对利用碳化硼制作防辐射织物纤维的可行性实验

张一飞　王基峰

摘 要：通过调查，发现某些领域、某些地方存在的放射性射线会对相关工作人员产生一定的危害。碳化硼具有高熔点、超硬度、低密度的特点，还具有稳定的化学性质，具有较高的热中子吸收能力，其中子俘获截面高、俘获能谱宽，目前尚未有人将其应用在纺织面料上。通过实验，尝试获得含有碳化硼成分的织物纤维，从可能性、可靠性方面获取数据支持，并最终考虑将含碳化硼织物纤维做成辐射防护衣的可能性。

关键词：放射性射线；碳化硼；防辐射服；可行性实验

中图分类号：TQ340 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.103

随着国防科研、放射性医学和核技术应用的不断发展，各种放射性射线被广泛应用，但放射性射线会对人体造成一定的伤害。所以，在保证放射线造福人类的同时，最大程度地减少放射线对工作人员健康造成的伤害也非常重要。目前，市面上有多种防辐射服装，本文尝试探讨一种质优价廉的类似服装，从实验室到可行性作多方面探究。

1 放射性射线对人体的危害

中子是构成物质原子核的核子之一，是组成原子核，构成化学元素不可缺少的成分。中子虽然不带电，但具有很强的穿透力，它在空气和其他物质中可以传播的更远，对人体的危害比相同剂量的X射线、Y射线更大。人体受中子辐射后，肠胃和雄性性腺会受到严重损伤，诱导肿瘤的生物效应高，并易导致早期死亡，同时，受损伤的机体易感染且较严重，所致眼晶体混浊的相对生物效应为X射线或Y射线的2～14倍。目前，产生中子辐射的设备多为人工操作，中子辐射防护服对于保障该类工作人员的健康尤为重要。因此，对防辐射材料的研究也已成为材料学研究的一个重要方面。

2 防辐射服

射线防护服可分为含铅防护服和无铅防护服。含铅防护服主要用铅和其他重金属的胶皮制作而成，目前也有微铅防护服。用其他复合中子辐射屏蔽材料制成的无铅射线防护服比含铅防护服要轻巧一些。随着射线装置和核技术应用的进一步发展，传统的单一屏蔽材料已不能满足科技发展和人们生活的需要。

3 对碳化硼防护服的设想和原理分析

碳化硼俗称“人造金刚石”，长期以来多应用于耐磨材料、工程陶瓷和航空航天材料等领域。随着核技术和核工业的发展，人们发现碳化硼具有较高的热中子吸收能力，其中子俘获截面高、俘获能谱宽，仅次于钐、镉等少数几种元素。而且碳化硼制造成本低，衰变时无放射性同位素产生，二次辐射能低，耐高温、抗辐照。但截至目前，尚未有人将其应用在纺织面料上。

4 对含有碳化硼织物纤维的可行性实验

4.1 实验目的

利用碳化硼可以吸收中子的性能，研究一种含有碳化硼成分的织物纤维。

4.2 实验准备

准备粒径小于20 μm的高纯度碳化硼微粉、聚酰胺纤维尼龙66等各种合成纤维、专用预热器、喷丝泵、喷枪等。

4.3 制备方法

将纯度在85%以上的碳化硼原料破碎成粒径小于20 μm的微粉备用，制备方法为：①将合成纤维加热成熔融状态后，用喷丝泵压入喷丝头。喷丝时，用喷枪将碳化硼微粉均匀地喷射到喷丝头喷出的合成纤维丝表面，黏附有碳化硼微粉的合成纤维冷凝后即可得到含有碳化硼成分的织物纤维成品。②将合成纤维加热成熔融状态后，添加高纯度碳化硼防护材料微粉，搅拌均匀，使其充分混合，然后将混合好的熔融态物料用喷丝泵压入喷丝头，从喷丝头流出的直径小于0.045 mm的细丝冷凝后即可得到含有碳化硼成分的织物纤维成品。③选用不同的织物纤维熔融按不同的比例添加不同纯度的碳化硼防护材料微粉，搅拌均匀，使其充分混合，然后将混合好的熔融态物料用喷丝泵压入喷丝头，从喷丝头流出的直径小于0.045 mm的细丝冷凝后即可得到含有不同比例碳化硼成分的织物纤维成品。

4.4 结论

尝试各种制备方法后得出的结论为：①防辐射织物纤维的成分组成为合成纤维55%～70%、碳化硼30%～45%时，防辐射效果最佳。②含氢量较高的优良快中子慢化材料合成纤维材料效果最佳。③在含有碳化硼织物纤维的制备方法中，第一种方法中的用喷枪将碳化硼微粉均匀喷射到喷丝头喷出的合成纤维丝表面和第二种方法中的织物纤维熔融后和碳化硼微粉混合，然后喷丝头喷出含碳化硼成分的纤维丝这两种混合法可以替换。④这两种混合法在实际纺织和使用中哪种更具优势，还有待后期的实验。⑤可根据使用场合的不同，选择不同口径的喷丝头进行拉丝，这样就可以得到直径不同的织物纤维。

5 实验意义

将含有碳化硼成分的织物纤维纺织成布料，非常适合制成新型辐射防护服。在实际生产时，可根据使用场合的不同，利用低成本的碳化硼原料所具有的较高的热中子吸收能力，将其与优良的快中子慢化材料合成纤维复合材料后，制造出的织物纤维，具有强度高、弹性好、比重小、耐磨、耐腐蚀等特点，织成的混纺织物可加工成防辐射服、防辐射板等功能性衣物或用品，具有轻便、快干等特点。这些防辐射服可以有效减慢并吸收中子辐射，对从事有中子辐射行业的工作人员起到了很好的保护作用，避免了中子对人体的危害。同时，采用这种织物纤维做成的衣服质地轻盈、柔软，穿着舒适，更有利于专业人员的日常工作。

碳化硼比现有辐射防护服原料的价位要低，如果实验能进一步进行，解决好批量生产的不稳定问题，就可能成为物美价廉的防辐射纤维原料。

答谢：本实验从2014年开始，利用寒暑假进行，在郑州嵩山硼业科技有限公司实验室完成，得到了技术人员王燕等人的大力支持；本论文经过李伟锋老师指导和修改，在此一并表示感谢。

参考文献

[1]王志伦，窦海英.中子辐射防护[J].中国个体防护装备，2006（5）.

[2]徐正彬，贾梦秋.碳化硼的改性及其在有机硅树脂中的应用[J].北京化工大学学报，2007（S2）.

〔编辑：王霞〕