学文网摘要:简要介绍了电磁辐射及其危害,对防辐射纤维进行了分类;重点介绍了聚酰亚胺纤维,防X射线纤维,防中子辐射纤维,防电磁辐射纤维的研究进展及制造方法 。
关键词:电磁辐射;耐辐射纤维;防X射线纤维;防中子辐射纤维;防电磁辐射纤维
Abstracts:This article briefly describes the electromagnetic radiation and its hazards,pairs of radiation fibers have been classified; focused on the polyimide fibers, anti-X-ray fiber, anti-neutron radiation fibers, anti-electromagnetic radiation research and their manufacturing methods
Key Words: Electromagnetic Radiation;Radiation-resistant Fiber;Anti-X-Ray Fiber;Anti-neutron Radiation Fiber;Anti-electromagnetic Radiation Fiber
1防辐射纤维概述
电磁波在产业应用方面有遥感导航、检测测量及核电的使用。在日常生活方面,随着电器的普及,广播电视、无线通信、互联网的全面覆盖,更是使电磁波与人们的生活密不可分。
电磁波依频率从小到大分为工频段电磁波、射频段电磁波、微波段电磁波、红外线、可见光、紫外线、X射线、ϒ射线、快中子射线。另外电磁波的能量与频率成正比,即频率越高,能量越大。[1]
无论是哪一种电磁波,在其造福人类的同时,都会带来危害。一类危害是使生物体产生热效应,当超过某一界限时,生物体因不能释放其体内产生的多余热量,致使温度升高而受到伤害;另一类危害是干扰人体固有的微弱电磁场,影响血液和淋巴运行,使细胞原生质发生变化,其积累作用会引发失眠乏力、免***力下降、组织病变,进而诱发白血病和癌症。[2]长期生活在高压线、电讯发射装置、大功率电器设备环境里,以及近距离频繁使用家电和手机的人员,会导致情绪波动,以及电磁辐射超敏综合征(EHS),如头痛、耳鸣、无力、疲劳、失眠、甚至记忆丧失,患帕金森综合征和老年痴呆症[3]。 近20年来,防辐射纤维的研制作为一项重要的高功能纤维的研究课题,已受到世界各个国家的普遍重视,各类防辐射纤维相继问世。
2防辐射纤维的分类
防辐射纤维有三种类型:1)耐辐射纤维,纤维本身就耐辐射;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[4];3)导电型吸波纤维[5],即凭借低电阻导电材料对电磁辐射的反射作用,在导体内产生与原电磁辐射相反的电流和磁极化,形成一个屏蔽空间,从而减弱外来电磁辐射的危害。
3防辐射纤维的研究进展
3.1耐辐射纤维――聚酰亚胺纤维
20世纪60年代美国成功开发了聚酰亚胺纤维。聚酰亚胺的大分子链全部由芳香环组成,而且芳环中的碳和氧的结合是以双键形式,有效地增强了结合能。当辐射线作用于聚酰亚胺纤维上,分子可吸收的辐射能远不足以打开分子链上的原子共价键,仅转化为热能排走。正是这种分子组成和结构决定其耐辐射性、耐热性、分子链不易断裂、强度高等一系列优良性能。
将单体芳香族二胺溶解于二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中,随后将另一单体均苯四甲酸等摩尔加入,在室温、氮气保护下进行溶液缩聚反应,最后得到浓度为10%~20%的聚均苯四酰胺酸欲聚体溶液,然后通过干法纺丝或湿法纺丝可制得聚酰亚胺纤维。
3.2复合型防辐射纤维
通过长期研究,人们对各种合成高聚物耐各种射线的能力进行了评价,确定了各种高聚物在辐射环境下的使用极限和耐辐射性能,聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯、聚氯乙烯等凭借优良的耐辐射性及可纺性,均可用作融纺制造复合型防辐射纤维的基本高聚物。复合型防辐射纤维所添加的防辐射剂,有重元素和具有大吸收截面的元素及其化合物。重元素用以阻滞中子,而截面大的元素既能阻滞快中子,又能吸收慢中子,且不释放ϒ射线。[4]
3.2.1防X射线纤维
X射线作为电离辐射的一种,在材料X光探伤、人体X光透视、X光分析中已取得成功应用。工作人员长期接触X射线,对性腺、***、造血骨髓等都会产生伤害,超过剂量甚至会致癌,给人体带来严重威胁。
20世纪80年代,前苏联纺织材料研究所和核研究所共同开发了腈纶防X射线纤维。方法是首先对腈纶纤维进行改性处理,然后用醋酸铅溶液进行浸渍,发生离子交换,得到共价结合接枝铅金属的腈纶织物。该方法制得的织物能明显减弱X射线的辐射强度。如果采用复合型添加剂如铅、铀和镥等,还能进一步提高防X射线的防护性能。该产品用于个人防护,测试结果相当于0.6mm铅板的效果。
近年来日本新兴人化成公司和奥地利的Lenzing公司分别将硫酸钡添加到粘胶纤维中,制成的防辐射纤维可用于制作长期接触X光的工作人员的服装,效果良好。
美国佛罗里达州的一家辐射防护技术公司用辐射防护技术对聚乙烯和聚氯乙烯进行改性研制成功demron防辐射织物,它是由一层聚乙烯(PE)和聚氯乙烯 (PVC)聚合物夹在两层普通梭织物之间构成。它不仅能防X射线还能防ϒ射线。这种防辐射织物的防辐射性能跟铅做的衣服一样好,但它不含铅,无毒而且质轻。它的用途很广,既可以制成轻便的全身防护服、防辐射帐篷,又可以作为飞机、宇宙飞船用内衬材料等。
我国天津纺织工学院经研究发现,将防X射线纤维加工成的织物经层压或者在织物中间添加含有屏蔽剂的黏合剂后热压制成的层压织物,均是防X射线辐射的良好材料。 [6]
3.2.2防中子辐射纤维
在众多辐射中对人类伤害特别严重的是中子辐射。一枚相当于1000吨TNT当量的中子弹于200m高空爆炸,在炸心900m范围内的作战人员和坦克乘员会立即昏迷,10日内全部死亡。面对如此恐怖的战争威胁,加上冷战后中子弹随着核电站的修建和中子技术的民用化,防中子辐射纤维作为设施防泄漏材料和人身防护材料而备受关注。上世纪80年代以来,日、美及欧洲共同体等国家就把防中子辐射作为高技术项目,投入了大量的资金,例如,欧洲原子能共同体在1985年至1989年花费0.6亿美元用于防辐射技术研究和开发,日本1983年宣布用4年时间研制出了中子辐射防护纤维,80年代后期我国也开始了这方面的研究。
1983年日本东丽公司采用复合纺丝方法研制出防中子辐射复合纤维,具体做法为将中子吸收物质与高聚物在捏台机上熔融混合后作为芯层组分,以纯高聚物为皮层进行熔融复合纺丝,所得纤维为皮芯结构,经干热或湿热拉伸制得具有一定强度的纤维。[7]
我国对防中子辐射材料的研究成果显著。例如制备皮芯(或并列型)复合防中子辐射纤维,取30份经表面活性剂处理、粒径0.5μm的B4C微粒与70份聚丙烯,240℃下,在双螺杆共混制成芯材,然后以聚丙烯为皮材,芯皮重量比为10:90,进行皮芯型复合纺丝,纺丝温度260℃,纺丝速度800m/min,120℃下拉伸4倍。制得的防中子辐射纤维对热中子屏蔽率达96%,二次感生辐射BQ/cm2。
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