СЛОИСТО-МОНОЛИТНЫЙ РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2019 года по МПК G21F1/12 B32B5/30 

Изобретение относится к радиационно-защитным материалам (РЗМ) и может быть использовано для изготовления индивидуальных и коллективных средств защиты людей и оборудования от гамма- и рентгеновского излучений.

Техническим результатом изобретения является повышение защитных свойств материала, снижение токсичности и массы, легкость утилизации. Сущность изобретения: на металлизированную ткань, обладающей электрической проводимостью, электрохимическим способом из цитратного водного электролита наносится радиационно-защитный материал в виде сплава никеля и вольфрама толщиной (20-30)⋅10^-3 мм. С целью достижения необходимых радиационно-защитных свойств металлизированная ткань с осажденным на ней гальваническим способом сплавом никель-вольфрам формируется в слоистый монолит расчетной толщины с полимерным составом. Формирование происходит за счет автоклавной обработки слоев полимерного состава, содержащего оксид вольфрама и металлизированной ткани с покрытием из никель-вольфрамового сплава.

Известен слоистый рентгенозащитный материал [1] в составе рентгенозащитных изделий, содержащий слои тканого материала на основе хлопчатобумажных волокон и размещенные между ними слои эластичного материала, армированные экранирующим порошкообразным наполнителем. Однако недостатком данного материала является недостаточная стойкость хлопчатобумажных волокон к радиационному излучению, высокая стоимость металлорганических и редкоземельных соединений, значительная масса и токсичность.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является слоистый радиационно-защитный материал [2], состоящий из слоев металлизированной ткани, обладающей низким электрическим сопротивлением, на которую последовательно нанесены электрохимическим способом сначала свинцовое, а затем металлофторопластовое покрытия. Слои металлизированной ткани обработаны клеем на основе синтетического цис-бутадиенового каучука, содержащим органозоли свинца, и подвержены автоклавной обработки с образованием эластичного монолита.

К недостаткам известного материала относятся использование технологий, включающих в себя применение высокотоксичных соединений свинца и бензиновых резиновых клеев, использование трудоемкого синтеза, связанного с получением органозолей свинца, проблемы утилизации свинца и высокая масса.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в разработке технологии получении низкотоксичного материала, пригодного для изготовления радиационно-защитных матов малой массы и с высокими эксплуатационными характеристиками, что достигается за счет введения соединений вольфрама как в полимерный состав, так и на фиксированный радиационно-защитный экран в виде металлизированной ткани, удельная поверхность которой превышает плоскую поверхность вольфрамового листа.

Создание слоистого монолита из гибких тонких пластин, представляющих собой металлизированную ткань с покрытием из никель-вольфрамового сплава и полимерного состава с соединениями вольфрама, позволяет получить объемный радиационно-защитный экран малой массы по сравнению с листовым вольфрамом, и обеспечить необходимые заданные радиационно-защитные характеристики за счет ослабления гамма - и рентгеновского излучения при реализации, в том числе Комптон - эффекта.

Новый технический результат, обеспечиваемый использованием предлагаемого слоисто-монолитного радиационно-защитного материала заключается в повышении эксплуатационных характеристик (низкой массой изделий, компактностью, прогнозируемостью радиационно-защитных характеристик, сравнительно низкой токсичностью, возможностью утилизации).

Указанные техническая задача и новый технический результат обеспечены тем, что на каждую нить металлизированной ткани наносится электрохимическим способом из водных электролитов покрытие из никель-вольфрамового сплава толщиной (20-30)⋅10^-3 мм. Для придания герметичности и эластичности металлизированной ткани производится ее фрикционная обкладка полимерным составом на основе бутилкаучука БК-1675 и этилен-пропиленового синтетического каучука СЭПТ-50 в равном массовом соотношении. Содержание радиационно-защитного компонента в полимерном составе в виде оксида вольфрама в 5 раз превышает суммарную массу каучуков, содержащих серную вулканизующую группу и активаторы вулканизации. При фрикционной обкладке полимерным составом заполняется все живое сечение сетки металлизированной ткани, полимерный состав покрывает металлизированную ткань с обоих сторон (Фигура 1).

Дополнительный технический результат заключается в повышении радиационно-защитных характеристик материала за счет многократного наложения радиационно-защитных элементов, содержащих вольфрам, как на металлизированной ткани, так и во фрикционной обкладке полимерным составом и исключении из материала тяжелого и высокотоксичного свинца. Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Предлагаемый слоисто-монолитный радиационно-защитный материал содержит слои металлизированной ткани, обладающей высокой электрической проводимостью, на которую нанесен электрохимическим способом никель-вольфрамовый сплав, представляющий собой твердый раствор вольфрама в никеле общей формулой Ni_(1-X)W_X, где величина х находится в пределах х=0,06÷0,07. На слои металлизированной ткани наносятся фрикционной обкладкой полимерный состав, содержащий оксид вольфрама. Металлизированная ткань с гальваническим покрытием и фрикционной обкладкой и каландрованное полотно полимерного состава собираются в пакет заданного калибра и подвергаются автоклавной обработке при температуре 150±10°С и удельном давлении 7,5 МПа/см² с образованием герметичного эластичного монолита (Фигура 2).

Радиационно-защитные свойства материала оценивались при использовании методик, представленных в [3]. Выбор рациональной толщины электрохимических покрытий, количества слоев прорезиненной металлизированной ткани в пакете произведен с учетом достижения высокой эффективности ослабления потока гамма-излучения при сравнительно низкой массы материала. Прочно сцепленное с нитями металлизированной ткани никель-вольфрамовое покрытие удается получить из водных растворов электролита до толщины 30⋅10^-3 мм. Снижение толщины никель-вольфрамового покрытия (менее 20⋅10^-3 мм) приводит к недостаточной эффективности радиационно-защитных свойств материала. Обеспечение требуемого уровня радиационно-защитных показателей достигается набором расчетного количества слоев прорезиненной металлизированной ткани, содержащих экранирующий наполнитель и количества каландрованных полотен полимерного состава. Для обеспечения регламентированного коэффициента ослабления гамма-излучения радионуклида Cs-137 в 1,48, формируется пакет толщиной 12 мм из 6 герметичных слоев прорезиненной металлизированной ткани толщиной 2±0,1 мм. По сравнению с аналогом, содержащим свинцовый наполнитель, масса пакета из предлагаемого материала значительно снижена.

Испытания в условиях лаборатории образцов радиационно-защитного материала дали следующие результаты (образцы толщиной 1,85 мм, 2,30 мм и 2,15 мм). Линейный коэффициент ослабления гамма - квантов по линии Cs-137 с энергией 0,662 МэВ определен на сцинтиллиционном одноканальном гамма - спектрометре и составил для образца толщиной 1,85 мм - 1,06; для образца толщиной 2,30 мм - 1,05; для образца толщиной 2,15 мм - 1,06. Масса 1 м² при толщине 1,85 мм - 4,37 кг. Масса 1 м² при толщине 2,3 мм - 5,01 кг. Масса 1 м² при толщине 2,15 мм - 5,23 кг. Предлагаемый радиационно-защитный материал может быть легко утилизирован на аффинажных предприятиях, так как материал содержит медные нити, покрытые серебром, никелем и вольфрамом.

Таким образом, использование предлагаемого сочетания радиационно-защитных компонентов в полимерном составе (оксид вольфрама) и в электрохимическом покрытии на металлизированной ткани в виде никель-вольфрамового сплава в составе слоисто-монолитного радиационно-защитного материала позволяет получить более высокие, по сравнению с аналогом, радиационно-защитные, массовые показатели, а также обеспечить технологичность и экологичность процесса получения радиационно-защитных матов в серийном производстве.

К другим преимуществам предлагаемого материала относится низкая токсичность исходных материалов, по сравнению со свинцом. Возможность реализации способа подтверждается следующими примерами реализации.

Пример 1. На металлизированную ткань (ТУ 17 РСФСР 62-4504-77), основой которой служат посеребренные медные нити толщиной от 0,07 до 0,1 мм, (покрытие серебром составляет до 5⋅10^-3 мм) наносится на S-образном трехвалковом каландре фрикционная обкладка из полимерного материала на основе синтетических каучуков СКЭПТ-50 и БК-1675, взятых в равном массовом соотношении, содержащего оксид вольфрама, и заполняется все живое сечение сетки металлизированной ткани, полимерный состав покрывает металлизированную ткань с обоих сторон, толщина металлизированной ткани с фрикционной обкладкой 0,3±0,05 мм. С целью повышения радиационно-защитных свойств, придания монолитности, герметичности и эластичности радиационно-защитный материал, состоящий из 5 слоев прорезиненной металлизированной ткани и 2 слоев каландрованной пластины полимерного состава подвергается автоклавной обработке при температуре 150±10°С и удельном давлении 5,0 МПа, толщина радиационно-защитного материала 2,15 мм.

Пример 2. На S-образном трехвалковом каландре выпускается пластина калибром 0,8±0,05 мм из полимерного материала на основе синтетических каучуков СКЭПТ-50 и БК-1675, взятых в равном массовом соотношении, содержащего оксид вольфрама. С целью повышения радиационно-защитных свойств, придания монолитности, герметичности и эластичности радиационно-защитный материал, состоящий из 2 слоев каландрованной пластины полимерного состава после усадки подвергается автоклавной обработке при температуре 150±10°С и удельном давлении 5,0 МПа, толщина радиационно-защитного материала 1,85 мм.

Пример 3. На металлизированную ткань (ТУ 17 РСФСР 62-4504-77), основой которой служат посеребренные медные нити толщиной от 0,07 до 0,1 мм, (покрытие серебром составляет до 5⋅10^-3 мм) электрохимическим способом из цитратного водного электролита наносится покрытие в виде сплава никеля и вольфрама толщиной 30⋅10^-3 мм при температуре 70±5°С с использованием растворимых анодов из никеля и вольфрама при плотности тока 2,5 А/дм. Затем на металлизированную ткань с никель-вольфрамовым покрытием после просушки при температуре 85±5°С наносится на S-образном трехвалковом каландре фрикционная обкладка из полимерного материала на основе синтетических каучуков СКЭПТ-50 и БК-1675, взятых в равном массовом соотношении, содержащего оксид вольфрама, и заполняется все живое сечение сетки металлизированной ткани, полимерный состав покрывает металлизированную ткань с обоих сторон, толщина металлизированной ткани с фрикционной обкладкой 0,3±0,05 мм. С целью повышения радиационно-защитных свойств, придания монолитности, герметичности и эластичности радиационно-защитный материал, состоящий из 5 слоев прорезиненной металлизированной ткани с гальваническим покрытием и 2 слоев каландрованной пластины полимерного состава подвергается автоклавной обработке при температуре 150±10°С и удельном давлении 5,0 МПа, толщина радиационно-защитного материала 2,30 мм.

Данные по составам и свойствам материалов, полученных по примерам 1-3 сведены в таблицу. В таблице также представлены характеристики радиационно-защитного мата РЗМ-1.

Из таблицы следует, что использование в составе предлагаемого материала всех покрытий в заявленных диапазонах соотношений их толщин обеспечивает повышение эффективности ослабления потока радиационного излучения, компактность материала и снижение массы готового изделия по сравнению с серийно выпускаемыми радиационно-защитными матами РЗМ-1.

Список библиографических источников

1. Патент Российской Федерации №2156509 МКИ G21F 1/00, В 32 В 5/30, опубл. 20.09.2000.

2. Заявка на изобретение №20116120613 МПК G21F 1/12 (2006.01), опубл. 31.11.2017.

3. Алексеев В.П. Ядерная физика. Лабораторный практикум/ В.П. Алексеев, В.П Глушаков. - Ярославль: ЯрГУ, 2009. - 236 с.

Изобретение относится к радиационно-защитным материалам и может быть использовано для изготовления индивидуальных и коллективных средств защиты людей и оборудования от гамма- и рентгеновского излучений. Слоисто-монолитный радиационно-защитный материал содержит дублированные слои герметичной металлизированной ткани с никель-вольфрамовым гальваническим покрытием толщиной (20-30)⋅10^-3 мм, с фрикционной обкладкой полимерным составом, содержащим оксид вольфрама с каландрованной пластиной из полимерного материала, содержащего оксид вольфрама. Формирование происходит за счет автоклавной обработки слоев полимерного состава, содержащего оксид вольфрама и металлизированной ткани с покрытием из никель-вольфрамового сплава. Изобретение позволяет повысить защитные свойства материала. 1 табл., 2 ил.

Слоисто-монолитный радиационно-защитный материал, содержащий слои герметичной металлизированной ткани, обладающей электрической проводимостью, на которую сначала электрохимическим способом из водных электролитов наносится радиационно-защитный материал в виде сплава вольфрама в никеле толщиной (20-30)⋅10-³ мм, а затем каландрованием наносится фрикционная обкладка полимерным материалом, содержащим оксид вольфрама, обеспечивающая максимальное заполнение живого сечения ткани полимерным составом с последующим дублированием слоев металлизированной ткани с фрикционной обкладкой полимерным составом, содержащим оксид вольфрама с каландрованной пластиной из полимерного материала, содержащего оксид вольфрама и автоклавной обработкой для придания монолитности радиационно-защитного материала, отличающийся тем, что используется дублирование слоев металлизированной ткани с никель-вольфрамовым гальваническим покрытием и фрикционной обкладкой полимерным составом, содержащим оксид вольфрама с каландрованной пластиной из полимерного материала, содержащего оксид вольфрама.