈络合，从而在纤维表面生成Cu9S5的导电通道，电阻率为0.82Ω·cm，随后日本三菱人造丝公司将此法推广到涤纶中。2.3防中子辐射纤维防中子辐射纤维是指对中子流具有突出抗辐射性能的特种合成纤维，在高能辐射下它仍能保持较好的机械性能和电气性能，并同时具有良好的耐高温和阻燃性能。由防中子辐射纤维制成的屏蔽，其作用就是要将快速中子减速和将慢速（热）中子吸收。通常的中子辐射防护服装只能对中、低能中子防护有效。目前防中子辐射纤维研制当中常用的成型技术为（1）离子交换吸附法（2）共混纺丝法（3）熔喷纺丝法（4）含硼陶瓷纤维成型法。将普通的阴离子交换纤维，在硼元素的离子化合物如硼砂、硼酸等水溶液中，或将阳离子交换纤维在锂的离子化合物如氢氧化锂、卤化锂或碳酸锂等水溶液中浸泡一定的时间，取出后水洗、脱水、干燥后得到吸附有硼化合物或锂化合物的纤维，该类纤维可用于中子辐射的防护。日本三菱人造公司针对原子能工业和医疗卫生领域对柔软的轻质防护衣的需要，开发出了一种以离子交换纤维吸附中子吸收截面在10-26m2以上的物质的离子制成防中子辐射技术。2.3.1离子交换吸附法2.3.2共混纺丝法方法：中子吸收剂的微粉在分散剂的存在下，与有机聚合物的切粒或粉末以一定的比例混合后，在单螺杆挤出机上挤出一次以上，或在双螺旋杆挤出机挤出一次以上，干燥后在常规条件下纺丝。日本可乐丽公司将平均粒径为1微米的中子吸收剂分散在乙二醇中，制成20%的分散液，然后在对苯二甲酸和乙二醇的聚合过程中加入这种分散液，缩聚后直接制成了含中子吸收剂的聚酯切粒。然后在常规条件下纺丝。2.3.3熔喷纺丝法熔喷纺丝法制成的防中子辐射的纤维由于未经过牵伸处理，纤维的强度一般较差，只适合用于非织造布材料。日本三菱人造公司于1985年首先将熔喷纺丝法技术用于防中子辐射纤维的研制当中，通过将中子吸收剂与聚合物-溶剂混合液在高压下喷出完成了纺丝和非织造布的加工过程。2.3.4含硼陶瓷纤维成型法由于硼元素具有优良的中子吸收作用，所以含硼元素的陶瓷纤维具有良好的中子吸收作用。具有这种性能的纤维有碳化硼纤维、氮化硼纤维和氧化硼纤维等，这些纤维大都通过转化法制成。但是由于这种纤维的价格昂贵以及其纺织加工性能和服用性能不理想，一般不用于加工中子辐射的防护服。2.3.4防中子辐射纤维的生产日本将锂和硼的化合物粉末与聚乙烯树脂共聚后，采用熔融皮芯复合纺丝工艺研制了防中子辐射材料，纤维的强度可达20~30CN/tex，断裂伸长为21%~32%。由于纤维中锂或硼化合物的含量高达纤维重量的30%，因而具有较好的防护中子辐射效果，可加工成机织物和非织造布，定重为430g/平方米的机织物的热中子屏蔽率可达40%，常用于医院放疗室内医生与病人的防护。国内采用硼化合物、重金属化合物与聚丙烯等共混后熔纺制成皮芯型防中子、防X射线纤维。纤维中的碳化硼含量可达35%，纤维强度可达23~27CN/tex，断裂伸长达20~40%，可加工成针织物、机织物和非织造布，用在原子能反应堆周围，可使中子辐射防护屏蔽率达到44%以上。2.4防X射线纤维防X射线纤维是指对x射线具有防护功能的纤维。x射线常用于医疗器械来检查人体内脏的某些疾病或用于工业产品的质量检测，有关工作人员长期接触x射线对人体的性腺、乳腺、红骨髓等都会产生伤害，若超过一定的剂量还会造成白血病、骨肿瘤等疾症，给人的生命带来严重的威胁。防x射线的材料一般是含铅的玻璃、有机玻璃及橡胶等制品。采用这些防护产品，不仅笨重，而且其中的铅氧化物还有一定毒性，会对环境产生一定程度的污染。2.4.1离子交换纤维吸附法采用常规的方法制成阳离子交换纤维后，将其直接或加工成织物浸渍在铅盐或其他重金属离子的溶液中，通过调整溶液的浓度和pH值，使纤维充分吸附重金属离子，取出后冲洗、干燥得到得到防X射线纤维。2.4.2纤维表面粘结法英国一家公司采用在纤维表面涂覆胶黏剂，并将硫酸钡粉末黏结在