专利名称：一种超薄防中子辐射复合屏蔽材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及核辐射屏蔽材料制备技术领域，具体涉及到一种超薄防中子辐射复合屏蔽材料及其制备方法。
背景技术：
随着核技术的发展，中子及中子源技术已广泛应用于核能、核武器、材料探伤、测井、农业育种、医疗诊断等领域中，在国防、エ业生产中都占有重要的地位。但由于中子不带电荷，在与物质发生相互作用时不受原子电场的影响，而直接与原子核发生相互作用，故具有很强的穿透性，使其对人体、仪器设备、环境等产生很严重的辐射损伤，威胁人员的生命安全和仪器的正常工作，所以，对中子进行良好地屏蔽防护是推广中子技术应用的重要保 障。对中子的屏蔽实际上是将快中子減速和慢中子吸收。就屏蔽快中子原理而言，基于弹性碰撞理论，由于中子质量和氢原子质量相近，因此，当快中子与屏蔽体中的氢原子核发生弹性碰撞时，最容易将能量传递给氢原子而损失能量，从而将快中子慢化为慢中子和热中子。屏蔽体中含氢量越多，则慢化作用越强。在常见的聚合物中，聚こ烯含氢量最高，所以，聚こ烯是屏蔽快中子最好的慢化剂。快中子被慢化成热中子后，需用对热中子吸收截面大、不易产生Y辐射的屏蔽材料作为吸收介质，由于元素硼(主要是同位素kiB)有很大的热中子吸收截面，并且俘获热中子后，产生辐射能量低，很容易被阻止；并且半衰期短，材料退役处理方便、安全，所以，硼以及含硼量高的聚こ烯材料是ー种优良的中子屏蔽材料。目前，常用的防中子屏蔽材料以水泥基屏蔽材料和含硼或铅硼复合材料为主。其中，水泥基屏蔽材料屏蔽中子的类型比较单一旦多用于大型防护装置，材料成型过程及施エ条件有很高的要求，应用领域有一定的局限性；除此之外，用得比较多的就是含硼或铅硼化合物，此类化合物成型エ艺较为简单，成型后的材料有较好的加工性能，但成品多为较大规格的板材或制品。随着中子技术的应用发展，不同场合对中子屏蔽材料也提出了不同的要求，产品尺寸、体积的多祥化可以为屏蔽材料带来更宽的应用范围，由于同位素kiB的天然丰度只有19.9%，如果要保证高效的中子吸收，只能尽量提高种子吸收剂(硼及其化合物)的添加量，中子吸收剂含量的増加可提升材料的屏蔽性能，满足更多领域的需求，但无机填料达到一定比例之后，会给成型エ艺上带来很大困难，因此制备ー种超高填充、超薄防护中子辐射的屏蔽材料，是当前本技术领域中急需研究解决的课题。
发明内容
本发明的目的是提供ー种具有厚度薄、含硼量高、屏蔽性能良好的超薄防中子辐射复合屏蔽材料，同时也提供其制备方法。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案一种超薄防中子辐射复合屏蔽材料，以富氢化合物作为基材、含硼化合物作为中子吸收剂、添加少量的功能助剂，在一定的温度或压カ条件下，经定量称取、加热混炼和高温模压定型等加工エ艺制备而成，其中，混合物中各组分的含量为
富氢化合物19-30%，含硼化合物50-80 %，功能助剂1-5%，以上混合物中各组分含量为重量百分比。上述所述的富氢化合物包括:聚乙烯(PE)粉末热熔胶、こ烯-醋酸こ烯共聚物(EVA)粉末热熔胶或其混合物。上述所述的含硼化合物为单体硼、碳化硼或氧化硼。上述所述的功能助剂为硅烷偶联剂550(KH-550)、硅烷偶联剂570 (KH-570)、硬脂酸钙、硬脂酸锌、抗氧剂1010或抗氧剂7910。 超薄防中子辐射复合屏蔽材料的制备エ艺步骤为按配比定量称取富氢化合物、单体硼或含硼化合物和功能助剂，在温度为120-140°C下，先将富氢化合物塑炼5min，然后加入单体硼或含硼化合物和功能助剂，再混炼20-25min，将混合的熔融态物料放入模具中，在140-170°C条件下逐渐加压，至10-15MPa下恒温保压15_20min，而后在l_3MPa力下自然冷却，待模具温度降至40°C以下时出模，制成超薄防中子辐射复合屏蔽材料。本发明基于中子辐射防护的理论，采用PE粉末热熔胶作为体系的快中子慢化剂。热熔胶具有粘合速度快、无需干燥エ艺、粘合エ艺简单、具有较好的粘合強度与柔韧性和具有一定的耐寒性与耐热性等特点。由于体系中含硼化合物的含量很高，在制备样品的过程中，选用了熔融指数(MI)较高的PE热熔胶，以保证基材熔融后有良好的流动性，容易在含硼化合物表面产生润湿和扩散并与其相互交织，从而降低无机填料加入量过高对材料力学性能产生的影响。EVA具有介于塑料和弾性体之间的特性，加工性能良好，其粉末热熔胶具有良好的粘接強度与柔韧性，与PE粉末热熔胶按适当比例进行共混，可以提高PE材料的韧性。本发明具有很高的硼含量，含硼化合物属于无机填料，而所用的富氢化合物为有机物，为了提高两者界面之间的粘接強度，在制备エ艺中添加了硅烷偶联剂，硅烷偶联剂是ー类具有有机官能团的硅烷，在其分子中同时具有能和无机质材料化学結合的反应基团及与有机质材料化学結合的反应基团，可以形成无机相-硅烷偶联剂-有机相的结合层，从而使聚合物与无机材料界面间获得较好的粘接強度。因此，向体系中加入少量硅烷偶联剂同时兼顾模压成型的エ艺方法，提高了本发明所述材料的力学性能。由于采用了上述技术方案，制备得到的超薄防中子辐射复合屏蔽材料具有厚度薄、含硼量高、屏蔽性能良好，且制备エ艺简单，操作方便，达到了发明目的。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进ー步的描述实施例一种超薄防中子辐射复合屏蔽材料的配方，其各组分含量以重量百分比计聚こ烯(PE)粉末热熔胶 28%，单体硼70%，硬脂酸钙1%，抗氧剂1010 :1% ；超薄防中子辐射复合屏蔽材料的制备エ艺步骤为在温度120±5°C的条件下，将聚こ烯粉末热熔胶在双辊开炼机上塑炼5min，然后加入单体硼、硬脂酸钙和抗氧剂1010，再混炼20min ;将混炼后的熔融物料放入由上下两块4mm不锈钢模压板和Imm或3mm不锈钢模框组成的模具中，在160°C条件下逐渐加压，至IOMPa下恒温保压20min，而后在IMPa压 力下自然冷却，待模具温度降至40°C以下时出模，制备得到长宽尺寸为300X300mm，厚度Imm或3mm的超薄防中子福射复合屏蔽材料。
权利要求
1.一种超薄防中子辐射复合屏蔽材料，以富氢化合物作为基材、含硼化合物作为中子吸收剂、辅以功能助剂，在规定的温度及压カ条件下，经定量称取、加热混炼、模压定型加工エ艺制备而成，其中，混合物中各组分的含量为 富氢化合物19-30%， 含硼化合物50-80%， 功能助剂1_5%， 以上混合物中各组分含量为重量百分比。
2.根据权利要求I所述超薄防中子辐射复合屏蔽材料，其特征在于所述的富氢化合物包括聚こ烯粉末热熔胶、こ烯-醋酸こ烯共聚物粉末热熔胶或其混合物。
3.根据权利要求I所述超薄防中子辐射复合屏蔽材料，其特征在于所述的含硼化合物为单体硼、碳化硼和氧化硼。
4.根据权利要求I所述超薄防中子辐射复合屏蔽材料，其特征在于所述的功能助剂为硅烷偶联剂550、硅烷偶联剂570、硬脂酸钙、硬脂酸锌、抗氧剂1010或抗氧剂7910。
5.如权利要求I所述超薄防中子辐射复合屏蔽材料的制备方法，其エ艺步骤如下按配比定量称取富氢化合物、单体硼、碳化硼或氧化硼和功能助剂，在温度为120-140°C下，先将富氢化合物塑炼5min，然后加入单体硼、碳化硼或氧化硼和功能助剂，再混炼20-25min，将混合的熔融态物料放入模具中，在140-170°C条件下逐渐加压，至10-15MPa下恒温保压15-20min,而后在l_3MPa压カ下自然冷却，待模具温度降至40°C以下时出摸，制成超薄防中子辐射复合屏蔽材料。
全文摘要
本发明公开了一种超薄防中子辐射复合屏蔽材料及其制备方法，以富氢化合物作为基材、含硼化合物作为中子吸收剂、添加少量的功能助剂，在一定的温度或压力条件下，经定量称取、加热混炼和高温模压定型等加工工艺制备而成。本发明制备工艺简单，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、屏蔽性能良好的特点，广泛应用于核电站、同位素辐射源、加速器、医用中子治疗设备、辐射实验室等多种场所的中子辐射防护和研究领域。
文档编号C08K5/134GK102693767SQ20121015760
公开日2012年9月26日 申请日期2012年5月21日 优先权日2012年5月21日
发明者任乾洋, 侯欣鹏, 宋卫群, 康兴川, 张佳, 徐迪, 曹珊, 李淑凤, 汤伟, 赵建中, 郭振涛 申请人:北京富迪创业科技有限公司