耐輻射涂料的設(shè)計(jì)研究和進(jìn)展.docx

1、耐輻射涂料研究進(jìn)展摘要：防輻射涂料是能夠吸收投射到它外表的電磁波能量、并通過材料的損耗轉(zhuǎn)變成熱能的 一類材料。本文著重講述防輻射涂料的防護(hù)機(jī)理，研究進(jìn)展，以及幾種防輻射涂料的特性以 及應(yīng)用情況。關(guān)鍵詞：輻射涂料；屏蔽機(jī)制；防護(hù)Resistant to radiation coating research progress Abstract： Anti-radiation coating is capable of absorbing onto its surface, and the electromagnetic energy by material loss turned into a k

2、ind of material thermcil energy. This paper tells the research progress of radiation protection coatings, and several kinds ofanti-radiation coating properties and application.Keyword： Radiation-proof: Shielding mechanism； protection0引言防輻射涂料是能夠吸收投射到它外表的電磁波能量、并通過材料的損 耗轉(zhuǎn)變成熱能的一類材料（能量轉(zhuǎn)換的原理）。在各種的電磁輻射防護(hù)材

3、料中，涂料以其方便、輕量、不占空間以及與基材一體化等眾多優(yōu)勢(shì)成為 其中的佼佼者，因?yàn)椋垒椛渫苛峡晌斩嘤嗟碾姶挪?，這樣不僅減少雜 波對(duì)自身設(shè)備的干擾，也有效防止電磁輻射對(duì)周圍設(shè)備及人員的騷擾和傷 害；而且，防輻射涂料能夠在復(fù)雜的曲面、微小的角落、孔、棱邊等處方 便地涂抹，從而在精細(xì)復(fù)雜的部位，準(zhǔn)確鞏固地形成涂膜，滿足工業(yè)、科 學(xué)和醫(yī)療設(shè)備的屏蔽、EVC的需要。防輻射涂料的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出軍事隱形 和反隱形、對(duì)抗和反對(duì)抗范圍，更廣泛地應(yīng)用在人體平安防護(hù)、通訊及導(dǎo) 航系統(tǒng)的抗電磁干擾、平安信息保密、改善整機(jī)性能、提高信噪比、電磁 兼容等許多方面。1防輻射涂料的屏蔽機(jī)制屏蔽材料對(duì)電離輻射的屏蔽作用是

4、通過涂料中所含吸收物質(zhì)對(duì)電離輻 射的吸收完成的。物質(zhì)對(duì)射線的吸收大體以下述兩種方式進(jìn)展，即能量吸 收和粒子吸收。能量吸收以射線與物質(zhì)粒子發(fā)生洋陛和非彈性散射方式進(jìn)展，如康普 頓散射。能量吸收的大小與吸收物質(zhì)原子序數(shù)的4次方呈正比?！翱灯疹D散 射以射線粒子與吸收物質(zhì)的原子或原子核發(fā)生碰撞方式進(jìn)展，粒子失去 局部能量，同時(shí)改變行進(jìn)方向（發(fā)生散射）。此過程反復(fù)進(jìn)展，最終射線粒 子的能量被耗盡，即被吸收。當(dāng)射線能量較高時(shí)，如高能X射線或者Y射線， “康普頓散射是吸收射線能量的主要方式。但在射線能量較低的情況下， 譬如診斷用X射線，此種吸收在整個(gè)能量吸收中僅占較少份額（約10%）。粒子吸收以射線粒子與物

5、質(zhì)的原子或原子核發(fā)生相互作用方式進(jìn)展， 如光電效應(yīng)。利用“光電效應(yīng)吸收x射線的原理與前者不同，它是以X射 線光子與核外電子相作用為根底進(jìn)展的。射線粒子打在核外電子上，其能 量全部轉(zhuǎn)移給電子，射線粒子被吸收。與此同時(shí)獲得能量的電子擺脫原子 核的束縛，成為自由電子。然而自由電子不穩(wěn)定，它們將回到基態(tài)（穩(wěn)定態(tài)）， 回復(fù)過程中其富裕能量或以熱能形式，或通過能級(jí)躍遷發(fā)出次級(jí)射線的形 式釋放。熱能對(duì)機(jī)體無害，次級(jí)射線也因其能量遠(yuǎn)比原始的X射線低，從而 到達(dá)防護(hù)射線的目的。當(dāng)X射線能量較低時(shí)，光電吸收起主要作用（約占 90%）o決定物質(zhì)粒子吸收能力的主要因素為該物質(zhì)原子的K層吸收邊 （Kabsorption

6、 edge）-f立置，即取決于物質(zhì)的K層吸收是否覆蓋射線的能量 或能譜。對(duì)低能X射線，物質(zhì)的L層吸收也起一定作用。當(dāng)物質(zhì)與中能和低 能X射線作用時(shí)，粒子吸收占有重要地位。2幾種比擬先進(jìn)的防輻射涂料2.1 一般防輻射涂料一）防輻射涂料是利用電磁能量轉(zhuǎn)換的原理，吸收電磁波，無二次 電磁污染，且吸收頻帶寬、衰減強(qiáng)、環(huán)保無污染、本錢低廉，可涂、噴、 刷，使用方便。該防輻射涂料以重量計(jì)）配比方下：吸收電磁波功能材 料的主料25虻35%,輔料有擴(kuò)散劑0.4%1. 1%,粘固劑5% 15%,成膜劑8% 14%, 氨水0.4%0.9%,其余為水。其中，吸收電磁波功能材料的主料是鱗片狀石 墨粉、乙塊碳粉、辨基鐵

7、粉、鐵氧體粉構(gòu)成，粒度應(yīng)小于10微米。擴(kuò)散劑 選用亞甲基甲基蔡雙荼磺酸鈉、竣甲基纖維素、羥己基纖維素、及相當(dāng)?shù)?物質(zhì)。粘固劑選自硅溶膠、硅酸鉀、硅酸鈉、硅酸鋰之一。成膜劑是苯乙 烯丙烯酸樹脂，或者是苯乙烯丙烯酸甲脂聚合而成的材料。氨水用來調(diào)整 涂料的pH值，以分析純的氨水為好。其余的水為純水。防輻射涂料的制備方法由以下步驟組成：1、將吸收電磁波功能材料的鱗片狀石墨粉或乙快碳粉和魂基鐵粉或鐵 氧體粉按9：1、6：4重量比，吸收電磁波功能材料用量的60%、擴(kuò)散劑用量 的40%、氨水用量的40%及水用量作為第一次投料，配制成第一次原料。2、預(yù)處理：使用膠體磨、振動(dòng)磨、球磨機(jī)中的一種對(duì)第一次原料處理

8、814小時(shí)。3、乳化：將鱗片狀石墨粉或乙煥碳粉和破基鐵粉或鐵氧體粉、擴(kuò)散劑、 氨水的余量及成膜劑、粘固劑用量作為第二次投料，配制成第二次原料參 加經(jīng)預(yù)處理的第一次原料中，使用膠體磨、振動(dòng)磨、球磨機(jī)、攪拌機(jī)中的 一種進(jìn)展乳化處理。4、除去雜質(zhì)，即成為防輻射涂料。二）目前家居裝修中對(duì)人體有害的污染物有十多種，日常生活中以 氮的輻射最為普遍，氯氣是居室中不可輕視的無形殺手。防輻射內(nèi)墻涂料 是在傳統(tǒng)涂料中，參加適當(dāng)比例的防輻射材料重晶石，利用重晶石具有吸 收x射線和y射線的性質(zhì)，使內(nèi)墻具有較強(qiáng)的阻擋及吸收射線的能力，以 實(shí)現(xiàn)涂料裝飾和防輻射的雙重功能【廣3】。涂料基料生產(chǎn)工藝:(1將足量德聚乙烯醇在加

9、熱下溶解于水中。(2) 然后參加鹽酸、甲醇，進(jìn)展縮合反響。(3) 再稍微降溫后，在50C以下參加水玻璃，接 著參加滑石粉、立德粉、 輕質(zhì)碳酸鈣、顏料、助劑以及重晶石粉在高速攪拌下混合均勻。(4) 最后經(jīng)沙磨機(jī)研磨分散，出料裝桶即成。添加填料重晶石粉將上述的涂料作為根本成分，添加重晶石粉重晶石粉粒度必須小于0. 08MMo)(1取上述涂料基料900 G分成三等份，各為300G；(2) 將重晶石擊碎，在研缽中研磨成粉，通過0. 08MM的200目孔篩；(3) 取過篩的重晶石粉三份:9G;18G;27G;既質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3%, 6%, 9%.(4) 將三份重晶石粉參加涂料基料，細(xì)細(xì)攪拌5-10分鐘，

10、防輻射內(nèi)墻涂 料既成。產(chǎn)品說明：(1) 特點(diǎn)：涂膜細(xì)膩柔軟，且無毒、無味、無污染;外表光滑平正，不脫粉，無 反光，粘結(jié)力強(qiáng);有一定耐水性，裝飾效果好;此涂料可根據(jù)需要，調(diào)配各種顏色。(2) 性能：生態(tài)型防輻射內(nèi)墻涂料可用于吸收或屏蔽建筑材料和建筑工程中析 出的氨；使用前要以水作稀釋劑，須攪拌。(3) 適用范圍：適用于家庭、寫字樓、辦公室、學(xué)校、醫(yī)院等的內(nèi)墻防氮防福 射涂刷和裝飾。同時(shí)，可用于各種需要屏蔽放射性輻射的環(huán)境中。2. 2耐核輻射涂料由于煤、石油、天然氣的本錢不斷攀升，目前，世界各國都把目光轉(zhuǎn) 向核電。我國也在大力興建核電站，根據(jù)我國的核電開展方案，至2020年 我國將再建立30座核電

11、站【4】。核電站的建筑、設(shè)備大都是混凝土構(gòu)造和 不銹鋼構(gòu)造，多孔的混凝土外表容易吸附放射性灰塵形成永久性放射源， 對(duì)維修的工作人員造成放射性損傷；處于大氣環(huán)境和腐蝕環(huán)境下的鋼構(gòu)造 也需要進(jìn)展防銹處理；這些區(qū)域的外表都需要用涂料來保護(hù)。由于核電站 運(yùn)行環(huán)境的特殊性，對(duì)涂料的性能要求也與一般涂料不同。2. 2. 1耐核輻射涂料的性能要求核電站很多廠房都有放射性輻射，有些區(qū)域的環(huán)境是非?？量痰?，如 平安殼，平安殼內(nèi)正常的工作溫度是50C以下，但當(dāng)失水事故發(fā)生時(shí)溫度 可達(dá)140C,壓力也可能由0. IMPa上升到0. 46MPa,輻射劑量可能高達(dá)5X105 GY,并伴有高溫含硼水的浸蝕。因此，耐核輻射

12、涂料與普通涂料不同，除 了需要具備耐磨、耐壓、抗拉伸等機(jī)械性能外，還有一些特殊要求，要求 涂層能耐輻射、容易除去放射性污染物等等。例如，秦山二期核電站核島 廠房混凝土外表用涂料的技術(shù)要求【5】:如下：表一秦山二期核電站核島廠房混凝土外表用涂料的技術(shù)要求1.耐輻射性能平安殼內(nèi)的混凝土外表涂層系統(tǒng)平安殼外混凝土外表涂層系統(tǒng)(1) 在正常運(yùn)行條件下，保持穩(wěn)定， 在一年內(nèi)不出現(xiàn)起泡、裂紋、粉 化等外觀缺陷；(2) 涂層光滑，易于清洗，可進(jìn)展修 補(bǔ)；(3) )具有良好的去除放射性物質(zhì)玷 污的性能；(4) 能承受規(guī)定的輻射；(5) )能承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故；(1) 在正常運(yùn)行條件下，保持穩(wěn)定， 在一年內(nèi)不出現(xiàn)

13、起泡、裂紋、粉化 等外觀缺陷；(2) 涂層光滑，易于清洗，可進(jìn)展 修補(bǔ)；(3) 具有良好的去除放射性物質(zhì)玷 污的性能放射性輻照會(huì)加速涂層中的主要成膜物質(zhì)一高分子樹脂或高分子聚合 物老化而變脆開裂【6】。因此，對(duì)耐輻射涂料來說，只有涂料具備優(yōu)良的 耐輻射性能方可使用。耐核輻射涂料的抗輻射性能指標(biāo)對(duì)用于高輻射強(qiáng)度 下的外表來說是極其重要的，也是區(qū)別于普通涂料的主要標(biāo)志。耐核輻射 性能優(yōu)良的涂料一般在照射后不發(fā)生明顯變化，如膨脹、收縮、脫落、裂 紋、起泡、分層、粉化現(xiàn)象，但是允許變色，經(jīng)過輻照后涂層顏色一般都 會(huì)加深?？疾焱苛夏秃溯椛湫阅艿姆绞绞菍?duì)涂層體系進(jìn)展輻照試驗(yàn)，根據(jù) 法國標(biāo)準(zhǔn)NF T30-9

14、03規(guī)定，輻照分兩個(gè)階段進(jìn)展：第一個(gè)階段：輻照劑量 不低于核電廠運(yùn)行40年的累積劑量2. 5X105 GY；第二個(gè)階段：模擬一回 路失水事故條件下的輻照，累積劑量為6.0 X 105GY,要求涂層經(jīng)歷這兩個(gè) 階段輻照而無損傷。2. 去污性能涂層經(jīng)受核輻射后，外表會(huì)留下放射性污染物；放射性塵埃、裂變氣 體等吸附在外表，這些都對(duì)環(huán)境造成放射性輻射，危害工作人員的身體安 康。因此，涂層要具備度好的去除污染性能。所謂去污染性能，就是指污 染之后的涂層外表的放射性污染物能夠被消除或減少到相當(dāng)?shù)偷某潭取＿@ 種性能對(duì)于工作人員和設(shè)備來說都是很重要的，所以核反響堆的防事故外 殼區(qū)都有去除污染的有關(guān)規(guī)定。考察涂

15、膜去污能力的指標(biāo)為去污率，即P=(A0-Al)/A0*100%式中：P為去污率A0為沾污后放射性比活度A1為去污后放射性比活度P值越大，表示涂料的去污能力越強(qiáng)，一般要求去污率85%。3. 承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故能力在核反響堆運(yùn)行過程中，必須考慮其失水事故的可能性。考察涂層承 受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)施工能力的試驗(yàn)是LOCA試驗(yàn)，就是模擬核反響堆發(fā)生意外情況 時(shí)，保護(hù)涂料的涂層能否經(jīng)受住這一考驗(yàn)。因?yàn)?，?dāng)核反響堆發(fā)生意外情 況時(shí)，瞬間產(chǎn)生高溫高壓，并伴隨著大劑量的核輻射，兒乎與此同時(shí)，蒸 偲水或弱堿性噴淋液體開場(chǎng)噴淋進(jìn)展冷卻，在這種情況下，如果保護(hù)涂層 剝落，可能會(huì)堵塞流體管線、泵和回流噴水系統(tǒng)，防礙噴淋。因此，涂

16、層 必須在LOCA試驗(yàn)后仍能保持良好的附著力。2. 2. 2耐核輻射涂料的配套和施工1. 耐核輻射涂料的配套耐核輻射涂料要求具備耐輻照、容易去污、能通過LOCA試驗(yàn)等性能， 由于核電站特殊的使用環(huán)境，耐輻射涂層體系的配套就顯得非常關(guān)鍵。各 涂層之間要有很好的粘結(jié)強(qiáng)度，涂層體系損壞后要便于修復(fù)。尤其是在核 電站平安殼內(nèi)使用的涂層體系，按照法國標(biāo)準(zhǔn)，要求先對(duì)涂層體系進(jìn)展輻 照和濕熱老化，然后再做LOCA試驗(yàn)，并且要求通過LOCA試驗(yàn)后仍有良好的 附著力。這樣苛刻的使用環(huán)境，對(duì)耐核輻射涂料及其涂層配套體系提出了 很高的技術(shù)要求，必須綜合考慮各涂層漆膜的熱膨脹系數(shù)、耐高溫性、熱 分解溫度、溫度應(yīng)力等一

17、系列的參數(shù)，由生產(chǎn)廠家負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)涂層配套系統(tǒng)。2. 耐核輻射涂料的施工“三分油漆、七分施工，耐核輻射涂料表達(dá)的更為深刻，施工質(zhì)量 決定了耐輻射涂層的性能和使用壽命，這對(duì)于核電站來說是非常重要的， 因?yàn)樵诤穗娬具\(yùn)行過程中，重涂一次非常困難。經(jīng)歷說明，涂層使用年限 受三種因素的影響程度：外表處理質(zhì)量約占60%,施工質(zhì)量約占25%,涂 料本身質(zhì)量約占15% (4)?；炷翗?gòu)造外表呈現(xiàn)多孔、不平、裂縫等缺陷時(shí)對(duì)漆膜外觀造成一定 的影響，混凝土含水率是涂層好壞的關(guān)鍵。因此，必須進(jìn)展外表處理并控 制含水率，新澆混凝土基層必須養(yǎng)護(hù)28天以上才能涂裝，含水率應(yīng)小于6%。 對(duì)坑凹不平的基面要填坑補(bǔ)洞，鏟除突起的砂

18、漿層，打磨松動(dòng)的顆粒，去 除油污油脂，沖洗枯燥。確保混凝土基面密實(shí)、平整、干凈。先清掃鋼鐵 外表，用清潔劑完全除去灰塵、水漬、油污等，用壓縮空氣吹干外表后用 噴砂機(jī)除銹，操作過程中相對(duì)濕度不大于85%,溫度高于512。噴砂用壓縮 空氣必須通過油水別離器過濾，以確保壓縮空氣無油、無水、清潔枯燥， 構(gòu)件外表干凈度到達(dá)Sa 2. 5級(jí)以上，粗糙度達(dá)漆膜厚度的三分之一。噴砂 合格的構(gòu)件必須在24h內(nèi)噴底漆。根據(jù)涂層體系的配套，依次完成從底漆到面漆的涂裝。涂裝溫度應(yīng)在 535(2,相對(duì)濕度不大于85%,基層溫度至少應(yīng)高于露點(diǎn)溫度3C。每道 涂層施工完畢應(yīng)檢查濕膜厚度，不合格者應(yīng)立即補(bǔ)漆至要求厚度。涂層完

19、 全枯燥后應(yīng)檢測(cè)干膜厚度和粘結(jié)力是否合格。3. 耐核輻射涂料的配套和施工耐核輻射涂料要求具備耐輻照、容易去污、能通過LOCA試驗(yàn)等性能， 由于核電站特殊的使用環(huán)境，耐輻射涂層體系的配套就顯得非常關(guān)鍵。各 涂層之間要有很好的粘結(jié)強(qiáng)度，涂層體系損壞后要便于修復(fù)。尤其是在核 電站平安殼內(nèi)使用的涂層體系，按照法國標(biāo)準(zhǔn)，要求先對(duì)涂層體系進(jìn)展輻 照和濕熱老化，然后再做LOCA試驗(yàn)，并且要求通過LOCA試驗(yàn)后仍有良好的 附著力。這樣苛刻的使用環(huán)境，對(duì)耐核輻射涂料及其涂層配套體系提出了 很高的技術(shù)要求，必須綜合考慮各涂層漆膜的熱膨脹系數(shù)、耐高溫性、熱 分解溫度、溫度應(yīng)力等一系列的參數(shù)，由生產(chǎn)廠家負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)涂層配

20、套系統(tǒng)?！叭钟推?、七分施工，耐核輻射涂料表達(dá)的更為深刻，施工質(zhì)量 決定了耐輻射涂層的性能和使用壽命，這對(duì)于核電站來說是非常重要的， 因?yàn)樵诤穗娬具\(yùn)行過程中，重涂一次非常困難。經(jīng)歷說明，涂層使用年限 受三種因素的影響程度：外表處理質(zhì)量約占60%,施工質(zhì)量約占25%,涂 料本身質(zhì)量約占15% (4)o2.3吸收電磁雜波的防輻射污染涂料吸收電磁雜波的防輻射污染涂料，是一種在基料中參加電損耗或磁損 耗填料，使由自由空間進(jìn)入到涂層中的電磁雜波能量轉(zhuǎn)化為熱能，減少或 根本消除反射電磁波，使置于環(huán)境中的人免受電磁輻射損害的功能性“綠 色涂料。眾所周知，電子設(shè)備或電器裝置在工作時(shí)所發(fā)出的電磁雜波， 會(huì)使人體

21、受到不良影響和程度不同的損害當(dāng)人處于超強(qiáng)度射頻電磁場(chǎng)的作 用下，機(jī)體會(huì)吸收輻射能量而發(fā)生生物學(xué)作用，引發(fā)神經(jīng)、消化、循環(huán)、 生殖等系統(tǒng)的各類疾病，如神經(jīng)衰弱癥、植物神經(jīng)機(jī)能紊亂、腦瘤、胎兒 畸形、男性精子成活率低等病變隨著電磁能利用范圍的擴(kuò)大與能量的日益 提高，存在于地球周圍空間的電磁波己無處不在，而且頻帶極寬，這對(duì)人 體安康構(gòu)成的潛在威脅日益嚴(yán)重。為此，人們采取了屏蔽、抑制與吸收漏 能、穿戴金屬衣等防護(hù)措施，但這些措施一般是針對(duì)大型電磁輻射場(chǎng)源和 需要特別防護(hù)的個(gè)體，對(duì)長期處于電磁雜波干擾環(huán)境中的人體而言，那么 不具備使用上的方便靈活、適用廣泛和經(jīng)濟(jì)高效性&防電磁輻射污染涂料 (專利號(hào)：00

22、100736.4),把電磁控制技術(shù)與涂料生產(chǎn)工藝結(jié)合起來應(yīng)用 于民用領(lǐng)域，為解決長期困擾人們的室內(nèi)外電磁雜波干擾與危害安康問題 做出了探索【7的】。對(duì)于室內(nèi)外的電磁輻射雜波，采用吸波涂料進(jìn)展防護(hù)是一項(xiàng)積極有效 的措施，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，可根據(jù)實(shí)際需要來設(shè)計(jì)涂料的組分、配比和形 態(tài)，形成系列產(chǎn)品。(1) 建筑物外墻體，做成吸收墻，防止室外電磁雜波透射，不對(duì)室內(nèi) 的人體和儀器設(shè)備，產(chǎn)生影響；(2) 內(nèi)墻體、頂棚、地面、門窗、家俱等，吸收來自室內(nèi)外各個(gè)方向 的輻射波，防止雜波反射；(3) 電子電器設(shè)備，作為場(chǎng)源，工作狀態(tài)中的電子電器設(shè)備會(huì)向周圍 空間輻射大量的電磁波能，對(duì)它們的內(nèi)外體表敷設(shè)吸波涂料，能將輻射波 大幅度削減，并將污染控制在較小范圍內(nèi)。(4) 軍事上的隱身技術(shù)，用吸波涂料制作的偽裝材料可用作地面設(shè)施 或武器裝備的防雷達(dá)偵察的偽裝材料。3展望由于防輻射涂料多種多樣，性能千變?nèi)f化，應(yīng)用也很廣泛，這里只針 對(duì)室內(nèi)防輻射涂料的未來做一下簡單闡述。一)市場(chǎng)需求國際上對(duì)室內(nèi)氮的限制濃度通常定為150貝克/立方米，我國2001年 衛(wèi)生部制定的標(biāo)準(zhǔn)是：已建房間每立方米不超過200貝克，地下室不超過 400貝克。室內(nèi)氮濃度到達(dá)200貝克/立方米時(shí)，就相當(dāng)每天吸15支煙。 北京地區(qū)監(jiān)測(cè)，