一种柔性屏蔽材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及核辐射屏蔽材料的制备技术领域，尤其涉及一种柔性防核辐射的屏蔽材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]反应堆是核能源系统的核心部分，其中的核裂变(或聚变)会产生各种辐射射线如不同能级的中子、γ射线、二次γ射线及其它带电粒子和高能射线，对人体带来伤害，同时也会破坏环境。为了防止或减少辐射射线给人们带来的危害，要进行辐射防护，而辐射防护主要依赖于防辐射屏蔽材料的性能和辐射屏蔽结构的优化设计。防辐射屏蔽材料主要是指对中子和γ射线等电离辐射有屏蔽作用的材料，其中重金属如铅、钨、衰变后的铀(238U)以及铁、镍等都是有效的γ射线减弱体，对快中子也有很好的慢化效果；而硼、石墨、富氢化合物(如水、重水)及高分子材料等则对中子的减弱或吸收更为有效，这些材料及其复合材料已大量应用于各种核反应堆屏蔽系统并发挥相当重要的作用。
[0003]但是，随着核能源及各种核反应堆的发展，对防辐射屏蔽材料及其他屏蔽系统的要求越来越高。单一传统的屏蔽材料难以满足所有的防护要求，以传统铅皮为例，其作为屏蔽体，本身长期悬挂会产生流变，影响抗辐照性能，且铅皮自身容易受污染，不利于二次利用；而现有的许多复合防辐射屏蔽材料又难以满足辐射防护对其综合性能的使用要求，主要表现在防辐射屏蔽材料的屏蔽性能与其他性能如力学性能、耐热性、抗辐照性能等难以兼顾。如何解决上述防辐射屏蔽材料的缺陷，提供一种具有柔性和力学强度，且对中子和γ射线等核辐射能进行有效防护的屏蔽材料，是当前研究领域迫切需要解决的问题。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种柔性屏蔽材料，本发明的目的之二在于提供该种柔性屏蔽材料的制备方法。
[0005]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0006]—种柔性屏蔽材料，用于对核电站的放射性部件进行屏蔽，所述屏蔽材料为层叠加结构，包括屏蔽功能层和设置在所述屏蔽功能层两侧的保护层，
[0007]其中，所述屏蔽功能层为复合层，采用具有耐辐照性能的橡胶作为基体材料，其中添加有吸收中子和γ射线的金属粉末；所述保护层为橡胶层。
[0008]较佳地，所述金属粉末为铅粉、铁粉、镍粉、钨粉或衰变后的铀粉中的一种或多种。
[0009]较佳地，按质量百分数计，所述屏蔽功能层包括金属粉末50%?90%、橡胶基材7%?30%，气相二氧化硅3%?10%，余量为助剂，所述助剂包括偶联剂、羟基硅油和硫化剂；所述保护层的配方中也包括气相二氧化硅和橡胶基材以及助剂，助剂同样包括偶联剂、羟基硅油和硫化剂，其与所述屏蔽功能层的差别仅在于不含有用于屏蔽核辐射作用的金属粉末；其中在上述的保护层和屏蔽功能层中所述气相二氧化硅均作为补强剂，为白色粉末、多孔性、无毒无味无污染，耐高温，在此主要利用其化学惰性及特殊的触变性能明显改善橡胶制品的抗拉强度，抗撕裂性和耐磨性，与其他组分配合，提高最终所得的橡胶制品的强度。此外，该保护层中还可添加染色剂等其他辅料，用于改善所述保护层的外观。
[0010]较佳地，所述橡胶基材为耐辐照性能的橡胶材料，为天然橡胶、丁基橡胶、丁晴橡胶、三元乙丙橡胶、甲基硅橡胶、甲基乙烯硅橡胶或丁苯橡胶中的一种或多种；其中优选为甲基乙烯硅橡胶，其在拉伸强度和断裂伸长率方面具有较好的性能，且硫化温度低，硫化成型时间短，具有优秀的综合性能，可优选作为该柔性屏蔽材料的橡胶基材；优选乙烯基含量为0.04 %?2.0 %的甲基乙烯基硅橡胶，在甲基乙烯基硅橡胶硫化体系中，乙烯基含量越高，交联密度和硫化程度也在上升，而随着交联密度的增大，硅橡胶材料的硬度和拉伸强度会有明显提高，断裂伸长率降低；且随着体系中乙烯基含量的增加，硅橡胶硫化反应速率增加，反应活化能减小，硫化反应更快、更容易进行；但是当体系中乙烯基含量过高时，对硅橡胶的硫化也会有一定的阻碍作用。
[0011]具体地，所述保护层单层厚度为0.2mm?2.0mm,所述屏蔽功能层厚度为0.5?30mmo
[0012]—种如上所述柔性屏蔽材料的制备方法，包括如下步骤:
[0013](a)材料的捏合
[0014](a-Ι)屏蔽功能层的捏合:将橡胶基材和气相二氧化硅混合后，加热至设定温度，捏合均匀；接着加入偶联剂、羟基硅油，继续捏合；随后将金属粉末加入混合物中，继续捏合至捏合完成；
[0015](a-2)保护层的捏合:将橡胶基材和气相二氧化硅混合后，加热至设定温度，捏合均匀；接着加入偶联剂、羟基硅油，继续捏合至捏合完成；
[0016](b)开炼
[0017](b-Ι)屏蔽功能层的开炼:将(a-Ι)制得的物料放入开炼机中，加入硫化剂后，薄通5?8遍；
[0018](b-2)保护层的开炼:将(a-2)制得的物料放入开炼机中，加入硫化剂和染色剂，薄通5?8遍；
[0019](c)压延成型
[0020]将(b-Ι)制得的胶料放入出型机中压延成型得屏蔽功能层胶料，同时将(b-2)制得的胶料也放入出型机中压延成型得保护层胶料，并通过牵引辊将保护层胶料和屏蔽功能层胶料层叠复合在一起；
[0021](d)硫化成型
[0022]将经步骤(C)制得的层叠复合胶片放入硫化机内模压硫化成型。
[0023]较佳地，所述(a-Ι)和(a-2)步骤中，橡胶基材和气相二氧化硅混合后的设定温度为 100 ?140 °C。
[0024]较佳地，所述硫化成型时的硫化温度为140°C?175°C、硫化压力为10?20MPa。
[0025]本发明的柔性屏蔽材料包括屏蔽功能层和设置在屏蔽功能层两侧的保护层构成的夹层三明治结构，(I)由于其材质较柔软，可用于替代传统的辐射防护材料，如铅、混凝土等，解决传统的辐射防护材料无法使用或难以安装的情况，具体可用于核电站放射性阀门、三通、T型件、大小头、管道等设施的包裹，且可以根据辐射热点位置辐射源(如阀门、管道等)的尺寸直接加工成型，对管道和阀门的包覆，密封彻底，不留辐射通过间隙，屏蔽性能较优；此外，采用该屏蔽材料对核电站放射性部件进行屏蔽时，体积小，占用空间小，拆装方便，方便临时拆装检修；
[0026](2)由于保护层的存在，该柔性屏蔽材料易于清洁，可多次重复使用，减少污染后的放射性废物的处理处置费用，使用更环保、更经济；且保护层中的橡胶材料防水、防潮、阻燃，也防止屏蔽功能层中功能材料的表面氧化；另外该材料低氯、低氟、低硫，适合在不锈钢表面安装使用；
[0027](3)其均以橡胶为基材，橡胶的性质决定了该柔性屏蔽材料不会像铅板等传统屏蔽材料一样产生蠕变和流动，因此可长期保证其防护和密封效果；且该材料可耐低温至_50°C、耐高温至200°C，可适用于各种高低温环境下的防辐射屏蔽。
【具体实施方式】
[0028]下面对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0029]实施例1
[0030]一种柔性屏蔽材料，其为夹层三明治似的层叠加结构，包括屏蔽功能层和设置于屏蔽功能层两侧的保护层，其中屏蔽功能层为具有耐辐照性能的橡胶与有吸收中子和γ射线的金属粉末捏合的复合层，其中保护层的单层厚度为lmm，屏蔽功能层厚度为10mm，该柔性屏蔽材料的厚度为12mm。
[0031]其中按质量百分数计，屏蔽功能层包括气相二氧化硅5%、甲基乙烯基硅橡胶15%和金属粉末78%以及助剂2% ;助剂包括偶联剂、羟基硅油和硫化剂；保护层包括气相二氧化娃、偶联剂、轻基娃油、橡胶基材和硫化剂，另外金属粉末为铅粉，甲基乙稀基娃橡胶中乙烯基含量为0.16%，偶联剂为硅烷偶联剂A151和含环氧基的偶联剂KH-560。
[0032]其制备方法包括:
[0033](a)材料的捏合
[0034](a-Ι)屏蔽功能层的捏合:称取配方量的甲基乙烯基硅橡胶，放入清空的捏合机中，加入配方量的气相二氧化硅，开启捏合机，设定温度为120±10°C。待捏合均匀后，加入偶联剂A151和KH-560、羟基硅油，捏合约3小时；随后继续向其中加入配方量的铅粉，继续捏合约4小时；完成捏合，取出混合物待用；
[0035](a-2)保护层的捏合:称取配方量的甲基乙烯基硅橡胶，放入清空的捏合机中，加入