專利名稱：一種超薄防中子輻射復合屏蔽材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及核輻射屏蔽材料制備技術領域，具體涉及到一種超薄防中子輻射復合屏蔽材料及其制備方法。
背景技術：
隨著核技術的發展，中子及中子源技術已廣泛應用于核能、核武器、材料探傷、測井、農業育種、醫療診斷等領域中，在國防、エ業生產中都占有重要的地位。但由于中子不帶電荷，在與物質發生相互作用時不受原子電場的影響，而直接與原子核發生相互作用，故具有很強的穿透性，使其對人體、儀器設備、環境等產生很嚴重的輻射損傷，威脅人員的生命安全和儀器的正常工作，所以，對中子進行良好地屏蔽防護是推廣中子技術應用的重要保 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，由于中子質量和氫原子質量相近，因此，當快中子與屏蔽體中的氫原子核發生彈性碰撞時，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。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。快中子被慢化成熱中子后，需用對熱中子吸收截面大、不易產生Y輻射的屏蔽材料作為吸收介質，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裝置，材料成型過程及施エ條件有很高的要求，應用領域有一定的局限性；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，但成品多為較大規格的板材或制品。隨著中子技術的應用發展，不同場合對中子屏蔽材料也提出了不同的要求，產品尺寸、體積的多祥化可以為屏蔽材料帶來更寬的應用范圍，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，滿足更多領域的需求，但無機填料達到一定比例之后，會給成型エ藝上帶來很大困難，因此制備ー種超高填充、超薄防護中子輻射的屏蔽材料，是當前本技術領域中急需研究解決的課題。
發明內容
本發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合屏蔽材料，同時也提供其制備方法。為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案一種超薄防中子輻射復合屏蔽材料，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劑550(KH-550)、硅烷偶聯劑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合屏蔽材料。本發明基于中子輻射防護的理論，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(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生潤濕和擴散并與其相互交織，從而降低無機填料加入量過高對材料力學性能產生的影響。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度與柔韌性，與PE粉末熱熔膠按適當比例進行共混，可以提高PE材料的韌性。本發明具有很高的硼含量，含硼化合物屬于無機填料，而所用的富氫化合物為有機物，為了提高兩者界面之間的粘接強度，在制備エ藝中添加了硅烷偶聯劑，硅烷偶聯劑是ー類具有有機官能團的硅烷，在其分子中同時具有能和無機質材料化學結合的反應基團及與有機質材料化學結合的反應基團，可以形成無機相-硅烷偶聯劑-有機相的結合層，從而使聚合物與無機材料界面間獲得較好的粘接強度。因此，向體系中加入少量硅烷偶聯劑同時兼顧模壓成型的エ藝方法，提高了本發明所述材料的力學性能。由于采用了上述技術方案，制備得到的超薄防中子輻射復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，達到了發明目的。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進ー步的描述實施例一種超薄防中子輻射復合屏蔽材料的配方，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不銹鋼模框組成的模具中，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合屏蔽材料。
權利要求
1.一種超薄防中子輻射復合屏蔽材料，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，在規定的溫度及壓カ條件下，經定量稱取、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.根據權利要求I所述超薄防中子輻射復合屏蔽材料，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.根據權利要求I所述超薄防中子輻射復合屏蔽材料，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.根據權利要求I所述超薄防中子輻射復合屏蔽材料，其特征在于所述的功能助劑為硅烷偶聯劑550、硅烷偶聯劑570、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、抗氧劑1010或抗氧劑7910。
5.如權利要求I所述超薄防中子輻射復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合屏蔽材料。
全文摘要
本發明公開了一種超薄防中子輻射復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，廣泛應用于核電站、同位素輻射源、加速器、醫用中子治療設備、輻射實驗室等多種場所的中子輻射防護和研究領域。
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 優先權日2012年5月21日
發明者任乾洋, 侯欣鵬, 宋衛群, 康興川, 張佳, 徐迪, 曹珊, 李淑鳳, 湯偉, 趙建中, 郭振濤 申請人:北京富迪創業科技有限公司