一种防核辐射稀土复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于核辐射防护技术领域，具体涉及一种核屏蔽稀土高分子复合材料及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着核技术相关产业的快速发展，高能辐射射线已广泛应用于工业、医疗、科研等 多个领域，由此带来的辐射安全与防护问题也越来越重要。主要防护对象是X射线、γ射线 和中子，尤其是γ射线和中子辐射，其穿透力强，防护不当则会对人员及设备带来巨大威 胁。重元素或具有大吸收截面的元素可用以减速快中子并吸收次级γ射线；高含量的氢原 子能阻滞中速中子，且不产生γ射线二次效应。所以，用于屏蔽γ射线和中子流的材料通常 是含有重元素及大吸收截面的元素，如铅、妈、铁、钡等；以及含有足够数量的结晶水或氢元 素如水、石蜡、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯等高聚物。
[0003] 核辐射防护材料所用的屏蔽材料除了要求其有优良的防护性能以外，还要求材料 在辐照条件下具有优越的稳定性及一定的力学性能。目前核反应堆、核实验室、核燃料工厂 等场所使用的中子射线屏蔽多为含硼聚乙烯、含硼树脂、石蜡、含铅重混凝土、硼化铝或碳 化硼，其中使用最为广泛的是含铅重混凝土和含硼聚乙烯。这些材料多是由于硼含量高或 氢元素含量高而具有优良的辐射屏蔽性能，但是硬度都比较大且柔韧性和反复折弯性不 好，对不规则仪器或管道进行中子屏蔽时不能很好的贴覆该仪器和管道，并且占用空间较 大。同时，Pb对能量高于88keV和13~40keV之间的射线有良好的吸收能力;但对能量介于40 ~88keV之间的射线却存在一个"Pb的弱吸收区"，对中子吸收屏蔽效果差而且有毒;硼热中 子吸收性能递减。另外，这些屏蔽材料的制作过程也极为复杂。
[0004] 中国专利CN102030938A公开了一种发泡中子吸收材料，将下述质量分数的混合物 经发泡工艺制得发泡中子吸收材料：中子吸收剂10~60%和基体材料40~90%，所述中子 吸收剂为碳化硼、铁氧体、稀土化合物、氢化锂、石蜡中一种或多种。所述基体材料为水泥或 高分子聚合物或两者的混合。首先，经发泡工艺制得发泡中子吸收材料因内部结构含有大 量的空穴，会影响材料的强度，不能有效阻滞快中子;其次、所选用的聚氨酯、甲基丙烯酸树 脂等发泡材料本身耐老化性不强，尤其在防中子辐射性能方面，在材料的中子辐射屏蔽功 能和结构一体化难以兼具。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种辐射屏蔽效果 好、柔韧性好、抗拉强度高、质轻、无毒、且性能持久的新型防核辐射材料，适用于规则或者 不规则设备的核辐射屏蔽而且能够用于制作防护衣的核辐射材料。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007] -种防核辐射稀土复合材料，由以下重量百分比含量的组分组成： 无机材料 20~80%， 稀土元素化合物 10~60%，
[0008] 高分子树脂 5~20%， 外加剂 0.9~2.0%。
[0009]所述的无机材料选自高标号的P052.5硅酸盐水泥、200~400目的石英粉、重晶石 粉、褐铁矿粉或碳化硼中的一种或几种。
[0010]所述的稀土元素化合物中的稀土元素选自镧、钆、钐、铕或镝的多种。
[0011]所述的稀土元素化合物选自稀土元素的氧化物、稀土元素的草酸盐、稀土元素的 碳酸盐或稀土元素的配合物中的一种或多种。
[0012] 所述的高分子树脂包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯或聚酯。
[0013] 所述的外加剂由硅烷偶联剂、硬脂酸和增塑剂按质量比为（1~5):(1~10):(1~ 10)组成。
[0014] 所述的增塑剂包括邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯或邻苯二甲酸二异癸 酯。
[0015] 一种防核辐射稀土复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0016] (1)将无机材料、稀土元素化合物、外加剂按配比混合均匀，再加入含有高分子树 脂的乳液，搅拌均匀得到混合物；
[0017] (2)将混合物进行施工，干燥后得到防核辐射稀土复合材料。
[0018] 所述的含有高分子树脂的乳液为非离子型乳液，乳液中高分子树脂的质量含量为 40 ~80%。
[0019] 优选地，所述的乳液中高分子树脂的质量含量为50~80%。
[0020] 本发明利用稀土元素，尤其是钐、铕、钆、镝具有很大的中子吸收截面及良好的俘 获热中子作用；以及石蜡、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯等高聚物含有足够数量的氢元素 和易加工成型的特点，发明了一种质轻、无毒、物理性质优异、核辐射屏蔽效果好且性能持 久的新型防核福射材料。
[0021] 稀土元素尤其是钐、铕、钆、镝等，它们的中子吸收截面很大，具有良好的俘获热中 子作用；引入聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯等含氢多的高聚物材料，这些材料具有较好的 耐辐射性能，同时具有高含量的能阻滞中速中子的氢原子，且不产生γ射线二次效应。另 外，因本发明为无机/有机复合材料，有较高的致密性，故有优异的耐老化性能，优良的抗渗 水性和抗裂性，使题述复合材料具有刚柔复合，以解决在材料的中子辐射屏蔽功能和结构 一体化难以兼具的难题。本发明采用在硅酸盐水泥、200~400目的石英粉、重晶石粉、褐铁 矿粉或碳化硼等无机材料中加入高分子树脂乳液，一方面是加工成型方便，另一方面是使 得复合材料具有核辐射屏蔽性能、力学性能、防水性能及施工性能，并具有抗裂、耐腐蚀和 密度分布均匀性等优点，应用范围更加广泛。
[0022] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0023]满足国家标准要求，具有良好的核辐射屏蔽性能、力学性能、防水性能及施工性 能，并具有抗裂、耐腐蚀和密度分布均匀性等优点。
【具体实施方式】
[0024]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，以使本发明的优点和特征能更易于 被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定。
[0025] 实施例1
[0026] 一种防核辐射稀土复合材料，由以下重量百分比的组分组成： 高密度聚乙烯（安徽自立塑料有限公司） 40% 石英粉(200-400目） 39% 重晶石粉（鈴0-40:0目) 6,0% 氧化镧（200-400 目） 4.0%
[0027] 氧化韦L (200-400 目） 5.0% 氧化钐（200-400 目） 5.0% 娃焼偶联剂 0.2% 硬脂酸 0.2% 邻苯二甲酸二辛酯 0.6%
[0028] 按质量分数分别称取无机填料、稀土化合物以及外加剂，混合均匀，再加入非离子 聚乙烯乳液，搅拌均匀。
[0029] 实施例2
[0030]本实施例的复合材料由以下重量百分比含量的组分制得： 聚碳酸酯（艾米德塑胶有限公司） 45%， 褐铁矿粉（200~400目） 20%， 石英粉(1.6-60 目） 1:5_%， 氧化镧（200-400 目） 5.0%， 氧化铕（200~400目） 2.0%， _] 氧化钆（2_~400目） 10:%:， 氧化钐（200~400目） 5.0%, 碳化硼（国药化学试剂有限公司，200-400目） 1.0%， 娃燒偶联剂 0.4%， 硬脂酸 0.4%， 邻苯二甲酸二辛酯 1.2%，
[0032]按质量分数分别称取无机填料、