新型稀土热塑性X射线屏蔽材料的制备与性能研究

论文摘要

传统的X射线屏蔽材料主要为含铅硫化橡胶。铅由于具有毒性、存在X射线弱吸收区、以及对低能X射线散射强等缺点,逐渐被新型无铅材料所取代。本论文中研究的稀土／热塑性聚氨酯复合材料(Ln/TPU),弥补了铅的弱吸收区域,具有更低的密度,可热塑性加工成型、回收再利用等特点,成为今后屏蔽材料发展的新方向,具有广阔的应用前景。本论文确定了屏蔽材料的基本配方和最佳加工工艺条件。对比研究了两种不同的硬脂酸改性方式对Ln/TPU复合屏蔽材料力学性能的影响,考察硬脂酸对Ln/TPU体系的力学增强效果,确定了硬脂酸的最佳改性方式和用量。为了进一步提高Ln／TPU屏蔽复合材料的力学性能,本文探讨并对比了母胶法、动态硫化法、胶乳共沉法三种不同的增强方法,研究了其对Ln／TPU复合材料的力学增强效果。最终确定了胶乳共沉法为最佳的增强改性方法。研究了Ln/TPU屏蔽复合材料的老化与可再加工性质。进行了Ln/TPU片材制备的小试研究,采用热辊开炼机混炼,随后单螺杆熔融挤出,压延成片的工艺路线。为制备生产满足医疗防护领域实际应用的Ln/TPU材料奠定了工艺基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 X射线简介
• 1.2.1 X射线的产生
• 1.2.2 X射线的应用
• 1.2.3 X射线对人体的影响
• 1.3 X射线防护
• 1.3.1 X与物质的相互作用
• 1.3.2 X射线在物质中的衰减
• 1.3.3 影响X射线衰减因素
• 1.3.4 X射线防护材料的选择
• 1.3.5 X射线防护材料的种类和最新的研究进展
• 1.4 稀土材料
• 1.4.1 稀土元素的性质
• 1.4.2 稀土/高分子复合材料的制备
• 1.4.3 稀土/高分子复合材料屏蔽性能的评价标准
• 1.4.4 高力学强度热塑性稀土/高分子复合材料的设计
• 1.5 热塑性聚氨酯（TPU）的选用
• 1.5.1 TPU的结构与物理性能
• 1.5.2 TPU的辐射性能
• 1.5.3 TPU的加工性能
• 1.5.4 TPU的共混改性
• 1.6 本课题的目的和意义
• 第二章 实验部分
• 2.1 原料与试剂
• 2.2 加工设备与检测仪器
• 2.3 试样的制备
• 2.3.1 稀土填料预处理
• 2.3.2 热辊共混
• 2.3.3 单螺杆挤出、压延成型
• 2.4 性能测试与结构表征
• 2.4.1 力学性能
• 2.4.2 X射线屏蔽性能
• 2.4.3 流变性能
• 2.4.4 橡胶加工流变仪（RPA）
• 2.4.5 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.4.6 傅里叶红外（FI-IR）
• 2.4.7 接触角测量仪
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 Ln/TPU复合材料基本配方的确定
• 3.2 Ln/TPU复合材料加工工艺研究
• 3.3 Ln/TPU复合材料的微观结构和性能
• 3.3.1 Ln和TPU/Ln复合材料的微观形貌
• 3.3.2 Ln/TPU复合材料的RPA测试
• 3.3.3 Ln/TPU复合材料的力学性能
• 3.3.4 小结
• 3.4 SA对Ln/TPU力学性能的影响
• 3.4.1 直接共混法
• 3.4.1.1 SA/TPU/Ln的微观形貌
• 3.4.1.2 SA/TPU/Ln的力学性能
• 3.4.2 Ln预处理法
• 3.4.2.1 SA-Ln改性效果的表征
• 3.4.2.2 SA-Ln/TPU的力学性能
• 3.4.3 两种SA处理方式的比较
• 3.4.4 SA对Ln/TPU复合材料的作用分析
• 3.4.5 小结
• 3.5 SA/Ln/TPU复合材料的再增强研究
• 3.5.1 母胶法
• 3.5.2 动态硫化法
• 3.5.3 NBR胶乳共沉法
• 3.5.4 三种增强方法的比较
• 3.6 屏蔽材料的老化和回收再利用
• 3.6.1 屏蔽材料的老化性能
• 3.6.2 屏蔽材料的回收再加工性能
• 3.7 片材制备的小试研究
• 第四章 结论部分
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者与导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书