CN102708937B - 一种防热中子辐射屏蔽材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防热中子辐射屏蔽材料及其制备方法，采用具有耐辐照性能的橡胶作为基体材料，在基体材料中添加具有对热中子屏蔽性能的防辐射功能添加剂和补强炭黑助剂及并加工助剂，经过a.橡胶基材混炼、b.橡胶基材的压延预成型及c.橡胶基材的硫化成型等工艺步骤制备而成。本发明对热中子具有屏蔽性能，还具有良好的柔性，能够贴覆于设备或仪器的外形，应用于中子衍射谱仪等探测器仪器表面防护和特殊曲面中子防护。

Description

一种防热中子辐射屏蔽材料及其制备方法

所属技术领域

本发明涉及核辐射屏蔽材料制备技术领域，具体涉及到一种防热中子辐射屏蔽材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着核电、核动力船舶、辐射加工、无损检测、放射治疗等产业的快速发展，辐射技术已广泛应用于工业、医疗、科研等多个领域，射线对人体的伤害和对环境的破坏也逐渐被人类所认识。经常接触放射性射线的人会出现皮肤烧伤、毛发脱落、眼痛、白血球减少甚至骨髓瘤等症状，为了防止或减少放射性射线给人们带来的危害，都要采取各种防护措施。放射性射线的防护涉及到防护屏蔽材料，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。过去传统、单一的屏蔽材料主要是指单质屏蔽材料如铅、铁、石蜡、混凝土等，尽管屏蔽效果好，但用途比较单一，已经不能满足现代防护设备的使用要求。随着科技的进步，近几年也出现了高分子聚合物复合防辐射屏蔽材料，高分子聚合物复合材料与传统的金属、混凝土相比较，具有密度低、衰减曲线好、使用方便、造价低、加工性能好等特点，能满足不同能量等级辐射场合的需要。目前，对高分子聚合物屏蔽材料研究较多的有：防辐射有机玻璃、聚乙烯或聚丙烯防中子和防γ射线的屏蔽材料、含铅橡胶及其他一些防电离辐射的高分子材料，但上述材料大部分刚性较大，使用材料的体积较大，柔韧度不好，不能随环境尺寸随意变化。如何解决上述防辐射屏蔽材料存在的缺陷，提供一种有良好柔性及力学强度的对热中子辐射进行有效防护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一种良好柔性及力学强度，对热中子屏蔽性能高的防热中子辐射屏蔽材料，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：一种防热中子辐射屏蔽材料，采用具有耐辐照性能的橡胶作为基体材料，在基体材料中添加对热中子具有较大吸收截面的功能助剂和补强炭黑及并用加工助剂，构成热中子屏蔽材料，其配方中的组分构成如下：

以上各组分计量单位以重量分数计。

所述橡胶基材为具有耐辐照性能的橡胶材料，包括天然橡胶、丁苯橡胶或氯磺化聚乙烯。

上述所述软化体系为硬脂酸、古马隆树脂、氧化锌、石蜡、聚乙二醇化合物中的一种或多种材料的组合。

所述防老体系为防老剂4010NA、防老剂4010、防老剂D化合物中的一种或多种材料的组合。

所述补强体系为炭黑N115、N110、N234化合物中的一种或多种材料的组合。

所述硫化促进体系是指促进剂CZ、促进剂TMTD、促进剂DM化合物中的一种或多种材料的组合。

所述防辐射功能助剂为对热中子具有一定吸收性能的硼单质或硼类化合物和稀土金属化合物中的一种或多种材料的组合；其中含硼类化合物包括碳化硼或氧化硼；稀土金属化合物包括氟化锂或氧化钆。

所述操作油为芳烃类油。

防热中子辐射屏蔽材料的制备方法步骤如下：

a.橡胶基材混炼：

在密炼机中完成橡胶基材的混炼，当密炼机在60℃-70℃左右时，开始投入橡胶基材进行塑炼，塑炼时间＜5分钟；橡胶基材塑炼完成后依次加入软化体系、防老体系，补强炭黑及操作油进行混炼，混炼时间控制在5-10分钟；然后视所加份数的多少，分2-3次均匀加入防辐射功能助剂，继续混炼，混炼时间为10-25分钟，混炼温度为90℃～100℃；最后加入硫化体系继续混炼，混炼时间＜40秒，一次完成混炼，并迅速出料，在开炼机上出片，冷却；

b.橡胶基材的压延预成型：

将混炼好的橡胶基材在开炼机上进行返炼，按照所需成品的厚度在三辊压延上进行压延预成型；

c.橡胶基材的硫化成型：

将预成型的橡胶基材放入平板硫化机上的模具中，在硫化温度为130-150℃、成型压力为15-25MPa下，硫化时间为20-40分钟，完成防热中子辐射屏蔽材料的制备。

本发明是以具有耐辐照性能的橡胶材料作为基体材料，该基体材料可以是天然橡胶、丁苯橡胶，通过在基体材料中均匀添加防辐射功能添加剂和补强炭黑助剂，并经过混炼、压延、硫化生产出具有对热中子屏蔽性能强、具有良好柔性和高力学强度的防热中子辐射屏蔽材料，本发明的制备工艺为保证辐射屏蔽材料的加工特性，在混炼过程中可补强炭黑助剂与部分操作油混合后一起加入密炼机；对于防辐射功能助剂的加入，由于防辐射功能助剂属于无机材料，一次投料过多会影响橡胶基材的混炼均匀性和混炼效率，所以视所加份数的多少，分2～3均匀次加入，并且可和部分操作油混合后一起加入密炼机。而硫化体系(包括促进体系和硫磺)则最后加入密炼机，混炼时间要求短，一次完成混炼并迅速出料，在开炼机上出片，冷却，完成防热中子辐射屏蔽材料的制备。

通过对热中子屏蔽材料的测试，材料的力学性能及防热中子屏蔽性能均有提升，达到或超过行业标准。该材料除具有较高的热中子屏蔽性能外，还具有良好的柔性，能够贴覆于设备或仪器的外形，应用于中子衍射谱仪等探测器仪器表面防护和特殊曲面中子防护，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一步的描述：

实施例1：

防热中子辐射屏蔽材料的配方：

以上各组分计量单位以重量分数计。

防热中子辐射屏蔽材料的制备方法步骤如下：

a.橡胶基材混炼：

在密炼机中完成原材料的混炼(密炼)，当密炼机在70℃时，开始投入橡胶基体进行塑炼，橡胶的塑炼有利于后续的混炼，橡胶基体塑炼时间为5分钟。

加料顺序：橡胶基体塑炼完成后依次加入硬脂酸、氧化锌、固体古马隆、石蜡、聚乙二醇、防老剂D，补强炭黑，操作油。部分操作油可和炭黑混合后一起加入密炼机；部分操作油可和碳化硼混合后一起加入密炼机；混炼时间控制在5分钟。

防辐射功能助剂碳化硼的加入：碳化硼属于无机材料，一次投料过多会影响混炼均匀性和混炼效率，所以分3次加入，混炼时间保持在15分钟，混炼温度保持在90℃～100℃。

硫化体系(促进剂CZ、促进剂TMTD和硫磺)最后加入密炼机，混炼时间为30秒，一次完成混炼，并迅速出料，在开炼机上出片，冷却。

b.橡胶基材的压延预成型：

将混炼好的橡胶基材在开炼机上进行返炼，按照所需成品的厚度再在三辊压延上进行压延预成型，厚度分别为2mm。

c.橡胶基材的硫化成型：

将预成型的橡胶基材放入平板硫化机上的模具中，在硫化温度150℃、成型压力20MPa下，硫化30分钟，完成防热中子辐射屏蔽材料的制备。对防热中子辐射屏蔽材料的测试数据如下：

材料的力学性能：

防热中子辐射屏蔽材料屏蔽性能：

实施例2：

防热中子辐射屏蔽材料的配方

以上各组分计量单位以重量分数计。而制备方法步骤同实施例1。

对防热中子辐射屏蔽材料的测试数据如下：

材料的力学性能：

防热中子辐射屏蔽材料屏蔽性能：

Claims (8)

1.一种防热中子辐射屏蔽材料，采用具有耐辐照性能的橡胶作为基体材料，在基体材料中添加对热中子具有较大吸收截面的功能助剂和补强炭黑及并用加工助剂，构成防热中子辐射屏蔽材料，其配方中的组分构成如下：

以上各组分计量单位以重量分数计。

2.根据权利要求1所述防热中子辐射屏蔽材料，其特征在于：所述橡胶基材为具有耐辐照性能的橡胶材料，包括天然橡胶、丁苯橡胶或氯磺化聚乙烯。

3.根据权利要求1所述防热中子辐射屏蔽材料，其特征在于：所述软化体系为硬脂酸、古马隆树脂、氧化锌、石蜡、聚乙二醇化合物中的一种或多种材料的组合。

4.根据权利要求1所述防热中子辐射屏蔽材料，其特征在于：所述防老体系为防老剂4010NA、防老剂4010、防老剂D化合物中的一种或多种材料的组合。

5.根据权利要求1所述防热中子辐射屏蔽材料，其特征在于：所述炭黑补强体系为炭黑N115、N110、N234化合物中的一种或多种材料的组合。

6.根据权利要求1所述防热中子辐射屏蔽材料，其特征在于：所述硫化促进体系是指促进剂CZ、促进剂TMTD、促进剂DM化合物中的一种或多种材料的组合。

7.根据权利要求1所述防热中子辐射屏蔽材料，其特征在于：所述对热中子具有较大吸收截面的功能助剂为硼单质或硼类化合物和稀土金属化合物中的一种或多种材料的组合；其中含硼类化合物包括碳化硼或氧化硼；稀土金属化合物包括氟化锂或氧化钆。

8.如权利要求1所述防热中子辐射屏蔽材料的制备方法，其工艺步骤如下：

a.橡胶基材混炼：

在密炼机中完成橡胶基材的混炼，当密炼机在60℃-70℃左右时，开始投入橡胶基材进行塑炼，塑炼时间＜5分钟；橡胶基材塑炼完成后依次加入软化体系、防老体系，补强炭黑及操作油进行混炼，混炼时间控制在5-10分钟；然后视所加份数的多少，分2-3次均匀加入防中子功能助剂，继续混炼，混炼时间为10-25分钟，混炼温度为90℃～100℃；最后加入硫化促进体系继续混炼，混炼时间＜40秒，一次完成混炼，并迅速出料，在开炼机上出片，冷却；

b.橡胶基材的压延预成型：

将混炼好的橡胶基材在开炼机上进行返炼，按照所需成品的厚度在三辊压延上进行压延预成型；

c.橡胶基材的硫化成型：

将预成型的橡胶基材放入平板硫化机上的模具中，在硫化温度为130-150℃、成型压力为15-25MPa下，硫化时间为20-40分钟，完成热中子屏蔽材料的制备。