一種柔性屏蔽材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及核輻射屏蔽材料的制備技術領域，尤其涉及一種柔性防核輻射的屏蔽材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]反應堆是核能源系統的核心部分，其中的核裂變(或聚變)會產生各種輻射射線如不同能級的中子、γ射線、二次γ射線及其它帶電粒子和高能射線，對人體帶來傷害，同時也會破壞環境。為了防止或減少輻射射線給人們帶來的危害，要進行輻射防護，而輻射防護主要依賴于防輻射屏蔽材料的性能和輻射屏蔽結構的優化設計。防輻射屏蔽材料主要是指對中子和γ射線等電離輻射有屏蔽作用的材料，其中重金屬如鉛、鎢、衰變后的鈾(238U)以及鐵、鎳等都是有效的γ射線減弱體，對快中子也有很好的慢化效果；而硼、石墨、富氫化合物(如水、重水)及高分子材料等則對中子的減弱或吸收更為有效，這些材料及其復合材料已大量應用于各種核反應堆屏蔽系統并發揮相當重要的作用。
[0003]但是，隨著核能源及各種核反應堆的發展，對防輻射屏蔽材料及其他屏蔽系統的要求越來越高。單一傳統的屏蔽材料難以滿足所有的防護要求，以傳統鉛皮為例，其作為屏蔽體，本身長期懸掛會產生流變，影響抗輻照性能，且鉛皮自身容易受污染，不利于二次利用；而現有的許多復合防輻射屏蔽材料又難以滿足輻射防護對其綜合性能的使用要求，主要表現在防輻射屏蔽材料的屏蔽性能與其他性能如力學性能、耐熱性、抗輻照性能等難以兼顧。如何解決上述防輻射屏蔽材料的缺陷，提供一種具有柔性和力學強度，且對中子和γ射線等核輻射能進行有效防護的屏蔽材料，是當前研究領域迫切需要解決的問題。
【發明內容】
[0004]針對上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供了一種柔性屏蔽材料，本發明的目的之二在于提供該種柔性屏蔽材料的制備方法。
[0005]為了實現上述目的，本發明的技術方案如下:
[0006]—種柔性屏蔽材料，用于對核電站的放射性部件進行屏蔽，所述屏蔽材料為層疊加結構，包括屏蔽功能層和設置在所述屏蔽功能層兩側的保護層，
[0007]其中，所述屏蔽功能層為復合層，采用具有耐輻照性能的橡膠作為基體材料，其中添加有吸收中子和γ射線的金屬粉末；所述保護層為橡膠層。
[0008]較佳地，所述金屬粉末為鉛粉、鐵粉、鎳粉、鎢粉或衰變后的鈾粉中的一種或多種。
[0009]較佳地，按質量百分數計，所述屏蔽功能層包括金屬粉末50%?90%、橡膠基材7%?30%，氣相二氧化硅3%?10%，余量為助劑，所述助劑包括偶聯劑、羥基硅油和硫化劑；所述保護層的配方中也包括氣相二氧化硅和橡膠基材以及助劑，助劑同樣包括偶聯劑、羥基硅油和硫化劑，其與所述屏蔽功能層的差別僅在于不含有用于屏蔽核輻射作用的金屬粉末；其中在上述的保護層和屏蔽功能層中所述氣相二氧化硅均作為補強劑，為白色粉末、多孔性、無毒無味無污染，耐高溫，在此主要利用其化學惰性及特殊的觸變性能明顯改善橡膠制品的抗拉強度，抗撕裂性和耐磨性，與其他組分配合，提高最終所得的橡膠制品的強度。此外，該保護層中還可添加染色劑等其他輔料，用于改善所述保護層的外觀。
[0010]較佳地，所述橡膠基材為耐輻照性能的橡膠材料，為天然橡膠、丁基橡膠、丁晴橡膠、三元乙丙橡膠、甲基硅橡膠、甲基乙烯硅橡膠或丁苯橡膠中的一種或多種；其中優選為甲基乙烯硅橡膠，其在拉伸強度和斷裂伸長率方面具有較好的性能，且硫化溫度低，硫化成型時間短，具有優秀的綜合性能，可優選作為該柔性屏蔽材料的橡膠基材；優選乙烯基含量為0.04 %?2.0 %的甲基乙烯基硅橡膠，在甲基乙烯基硅橡膠硫化體系中，乙烯基含量越高，交聯密度和硫化程度也在上升，而隨著交聯密度的增大，硅橡膠材料的硬度和拉伸強度會有明顯提高，斷裂伸長率降低；且隨著體系中乙烯基含量的增加，硅橡膠硫化反應速率增加，反應活化能減小，硫化反應更快、更容易進行；但是當體系中乙烯基含量過高時，對硅橡膠的硫化也會有一定的阻礙作用。
[0011]具體地，所述保護層單層厚度為0.2mm?2.0mm,所述屏蔽功能層厚度為0.5?30mmo
[0012]—種如上所述柔性屏蔽材料的制備方法，包括如下步驟:
[0013](a)材料的捏合
[0014](a-Ι)屏蔽功能層的捏合:將橡膠基材和氣相二氧化硅混合后，加熱至設定溫度，捏合均勻；接著加入偶聯劑、羥基硅油，繼續捏合；隨后將金屬粉末加入混合物中，繼續捏合至捏合完成；
[0015](a-2)保護層的捏合:將橡膠基材和氣相二氧化硅混合后，加熱至設定溫度，捏合均勻；接著加入偶聯劑、羥基硅油，繼續捏合至捏合完成；
[0016](b)開煉
[0017](b-Ι)屏蔽功能層的開煉:將(a-Ι)制得的物料放入開煉機中，加入硫化劑后，薄通5?8遍；
[0018](b-2)保護層的開煉:將(a-2)制得的物料放入開煉機中，加入硫化劑和染色劑，薄通5?8遍；
[0019](c)壓延成型
[0020]將(b-Ι)制得的膠料放入出型機中壓延成型得屏蔽功能層膠料，同時將(b-2)制得的膠料也放入出型機中壓延成型得保護層膠料，并通過牽引輥將保護層膠料和屏蔽功能層膠料層疊復合在一起；
[0021](d)硫化成型
[0022]將經步驟(C)制得的層疊復合膠片放入硫化機內模壓硫化成型。
[0023]較佳地，所述(a-Ι)和(a-2)步驟中，橡膠基材和氣相二氧化硅混合后的設定溫度為 100 ?140 °C。
[0024]較佳地，所述硫化成型時的硫化溫度為140°C?175°C、硫化壓力為10?20MPa。
[0025]本發明的柔性屏蔽材料包括屏蔽功能層和設置在屏蔽功能層兩側的保護層構成的夾層三明治結構，(I)由于其材質較柔軟，可用于替代傳統的輻射防護材料，如鉛、混凝土等，解決傳統的輻射防護材料無法使用或難以安裝的情況，具體可用于核電站放射性閥門、三通、T型件、大小頭、管道等設施的包裹，且可以根據輻射熱點位置輻射源(如閥門、管道等)的尺寸直接加工成型，對管道和閥門的包覆，密封徹底，不留輻射通過間隙，屏蔽性能較優；此外，采用該屏蔽材料對核電站放射性部件進行屏蔽時，體積小，占用空間小，拆裝方便，方便臨時拆裝檢修；
[0026](2)由于保護層的存在，該柔性屏蔽材料易于清潔，可多次重復使用，減少污染后的放射性廢物的處理處置費用，使用更環保、更經濟；且保護層中的橡膠材料防水、防潮、阻燃，也防止屏蔽功能層中功能材料的表面氧化；另外該材料低氯、低氟、低硫，適合在不銹鋼表面安裝使用；
[0027](3)其均以橡膠為基材，橡膠的性質決定了該柔性屏蔽材料不會像鉛板等傳統屏蔽材料一樣產生蠕變和流動，因此可長期保證其防護和密封效果；且該材料可耐低溫至_50°C、耐高溫至200°C，可適用于各種高低溫環境下的防輻射屏蔽。
【具體實施方式】
[0028]下面對本發明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0029]實施例1
[0030]一種柔性屏蔽材料，其為夾層三明治似的層疊加結構，包括屏蔽功能層和設置于屏蔽功能層兩側的保護層，其中屏蔽功能層為具有耐輻照性能的橡膠與有吸收中子和γ射線的金屬粉末捏合的復合層，其中保護層的單層厚度為lmm，屏蔽功能層厚度為10mm，該柔性屏蔽材料的厚度為12mm。
[0031]其中按質量百分數計，屏蔽功能層包括氣相二氧化硅5%、甲基乙烯基硅橡膠15%和金屬粉末78%以及助劑2% ;助劑包括偶聯劑、羥基硅油和硫化劑；保護層包括氣相二氧化娃、偶聯劑、輕基娃油、橡膠基材和硫化劑，另外金屬粉末為鉛粉，甲基乙稀基娃橡膠中乙烯基含量為0.16%，偶聯劑為硅烷偶聯劑A151和含環氧基的偶聯劑KH-560。
[0032]其制備方法包括:
[0033](a)材料的捏合
[0034](a-Ι)屏蔽功能層的捏合:稱取配方量的甲基乙烯基硅橡膠，放入清空的捏合機中，加入配方量的氣相二氧化硅，開啟捏合機，設定溫度為120±10°C。待捏合均勻后，加入偶聯劑A151和KH-560、羥基硅油，捏合約3小時；隨后繼續向其中加入配方量的鉛粉，繼續捏合約4小時；完成捏合，取出混合物待用；
[0035](a-2)保護層的捏合:稱取配方量的甲基乙烯基硅橡膠，放入清空的捏合機中，加入