CN101591457B - 橡胶基柔性屏蔽材料及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种橡胶基柔性屏蔽材料及其制备工艺。该屏蔽材料以耐辐照丁苯橡胶为基体并通过添加剂来改善其硬度和韧性，经原胶塑炼、密炼(或开炼)、氧化交联加工工艺生产，用混炼工艺将铅粉或碳化硼粉均匀弥散在丁苯橡胶基体中，不仅有着良好的屏蔽性能，而且具有良好的屏蔽性能和极好的韧性和结构适应性。本发明的制备工艺在制备柔性屏蔽材料的分子交联反应中，不采用“硫代”方法，而采用“氧化”方法，排除了橡胶中的硫，使该屏蔽材料材料不含硫，适合核电领域使用。

Description

橡胶基柔性屏蔽材料及其制备工艺

技术领域

本发明属于复合射线屏蔽材料及其制备工艺，具体是一种橡胶基柔性屏蔽材料及其制备工艺。

背景技术

目前常用的射线屏蔽材料种类很多，如用于屏蔽X射线和γ射线的铅、铸铁、水泥、铅硼聚乙烯等，常用于屏蔽中子的材料有含硼聚乙烯、含硼石蜡、石墨、水等。这些屏蔽材料一般情况下均属于硬质或脆性材料，可广泛用于制造结构较规则的屏蔽体。但在实际情况下，由于受环境条件或屏蔽对象本身结构的限制，大部分屏蔽场合可适用的屏蔽体均是非标异型结构，此时常见的屏蔽材料就很难通过加工来满足这些要求。

国内外在柔性屏蔽材料研究方面，主要分为物理方法和化学方法两种。物理方法主要是将重金属或其化合物中加入一些助剂，搅拌均匀干燥后熔纺成丝或做成浸涂物涂在原材料上。此种工艺不能将屏蔽当量做得很高，屏蔽效果不是很好，特别是对高能量(MeV级)的射线的屏蔽效果不明显。化学方法基本是以强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂、弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂等为模板剂，用离子交换柱法和电磁搅拌法把铅离子、硫酸铅交换到其中，制备了不同铅含量，不同树脂类型的树脂基纳米铅防高能辐射复合材料。但纳米材料和离子交换等化学反应过程复杂，工艺流程繁琐，制造成本很高，不适用于批量化生产。目前通过硫代交联工艺制备这类屏蔽材料时，为了降低硬度而直接选用不耐辐射的硅橡胶或三元乙丙橡胶，其使用寿命不到4年。虽然其硬度(邵尔A)可以低到45度以下，但其拉断伸长率只能达到450％左右，而且铅当量一般也只有0.23mmPb/mm水平(按ZBC43022-8B《医用x射线防护用品铅当量试验方法》测试)，而且在硫化时用硫做硫化剂，从而导致屏蔽材料中含硫，不适合于核电领域使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合于核电领域使用、具有极好韧性和良好屏蔽性能的橡胶基柔性屏蔽材料及其制备工艺。

本发明的技术方案如下：

一种橡胶基柔性屏蔽材料，其特征在于：用含苯环的丁苯橡胶做基体，基体中均匀弥散有铅粉或碳化硼粉，并加有添加剂，按重量份数计量，该橡胶基柔性屏蔽材料所含各组份如下：

一种制备所述橡胶基柔性屏蔽材料的工艺方法，步骤如下：

步骤一，原胶塑炼：

将配方量的丁苯橡胶装入塑化机中，在45℃～60℃温度下低温塑炼30～40分钟；

步骤二，密炼或开炼：

将塑炼好的丁苯橡胶装入密炼机或开炼机中，加入配方量的铅粉或碳化硼粉，搅拌均匀，使其均匀地弥散在该密炼或开炼的橡胶基体中，操作完成10～15分钟后，再加入配方量的高苯乙烯橡胶、碳酸钙、偶联剂、油膏、及环烷油，在45℃～55℃条件下混炼40～50分钟；

步骤三，氧化交联反应：

将混炼好的该橡胶装入平板交联机中，同时加入配方量的氧化锌、氧化镁两种氧化物交联促进剂、及配方量的TT、DM、TRA促进剂，在温度150℃～170℃、压力150MPa～180MPa下进行氧化交联反应1～1.5小时。

本发明的效果在于：直接采用含苯环的丁苯橡胶做基体，并通过添加剂改善其硬度和韧性，通过原胶塑炼、密炼或开炼、氧化交联工艺生产出一种具有可任意塑性、良好的屏蔽性能、极好的韧性及结构适应性的耐辐照橡胶材料。本发明的制备工艺首次提出在制备柔性屏蔽材料的交联反应中，不采用“硫代”方法，而采用“氧化”方法进行，这样可以使本发明的橡胶材料不含硫，因而在核电使用中不受限制。经检测：铅的重量含量为78％，碳化硼的重量含量大于35％。硬度为43度(邵尔A)，拉断伸长率800％，铅当量0.32mmPb，其它性能数据均满足GB16363-1996《x射线防护材料屏蔽性能及检验方法》的要求。

具体实施方式

一种橡胶基柔性屏蔽材料，按重量份数计量所含各组份如下：

一种制备所述橡胶基柔性屏蔽材料的工艺方法，步骤如下：

步骤一，原胶塑炼：

将配方量的丁苯橡胶装入塑化机中，在45℃～60℃温度下低温塑炼30～40分钟；

步骤二，密炼或开炼：

将塑炼好的丁苯橡胶装入密炼机或开炼机中，加入配方量的铅粉或碳化硼粉，搅拌均匀，使其均匀地弥散在该密炼或开炼的橡胶基体中，操作完成10～15分钟后，再加入配方量的高苯乙烯橡胶、碳酸钙、偶联剂、油膏、及环烷油，在45℃～55℃条件下混炼40～50分钟；

步骤三，氧化交联反应：

将混炼好的该橡胶装入平板交联机中，同时加入配方量的氧化锌、氧化镁两种氧化物交联促进剂，及配方量的TT、DM、TRA促进剂，在温度150℃～170℃、压力150MPa～180MPa下进行氧化交联反应1～1.5小时。

下面结合实施例对本发明的制备工艺作进一步描述：

实施例一、I型含铅橡胶基柔性屏蔽材料的制备方法

步骤一，原胶塑炼：

取丁苯橡胶19.2份装入塑化机中，在45℃温度下低温塑炼30分钟；

步骤二，密炼或开炼：

将塑炼好的橡胶19.2份装入密炼机或开炼机中，加入铅粉70份，搅拌均匀，使其均匀地弥散在橡胶基体中，10分钟后加入各种配合剂，其中：高苯乙烯橡胶1.03份，碳酸钙3.527份，偶联剂0.51份，油膏1.03份，及环烷油3.527份，在45℃条件下混炼40分钟；

步骤三，氧化交联反应：

将混炼好的橡胶装入平板交联机中，同时加入0.86份的氧化锌、0.16份的氧化镁两种氧化物交联促进剂，及0.028份的TT，0.1份的DM，0.028份的TRA促进剂，在温度150℃、压力150MPa下，进行氧化交联反应1小时。

实施例二、II型含铅橡胶基柔性屏蔽材料的制备方法

步骤一，原胶塑炼：

取丁苯橡胶13.55份装入塑化机中，在50℃温度下低温塑炼35分钟；

步骤二、密炼或开炼：

将塑炼好的橡胶13.55份装入密炼机或开炼机中，加入铅粉75份，搅拌均匀，使其均匀地弥散在橡胶基体中，12分钟后，加入各种配合剂，其中：高苯乙烯橡胶1.1份，碳酸钙3.762份，偶联剂0.55份，油膏1.1份，及环烷油3.762份，在50℃条件下混炼45分钟；

步骤三，氧化交联反应：

将混炼好的橡胶装入平板交联机中，同时加入0.86份的氧化锌、0.16份的氧化镁两种氧化物交联促进剂，及0.028份的TT、0.1份的DM、0.028份的TRA促进剂，在温度160℃、压力160MPa下，进行氧化交联反应1.2小时。

实施例三、III型含铅橡胶基柔性屏蔽材料的制备方法

步骤一，原胶塑炼：

取丁苯橡胶5.7份装入塑化机中，在60℃温度下低温塑炼40分钟；

步骤二、密炼或开炼：

将塑炼好的橡胶5.7份装入密炼机或开炼机中，加入铅粉81.8份，搅拌均匀，使其均匀地弥散在橡胶基体中，15分钟后，加入各种配合剂，其中：高苯乙烯橡胶1.2份，碳酸钙4.16份，偶联剂0.6份，油膏1.2份，及环烷油4.162份，在55℃条件下混炼50分钟；

步骤三，氧化交联反应：

将混炼好的橡胶装入平板交联机中，同时加入0.86份的氧化锌、0.16份的氧化镁两种氧化物交联促进剂，及0.028份的TT、0.1份的DM、0.028份的TRA促进剂，在170℃温度下，180MPa压力下，进行氧化交联反应1.5小时。

实施例四、IV型含铅橡胶基柔性屏蔽材料的制备方法

步骤一，原胶塑炼：

取丁苯原胶2.18份装入塑化机中，在60℃温度下低温塑炼40分钟；

步骤二、密炼或开炼：

将塑炼好的橡胶2.18份装入密炼机或开炼机中，加入铅粉85份，搅拌均匀，使其均匀地弥散在橡胶基体中，15分钟后，加入各种配合剂，其中高苯乙烯橡胶1.252份，碳酸钙4.26份，偶联剂0.62份，油膏1.252份，以及环烷油4.26份，在55℃条件下混炼50分钟；

步骤三：氧化交联反应：

将混炼好的橡胶装入平板交联机中，同时加入0.86份的氧化锌、0.16份的氧化镁两种氧化物交联促进剂，及0.028份的TT、0.1份的DM、0.028份的TRA促进剂，在170℃温度下，180MPa压力下，进行氧化交联反应1.5小时。

实施例五、V型含硼橡胶基柔性屏蔽材料的制备方法

步骤一、原胶塑炼：

取丁苯原胶47.63份装入塑化机中，在45℃温度下低温塑炼30分钟；

步骤二、密炼或开炼：

将塑炼好的橡胶47.63份装入密炼机或开炼机中，加入碳化硼粉25份，搅拌均匀，使其均匀地弥散在橡胶基体中，10分钟后，加入各种配合剂，其中：高苯乙烯橡胶1.54份，碳酸钙9.26份，偶联剂0.46份，油膏2.16份，及环烷油10.8份，在45℃条件下混炼40分钟；

步骤三、氧化交联反应：

将混炼好的橡胶装入平板交联机中，同时加入2.23份的氧化锌、0.45份的氧化镁两种氧化物交联促进剂，及0.09份的TT、0.29份的DM、0.09份的TRA促进剂，在150℃温度下，150MPa压力下，进行氧化交联反应1小时。

实施例六、VI型含硼橡胶基柔性屏蔽材料的制备方法

步骤一、原胶塑炼：

取丁苯橡胶37.8份装入塑化机中，在45℃温度下低温塑炼30分钟；

步骤二、密炼或开炼：

将塑炼好的橡胶37.8份装入密炼机或开炼机中，加入碳化硼粉30份，搅拌均匀，使其均匀地弥散在橡胶基体中，13分钟后，加入各种配合剂，其中：高苯乙烯橡胶1.84份，碳酸钙11.11份，偶联剂0.55份，油膏2.59份，及环烷油12.96份，在50℃条件下混炼45分钟；

步骤三、氧化交联反应：

将混炼好的橡胶装入平板交联机中，同时加入2.23份的氧化锌、0.45份的氧化镁两种氧化物交联促进剂，及0.09份的TT、0.29份的DM、0.09份的TRA促进剂，在160℃温度下，170MPa压力下，进行氧化交联反应1.2小时。

实施例七、VII型含硼橡胶基柔性屏蔽材料的制备方法

步骤一、原胶塑炼：

取丁苯橡胶17.56份装入塑化机中，在50℃温度下低温塑炼40分钟；

步骤二、密炼或开炼：

将塑炼好的橡胶17.56份装入密炼机或开炼机中，加入碳化硼粉40.17份，搅拌均匀，使其均匀地弥散在橡胶基体中，15分钟后，加入各种配合剂，其中：高苯乙烯橡胶2.47份，碳酸钙14.88份，偶联剂0.74份，油膏3.47份，及环烷油17.36份，在50℃条件下混炼45分钟；

步骤三、氧化交联反应：

将混炼好的橡胶装入平板交联机中，同时加入2.23份的氧化锌、0.45份的氧化镁两种氧化物交联促进剂，及0.09份的TT、0.29份的DM、0.09份的TRA促进剂，在160℃温度下，180MPa压力下，进行氧化交联反应1.5小时。

Claims (2)

1.一种橡胶基柔性屏蔽材料，按重量份数计量所含各组份如下：

丁苯橡胶                    2～48份，

高苯乙烯橡胶                1～2.5份，

碳酸钙                      3.5～15份，

偶联剂                      0.4～0.8份，

环烷油                      3.5～18份，

油膏                        1～3.5份，

铅粉65～88份或碳化硼粉25～45份，

氧化锌                      0.8～2.3份，

氧化镁                      0.1～0.5份，

TT(二硫代四甲基秋兰姆)      0.02～0.1份，

DM(二硫代二苯并噻唑)        0.1～0.3份，

TRA(四硫化双戊亚甲基秋兰姆) 0.02～0.1份。

2.一种制备权利要求1所述橡胶基柔性屏蔽材料的工艺方法，步骤如下：

步骤一，原胶塑炼：

将配方量的丁苯橡胶装入塑化机中，在45℃-60℃温度下低温塑炼30～40分钟；

步骤二，密炼或开炼：

将塑炼好的丁苯橡胶装入密炼机或开炼机中，加入配方量的铅粉或碳化硼粉，搅拌均匀，使其均匀地弥散在该密炼或开炼的橡胶基体中，操作完成10～15分钟后，再加入配方量的高苯乙烯橡胶、碳酸钙、偶联剂，油膏、及环烷油，在45℃-55℃条件下混炼40-50分钟；

步骤三，氧化交联反应：

将混炼好的该橡胶装入平板交联机中，同时加入配方量的氧化锌、氧化镁两种氧化物交联促进剂、及配方量的TT、DM、TRA促进剂，在温度150℃-170℃、压力150MPa-180MPa下进行过氧化交联反应1-1.5小时。