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毕业设计报告(论文)

报告(论文)题目： 防辐射涂料

作者所在系部： 涂料工程学院 作者所在专业： 高分子应用技术 作者所在班级： 13842 作 者 姓 名 ： 徐溯 作 者 学 号 ： 201310458 指导教师姓名： 彭燕 完 成 时 间 ： 2016年5月

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摘要

随着现代科学技术的飞速发展，各种高能射线在军事、通讯、医学、工农业等领域和日常生活中得到越来越广泛的应用。但给人们带来方便和享受的同时,各种射线也在某种程度上也给人类带来了一些危害，已被公认为继大气污染、水质污染、噪声污染后的第四大公害。有调查显示，辐射对人体的影响主要有以下5个方面：电磁辐射是心血管疾病、糖尿病、癌突变的主要诱因；对人体生殖系统、神经系统和免疫系统造成直接伤害；电磁辐射是造成孕妇流产、不育、畸胎等病变的诱发因素；过量的电磁辐射直接影儿童组织发育、骨骼发育、视力下降，肝脏造血功能下降，严重者可导致视网膜脱落；电磁辐射可使内分泌紊乱。因此，如何减少各种辐射强度，防止辐射污染，有效保护环境，保护人体健康，已经急迫地提到议事日程。这同时引起了人们对防辐射涂料研究的重视。

防辐射涂料是指能够吸收或消散辐射能，对人体或仪器起保护作用的涂料。由于造成人体伤害的辐射源是多种多样的(包括电离辐射和非电离辐射)，它们产生射线的能级也各不相同.防辐射涂料的研究进展因而抵抗这些射线辐射的涂料也不尽相同，由此而制成的各种辐射防护产品也各具特色。防辐射涂料的研制是一项重要的高功能涂料的科研课题，受到世界各发达国家的普遍重视，它的研制对国防和民用都有十分重要的意义。 关键词：辐射涂料，屏蔽机制，辐射

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目 录

摘要 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 1 第1章 绪 论 -------------------------------------------------------------------------------- 3 1.1引言 -------------------------------------------------------- 3 1.2辐射的危害 -------------------------------------------------- 3

1.2.1 辐射主要危害------------------------------------------- 3 1.2.2 辐射的分类--------------------------------------------- 2 1.2.3 辐射的防护--------------------------------------------- 3 1.2.4 辐射对聚合物和涂料的影响------------------------------- 4 1.3防辐射材料的分类及特征 -------------------------------------- 4

1.3.1纳米吸波材料 ------------------------------------------- 4 1.3.2 高聚物吸波材料----------------------------------------- 5 1.3.3 防辐射涂料--------------------------------------------- 5 1.4防辐射涂料 -------------------------------------------------- 5

1.4.1 防辐射涂料的分类--------------------------------------- 5 1.4.2 防辐射涂料的屏蔽机制----------------------------------- 7 1.4.3 防辐射涂料的特性--------------------------------------- 8 1.4.4 防辐射涂料的用途--------------------------------------- 9 1.4.5电磁屏蔽涂料的研究现状 -------------------------------- 10

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第1章 绪 论

1.1引言

现代生活中，辐射无处不在，如电脑手机等等电子设备都会释放出辐射。 电脑在使用过程中，显示屏会发出电磁、电离辐射。辐射会引起人体皮肤老化，造成皮肤粗糙，甚至还会引起皮肤发炎等病变。

当人们使用手机时，手机会向发射基站传送无线电波，而无线电波或多或少地会被人体吸收，这些电波就是手机辐射。一般来说，手机待机时辐射较小，通话时辐射大一些，而在手机号码已经拨出而尚未接通时，辐射最大，辐射量是待机时的3倍左右。这些辐射有可能改变人体组织，对人体健康造成不利影响。

微波炉利用微波具有热效应这一特征，达到加热、煮熟食食品的目的。研究表明，微波炉所产生的强电磁波严重超标可能会诱发疾病。

所以防辐射措施至关重要，而在防辐射措施中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（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、改善整机性能、提高信噪比、电磁兼容等许多方面。

1.2辐射的危害

1.2.1 辐射主要危害

1) 它是造成儿童患白血病的原因之一

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医学研究证明，长期处于高电磁辐射环境中，会使血液、淋巴液和细胞原生质发生改变。意大利专家研究后认为，该国每年有400多儿童患白血病，其主要原因是距离高压线太近，因而受到严重的电磁污染。 2) 能够诱发癌症并加速人体的癌细胞增殖

电磁辐射污染会影响人类的循环系统、免疫系统、生殖系统和代谢功能等，严重的还会诱发癌症，并会加速癌细胞增殖。瑞士的研究资料指出，周围有高压线经过的居民，患乳腺癌的概率比常人高7.4倍；美国德克萨斯州癌症医学基金会，针对一些遭受电磁辐射损伤的病人所做的抽样化验结果表明，高压电线附近的工人，其癌细胞生长速度比一般人快24倍。 3) 影响人类生殖系统

主要表现为男性精子质量降低、孕妇发生自然流产和胎儿畸形等。 4) 导致儿童智力残缺

据最新调查显示，我国每年出生的2000万新生儿中有35万为残缺儿，其中25万表现为智力残缺，专家认为电磁辐射也是影响因素之一。世界卫生组织认为，计算机、电视机、移动电话的电磁辐射对胎儿都有不良影响。 5) 影响人们的心血管系统

表现为心悸、失眠、部分女性经期紊乱、心动过缓、心搏血量减少、窦性心率不齐、白细胞减少、免疫功能下降等。如果装有心脏起搏器的病人处于高压电磁辐射的环境中，会影响心脏起搏器的正常使用。 6) 对人们的视觉系统有不良影响

由于眼睛属于人体对电磁辐射的敏感器官，过高的电磁辐射污染会引起视力下降、白内障等。高剂量的电磁辐射还会影响及破坏人体原有的生物电流和生物磁场，使人体内原有的电磁场发生异常。值得注意的是，不同的人或同一个人在不同年龄阶段对电磁辐射的承受能力是不一样的，老人、儿童、孕妇属于对电磁辐射的敏感人群。 1.2.2 辐射的分类

辐射分为电磁辐射，核辐射等。 1) 电磁辐射

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电磁辐射危害。电磁污染已被公认为排在大气污染、水质污染、噪音污染之后的第四大公害。联合国人类环境大会将电磁辐射列入必须控制的主要污染物之一。电磁辐射既包括电器设备如电视塔、手机、电磁波 发射塔等运行时产生的高强度电磁波，也包括计算机、变电 站、 电视机、微波炉等家用电器使用时产生的电磁辐。这些 电磁辐射充斥空间，无色无味无形，可以穿透包括人体在内的多种物质。人 体如果长期暴露在超过安全的辐射 剂量下，细胞就会被大面积杀伤或杀死。

据国外资料显示，电磁辐射已成为当今危害人类健康的致病源之一。电磁波磁场中，人群白血病发病为正常环境中的2.93倍，肌肉肿瘤发病为正常环境中的3.26倍。国内外多数专家认为，电磁辐射是造成儿童白血病的原因之一，并能诱发人体癌细胞增殖，影响人的生殖系统，导致儿童智力残缺，影响人的心血管系统，且对人们的视觉系统有不良影响。

不过专家们同时指出，对辐射也不必过于恐惧，因为辐射不属于强致癌因素，不会引起“特殊癌”，只是使癌的发生率有所提高 。据对现有资料统计分析，只有4%的肿瘤是电离辐射造成的。而且辐射危害是可以预防的，辐射造成的损伤也是可以治疗的。 2) 核辐射

核辐射危害，如钴-60、铯-137、铱-192源等产生的γ射线；kr-85源等产生的β射线；241Am-Be 源、 24Na-Be 源、124Sb-Be源及 能量超过10M的电子加速器产生的中子射线；非密封源所产生的β、α射线；各种工业用、医疗 用X射线设备产生的χ射线等。随着核能和核技术在工

农业生产、医疗卫生、科学研究和国防中的大量应用，受照射的人员越来越多，辐射的危害已不容忽视。

长期受辐射照射，会使人体产生不适，严 重的可造成人体器官和系统的损伤，导致各种疾病的发生，如：白血病、再生障碍性贫血、各种肿瘤、眼底病变、生殖系统疾病、早衰等。 1.2.3 辐射的防护

辐射剂量学研究辐射剂量及辐射剂量的测量。辐射防护标准是实施辐射防护

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的依据，目前各国都是根据ICRP(国际辐射防护委员会)的建议，结合本国情况制订相应标准；辐射防护评价包括对辐射设备、辐射安全、辐射对环境的污染等的评价。

辐射防护三大原则包括：辐射实践正当化、辐射防护最优化、个人剂量当量限值（剂量控制）。

照射防护的三要素是距离、时间和屏蔽，或者说辐射防护的主要方法是时间防护、距离防护和屏蔽防护。 1.2.4 辐射对聚合物和涂料的影响

表1-1 HDPE的主要性能指标

交联占主要 降解占主要 聚苯乙烯 聚异丁烯 聚硅氧烷 聚四氟乙烯 聚酰胺 聚甲基丙烯酸 聚乙烯 聚甲基苯乙烯 氯化聚乙烯 聚氯三氟乙烯 辐射对涂料的影响：

多数辐射会引起聚合物发生交联而变脆开裂，过量的辐射会使聚合物中化学键的断裂而降解。除基料外，颜填料和其他添加剂对防辐射涂料的性能均有一定的影响。在10rad剂量照射下，多数涂层变黄，其中清漆被严重破坏。

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1.3防辐射材料的分类及特征

1.3.1纳米吸波材料

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纳米粒子由于独特的结构使其自身具有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，因而呈现出许多特有的奇异的物理、化学性质，从而具有高效吸收电磁波的潜能#纳米粒子尺度远小于红外线及雷达波波长，因此纳米微粒材料对红外及微波的吸收性较常规材料要强，随着尺寸的减小，纳米微粒材料的比表面积增大，随着表面原子比例的升高，晶体缺陷增加，悬挂键增多，容易形成界面电极极化，高的比表面积又会造成多重散射，这是纳米材料具有吸波能力的重要机理。这种薄膜型吸波材料在防辐射领域有广泛的应用前景。 1.3.2 高聚物吸波材料

导电聚合物具有电磁参数可调、易加工、密度小等优点，通过不同的掺杂剂或掺杂方式进行掺杂可以获得不同的电导率，因此导电聚合物可以用作吸波材料的吸收剂。根据A.J.I Ieeger提出的孤子理论，孤子、极化子和双极化子是导电高分子的“载流子”。当电磁波入射到吸波材料表面后，进入材料内部的电磁能通过电导损耗将其转化成热能，从而消耗电磁波能量。日本研制的QMR系列薄片状柔软性吸波材料具有厚度薄、质量轻、可折叠、吸收强等优异的性能，使用方便，应用广泛，可以用来有效地解决辐射污染。 1.3.3 防辐射涂料

防辐射防护涂料是一种新型的防屏蔽材料，这种材料不含有金属物质，主要屏蔽材料成分是石墨、炭黑，稳定性高，具有极强抗氧化能力，它的问世受到极大的关注，简单的施工方式，对屏蔽的房间无任何要求，使用方式如同普通的涂料一样，对于楼体、大面积的房间屏蔽，有着独特的优势，是常规的钢板结构的屏蔽方式无法比拟的，对于不规则形状的屏蔽更体现出防辐射防护涂料的优势，同时没有以往钢板结构屏蔽房间施工的复杂、重量大、维护复杂等问题，也消除了钢板结构屏蔽房间的压抑感。

防辐射防护涂料有高频低频两大类，适用于室内、室外的防辐射防护，可用于屏蔽墙体、天花板、地面防护。

1.4防辐射涂料

1.4.1 防辐射涂料的分类

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涂料主要以电磁辐射防护涂料为主，从功能上可分为屏蔽涂料、吸波涂料和屏蔽吸收型涂料。它们有不同的原理,在电磁辐射防护中发挥各自不同的作用。 1) 屏蔽涂料

屏蔽涂料又称为导电涂料,根据其组成和导电机理又可分为两大类:结构型导电涂料和掺杂型导电涂料。由于结构型导电涂料的导电性主要依靠链结构中的共扼二电子体系,以及隧道效应,因此载流子浓度较小,相比之下,掺杂型导电涂料的导电性随内部导电微粒含量的增大而增大,比结构型导电涂料有更好的导电性。所以目前市场上广泛应用的导电涂料绝大部分是掺杂型导电涂料。但是,掺杂型导电涂料存在的问题是导电微粒的形状、含量、稳定性、表面效应等对材料导电性的影响以及与基材的相互协调、基材本身的物理化学特性对整体材料性质的影响等。这些问题的解决是材料得以实用化的关键。目前常用的屏蔽涂料主要是以复合法制得的,它是由树脂、稀释剂、添加剂以及导电性填料等所组成。常用的树脂有环氧树脂、聚氨酯、酚醛、聚酸亚胺、丙烯酸等。导电性填料一般是银、铜、镍等金属粉末和碳、石墨等非金属粉末银粉的导电性优良,但价格较高,难以普遍采用。铜、镍的性能与银相近,价格低,但易氧化。碳、石墨粉末作为导电填料,其耐环境性好,但导电性较差,电磁屏蔽效果不好。因此,铜、镍系涂料是当今市场的主流产品。镍系涂料价格适中,屏蔽效果好,抗氧化能力比铜强,但镍系涂料在低频区(<3OMHz)的屏蔽效果远不如铜系涂料。铜系涂料导电性好,但抗氧化性差。随着近年抗氧化技术的发展,铜系涂料得以突破瓶颈制约,逐渐成为屏蔽涂料的主角。如最近进人中国市场的日本海尔兹化学株式会社的铜/丙烯酸树脂(PLS—100,200)导电涂料,屏蔽性能极佳,达60—75dB(30MH～1GHz),在防止铜氧化方面采用了多方面的技术设计。首先,是用抗氧剂对铜粉进行处理和用较不活泼金属(如Ag,Al,Sn等)包覆铜粉表面,使铜不易氧化)进一步,抓住导电涂料基体聚合物耐候性这一技术关键,对基体聚合物进行技术改进,制出新型聚合物,其分子量最高达到10万,是普通聚合物的10倍以上。分子呈三维结构,一旦固化,能形成极其稳定、牢固的薄膜,确保不氧化和不退化,可使屏蔽效果长达10年以上。新材料还彻底克服了涂膜氧化、龟裂、剥离等很多弱点。并完全无毒,是一种绿色涂料。 2) 吸波涂料

电磁波吸收材料的研究最早开始于军事信息安全的TEMPEST技术,进而在军用战机隐形、舰船隐形、战车隐形、指挥系统隐形等方面得到广泛应用。成为电

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子战中的重要技术一直受到各国高度重视。由于民用产品EMC技术的进步和标准的强制执行,民用电子产品的EMC问题越来越重要,尤其是商业上的保密性,对电磁波吸收材料有强烈要求。电磁波吸收材料可以消除信息图像的幻影、防止信息泄露、民用电子产品的电磁兼容以及保护身心健康。作为电磁波吸收材料和电磁辐射防护涂料一吸波涂料目前被广泛关注。

目前,吸波涂料研究方面,国内由于特种需要,对毫米波研究比较偏重,但产业化效果还不十分理想,主要的问题是涂层过厚,附着力及耐候性不好,另外,兼容性尚不理想。在厘米波及分米波,国内尚无实用涂料。而目前伴随WTO的加人,国际EMC标准的强制实施,各类电子产品的EMC问题将十分突出,厘米波及分米波吸波材料的需求显得十分迫切。这方面,国外产品比较成熟,如前面提到的日本海尔兹化学株式会社开发的系列涂料中磁质系列(PLS-A20、A50)就是有名的吸波涂料,在1GHz一18GHz不同中心频率有20dB左右的吸收性能,而且涂膜性能非常稳定,耐候性好。另外,该涂料兼具屏蔽性能,是一种屏蔽吸收型涂料,在30MHz-1GH:范围有30dB一40dB的屏蔽性能。 1.4.2 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

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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)位置，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。 1.4.3 防辐射涂料的特性 1) 吸收高，杜绝二次污染

在电磁波污染防护方面，大多采用的是电磁波反射材料，这种方法虽然解决了对某种物体的局部防护作用，但无法解决电磁波的二次污染。

防辐射涂料能有效克服现有的屏蔽电磁波材料反射电磁波所造成的二次电磁污染。它可大量吸收投射到其表面的电磁波能量，对电磁辐射的吸减率高达99.87%，并通过能量转换原理将电磁能量转换成热能，从而彻底杜绝了电磁波的二次污染，有效降低了空间内电磁波辐射的总量。 2) 科技含量高，行业领先

防辐射涂料拥有国家级的技术检测报告，获得国家发明专利，中国计量科学研究院权威论证，属于高科技的防辐射精品，填补了国内该项领域的空白。 3) 吸收频带宽，衰减性强

防辐射涂料具有吸收频带宽、衰减性强的特点，可吸收电磁波频率为1.0－20000MHZ；根据所涂厚度的不同，电磁波吸收衰减2-20db，衰减率高达99%。 4) 环保，无污染无公害

防辐射涂料是一种水溶性环保涂料，采用特殊吸波材料并运用粒子物理技术，对人体和环境无毒副作用，属于绿色环保涂料，特别适用于有老人、儿童和孕妇的家庭。 5) 施工方便

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防辐射涂料不需要稀释，开盖后搅匀即可刷涂或辊涂，对施工无技术要求。 6) 使用无损耗，经济性强

防辐射涂料在吸收电磁波并转化热能的过程中并无任何损耗，涂刷成型后不需要维护及更新。

1.4.4 防辐射涂料的用途

1) 广播、电视发射台的电磁辐射防护

广播、电视发射台对周围区域会造成较强的场强。利用对电磁辐射的吸收特性，在辐射频率较高的波段，使用合适的防辐射吸收型涂料，覆盖建筑物，以衰减室内磁场。

2) 工业、科学和医疗设备电磁辐射的防护

工业、科学和医疗设备等在工作过程中会产生大量的电磁辐射，如果处理不当，不仅会对自身的工作环境造成损害，同时也会对周围的设备造成干扰。最明显的例子就是机器内的二次杂波问题。二次杂波往往会带来机器、设备的程序紊乱，致使科学实验、医疗检测结果等出现较大的偏差，从而给科研、生产带来很大阻力，甚至会威胁到人的生命安全。另外，这些设备发出的电磁辐射也会对操作人员的身体健康带来危害。因此，对工业、科学和医疗设备进行电磁辐射防护十分必要。由于工业、科学和医疗设备的精密度较高，因此对电磁辐射的防护方法也提出了更高的要求。在辐射防护方法的选择上，除选用低辐射的基材和距离防护外，使用防辐射材料进行防护也是非常重要的防护方法之一。 3) 办公、居住区的电磁辐射防护

防辐射涂料在民用产品上的应用不仅仅只有这些，很快防辐射涂料会应用到您的日常生活当中，例如：您的办公、居室内喷涂防辐射涂料，就不会再有电磁辐射的危害问题，它将您的办公、居室内的家用电器、办公设备辐射出的电磁波（电子雾）吸收转换成无害的物质，同时将外界的电磁波大部分吸收隔离，那将是一个非常干净的电磁环境空间。

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1.4.5电磁屏蔽涂料的研究现状

电磁屏蔽材料按应用形式可分为结构型屏蔽材料和屏蔽涂料。在各种电磁屏蔽材料中，涂料以其工艺简单、无需特殊设备、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，被广泛应用于各类电子产品、装置、系统的电磁辐射防护。统计表明，在美国使用电磁屏蔽涂料方法占各种屏蔽方法的80％以上。目前常用的屏蔽涂料主要是以复合法制得的，它是由树脂、稀释剂、添加剂以及填料等所组成，填料的电磁性能直接影响制备的涂料的屏蔽性能。根据填料种类不同，可分为银系、铜系、镍系和碳系等电磁屏蔽涂料。银系的特点是稳定性、导电性较好，但价格偏高，目前只应用于屏蔽要求较高的航空航天等高科技领域。国内电磁屏蔽用导电涂料的研究起步较晚，目前国内一些单位在镍系、铜系、碳系屏蔽涂料方面已取得了一定的研究成果。

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