專利名稱：一種超薄防中子輻射復(fù)合屏蔽材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核輻射屏蔽材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種超薄防中子輻射復(fù)合屏蔽材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著核技術(shù)的發(fā)展，中子及中子源技術(shù)已廣泛應(yīng)用于核能、核武器、材料探傷、測井、農(nóng)業(yè)育種、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域中，在國防、エ業(yè)生產(chǎn)中都占有重要的地位。但由于中子不帶電荷，在與物質(zhì)發(fā)生相互作用時不受原子電場的影響，而直接與原子核發(fā)生相互作用，故具有很強(qiáng)的穿透性，使其對人體、儀器設(shè)備、環(huán)境等產(chǎn)生很嚴(yán)重的輻射損傷，威脅人員的生命安全和儀器的正常工作，所以，對中子進(jìn)行良好地屏蔽防護(hù)是推廣中子技術(shù)應(yīng)用的重要保 障。對中子的屏蔽實際上是將快中子減速和慢中子吸收。就屏蔽快中子原理而言，基于彈性碰撞理論，由于中子質(zhì)量和氫原子質(zhì)量相近，因此，當(dāng)快中子與屏蔽體中的氫原子核發(fā)生彈性碰撞時，最容易將能量傳遞給氫原子而損失能量，從而將快中子慢化為慢中子和熱中子。屏蔽體中含氫量越多，則慢化作用越強(qiáng)。在常見的聚合物中，聚こ烯含氫量最高，所以，聚こ烯是屏蔽快中子最好的慢化劑?？熘凶颖宦蔁嶂凶雍?，需用對熱中子吸收截面大、不易產(chǎn)生Y輻射的屏蔽材料作為吸收介質(zhì)，由于元素硼(主要是同位素kiB)有很大的熱中子吸收截面，并且俘獲熱中子后，產(chǎn)生輻射能量低，很容易被阻止；并且半衰期短，材料退役處理方便、安全，所以，硼以及含硼量高的聚こ烯材料是ー種優(yōu)良的中子屏蔽材料。目前，常用的防中子屏蔽材料以水泥基屏蔽材料和含硼或鉛硼復(fù)合材料為主。其中，水泥基屏蔽材料屏蔽中子的類型比較單一旦多用于大型防護(hù)裝置，材料成型過程及施エ條件有很高的要求，應(yīng)用領(lǐng)域有一定的局限性；除此之外，用得比較多的就是含硼或鉛硼化合物，此類化合物成型エ藝較為簡單，成型后的材料有較好的加工性能，但成品多為較大規(guī)格的板材或制品。隨著中子技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，不同場合對中子屏蔽材料也提出了不同的要求，產(chǎn)品尺寸、體積的多祥化可以為屏蔽材料帶來更寬的應(yīng)用范圍，由于同位素kiB的天然豐度只有19.9%，如果要保證高效的中子吸收，只能盡量提高種子吸收劑(硼及其化合物)的添加量，中子吸收劑含量的増加可提升材料的屏蔽性能，滿足更多領(lǐng)域的需求，但無機(jī)填料達(dá)到一定比例之后，會給成型エ藝上帶來很大困難，因此制備ー種超高填充、超薄防護(hù)中子輻射的屏蔽材料，是當(dāng)前本技術(shù)領(lǐng)域中急需研究解決的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種具有厚度薄、含硼量高、屏蔽性能良好的超薄防中子輻射復(fù)合屏蔽材料，同時也提供其制備方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種超薄防中子輻射復(fù)合屏蔽材料，以富氫化合物作為基材、含硼化合物作為中子吸收劑、添加少量的功能助劑，在一定的溫度或壓カ條件下，經(jīng)定量稱取、加熱混煉和高溫模壓定型等加工エ藝制備而成，其中，混合物中各組分的含量為
富氫化合物19-30%，含硼化合物50-80 %，功能助劑1-5%，以上混合物中各組分含量為重量百分比。上述所述的富氫化合物包括:聚乙烯(PE)粉末熱熔膠、こ烯-醋酸こ烯共聚物(EVA)粉末熱熔膠或其混合物。上述所述的含硼化合物為單體硼、碳化硼或氧化硼。上述所述的功能助劑為硅烷偶聯(lián)劑550(KH-550)、硅烷偶聯(lián)劑570 (KH-570)、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、抗氧劑1010或抗氧劑7910。 超薄防中子輻射復(fù)合屏蔽材料的制備エ藝步驟為按配比定量稱取富氫化合物、單體硼或含硼化合物和功能助劑，在溫度為120-140°C下，先將富氫化合物塑煉5min，然后加入單體硼或含硼化合物和功能助劑，再混煉20-25min，將混合的熔融態(tài)物料放入模具中，在140-170°C條件下逐漸加壓，至10-15MPa下恒溫保壓15_20min，而后在l_3MPa力下自然冷卻，待模具溫度降至40°C以下時出模，制成超薄防中子輻射復(fù)合屏蔽材料。本發(fā)明基于中子輻射防護(hù)的理論，采用PE粉末熱熔膠作為體系的快中子慢化劑。熱熔膠具有粘合速度快、無需干燥エ藝、粘合エ藝簡單、具有較好的粘合強(qiáng)度與柔韌性和具有一定的耐寒性與耐熱性等特點。由于體系中含硼化合物的含量很高，在制備樣品的過程中，選用了熔融指數(shù)(MI)較高的PE熱熔膠，以保證基材熔融后有良好的流動性，容易在含硼化合物表面產(chǎn)生潤濕和擴(kuò)散并與其相互交織，從而降低無機(jī)填料加入量過高對材料力學(xué)性能產(chǎn)生的影響。EVA具有介于塑料和弾性體之間的特性，加工性能良好，其粉末熱熔膠具有良好的粘接強(qiáng)度與柔韌性，與PE粉末熱熔膠按適當(dāng)比例進(jìn)行共混，可以提高PE材料的韌性。本發(fā)明具有很高的硼含量，含硼化合物屬于無機(jī)填料，而所用的富氫化合物為有機(jī)物，為了提高兩者界面之間的粘接強(qiáng)度，在制備エ藝中添加了硅烷偶聯(lián)劑，硅烷偶聯(lián)劑是ー類具有有機(jī)官能團(tuán)的硅烷，在其分子中同時具有能和無機(jī)質(zhì)材料化學(xué)結(jié)合的反應(yīng)基團(tuán)及與有機(jī)質(zhì)材料化學(xué)結(jié)合的反應(yīng)基團(tuán)，可以形成無機(jī)相-硅烷偶聯(lián)劑-有機(jī)相的結(jié)合層，從而使聚合物與無機(jī)材料界面間獲得較好的粘接強(qiáng)度。因此，向體系中加入少量硅烷偶聯(lián)劑同時兼顧模壓成型的エ藝方法，提高了本發(fā)明所述材料的力學(xué)性能。由于采用了上述技術(shù)方案，制備得到的超薄防中子輻射復(fù)合屏蔽材料具有厚度薄、含硼量高、屏蔽性能良好，且制備エ藝簡單，操作方便，達(dá)到了發(fā)明目的。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步的描述實施例一種超薄防中子輻射復(fù)合屏蔽材料的配方，其各組分含量以重量百分比計聚こ烯(PE)粉末熱熔膠 28%，單體硼70%，硬脂酸鈣1%，抗氧劑1010 :1% ；超薄防中子輻射復(fù)合屏蔽材料的制備エ藝步驟為在溫度120±5°C的條件下，將聚こ烯粉末熱熔膠在雙輥開煉機(jī)上塑煉5min，然后加入單體硼、硬脂酸鈣和抗氧劑1010，再混煉20min ;將混煉后的熔融物料放入由上下兩塊4mm不銹鋼模壓板和Imm或3mm不銹鋼?？蚪M成的模具中，在160°C條件下逐漸加壓，至IOMPa下恒溫保壓20min，而后在IMPa壓 力下自然冷卻，待模具溫度降至40°C以下時出模，制備得到長寬尺寸為300X300mm，厚度Imm或3mm的超薄防中子福射復(fù)合屏蔽材料。
權(quán)利要求
1.一種超薄防中子輻射復(fù)合屏蔽材料，以富氫化合物作為基材、含硼化合物作為中子吸收劑、輔以功能助劑，在規(guī)定的溫度及壓カ條件下，經(jīng)定量稱取、加熱混煉、模壓定型加工エ藝制備而成，其中，混合物中各組分的含量為 富氫化合物19-30%， 含硼化合物50-80%， 功能助劑1_5%， 以上混合物中各組分含量為重量百分比。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述超薄防中子輻射復(fù)合屏蔽材料，其特征在于所述的富氫化合物包括聚こ烯粉末熱熔膠、こ烯-醋酸こ烯共聚物粉末熱熔膠或其混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述超薄防中子輻射復(fù)合屏蔽材料，其特征在于所述的含硼化合物為單體硼、碳化硼和氧化硼。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述超薄防中子輻射復(fù)合屏蔽材料，其特征在于所述的功能助劑為硅烷偶聯(lián)劑550、硅烷偶聯(lián)劑570、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、抗氧劑1010或抗氧劑7910。
5.如權(quán)利要求I所述超薄防中子輻射復(fù)合屏蔽材料的制備方法，其エ藝步驟如下按配比定量稱取富氫化合物、單體硼、碳化硼或氧化硼和功能助劑，在溫度為120-140°C下，先將富氫化合物塑煉5min，然后加入單體硼、碳化硼或氧化硼和功能助劑，再混煉20-25min，將混合的熔融態(tài)物料放入模具中，在140-170°C條件下逐漸加壓，至10-15MPa下恒溫保壓15-20min,而后在l_3MPa壓カ下自然冷卻，待模具溫度降至40°C以下時出摸，制成超薄防中子輻射復(fù)合屏蔽材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超薄防中子輻射復(fù)合屏蔽材料及其制備方法，以富氫化合物作為基材、含硼化合物作為中子吸收劑、添加少量的功能助劑，在一定的溫度或壓力條件下，經(jīng)定量稱取、加熱混煉和高溫模壓定型等加工工藝制備而成。本發(fā)明制備工藝簡單，操作方便，制得的超薄防中子屏蔽材料具有厚度薄、硼含量高、屏蔽性能良好的特點，廣泛應(yīng)用于核電站、同位素輻射源、加速器、醫(yī)用中子治療設(shè)備、輻射實驗室等多種場所的中子輻射防護(hù)和研究領(lǐng)域。
文檔編號C08K5/134GK102693767SQ20121015760
公開日2012年9月26日 申請日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月21日
發(fā)明者任乾洋, 侯欣鵬, 宋衛(wèi)群, 康興川, 張佳, 徐迪, 曹珊, 李淑鳳, 湯偉, 趙建中, 郭振濤 申請人:北京富迪創(chuàng)業(yè)科技有限公司