耐辐射涂料的研究与进展

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1、 耐辐射涂料研究进展耐辐射涂料研究进展摘要：摘要：防辐射涂料是能够吸收投射到它表面的电磁波能量、并通过材料的损耗转变成热能的一类材料。本文着重讲述防辐射涂料的防护机理，研究进展，以及几种防辐射涂料的特性以及应用情况。关键词：关键词：辐射涂料；屏蔽机制；防护 Resistant to radiation coating research progressA Ab bs st tr ra ac ct t：Anti-radiation coating is capable of absorbing onto its surface, and the electromagnetic energy by

2、 material loss turned into a kind of material thermal energy. This paper tells the research progress of radiation protection coatings, and several kinds of anti-radiation coating properties and application. K Ke ey y w wo or rd d：Radiation-proof；Shielding mechanism；protection0 引言引言防辐射涂料是能够吸收投射到它表面的电

3、磁波能量、并通过材料的损耗 转变成热能的一类材料（能量转换的原理）。在各种的电磁辐射防护材料中， 涂料以其方便、轻量、不占空间以及与基材一体化等众多优势成为其中的佼 佼者，因为，防辐射涂料可吸收多余的电磁波，这样不仅减少杂波对自身设 备的干扰，也有效防止电磁辐射对周围设备及人员的骚扰和伤害；而且，防 辐射涂料能够在复杂的曲面、微小的角落、孔、棱边等处方便地涂抹，从而 在精密复杂的部位，准确坚固地形成涂膜，满足工业、科学和医疗设备的屏 蔽、EMC 的需要。防辐射涂料的应用已远远超出军事隐形和反隐形、对抗和 反对抗范围，更广泛地应用在人体安全防护、通讯及导航系统的抗电磁干扰、 安全信息保密、改善整

4、机性能、提高信噪比、电磁兼容等许多方面。 1 防辐射涂料的屏蔽机制防辐射涂料的屏蔽机制 屏蔽材料对电离辐射的屏蔽作用是通过涂 料中所含吸收物质对电离辐 射的吸收完成的。物质对射线的吸收大体以下述两种方式进行，即能量吸收 和粒子吸收。 能量吸收以射线与物质粒子发生洋陛和非弹性散射方式进行，如康普顿 散射。能量吸收的大小与吸收物质原子序数的 4次方呈正比。 “康普顿散射 ” 以射线粒子与吸收物质的原子或原子核发生碰撞方式进行，粒子失去部分能 量，同时改变行进方向 (发生散射)。此过程反复进行，最终射线粒子的能量 被耗尽，即被吸收。当射线能量较高时，如高能 X射线或者Y射线，“康普 顿散射”是吸收射

5、线能量的主要方式。但在射线能量较低的情况下，譬如诊 断用X射线，此种吸收在整个能量吸收中仅占较少份额 (约10)。 粒子吸收以射线粒子与物质的原子或原子核发生相互作用方式进行，如光电效应。利用 “光电效应”吸收x射线的原理与前者不同，它是以 X射线 光子与核外电 子相作用为基础进行的。射线粒子打在核外电子上，其能量全 部转移给电子，射线粒子被吸收。与此同时获得能量的电子摆脱原子核的束 缚，成为自由电子。然而自由电子不稳定，它们将回到基态(稳定态)，回 复过程中其富裕能量或以热能形式，或通过能级跃迁发出次级射线的形式释 放。热能对机体无害，次级射线也因其能量远比原始的X射线低，从而达到 防护射线

6、的目的。当 X射线能量较低时，光电吸收起主要作用 (约占90)。决定物质粒子吸收能力的主要因素为该物质原子的 K层吸收边 (Kabsorption edge)-f立置，即取决于物质的 K层吸收是否覆盖射线的能量 或能谱。对低能 X射线，物质的 L层吸收也起一定作用。当物质与中能和低能 X射线作用时，粒子吸收占有重要地位。2 几种比较先进的防辐射涂料几种比较先进的防辐射涂料2.1 一般防辐射涂料一般防辐射涂料（一）防辐射涂料是利用电磁能量转换的原理，吸收电磁波，无二次电 磁污染，且吸收频带宽、衰减强、环保无污染、成本低廉，可涂、喷、刷， 使用方便。该防辐射涂料（以重量计）配比如下：吸收电磁波功能

7、材料的主 料25%35%，辅料有扩散剂 0.4%1.1%，粘固剂5%15%， 成膜剂8%14%， 氨水0.4%0.9%，其余为水。其中，吸收电磁波功能材料的主料是鳞片状石 墨粉、乙炔碳粉、羰基铁粉、铁氧体粉构成，粒度应小于10微米。扩散剂 选用亚甲基甲基萘双萘磺酸钠、羧甲基纤维素、羟已基纤维素、及相当的物 质。粘固剂选自硅溶胶、硅酸钾、硅酸钠、硅酸锂之一。成膜剂是苯乙烯丙 烯酸树脂，或者是苯乙烯丙烯酸甲脂聚合而成的材料。氨水用来调整涂料的 pH值，以分析纯的氨水为好。其余的水为纯水。 防辐射涂料的制备方法由以下步骤组成： 1、将吸收电磁波功能材料的鳞片状石墨粉或乙炔碳粉和羰基铁粉或铁 氧体粉按

8、9164重量比，吸收电磁波功能材料用量的 60%、扩散剂用量 的40%、氨水用量的 40%及水用量作为第一次投料，配制成第一次原料。 2、预处理：使用胶体磨、振动磨、球磨机中的一种对第一次原料处理 814小时。 3、乳化：将鳞片状石墨粉或乙炔碳粉和羰基铁粉或铁氧体粉、扩散剂、 氨水的余量及成膜剂、粘固剂用量作为第二次投料，配制成第二次原料加入 经预处理的第一次原料中，使用胶体磨、振动磨、球磨机、搅拌机中的一种 进行乳化处理。 4、除去杂质，即成为防辐射涂料。（二）目前家居装修中对人体有害的污染物有十多种，日常生活中以氡的辐射最为普遍，氡气是居室中不可轻视的无形杀手。防辐射内墙涂料是在传统涂料中

9、，加入适当比例的防辐射材料重晶石，利用重晶石具有吸收 射线和 射线的性质，使内墙具有较强的阻挡及吸收射线的能力，以实现涂料装饰和防辐射的双重功能 【13】。涂料基料生产工艺 ：（1）将足量德聚乙烯醇在加热下溶解于水中。（2）然后加入盐酸、甲醇，进行缩合反应。（3）再稍微降温后，在 50以下加入水玻璃，接 着加入滑石粉、立德粉、轻质碳酸钙、颜料、助剂以及重晶石粉在高速搅拌下混合均匀。（4）最后经沙磨机研磨分散，出料装桶即成。添加填料重晶石粉将上述的涂料作为基本成分，添加重晶石粉（重晶石粉粒度必须小于0.08MM。 ）（1）取上述涂料基料 900 G 分成三等份，各为 300G；（2）将重晶石击碎

10、，在研钵中研磨成粉，通过 0.08MM 的 200 目孔筛；（3）取过筛的重晶石粉三份:9G;18G;27G;既质量分数分别为 3,6,9.（4）将三份重晶石粉加入涂料基料，细细搅拌 510 分钟，防辐射内墙涂料既成。产品说明：（1）特点：涂膜细腻柔软，且无毒、无味、无污染;表面光滑平正，不脱粉，无反光，粘结力强;有一定耐水性，装饰效果好;此涂料可根据需要，调配各种颜色。（2）性能：生态型防辐射内墙涂料可用于吸收或屏蔽建筑材料和建筑工程中析出的氡；使用前要以水作稀释剂，须搅拌。（3）适用范围：适用于家庭、写字楼、办公室、学校、医院等的内墙防氡防辐射涂刷和装饰。同时，可用于各种需要屏蔽放射性辐射

11、的环境中。2.2 耐核辐射涂料耐核辐射涂料由于煤、石油、天然气的成本不断攀升，目前，世界各国都把目光转向 核电。我国也在大力兴建核电站，根据我国的核电发展计划，至2020年我 国将再建设30座核电站【4】。核电站的建筑、设备大都是混凝土结构和不 锈钢结构，多孔的混凝土表面容易吸附放射性灰尘形成永久性放射源，对维修的工作人员造成放射性损伤；处于大气环境和腐蚀环境下的钢结构也需要 进行防锈处理；这些区域的表面都需要用涂料来保护。由于核电站运行环境 的特殊性，对涂料的性能要求也与一般涂料不同。 2.2.12.2.1 耐核辐射涂料的性能要求耐核辐射涂料的性能要求 核电站很多厂房都有放射性辐射，有些区域

12、的环境是非常苛刻的，如安 全壳，安全壳内正常的工作温度是 50以下，但当失水事故发生时温度可 达140“C，压力也可能由 0.1MPa上升到O.46MPa，辐射剂量可能高达 5X105 GY，并伴有高温含硼水的浸蚀。因此，耐核辐射涂料与普通涂料不同，除了 需要具备耐磨、耐压、抗拉伸等机械性能外，还有一些特殊要求，要求涂层 能耐辐射、容易除去放射性污染物等等。例如，秦山二期核电站核岛厂房混 凝土表面用涂料的技术要求 【5】：如下： 表一 秦山二期核电站核岛厂房混凝土表面用涂料的技术要求 安全壳内的混凝土表面涂层系统安全壳外混凝土表面涂层系统(1)在正常运行条件下，保持稳定， 在一年内不出现起泡、

13、裂纹、粉 化等外观缺陷； (2)涂层光滑，易于清洗，可进行修 补； (3)具有良好的去除放射性物质玷 污的性能； (4)能承受规定的辐射；(5)能承受设计基准事故；（1）在正常运行条件下，保持稳定， 在一年内不出现起泡、裂纹、粉化 等外观缺陷； （2）涂层光滑，易于清洗，可进行 修补； （3）具有良好的去除放射性物质玷 污的性能1.耐辐射性能 放射性辐照会加速涂层中的主要成膜物质一高分子树脂或高分子聚合物 老化而变脆开裂 【6】。因此，对耐辐射涂料来说，只有涂料具备优良的耐 辐射性能方可使用。耐核辐射涂料的抗辐射性能指标对用于高辐射强度下的 表面来说是极其重要的，也是区别于普通涂料的主要标志。

14、耐核辐射性能优 良的涂料一般在照射后不发生明显变化，如膨胀、收缩、脱落、裂纹、起泡、 分层、粉化现象，但是允许变色，经过辐照后涂层颜色一般都会加深。考察 涂料耐核辐射性能的方式是对 涂层体系进行辐照试验，根据法国标准 NF T30903规定，辐照分两个阶段进行：第一个阶段：辐照剂量不低于核电厂 运行40年的累积剂量 25105 GY；第二个阶段：模拟一回路失水事故条件 下的辐照，累积剂量为 6.0 X 105GY，要求涂层经历这两个阶段辐照而无损 伤。 2.去污性能 涂层经受核辐射后，表面会留下放射性污染物；放射性尘埃、裂变气体 等吸附在表面，这些都对环境造成放射性辐射，危害工作人员的身体健康

15、。 因此，涂层要具备良好的去除污染性能。所谓去污染性能，就是指污染之后 的涂层表面的放射性污染物能够被消除或减少到相当低的程度。这种性能对 于工作人员和设备来说都是很重要的，所以核反应堆的防事故外壳区都有去 除污染的有关规定。考察涂膜去污能力的指标为去污率，即 P P= =( (A A0 0- -A A1 1) )/ /A A0 0* *1 10 00 0% % 式中：P为去污率A0为沾污后放射性比活度 A1为去污后放射性比活度 P值越大，表示涂料的去污能力越强，一般要求去污率85。 3. 承受设计基准事故能力 在核反应堆运行过程中，必须考虑其失水事故的可能性。考察涂层承受 设计基准施工能力的

16、试验是 LOCA试验，就是模拟核反应堆发生意外情况时， 保护涂料的涂层能否经受住这一考验。因为，当核反应堆发生意外情况时， 瞬间产生高温高压，并伴随着大剂量的核辐射，几乎与此同时，蒸馏水或弱 碱性喷淋液体开始喷淋进行冷却，在这种情况下，如果保护涂层剥落，可能 会堵塞流体管线、泵和回流喷水系统，防碍喷淋。因此，涂层必须在LOCA 试验后仍能保持良好的附着力 。 2.2.22.2.2 耐核辐射涂料的配套和施工耐核辐射涂料的配套和施工 1耐核辐射涂料的配套 耐核辐射涂料要求具备耐辐照、容易去污、能通过 LOCA试验等性能， 由于核电站特殊的使 用环境，耐辐射涂层体系的配套就显得非常关键。各涂 层之间要有很好的粘结强度，涂层体系损坏后要便于修复。尤其是在核电站 安全壳内使用的涂层体系，按照法国标准，要求先对涂层体系进行辐照和湿 热老化，然后再做 LOCA试验，并且要求通过 LOCA试验后仍有良好的附着力。 这样苛刻的使用环境，对耐核辐射涂料及其涂层配套体系提出了很高的技术 要求，必须综合考虑各涂层漆膜的热膨胀