技术摘要：
本发明公开了兼具核辐射防护和电磁屏蔽功能的柔性材料及制法和应用。本发明的柔性材料包括四个功能层，从外向内依次为电磁辐射吸收层、第一射线辐射屏蔽层、中子辐射屏蔽层、第二射线辐射屏蔽层，每个功能层均包括聚合物基材及功能填料。本发明的柔性复合梯度材料不添 全部
背景技术：
随着现代军事武器装备技术的高速发展，未来战场环境也变得错综复杂，传统的 核武器以及作为新概念武器的电磁脉冲武器均有可能出现在战场上，由此造成的核辐射以 及电磁辐射不仅会对武器装备中电子仪器、设备造成干扰与损坏，影响其正常工作，而且也 会对人员的健康造成严重危害。目前市面上现有的核辐射防护材料无法满足电磁辐射屏蔽 性能的要求，而现有的电磁辐射屏蔽材料又无法满足核辐射防护性能的要求。 因此，提供一种柔性材料，不仅具有核辐射防护功能，还具有电磁屏蔽功能，成为 了本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的之一在于，提供一种兼具核辐射防护和电磁屏蔽功能的柔性材料， 具有优异的核辐射屏蔽和电磁辐射吸收性能。 本发明的目的之二在于，提供该柔性材料的制备方法。 本发明的目的之三在于，提供该柔性材料的应用。 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： 本发明所述的一种兼具核辐射防护和电磁屏蔽功能的柔性材料，所述柔性材料包 括四个功能层，从外向内依次为电磁辐射吸收层、第一射线辐射屏蔽层、中子辐射屏蔽层、 第二射线辐射屏蔽层，每个功能层均包括聚合物基材及功能填料。 本发明的技术方案中，所述射线为X射线和γ射线。 本发明的柔性材料选用聚合物作为基材，可降低材料的密度，并且可获得基材自 身所具备的部分良好性能。采用多功能层复合的梯度结构，因为辐射屏蔽性能的优劣取决 于柔性材料中各功能填料的填充量、分散效果等因素，特别是在高能辐射的工况条件下，各 功能填料的填充量均较大，而采用该梯度结构，弥补了传统均质共混材料的功能填料填充 量受限、分散困难、分散不均、综合性能较低的缺点。同时，对各功能层的复合顺序进行了最 优化设计：最外层是电磁辐射吸收层，针对用于探测、定位、干扰等功能的电磁辐射，该层可 对入射电磁辐射进行有效的吸收和衰减，从而显著地降低其反射强度、透射强度，从而实现 隐身、抗干扰等功能；次外层是第一射线辐射屏蔽层，针对X射线、γ射线、快中子、特快中子 等电离辐射，该层可有效衰减入射X射线和γ射线的强度、慢化快中子和特快中子、吸收低 能辐射；次内层是中子辐射屏蔽层，针对已经经过慢化的中子，该层可对其进行充分吸收； 最内层是第二射线辐射屏蔽层，在对X射线、γ射线、快中子、超快中子等电离辐射进行衰减 时，存在一定量的透射、散射射线，并会产生具有一定能量的次级辐射，该层可对其进行再 次吸收，从而提升该复合梯度材料的整体辐射屏蔽性能。 5 CN 111572133 A 说 明 书 2/8 页 本发明的技术方案中，所述电磁辐射吸收层的功能填料包括羰基铁粉、铁氧体粉、 碳纳米管、碳纤维、镀银中空玻璃微珠、金属粉末中的两种或两种以上；优选地，包括羰基铁 粉、铁氧体粉；优选地，所述电磁辐射吸收层中聚合物基材与功能填料的质量比为80-120： 250-450； 或/和所述第一射线辐射屏蔽层和第二射线辐射屏蔽层的功能填料包括含锡、锑、 钡、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铒、钨、铋元素的物质中的两种或两种以上；优选地，包括钨、氧 化铋、氧化铈和氧化镧；优选地，所述第一射线辐射屏蔽层和第二射线辐射屏蔽层中聚合物 基材与功能填料的质量比均为80-120：600-1150； 或/和所述中子辐射屏蔽层的功能填料包括含钆、硼、锂、氢元素的物质中的两种 或两种以上；优选地，包括氧化钆粉和碳化硼；优选地，所述中子辐射屏蔽层中聚合物基材 与功能填料的质量比为80-120：130-260； 或/和所述聚合物基材包括聚乙烯、环氧树脂、聚氯乙烯、丁苯橡胶、天然橡胶、甲 基乙烯基硅橡胶等高分子聚合物中的一种或多种；优选地，为甲基乙烯基硅橡胶。本发明的 技术方案中，每个功能层均还包括阻燃剂；优选地，所述阻燃剂包括氢氧化铝、三聚氰胺、硼 酸锌、三氧化二锑、氯化聚乙烯、多聚磷酸酯中的两种或两种以上；更优选地，包括氢氧化 铝、三聚氰胺、硼酸锌中的两种或两种以上；优选地，每个所述功能层中聚合物基材与阻燃 剂的质量比均为80-120：20-60。 本发明的技术方案中，每个功能层均还包括偶联剂、催化剂(促进剂)和交联剂； 所述偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂等中的一种或多种； 所述催化剂(促进剂)包括聚乙二醇、有机胺、四甲基二硫化秋兰姆、二硫化二苯并 噻唑、有机铂催化剂、有机锡催化剂等中的一种或多种； 所述交联剂包括，酚醛树脂、聚酯树脂、硫磺、有机过氧化物、有机硫醇、C胶、甲基 含氢硅油、MQ型硅树脂中的一种或多种； 优选地，每个所述功能层中聚合物基材与偶联剂的质量比为：80-120：3-5； 优选地，每个所述功能层中聚合物基材与催化剂的质量比为：80-120：0.8-1.5； 优选地，每个所述功能层中聚合物基材与交联剂的质量比为：80-120：1.5-2。 本发明的一些实施例中，以甲基乙烯基硅橡胶基材，所述电磁辐射吸收层包括以 下重量份的组份： 6 CN 111572133 A 说 明 书 3/8 页 ；或/和所述第一射线辐射屏蔽层和第二射线辐射屏蔽层均包括以下重量份的组 份： ；或/和所述中子辐射屏蔽层包括以下重量份的组份： 7 CN 111572133 A 说 明 书 4/8 页 作为本发明的一些实施例，所述钨粉、氧化铋粉、氧化铈粉、氧化镧粉和氧化钆粉 的颗粒度均小于800目，纯度大于等于99％； 或/和所述碳化硼粉和羰基铁粉的颗粒度均为超微粉末，纯度大于等于99％； 或/和所述铁氧体粉的颗粒度小于1000目，纯度大于等于99％； 或/和所述甲基乙烯基硅橡胶的分子量为60-70万。 本发明的最外层电磁辐射吸收层以铁氧体粉和羰基铁粉为功能填料，其具有优异 的电磁辐射吸收性能，能够对电磁辐射进行有效的吸收和衰减，使其反射强度显著降低，同 时磁介质吸收剂具有较宽的吸波频带，从而极大地提升了隐身性能；次外层第一射线辐射 屏蔽层以钨粉、氧化铋粉、氧化铈粉、氧化镧粉为功能填料，因为单一功能填料的原子结构 较为固定，对电离辐射的吸收效果有限，所以该层采用功能填料的复合配伍，其利用了稀土 元素K层吸收限的差异性，有效弥补了铅元素在40-88keV能量区间的弱吸收区，并且实现了 材料微观原子结构的多样性、互补性，因此其高、低能量段辐射屏蔽性能优异，可有效衰减 高能X射线和γ射线、慢化快中子和中能中子、吸收低能射线；次内层中子辐射屏蔽层以氧 化钆粉、碳化硼粉为功能填料，其具有极高的中子吸收截面，从而具有优异的热中子吸收性 能；最内层以钨粉、氧化铋粉、氧化铈粉、氧化镧粉为功能填料，其可有效地吸收经过上述功 能层衰减、散射的射线以及次级辐射，从而提升该复合梯度材料的整体辐射屏蔽性能。 本发明所述的兼具核辐射防护和电磁屏蔽功能的柔性材料的制备方法，其特征在 于，分别制备电磁辐射吸收层材料、第一射线辐射屏蔽层材料、中子辐射屏蔽层材料和第二 射线辐射屏蔽层材料；而后按照从外向内为电磁辐射吸收层、第一射线辐射屏蔽层、中子辐 射屏蔽层、第二射线辐射屏蔽层的顺序，将各层材料涂覆粘合剂置于压机上进行复合成型。 具体的，所述电磁辐射吸收层材料、第一射线辐射屏蔽层材料、中子辐射屏蔽层材 料、第二射线辐射屏蔽层材料的制备方法均包括以下步骤： S1、按配方准备各原料； S2、将甲基乙烯基硅橡胶置于开炼机上进行塑炼； S3、待甲基乙烯基硅橡胶塑炼完成后，添加偶联剂、交联剂、催化剂，混炼均匀，之 后添加阻燃剂、气相法白炭黑、功能填料进行混炼； S4、将经步骤3混炼好的物料置于硫化机上进行一段硫化，完成后，再于烘箱中进 8 CN 111572133 A 说 明 书 5/8 页 行二段硫化； 优选地，所述塑炼温度为30-50℃，塑炼时间为5-10分钟； 优选地，所述混炼温度为30-50℃，混炼时间为30-40分钟； 优选地，所述一段硫化温度为160-180℃，硫化时间为15-30分钟；更优选地，所述 一段硫化温度为170℃，硫化时间为20分钟； 优选地，所述二段硫化温度为200℃，硫化时间为120分钟。 本发明所述的上述柔性材料在制备屏蔽挂帘、移动挡帘、移动屏风、核电站包裹材 料中的应用。 优选地，所述核电站包裹材料包括管道包裹材料，进一步优选地为回流水管包裹 材料。 本发明各功能层的厚度可以根据实际需要调整。本发明的部分技术方案中，各功 能层的厚度均为2.0±0.2mm。 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 本发明设计科学，制备简单，具有良好的核辐射屏蔽和电磁辐射吸收性能。本发明 的柔性复合梯度材料不添加铅粉，弥补了传统均质共混材料的功能填料填充量受限、易分 散不均、材料综合性能较低等缺点，同时采用的功能填料复合配比可有效弥补铅元素在40- 88keV能量区间的弱吸收区，因此其具有优异的X射线、γ射线、中子辐射屏蔽性能和电磁辐 射吸收性能(即隐身功能)。 本发明的柔性材料，采用各功能层涂覆粘合剂置于压机上进行复合成型，各功能 层的配伍方式、厚度、功能填料的填充量、助剂的配伍、表面特性以及产品的部分性能(如硬 度、拉伸强度等)等均可以根据实际需要调整，实现定制化生产，以发挥最佳功效。 本发明的柔性材料，具有优异的力学性能，不仅可用于屏蔽挂帘、移动挡帘、移动 屏风，还可用于核电站包裹材料中。 本发明的柔性材料同时兼顾阻燃、耐老化的性能，安装和使用方便、环保无铅。
本发明公开了兼具核辐射防护和电磁屏蔽功能的柔性材料及制法和应用。本发明的柔性材料包括四个功能层，从外向内依次为电磁辐射吸收层、第一射线辐射屏蔽层、中子辐射屏蔽层、第二射线辐射屏蔽层，每个功能层均包括聚合物基材及功能填料。本发明的柔性复合梯度材料不添 全部
背景技术：
随着现代军事武器装备技术的高速发展，未来战场环境也变得错综复杂，传统的 核武器以及作为新概念武器的电磁脉冲武器均有可能出现在战场上，由此造成的核辐射以 及电磁辐射不仅会对武器装备中电子仪器、设备造成干扰与损坏，影响其正常工作，而且也 会对人员的健康造成严重危害。目前市面上现有的核辐射防护材料无法满足电磁辐射屏蔽 性能的要求，而现有的电磁辐射屏蔽材料又无法满足核辐射防护性能的要求。 因此，提供一种柔性材料，不仅具有核辐射防护功能，还具有电磁屏蔽功能，成为 了本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的之一在于，提供一种兼具核辐射防护和电磁屏蔽功能的柔性材料， 具有优异的核辐射屏蔽和电磁辐射吸收性能。 本发明的目的之二在于，提供该柔性材料的制备方法。 本发明的目的之三在于，提供该柔性材料的应用。 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： 本发明所述的一种兼具核辐射防护和电磁屏蔽功能的柔性材料，所述柔性材料包 括四个功能层，从外向内依次为电磁辐射吸收层、第一射线辐射屏蔽层、中子辐射屏蔽层、 第二射线辐射屏蔽层，每个功能层均包括聚合物基材及功能填料。 本发明的技术方案中，所述射线为X射线和γ射线。 本发明的柔性材料选用聚合物作为基材，可降低材料的密度，并且可获得基材自 身所具备的部分良好性能。采用多功能层复合的梯度结构，因为辐射屏蔽性能的优劣取决 于柔性材料中各功能填料的填充量、分散效果等因素，特别是在高能辐射的工况条件下，各 功能填料的填充量均较大，而采用该梯度结构，弥补了传统均质共混材料的功能填料填充 量受限、分散困难、分散不均、综合性能较低的缺点。同时，对各功能层的复合顺序进行了最 优化设计：最外层是电磁辐射吸收层，针对用于探测、定位、干扰等功能的电磁辐射，该层可 对入射电磁辐射进行有效的吸收和衰减，从而显著地降低其反射强度、透射强度，从而实现 隐身、抗干扰等功能；次外层是第一射线辐射屏蔽层，针对X射线、γ射线、快中子、特快中子 等电离辐射，该层可有效衰减入射X射线和γ射线的强度、慢化快中子和特快中子、吸收低 能辐射；次内层是中子辐射屏蔽层，针对已经经过慢化的中子，该层可对其进行充分吸收； 最内层是第二射线辐射屏蔽层，在对X射线、γ射线、快中子、超快中子等电离辐射进行衰减 时，存在一定量的透射、散射射线，并会产生具有一定能量的次级辐射，该层可对其进行再 次吸收，从而提升该复合梯度材料的整体辐射屏蔽性能。 5 CN 111572133 A 说 明 书 2/8 页 本发明的技术方案中，所述电磁辐射吸收层的功能填料包括羰基铁粉、铁氧体粉、 碳纳米管、碳纤维、镀银中空玻璃微珠、金属粉末中的两种或两种以上；优选地，包括羰基铁 粉、铁氧体粉；优选地，所述电磁辐射吸收层中聚合物基材与功能填料的质量比为80-120： 250-450； 或/和所述第一射线辐射屏蔽层和第二射线辐射屏蔽层的功能填料包括含锡、锑、 钡、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铒、钨、铋元素的物质中的两种或两种以上；优选地，包括钨、氧 化铋、氧化铈和氧化镧；优选地，所述第一射线辐射屏蔽层和第二射线辐射屏蔽层中聚合物 基材与功能填料的质量比均为80-120：600-1150； 或/和所述中子辐射屏蔽层的功能填料包括含钆、硼、锂、氢元素的物质中的两种 或两种以上；优选地，包括氧化钆粉和碳化硼；优选地，所述中子辐射屏蔽层中聚合物基材 与功能填料的质量比为80-120：130-260； 或/和所述聚合物基材包括聚乙烯、环氧树脂、聚氯乙烯、丁苯橡胶、天然橡胶、甲 基乙烯基硅橡胶等高分子聚合物中的一种或多种；优选地，为甲基乙烯基硅橡胶。本发明的 技术方案中，每个功能层均还包括阻燃剂；优选地，所述阻燃剂包括氢氧化铝、三聚氰胺、硼 酸锌、三氧化二锑、氯化聚乙烯、多聚磷酸酯中的两种或两种以上；更优选地，包括氢氧化 铝、三聚氰胺、硼酸锌中的两种或两种以上；优选地，每个所述功能层中聚合物基材与阻燃 剂的质量比均为80-120：20-60。 本发明的技术方案中，每个功能层均还包括偶联剂、催化剂(促进剂)和交联剂； 所述偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂等中的一种或多种； 所述催化剂(促进剂)包括聚乙二醇、有机胺、四甲基二硫化秋兰姆、二硫化二苯并 噻唑、有机铂催化剂、有机锡催化剂等中的一种或多种； 所述交联剂包括，酚醛树脂、聚酯树脂、硫磺、有机过氧化物、有机硫醇、C胶、甲基 含氢硅油、MQ型硅树脂中的一种或多种； 优选地，每个所述功能层中聚合物基材与偶联剂的质量比为：80-120：3-5； 优选地，每个所述功能层中聚合物基材与催化剂的质量比为：80-120：0.8-1.5； 优选地，每个所述功能层中聚合物基材与交联剂的质量比为：80-120：1.5-2。 本发明的一些实施例中，以甲基乙烯基硅橡胶基材，所述电磁辐射吸收层包括以 下重量份的组份： 6 CN 111572133 A 说 明 书 3/8 页 ；或/和所述第一射线辐射屏蔽层和第二射线辐射屏蔽层均包括以下重量份的组 份： ；或/和所述中子辐射屏蔽层包括以下重量份的组份： 7 CN 111572133 A 说 明 书 4/8 页 作为本发明的一些实施例，所述钨粉、氧化铋粉、氧化铈粉、氧化镧粉和氧化钆粉 的颗粒度均小于800目，纯度大于等于99％； 或/和所述碳化硼粉和羰基铁粉的颗粒度均为超微粉末，纯度大于等于99％； 或/和所述铁氧体粉的颗粒度小于1000目，纯度大于等于99％； 或/和所述甲基乙烯基硅橡胶的分子量为60-70万。 本发明的最外层电磁辐射吸收层以铁氧体粉和羰基铁粉为功能填料，其具有优异 的电磁辐射吸收性能，能够对电磁辐射进行有效的吸收和衰减，使其反射强度显著降低，同 时磁介质吸收剂具有较宽的吸波频带，从而极大地提升了隐身性能；次外层第一射线辐射 屏蔽层以钨粉、氧化铋粉、氧化铈粉、氧化镧粉为功能填料，因为单一功能填料的原子结构 较为固定，对电离辐射的吸收效果有限，所以该层采用功能填料的复合配伍，其利用了稀土 元素K层吸收限的差异性，有效弥补了铅元素在40-88keV能量区间的弱吸收区，并且实现了 材料微观原子结构的多样性、互补性，因此其高、低能量段辐射屏蔽性能优异，可有效衰减 高能X射线和γ射线、慢化快中子和中能中子、吸收低能射线；次内层中子辐射屏蔽层以氧 化钆粉、碳化硼粉为功能填料，其具有极高的中子吸收截面，从而具有优异的热中子吸收性 能；最内层以钨粉、氧化铋粉、氧化铈粉、氧化镧粉为功能填料，其可有效地吸收经过上述功 能层衰减、散射的射线以及次级辐射，从而提升该复合梯度材料的整体辐射屏蔽性能。 本发明所述的兼具核辐射防护和电磁屏蔽功能的柔性材料的制备方法，其特征在 于，分别制备电磁辐射吸收层材料、第一射线辐射屏蔽层材料、中子辐射屏蔽层材料和第二 射线辐射屏蔽层材料；而后按照从外向内为电磁辐射吸收层、第一射线辐射屏蔽层、中子辐 射屏蔽层、第二射线辐射屏蔽层的顺序，将各层材料涂覆粘合剂置于压机上进行复合成型。 具体的，所述电磁辐射吸收层材料、第一射线辐射屏蔽层材料、中子辐射屏蔽层材 料、第二射线辐射屏蔽层材料的制备方法均包括以下步骤： S1、按配方准备各原料； S2、将甲基乙烯基硅橡胶置于开炼机上进行塑炼； S3、待甲基乙烯基硅橡胶塑炼完成后，添加偶联剂、交联剂、催化剂，混炼均匀，之 后添加阻燃剂、气相法白炭黑、功能填料进行混炼； S4、将经步骤3混炼好的物料置于硫化机上进行一段硫化，完成后，再于烘箱中进 8 CN 111572133 A 说 明 书 5/8 页 行二段硫化； 优选地，所述塑炼温度为30-50℃，塑炼时间为5-10分钟； 优选地，所述混炼温度为30-50℃，混炼时间为30-40分钟； 优选地，所述一段硫化温度为160-180℃，硫化时间为15-30分钟；更优选地，所述 一段硫化温度为170℃，硫化时间为20分钟； 优选地，所述二段硫化温度为200℃，硫化时间为120分钟。 本发明所述的上述柔性材料在制备屏蔽挂帘、移动挡帘、移动屏风、核电站包裹材 料中的应用。 优选地，所述核电站包裹材料包括管道包裹材料，进一步优选地为回流水管包裹 材料。 本发明各功能层的厚度可以根据实际需要调整。本发明的部分技术方案中，各功 能层的厚度均为2.0±0.2mm。 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 本发明设计科学，制备简单，具有良好的核辐射屏蔽和电磁辐射吸收性能。本发明 的柔性复合梯度材料不添加铅粉，弥补了传统均质共混材料的功能填料填充量受限、易分 散不均、材料综合性能较低等缺点，同时采用的功能填料复合配比可有效弥补铅元素在40- 88keV能量区间的弱吸收区，因此其具有优异的X射线、γ射线、中子辐射屏蔽性能和电磁辐 射吸收性能(即隐身功能)。 本发明的柔性材料，采用各功能层涂覆粘合剂置于压机上进行复合成型，各功能 层的配伍方式、厚度、功能填料的填充量、助剂的配伍、表面特性以及产品的部分性能(如硬 度、拉伸强度等)等均可以根据实际需要调整，实现定制化生产，以发挥最佳功效。 本发明的柔性材料，具有优异的力学性能，不仅可用于屏蔽挂帘、移动挡帘、移动 屏风，还可用于核电站包裹材料中。 本发明的柔性材料同时兼顾阻燃、耐老化的性能，安装和使用方便、环保无铅。
