国内王尚义等对橡胶等高分子材料进行防氚研究；张立功等和王进军等也先后使用无机材料与有机材料进行复合，并对各自研制的复合材料进行防氚性能研究；付万发等利用丁基乳胶、PVDC乳胶制作了高分子片材，并测试上述材料的氢气渗透率。而利用高分子材料制作防氚高分子复合材料并进行氚气渗透的研究国内尚未见报道。本文利用 PVDC材料氚气渗透率低、高密度聚乙烯（High-density polyethylene， HDPE）材料断裂强度高、氯化聚乙烯（Chlorinated polyethylene， CPE）材料耐化学性能、加工性能较好的优点，对上述高分子材料进行复合，制备防氚高分子复合材料［14］，并对其进行防氚渗透性能、力学性能、耐化学性能检测，为防氚防护用具的研究提供技术支持。
1 材料与方法
1.1 原料与试剂
CPE薄膜，潍坊亚星化学股份有限公司，厚度2.2×10-4m；PVDC薄膜，自制，厚度2.0×10-5m，4.0×10-5m；PVC薄膜，市售，厚度4.0×10-5m；带微孔HDPE材料，美国杜邦，厚度1.0×10-4m。
1.2 复合材料的准备
选取没有裂纹和毛细微孔的CPE薄膜、PVDC薄膜、PVC薄膜，以及HDPE材料在50 ℃环境中干燥60 min，在室温下体积浓度为20%的乙醇溶液中浸泡10 m in，在≤50 ℃的空气中干燥100 m in。材料加工温度为（20±2） ℃，相对湿度 30%。渗透性能、力学性能、耐化学性能测试温度为室温（25 ±2） ℃，相对湿度65%。
1.3 复合材料的结构
防氚高分子复合材料采用3种功能层材料组成的五层结构形式，即保护层-阻氚层-强力层-阻氚层-保护层。防氚高分子复合材料的结构如图1所示。强力层选取 HDPE，主要作用是提高复合材料的机械性能。选取PVDC薄膜，主要作用是防止氚的渗透。设计有两层阻氚层可以减少由于单层材料厚度不均匀、尤其有微孔等缺陷引起的失效风险，提高复合材料使用时的安全性。保护层选取CPE薄膜，主要作用是提高复合材料的耐化学性和易加工性。
1.4 复合材料的制备
根据防氚高分子复合材料的结构形式，首先在强力层上涂布粘合剂，将强力层与阻氚层粘合，随后再在阻氚层上涂布粘合剂，将保护层与阻氚层粘合。经过两种复合工艺、4次复合将各功能层高分子材料热压粘合［15］。层压速度≤5 m/s，层压压强≤1 MPa，粘合温度、烘干温度≤50 ℃，最终加工成防氚高分子复合材料。
1.5 表征方法
1.5.1 氚气渗透性能的测定
氚气接触防氚高分子复合材料和 PVDC 材料后，0～1.44×105s为非稳态渗透过程，1.44×105～2.64×105s为稳态渗透过程，大约在4.92×105s后达到渗透平衡。根据稳态渗透数据计算出氚气在PVDC 材料、防氚高分子复合材料渗透率分别为5.25×10-10m3/（m2?s）和3.44×10-10m3/（m2?s）。实验结果表明，氚气在防氚高分子复合材料的渗透率与在PVDC 材料的渗透率属同一个数量级范围。防氚高分子复合材料的设计合理，加工工艺对氚渗透率影响较小。另外，氚气接触 PVC 材料后，0～7.2×103s之间为非稳态渗透过程，7.2×103～1.08×104s 之间为稳态渗透过程，大约在 2.52×104s 后达到渗透平衡。根据稳态渗透数据计算出氚气在PVC中的渗透率为 2.39×10-8m3/（m2?s）。防氚高分子复合材料与PVC材料相比，氚气渗透率降低约70倍。
1.5.2 力学性能测试
断裂强力的测定：试样剪切成50 mm×50 mm的方块，在YG（B）026D-500型强力试验机上测定断裂强力，测试方法参照HG/T 2580-1994，拉伸速率20 mm/m in。剥离力的测定：试样剪成15 mm×30 mm的长条，在YG（B）026D-500型强力试验机上测定剥离力，方法参照GB 8808-88，拉伸速率20 mm/min。
1.5.3 耐化学性能的测定
将待测材料分别浸泡在质量浓度 48%的 HF，60%的HNO3，98%的H2SO4，36%～38%的HCl， 50%的NaOH中8 h。取出后在室内放置24 h，称取浸泡化学试剂前后材料的重量，测量剥离力和断裂强力。采用浸泡前后的溶失率、剥离力下降率、断裂强力下降率表征高分子复合材料的耐化学性能［14］。
2 结果与讨论
2.1 氚在高分子材料中的渗透过程及防氚性能
氚气在PVC材料、PVDC材料和防氚复合材料的渗透率结果见图 2。参考相关文献资料，氚气在高分子材料与在不锈钢［6］，以及A l2O3、SiOx等非金属［11］中的渗透曲线、渗透过程相似，都经历非稳态渗透到稳态渗透的渗透变化过程。
2.2 防氚复合材料的力学性能
按照美国测试标准ASTM E96-90，使用中国工程物理研究院的氚气渗透试验装置［9-10］，测量氚气在高分子材料中的渗透率。对厚度 4.0×10-5m 的PVC薄膜和PVDC薄膜，以及自行加工的防氚高分子复合材料进行氚气渗透性能测试，将待检材料装入检测系统后，先使用氩气保压 24 h，再充入7.48×1011Bq/m3的氚气。系统初始压力1.06×105Pa，150 h后压力1.04×105Pa。
2.2.1 断裂强力的测试
对防氚复合材料、CPE薄膜、PVC薄膜、HDPE材料进行断裂强力试验，结果见表 1。PVDC薄膜复合成为防氚高分子复合材料后断裂强力明显增加，增加约22倍。防氚高分子复合材料的断裂强力满足《防护服装 酸碱类化学品防护服》（GB 24540-2009）中关于非织物酸碱类化学品防护服断裂强力（≥250 N）的要求。另外，防氚高分子复合材料和强力层材料 HDPE的断裂强力相比无明显变化，表明复合工艺对HDPE断裂强力无明显影响。
2.2.2 剥离力的测试
经测试，防氚高分子复合材料中，CPE与PVDC之间的剥离力为10.8 N/（30 mm），HDPE与PVDC之间的剥离力为11.6 N/（30 mm），复合材料3种不同材料之间剥离力均满足《软质聚氨酯泡沫塑料复合材料》（QB/T 1232-1991）中胶粘法人造革类优等品剥离力不低于1.8 N/（30 mm）的要求。
2.3 防氚复合材料的耐化学性能
对CPE/PVDC/HDPE复合材料进行耐化学性能试验，结果见表2。
从表2可以看出，PVDC薄膜浸泡化学试剂后重量损失较大，其中浸泡HNO3中溶失率最大，为16.3%，此时PVDC薄膜几乎丧失力学性能。防氚高分子复合材料浸泡化学试剂前后，重量变化不明显，其中浸泡HNO3后溶失率最大，为0.29%。复合材料浸泡化学试剂前后，断裂强力变化不明显，其中浸泡HNO3后断裂强力下降率最大，为5.1%，满足国家标准《防护服装 酸碱类化学品防护服》（GB 24540-2009）中关于非织物类防护服浸泡化学试剂后断裂强力下降不小于50%的要求。保护层与阻氚层之间的剥离力在浸泡前后变化较大，浸泡HNO3后剥离力损失率最大，为69.3%。浸泡5种化学试剂后，最小剥离力为3.3 N/（30 mm），满足《软质聚氨酯泡沫塑料复合材料》（QB/T 1232-1991）中，胶粘法人造革类优等品剥离力不低于1.8 N/（30 mm）的要求。
3 结论
本研究对CPE、PVDC、HDPE等高分子材料进行复合，并对防氚高分子复合材料进行性能测试，
防氚高分子复合材料与 PVDC 薄膜相比，二者防氚性能接近；与 PVC 薄膜相比，防氚高分子复合材料的氚气渗透率降低约70倍；并且防氚高分子复合材料的力学性能、耐化学性能符合相关标准要求。
本研究验证了利用高分子材料复合防氚高分子复合材料的可行性，并为防氚个人防护衣具的研究提供实验依据。
