專利名稱:一種防熱中子輻射屏蔽材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及核輻射屏蔽材料制備技術領域：
，具體涉及到一種防熱中子輻射屏蔽材料及其制備方法。
背景技術近年來，隨著核電、核動力船舶、輻射加工、無損檢測、放射治療等產業(yè)的快速發(fā)展，輻射技術已廣泛應用于工業(yè)、醫(yī)療、科研等多個領域，射線對人體的傷害和對環(huán)境的破壞也逐漸被人類所認識。經常接觸放射性射線的人會出現皮膚燒傷、毛發(fā)脫落、眼痛、白血球減少甚至骨髓瘤等癥狀，為了防止或減少放射性射線給人們帶來的危害，都要采取各種防護措施。放射性射線的防護涉及到防護屏蔽材料，防輻射屏蔽材料主要是指對中子和Y射線等電離輻射有屏蔽作用的材料。過去傳統(tǒng)、單一的屏蔽材料主要是指單質屏蔽材料如鉛、鐵、石蠟、混凝土等，盡管屏蔽效果好，但用途比較單一，已經不能滿足現代防護設備的使用要求。隨著科技的進步，近幾年也出現了高分子聚合物復合防輻射屏蔽材料，高分子聚合物復合材料與傳統(tǒng)的金屬、混凝土相比較，具有密度低、衰減曲線好、使用方便、造價低、加工性能好等特點，能滿足不同能量等級輻射場合的需要。目前，對高分子聚合物屏蔽材料研究較多的有防輻射有機玻璃、聚乙烯或聚丙烯防中子和防Y射線的屏蔽材料、含鉛橡膠及其他一些防電離輻射的高分子材料，但上述材料大部分剛性較大，使用材料的體積較大，柔韌度不好，不能隨環(huán)境尺寸隨意變化。如何解決上述防輻射屏蔽材料存在的缺陷，提供一種有良好柔性及力學強度的對熱中子輻射進行有效防護的屏蔽材料是當前本技術領域：
中急需研究解決的課題。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種良好柔性及力學強度，對熱中子屏蔽性能高的防熱中子輻射屏蔽材料，同時也提供其制備方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案一種防熱中子輻射屏蔽材料，采用具有耐輻照性能的橡膠作為基體材料，在基體材料中添加對熱中子具有較大吸收截面的功能助劑和補強炭黑及并用加工助劑，構成熱中子屏蔽材料，其配方中的組分構成如下
橡膠基材20-100
軟化體系I. 5-4. 6
防老體系0.1-0. 8
操作油2. 0-5. 0
炭黑補強體系4-15
防輻射功能助劑30-70
促進體系0. 3-1.0
硫磺0. 2-0. 7
以上各組分計量單位以重量分數計。
所述橡膠基材為具有耐輻照性能的橡膠材料，包括天然橡膠、丁苯橡膠或氯磺化聚乙烯。
上述所述軟化體系為硬脂酸、古馬隆樹脂、氧化鋅、石蠟、聚乙二醇化合物中的一種或多種材料的組合。
所述防老體系為防老劑4010NA、防老劑4010、防老劑D化合物中的一種或多種材
料的組合。
所述補強體系為炭黑N115、N110、N234化合物中的一種或多種材料的組合。
所述硫化促進體系是指促進劑CZ、促進劑TMTD、促進劑DM化合物中的一種或多種材料的組合。
所述防輻射功能助劑為對熱中子具有一定吸收性能的硼單質或硼類化合物和稀土金屬化合物中的一種或多種材料的組合；其中含硼類化合物包括碳化硼或氧化硼；稀土金屬化合物包括氟化鋰或氧化釓。
所述操作油為芳烴類油。
防熱中子輻射屏蔽材料的制備方法步驟如下
a.橡膠基材混煉
在密煉機中完成橡膠基材的混煉，當密煉機在60°C -70°C左右時，開始投入橡膠基材進行塑煉，塑煉時間< 5分鐘；橡膠基材塑煉完成后依次加入軟化體系、防老體系，補強炭黑及操作油進行混煉，混煉時間控制在5-10分鐘；然后視所加份數的多少，分2-3次均勻加入防輻射功能助劑，繼續(xù)混煉，混煉時間為10-25分鐘，混煉溫度為90°C 100°C;最后加入硫化體系繼續(xù)混煉，混煉時間< 40秒，一次完成混煉，并迅速出料，在開煉機上出片，冷卻；
b 橡膠基材的壓延預成型
將混煉好的橡膠基材在開煉機上進行返煉，按照所需成品的厚度在三輥壓延上進行壓延預成型；
c.橡膠基材的硫化成型
將預成型的橡膠基材放入平板硫化機上的模具中，在硫化溫度為130_150°C、成型壓力為15-25MPa下，硫化時間為20-40分鐘，完成防熱中子輻射屏蔽材料的制備。
本發(fā)明是以具有耐輻照性能的橡膠材料作為基體材料，該基體材料可以是天然橡膠、丁苯橡膠，通過在基體材料中均勻添加防輻射功能添加劑和補強炭黑助劑，并經過混煉、壓延、硫化生產出具有對熱中子屏蔽性能強、具有良好柔性和高力學強度的防熱中子輻射屏蔽材料，本發(fā)明的制備工藝為保證輻射屏蔽材料的加工特性，在混煉過程中可補強炭黑助劑與部分操作油混合后一起加入密煉機；對于防輻射功能助劑的加入，由于防輻射功能助劑屬于無機材料，一次投料過多會影響橡膠基材的混煉均勻性和混煉效率，所以視所加份數的多少，分2 3均勻次加入，并且可和部分操作油混合后一起加入密煉機。而硫化體系(包括促進體系和硫磺)則最后加入密煉機,混煉時間要求短,一次完成混煉并迅速出料，在開煉機上出片，冷卻，完成防熱中子福射屏蔽材料的制備。
通過對熱中子屏蔽材料的測試，材料的力學性能及防熱中子屏蔽性能均有提升，達到或超過行業(yè)標準。該材料除具有較高的熱中子屏蔽性能外，還具有良好的柔性，能夠貼覆于設備或儀器的外形，應用于中子衍射譜儀等探測器儀器表面防護和特殊曲面中子防護，達到了發(fā)明目的。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步的描述
實施例I :
防熱中子輻射屏蔽材料的配方
天然橡膠100
硬脂酸2
氧化鋅6
固體古馬隆3
石蠟2
聚乙二醇I
防老劑401ONA I
防老劑D1.5
操作油10
炭黑N11515
碳化硼225
促進劑CZ3
促進劑TMTDI
硫磺3
以上各組分計量單位以重量分數計。
防熱中子輻射屏蔽材料的制備方法步驟如下
a.橡膠基材混煉[0031 ] 在密煉機中完成原材料的混煉(密煉)，當密煉機在70°C時，開始投入橡膠基體進行塑煉，橡膠的塑煉有利于后續(xù)的混煉，橡膠基體塑煉時間為5分鐘。
加料順序橡膠基體塑煉完成后依次加入硬脂酸、氧化鋅、固體古馬隆、石蠟、聚乙二醇、防老劑D，補強炭黑，操作油。部分操作油可和炭黑混合后一起加入密煉機；部分操作油可和碳化硼混合后一起加入密煉機；混煉時間控制在5分鐘。
防輻射功能助劑碳化硼的加入碳化硼屬于無機材料，一次投料過多會影響混煉均勻性和混煉效率，所以分3次加入，混煉時間保持在15分鐘，混煉溫度保持在90°C 100。。。
硫化體系(促進劑CZ、促進劑TMTD和硫磺)最后加入密煉機，混煉時間為30秒，一次完成混煉，并迅速出料，在開煉機上出片，冷卻。
b.橡膠基材的壓延預成型
將混煉好的橡膠基材在開煉機上進行返煉，按照所需成品的厚度再在三輥壓延上進行壓延預成型，厚度分別為2_。
c.橡膠基材的硫化成型
將預成型的橡膠基材放入平板硫化機上的模具中，在硫化溫度150°C、成型壓力20MPa下，硫化30分鐘，完成防熱中子輻射屏蔽材料的制備。對防熱中子輻射屏蔽材料的測試數據如下
材料的力學性能
權利要求
1.一種防熱中子輻射屏蔽材料，采用具有耐輻照性能的橡膠作為基體材料，在基體材料中添加對熱中子具有較大吸收截面的功能助劑和補強炭黑及并用加工助劑，構成防熱中子輻射屏蔽材料，其配方中的組分構成如下橡膠基材20-100軟化體系I. 5-4. 6防老體系O. 1-0. 8操作油2. 0-5. O 炭黑補強體系4-15防輻射功能助劑30-70促進體系O. 3-1. O硫磺O. 2-0. 7 以上各組分計量單位以重量分數計。
2.根據權利要求
I所述防熱中子輻射屏蔽材料，其特征在于所述橡膠基材為具有耐輻照性能的橡膠材料，包括天然橡膠、丁苯橡膠或氯磺化聚乙烯。
3.根據權利要求
I所述防熱中子輻射屏蔽材料，其特征在于所述軟化體系為硬脂酸、古馬隆樹脂、氧化鋅、石蠟、聚乙二醇化合物中的一種或多種材料的組合。
4.根據權利要求
I所述防熱中子輻射屏蔽材料，其特征在于所述防老體系為防老劑4010NA、防老劑4010、防老劑D化合物中的一種或多種材料的組合。
5.根據權利要求
I所述防熱中子輻射屏蔽材料，其特征在于所述補強體系為炭黑NI 15、NI 10、N234化合物中的一種或多種材料的組合。
6.根據權利要求
I所述防熱中子輻射屏蔽材料，其特征在于所述硫化促進體系是指促進劑CZ、促進劑TMTD、促進劑DM化合物中的一種或多種材料的組合。
7.根據權利要求
I所述防熱中子輻射屏蔽材料，其特征在于所述對熱中子具有較大吸收截面的功能助劑為硼單質或硼類化合物和稀土金屬化合物中的一種或多種材料的組合；其中含硼類化合物包括碳化硼或氧化硼；稀土金屬化合物包括氟化鋰或氧化釓。
8.如權利要求
I所述防熱中子輻射屏蔽材料的制備方法，其工藝步驟如下 a.橡膠基材混煉 在密煉機中完成橡膠基材的混煉，當密煉機在60°C -70°C左右時，開始投入橡膠基材進行塑煉，塑煉時間< 5分鐘；橡膠基材塑煉完成后依次加入軟化體系、防老體系，補強炭黑及操作油進行混煉，混煉時間控制在5-10分鐘；然后視所加份數的多少，分2-3次均勻加入防中子功能助劑，繼續(xù)混煉，混煉時間為10-25分鐘，混煉溫度為90°C 100°C;最后加入硫化體系繼續(xù)混煉，混煉時間< 40秒，一次完成混煉，并迅速出料，在開煉機上出片，冷卻； b.橡膠基材的壓延預成型 將混煉好的橡膠基材在開煉機上進行返煉，按照所需成品的厚度在三輥壓延上進行壓延預成型；
c.橡膠基材的硫化成型將預成型的橡膠基材放入平板硫化機上的模具中，在硫化溫度為130-150°C、成型壓力 為15-25MPa下，硫化時間為20-40分鐘，完成熱中子屏蔽材料的制備。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種防熱中子輻射屏蔽材料及其制備方法，采用具有耐輻照性能的橡膠作為基體材料，在基體材料中添加具有對熱中子屏蔽性能的防輻射功能添加劑和補強炭黑助劑及并加工助劑，經過a.橡膠基材混煉、b.橡膠基材的壓延預成型及c.橡膠基材的硫化成型等工藝步驟制備而成。本發(fā)明對熱中子具有屏蔽性能，還具有良好的柔性，能夠貼覆于設備或儀器的外形，應用于中子衍射譜儀等探測器儀器表面防護和特殊曲面中子防護。
文檔編號G21F1/10GKCN102708937SQ201210157591
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月21日
發(fā)明者侯欣鵬, 康興川, 張桂敏, 張龍, 李建君, 李淑鳳, 李鐵軍, 矯陽, 趙建中, 郭振濤, 陳研 申請人:北京富迪創(chuàng)業(yè)科技有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan