CN103724760A - 一种耐中子辐射屏蔽板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐中子辐射屏蔽板材及其制备方法，所述耐中子辐射屏蔽板材包含下述重量份的组份：聚烯烃类树脂55～94份、碳化硼粉末4～43份、偶联剂0.5～1.5份、抗氧剂0.5～1份、润滑剂0.5～2份；其制备方法包括以下步骤：1）复合材料配料步骤：将组份加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，再高速混合（120～180）s；2）复合材料基础造粒步骤：将预混好的物料加入双螺杆挤出机，通过熔融、挤出、冷却、切粒、打包，即制得耐中子辐射屏蔽板材用复合材料；3）板材成型步骤：将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融、挤出，三辊压制定型，拉伸牵引冷却后切割，即得到耐中子辐射屏蔽板材。

Description

一种耐中子辐射屏蔽板材及其制备方法
技术领域
本发明属于耐中子辐射屏蔽技术领域，具体涉及在中低强度的辐照环境中，一种耐中子辐射的屏蔽板材及其制备方法。
背景技术
新能源的开发利用中，核能是我国目前的重点开发领域，核电站设备的屏蔽防护备受国家重视，特别是在日本福岛核电站事故之后，人们对核电利用的安全问题更加关注。在核反应堆堆芯组件中，中子吸收材料是仅次于核燃料元件的重要结构功能材料。碳化硼是共价键很强的陶瓷材料，其分子中10B原子含量较高，10B原子具有很强的中子吸收能力，且在吸收中子后不产生放射性的同位素，二次射线能量低，热稳定性高。碳化硼的来源丰富，废料易处理，作为中子吸收剂在核反应堆控制方面应用广泛。由碳化硼直接烧结而成的碳化硼陶瓷具有两个致命的弱点，一是陶瓷的断裂韧性很低，二是难以获得高密度烧结体。以耐辐射高分子材料为载体，制备碳化硼基高分子复合材料是一种很好的技术手段，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。
富氢聚烯烃类高分子材料中氢元素对中子具有良好的慢化作用,但对慢化后形成的热中子，氢元素的吸收能力较差，作为填料的碳化硼中的硼元素具有很高的中子系数截面，是一种优良的热中子吸收剂，基体和填料可形成功能互补。目前针对耐中子辐射屏蔽板材用高分子复合材料的研究较少，大平面耐中子辐射屏蔽板材的成型技术未见公开报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐中子辐射屏蔽板材及其制备方法，解决在中低强度的辐照环境中的中子防护问题以及以大平面板材连续加工成型技术解决碳化硼陶瓷的加工困难、材料脆性大的问题。
本发明采取以下技术方案：
一种耐中子辐射屏蔽板材，包含下述重量份的组份：聚烯烃类树脂55～94份、碳化硼粉末4～43份、偶联剂0.5～1.5份、抗氧剂0.5～1份、润滑剂0.5～2份。
进一步的技术方案是：所述聚烯烃类树脂为聚乙烯、聚丙烯中的一种或两种。
进一步的技术方案是：所述聚乙烯为低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯其中的一种。
进一步的技术方案是：所述碳化硼粉末为从B4C到B10.5C的均相碳硼化合物，其平均粒径为2～50μm。
进一步的技术方案是：所述碳化硼粉末平均粒径为10～20μm。
进一步的技术方案是：所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂中的一种或几种复配。
进一步的技术方案是：所述抗氧剂为β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯）丙酸十八碳醇酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N,N’-1,6-亚已基-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或几种复配。
进一步的技术方案是：所述润滑剂为脂肪酸、脂肪酸金属皂类、脂肪酸酯类、脂肪酸酰胺类、石蜡及烃类的一种或几种复配。
更进一步的技术方案是：
一种耐中子辐射屏蔽板材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）复合材料配料步骤
将聚烯烃类树脂55～94份、碳化硼粉末4～43份、偶联剂0.5～1.5份、抗氧剂0.5～1份、润滑剂0.5～2份加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，后高速混合（120～180）s；
2）复合材料基础造粒步骤
将预混好的物料加入双螺杆挤出机的加料漏斗中，设置双螺杆挤出机参数，通过熔融复合后物料从口模挤出，将挤出的物料冷却，送入切粒机中切粒，根据挤出物料的速度微调造粒牵引速度，确保粒子密实饱满，粒径均一，将切好的粒子打包，即制得耐中子辐射屏蔽板材用复合材料；
双螺杆挤出机参数设置为：靠近下料漏斗口的一区温度设置为（150～170）℃，出料机头温度设置为（200～220）℃，中间各区温度设置为（190～210）℃；螺杆剪切强度适中，强剪切段占整个螺杆的长度比例范围为（20～40）%；主机频率设置为额定转速的（40～60）%;喂料频率根据挤出物料的量和挤出效率微调，确保主机电流量不超过额定功率的75%；
3）板材成型步骤
将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融，通过T型口模挤出，
三辊压制定型，拉伸牵引冷却后切割，即得到耐中子辐射屏蔽板材；
单螺杆挤出机各项参数设置为：靠近下料漏斗口的一区温度设置为（160～180）℃，出料机头温度设置为（190～220）℃，中间各区温度设置为（170～190）℃；T型口模温度设置：中部（160～180）℃，外部（190～220）℃；压延机辊筒温度设置：上辊（70～75）℃，中辊（55～65）℃，下辊（80～90）℃；辊速根据挤出速度调整，牵引速度根据辊速快慢调整，保持适量均匀的辊隙存料；牵引速度略小于辊速。
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：
本发明以富氢聚烯烃为基体，利用了富氢聚烯烃类的中子慢化功能和碳化硼的中子吸收功能形成功能性互补，尤其在中低强度辐照环境下，具有良好的辐射屏蔽效果，以大平面板材连续加工成型技术解决了碳化硼陶瓷的加工困难、材料脆性大的问题，为材料广泛的工程化应用提供了技术保障。
具体实施方式
下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
具体实施例：
本发明涉及一种在中低强度的辐照环境中，一种耐中子辐射屏蔽的高分子复合材料板材及其制备方法，包含下述重量份的组分：
聚烯烃类树脂55～94份
碳化硼粉末4～43份
偶联剂0.5～1.5份
抗氧剂0.5～1份
润滑剂0.5～2份
所述聚烯烃类树脂为聚乙烯、聚丙烯中的一种或两种；所述聚乙烯为低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯其中的一种；所述碳化硼粉末包括从B4C到B10.5C的均相碳硼化合物，其平均粒径为2～50μm。所述粒径最佳为10～20μm；所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂中的一种或几种复配；所述抗氧剂为β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯）丙酸十八碳醇酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N,N’-1,6-亚已基-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或几种复配；所述润滑剂为脂肪酸及其金属皂类、酯类、酰胺类、石蜡及烃类的一种或几种复配。
一种耐中子辐射屏蔽板材的制备方法，包括以下步骤：
1）复合材料配料步骤
将聚烯烃类树脂55～94份、碳化硼粉末4～43份、偶联剂0.5～1.5份、抗氧剂0.5～1份、润滑剂0.5～2份加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，后高速混合（120～180）s；
2）复合材料基础造粒步骤
将预混好的物料加入双螺杆挤出机的加料漏斗中，设置双螺杆挤出机参数，通过熔融复合后物料从口模挤出，将挤出的物料冷却，送入切粒机中切粒，根据挤出物料的速度微调造粒牵引速度，确保粒子密实饱满，粒径均一。将切好的粒子打包，即制得耐中子辐射屏蔽板材用复合材料；
双螺杆挤出机参数设置为：靠近下料漏斗口的一区温度设置为（150～170）℃，出料机头温度设置为（200～220）℃，中间各区温度设置为（190～210）℃；螺杆剪切强度适中，强剪切段占整个螺杆的长度比例范围为（20～40）%；主机频率设置为额定转速的（40～60）%;喂料频率根据挤出物料的量和挤出效率微调，确保主机电流量不超过额定功率的75%；
3）板材成型步骤
将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融，通过T型口模挤出，
三辊压制定型，拉伸牵引冷却后切割，即得到耐中子辐射屏蔽板材；
单螺杆挤出机各项参数设置为：靠近下料漏斗口的一区温度设置为（160～180）℃，出料机头温度设置为（190～220）℃，中间各区温度设置为（170～190）℃；T型口模温度设置：中部（160～180）℃，外部（190～220）℃；压延机辊筒温度设置：上辊（70～75）℃，中辊（55～65）℃，下辊（80～90）℃；辊速根据挤出速度调整，牵引速度根据辊速快慢调整，保持适量均匀的辊隙存料；牵引速度要略慢于辊速，辊速与牵引速度比为10.2～10.5。
通过本实施例所制备的耐中子辐射屏蔽板材在中低强度辐照环境下（γ剂量率：1*103c/kg，热中子注量率：1*1013n/cm2.s），具有良好的辐射屏蔽效果（其耐辐照剂量>1.5*108GY）。
更进一步的实施例如下：
实施例1
本实施例中采用下列重量百分比的组分：高密度聚乙烯树脂60%、平均粒径为10μm的碳化硼粉末38%、硅烷偶联剂0.5%、β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯）丙酸十八碳醇酯1%、脂肪酸0.5%。
将上述比例的各组分加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，再高速混合120s；将混合后的预混料置于Φ52双螺杆中经熔融挤出造粒，挤出机温度设置：一段温度150℃、二段温度200℃、三段温度210℃、四段温度200℃、五段温度200℃、机头温度220℃；主机频率：35Hz；喂料频率：15Hz；切粒机转速：300r/min；强剪切段占整个螺杆的长度比例：30%；将制得的耐中子辐射屏蔽板材用复合材料检测后得到其性能检测结果为：拉伸强度18.0MPa、密度1.252g/cm3、尺寸收缩率2‰。
将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融挤出，压制成板。单螺杆挤出机温度设置：一段温度160℃、二段温度170℃、三段温度180℃、四段温度180℃、五段温度190℃、机头温度210℃；T型口模温度设置：中部180℃，外部220℃；压延机辊筒温度设置：上辊70℃，中辊60℃，下辊80℃；挤出速度59rpm，辊速10.2rpm，牵引速度10.0rpm。
制得的耐中子辐射屏蔽板材耐中子辐射性能检测结果为：辐照后拉伸强度还保持13.6MPa（γ剂量率：1*103c/kg，热中子注量率：1*1013n/cm2.s，中子吸收剂量达到1.5*108GY）。
实施例2
本实施例中采用下列重量百分比的组分：高密度聚乙烯树脂66%、平均粒径为15μm的碳化硼粉末30%、硅烷偶联剂1%、β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯）丙酸十八碳醇酯1%、脂肪酸2%。
将上述比例的各组分加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，再高速混合150s；将混合后的预混料置于Φ52双螺杆中经熔融挤出造粒，挤出机温度设置：一段温度160℃、二段温度210℃、三段温度190℃、四段温度210℃、五段温度190℃、机头温度210℃；主机频率：30Hz；喂料频率：13Hz；切粒机转速：330r/min；强剪切段占整个螺杆的长度比例：33%；将制得的耐中子辐射屏蔽板材用复合材料检测后得到其性能检测结果为：拉伸强度19.8MPa、密度1.176g/cm3、尺寸收缩率2‰。
将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融挤出，压制成板。单螺杆挤出机温度设置：一段温度170℃、二段温度170℃、三段温度190℃、四段温度185℃、五段温度185℃、机头温度200℃；T型口模温度设置：中部165℃，外部215℃；压延机辊筒温度设置：上辊60℃，中辊65℃，下辊85℃；挤出速度61rpm，辊速10.1rpm，牵引速度9.8rpm。
制得的耐中子辐射屏蔽板材耐中子辐射性能检测结果为：辐照后拉伸强度还保持14.5MPa（γ剂量率：1*103c/kg，热中子注量率：1*1013n/cm2.s，中子吸收剂量达到1.5*108GY）。
实施例3
本实施例中采用下列重量百分比的组分：低密度聚乙烯树脂85%、平均粒径为15μm的碳化硼粉末11%、硅烷偶联剂1.5%、β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯）丙酸十八碳醇酯1%、脂肪酸1.5%。
将上述比例的各组分加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，再高速混合180s；将混合后的预混料置于Φ52双螺杆中经熔融挤出造粒，挤出机温度设置：一段温度170℃、二段温度190℃、三段温度200℃、四段温度190℃、五段温度210℃、机头温度220℃；主机频率：33Hz；喂料频率：14Hz；切粒机转速：320r/min；强剪切段占整个螺杆的长度比例：25%；将制得的耐中子辐射屏蔽板材用复合材料检测后得到其性能检测结果为：拉伸强度23.2MPa、密度1.027g/cm3、尺寸收缩率3‰。
将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融挤出，压制成板。单螺杆挤出机温度设置：一段温度170℃、二段温度180℃、三段温度180℃、四段温度190℃、五段温度190℃、机头温度215℃；T型口模温度设置：中部175℃，外部220℃；压延机辊筒温度设置：上辊65℃，中辊55℃，下辊60℃；挤出速度55rpm，辊速9.8rpm，牵引速度9.5rpm。
制得的耐中子辐射屏蔽板材耐中子辐射性能检测结果为：辐照后拉伸强度还保持10.2MPa（γ剂量率：1*103c/kg，热中子注量率：1*1013n/cm2.s，中子吸收剂量达到1.5*108GY）。
实施例4
本实施例中采用下列重量百分比的组分：聚丙烯77%、平均粒径为20μm的碳化硼粉末20%、硅烷偶联剂1.2%、β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯）丙酸十八碳醇酯0.8%、脂肪酸1%。
将上述比例的各组分加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，再高速混合120s；将混合后的预混料置于Φ52双螺杆中经熔融挤出造粒，挤出机温度设置：一段温度170℃、二段温度200℃、三段温度210℃、四段温度200℃、五段温度200℃、机头温度220℃；主机频率：32Hz；喂料频率：14Hz；切粒机转速：340r/min；强剪切段占整个螺杆的长度比例：38%；。将制得的耐中子辐射屏蔽板材用复合材料检测后得到其性能检测结果为：拉伸强度21.5MPa、密度1.093g/cm3、尺寸收缩率3‰。
将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融挤出，压制成板。单螺杆挤出机温度设置：一段温度180℃、二段温度170℃、三段温度185℃、四段温度185℃、五段温度190℃、机头温度220℃；T型口模温度设置：中部175℃，外部215℃；压延机辊筒温度设置：上辊65℃，中辊60℃，下辊85℃；挤出速度58rpm，辊速10.5rpm，牵引速度10.0rpm。
制得的耐中子辐射屏蔽板材耐中子辐射性能检测结果为：辐照后拉伸强度还保持11.6MPa（γ剂量率：1*103c/kg，热中子注量率：1*1013n/cm2.s，中子吸收剂量达到1.5*108GY）。
实施例5
本实施例中采用下列重量百分比的组分：高密度聚乙烯树脂60%、聚丙烯33%，平均粒径为15μm的碳化硼粉末5%、钛酸酯偶联剂0.5%、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1%、脂肪酸金属皂类0.5%。
将上述比例的各组分加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，再高速混合150s；将混合后的预混料置于Φ52双螺杆中经熔融挤出造粒，挤出机温度设置：一段温度170℃、二段温度200℃、三段温度210℃、四段温度200℃、五段温度200℃、机头温度220℃；主机频率：35Hz；喂料频率：18Hz；切粒机转速：290r/min；强剪切段占整个螺杆的长度比例范围：30%；将制得的耐中子辐射屏蔽板材用复合材料检测后得到其性能检测结果为：拉伸强度24.2MPa、密度0.988g/cm3、尺寸收缩率4‰。
将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融挤出，压制成板。单螺杆挤出机温度设置：一段温度160℃、二段温度170℃、三段温度185℃、四段温度180℃、五段温度185℃、机头温度215℃；T型口模温度设置：中部170℃，外部210℃；压延机辊筒温度设置：上辊70℃，中辊65℃，下辊80℃；挤出速度62rpm，辊速10.5rpm，牵引速度10.2rpm。
制得的耐中子辐射屏蔽板材耐中子辐射性能检测结果为：辐照后拉伸强度还保持8.7MPa（γ剂量率：1*103c/kg，热中子注量率：1*1013n/cm2.s，中子吸收剂量达到1.5*108GY）。
实施例6
本实施例中采用下列重量百分比的组分：高密度聚乙烯树脂81%、平均粒径为12μm的碳化硼粉末15%、钛酸酯偶联剂1%、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1%、脂肪酸金属皂类2%。
将上述比例的各组分加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，再高速混合180s；将混合后的预混料置于Φ52双螺杆中经熔融挤出造粒，挤出机温度设置：一段温度160℃、二段温度190℃、三段温度200℃、四段温度190℃、五段温度210℃、机头温度220℃；主机频率：32Hz；喂料频率：15Hz；切粒机转速：350r/min；强剪切段占整个螺杆的长度比例：33%；将制得的耐中子辐射屏蔽板材用复合材料检测后得到其性能检测结果为：拉伸强度20.6MPa、密度1.055g/cm3、尺寸收缩率3‰。
将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融挤出，压制成板。单螺杆挤出机温度设置：一段温度170℃、二段温度180℃、三段温度190℃、四段温度185℃、五段温度190℃、机头温度210℃；T型口模温度设置：中部180℃，外部200℃；压延机辊筒温度设置：上辊60℃，中辊55℃，下辊85℃；挤出速度65rpm，辊速10.2rpm，牵引速度10.0rpm。
制得的耐中子辐射屏蔽板材耐中子辐射性能检测结果为：辐照后拉伸强度还保持13.9MPa（γ剂量率：1*103c/kg，热中子注量率：1*1013n/cm2.s，中子吸收剂量达到1.5*108GY）。
实施例7
本实施例中采用下列重量百分比的组分：超低密度聚乙烯树脂60%、平均粒径为20μm的碳化硼粉末36%、钛酸酯偶联剂1.5%、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1%、脂肪酸金属皂类1.5%。
将上述比例的各组分加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，再高速混合120s；将混合后的预混料置于Φ52双螺杆中经熔融挤出造粒，挤出机温度设置：一段温度150℃、二段温度200℃、三段温度210℃、四段温度200℃、五段温度200℃、机头温度210℃；主机频率：35Hz；喂料频率：14Hz；切粒机转速：300r/min；强剪切段占整个螺杆的长度比例：25%；将制得的耐中子辐射屏蔽板材用复合材料检测后得到其性能检测结果为：拉伸强度17.6MPa、密度1.232g/cm3、尺寸收缩率2‰。
将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融挤出，压制成板。单螺杆挤出机温度设置：一段温度170℃、二段温度170℃、三段温度180℃、四段温度190℃、五段温度185℃、机头温度200℃；T型口模温度设置：中部165℃，外部215℃；压延机辊筒温度设置：上辊65℃，中辊60℃，下辊80℃；挤出速度63rpm，辊速10.1rpm，牵引速度9.8rpm。
制得的耐中子辐射屏蔽板材耐中子辐射性能检测结果为：辐照后拉伸强度还保持13.5MPa（γ剂量率：1*103c/kg，热中子注量率：1*1013n/cm2.s，中子吸收剂量达到1.5*108GY）。
实施例8
本实施例中采用下列重量百分比的组分：超高分子量聚乙烯树脂72%、平均粒径为18μm的碳化硼粉末25%、钛酸酯偶联剂1.2%、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.8%、脂肪酸金属皂类1%。
将上述比例的各组分加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，再高速混合150s；将混合后的预混料置于Φ52双螺杆中经熔融挤出造粒，挤出机温度设置：一段温度160℃、二段温度210℃、三段温度190℃、四段温度210℃、五段温度200℃、机头温度220℃；主机频率：30Hz；喂料频率：13Hz；切粒机转速：330r/min；强剪切段占整个螺杆的长度比例：38%；将制得的耐中子辐射屏蔽板材用复合材料检测后得到其性能检测结果为：拉伸强度18.9MPa、密度1.133g/cm3、尺寸收缩率2‰。
将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融挤出，压制成板。单螺杆挤出机温度设置：一段温度180℃、二段温度170℃、三段温度190℃、四段温度185℃、五段温度190℃、机头温度215℃；T型口模温度设置：中部175℃，外部220℃；压延机辊筒温度设置：上辊65℃，中辊60℃，下辊80℃；挤出速度62rpm，辊速9.8rpm，牵引速度9.5rpm。
制得的耐中子辐射屏蔽板材耐中子辐射性能检测结果为：辐照后拉伸强度还保持14.3MPa（γ剂量率：1*103c/kg，热中子注量率：1*1013n/cm2.s，中子吸收剂量达到1.5*108GY）。
实施例9
本实施例中采用下列重量百分比的组分：低密度聚乙烯树脂90%、平均粒径为15μm的碳化硼粉末6%、铝酸酯偶联剂1.5%、N,N’-1,6-亚已基-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺1%、脂肪酸酯类1.5%。
将上述比例的各组分加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，再高速混合180s；将混合后的预混料置于Φ52双螺杆中经熔融挤出造粒，挤出机温度设置：一段温度170℃、二段温度190℃、三段温度200℃、四段温度190℃、五段温度210℃、机头温度220℃；主机频率：35Hz；喂料频率：15Hz；切粒机转速：320r/min；强剪切段占整个螺杆的长度比例：30%；将制得的耐中子辐射屏蔽板材用复合材料检测后得到其性能检测结果为：拉伸强度26.5MPa、密度0.994g/cm3、尺寸收缩率4‰。
将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融挤出，压制成板。单螺杆挤出机温度设置：一段温度160℃、二段温度180℃、三段温度180℃、四段温度180℃、五段温度190℃、机头温度220℃；T型口模温度设置：中部175℃，外部215℃；压延机辊筒温度设置：上辊70℃，中辊55℃，下辊90℃；挤出速度62rpm，辊速10.5rpm，牵引速度10.0rpm。
制得的耐中子辐射屏蔽板材耐中子辐射性能检测结果为：辐照后拉伸强度还保持8.7MPa（γ剂量率：1*103c/kg，热中子注量率：1*1013n/cm2.s，中子吸收剂量达到1.5*108GY）。
实施例10
本实施例中采用下列重量百分比的组分：低密度聚乙烯树脂35%、聚丙烯50%，平均粒径为10μm的碳化硼粉末12%、铝酸酯偶联剂1.2%、N,N’-1,6-亚已基-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺0.8%、脂肪酸酯类1%。
将上述比例的各组分加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，再高速混合120s；将混合后的预混料置于Φ52双螺杆中经熔融挤出造粒，挤出机温度设置：一段温度170℃、二段温度200℃、三段温度210℃、四段温度200℃、五段温度200℃、机头温度210℃；主机频率：30Hz；喂料频率：18Hz；切粒机转速：340r/min；强剪切段占整个螺杆的长度比例：33%；将制得的耐中子辐射屏蔽板材用复合材料检测后得到其性能检测结果为：拉伸强度22.4MPa、密度1.034g/cm3、尺寸收缩率3.5‰。
将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融挤出，压制成板。单螺杆挤出机温度设置：一段温度170℃、二段温度170℃、三段温度185℃、四段温度185℃、五段温度185℃、机头温度215℃；T型口模温度设置：中部170℃，外部2410℃；压延机辊筒温度设置：上辊60℃，中辊60℃，下辊85℃；挤出速度65rpm，辊速10.5rpm，牵引速度10.2rpm。
制得的耐中子辐射屏蔽板材耐中子辐射性能检测结果为：辐照后拉伸强度还保持9.5MPa（γ剂量率：1*103c/kg，热中子注量率：1*1013n/cm2.s，中子吸收剂量达到1.5*108GY）。
实施例11
本实施例中采用下列重量百分比的组分：高密度聚乙烯树脂87%、平均粒径为15μm的碳化硼粉末11%、磷酸酯偶联剂0.5%、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯1%、脂肪酸酰胺类0.5%。
将上述比例的各组分加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，再高速混合150s；将混合后的预混料置于Φ52双螺杆中经熔融挤出造粒，挤出机温度设置：一段温度150℃、二段温度200℃、三段温度190℃、四段温度210℃、五段温度190℃、机头温度220℃；主机频率：33Hz；喂料频率：15Hz；切粒机转速：290r/min；强剪切段占整个螺杆的长度比例：25%；将制得的耐中子辐射屏蔽板材用复合材料检测后得到其性能检测结果为：拉伸强度24.1MPa、密度1.027g/cm3、尺寸收缩率3‰。
将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融挤出，压制成板。单螺杆挤出机温度设置：一段温度170℃、二段温度170℃、三段温度185℃、四段温度185℃、五段温度185℃、机头温度215℃；T型口模温度设置：中部170℃，外部210℃；压延机辊筒温度设置：上辊70℃，中辊65℃，下辊80℃；挤出速度63rpm，辊速10.2rpm，牵引速度10.0rpm。
制得的耐中子辐射屏蔽板材耐中子辐射性能检测结果为：辐照后拉伸强度还保持9.9MPa（γ剂量率：1*103c/kg，热中子注量率：1*1013n/cm2.s，中子吸收剂量达到1.5*108GY）。
实施例12
本实施例中采用下列重量百分比的组分：超高分子量聚乙烯树脂76%、平均粒径为25μm的碳化硼粉末20%、磷酸酯偶联剂1%、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯1%、脂肪酸酰胺类2%。
将上述比例的各组分加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，再高速混合180s；将混合后的预混料置于Φ52双螺杆中经熔融挤出造粒，挤出机温度设置：一段温度170℃、二段温度190℃、三段温度210℃、四段温度210℃、五段温度210℃、机头温度220℃；主机频率：32Hz；喂料频率：16Hz；切粒机转速：350r/min；强剪切段占整个螺杆的长度比例：38%；将制得的耐中子辐射屏蔽板材用复合材料检测后得到其性能检测结果为：拉伸强度25.3MPa、密度1.093g/cm3、尺寸收缩率3‰。
将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融挤出，压制成板。单螺杆挤出机温度设置：一段温度180℃、二段温度190℃、三段温度185℃、四段温度190℃、五段温度190℃、机头温度220℃；T型口模温度设置：中部180℃，外部220℃；压延机辊筒温度设置：上辊70℃，中辊60℃，下辊85℃；挤出速度59rpm，辊速10.1rpm，牵引速度9.8rpm。
制得的耐中子辐射屏蔽板材耐中子辐射性能检测结果为：辐照后拉伸强度还保持13.4MPa（γ剂量率：1*103c/kg，热中子注量率：1*1013n/cm2.s，中子吸收剂量达到1.5*108GY）。
实施例13
本实施例中采用下列重量百分比的组分：超低密度聚乙烯树脂56%、平均粒径为20μm的碳化硼粉末40%、磷酸酯偶联剂1.5%、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯1%、脂肪酸酰胺类1.5%。
将上述比例的各组分加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，再高速混合120s；将混合后的预混料置于Φ52双螺杆中经熔融挤出造粒，挤出机温度设置：一段温度150℃、二段温度200℃、三段温度210℃、四段温度200℃、五段温度210℃、机头温度220℃；主机频率：35Hz；喂料频率：18Hz；切粒机转速：300r/min；强剪切段占整个螺杆的长度比例：30%；将制得的耐中子辐射屏蔽板材用复合材料检测后得到其性能检测结果为：拉伸强度17.6MPa、密度1.267g/cm3、尺寸收缩率2‰。
将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融挤出，压制成板。单螺杆挤出机温度设置：一段温度160℃、二段温度170℃、三段温度180℃、四段温度180℃、五段温度190℃、机头温度215℃；T型口模温度设置：中部165℃，外部200℃；压延机辊筒温度设置：上辊65℃，中辊55℃，下辊80℃；挤出速度61rpm，辊速9.8rpm，牵引速度9.5rpm。
制得的耐中子辐射屏蔽板材耐中子辐射性能检测结果为：辐照后拉伸强度还保持14.6MPa（γ剂量率：1*103c/kg，热中子注量率：1*1013n/cm2.s，中子吸收剂量达到1.5*108GY）。
实施例14
本实施例中采用下列重量百分比的组分：低密度聚乙烯树脂67%、平均粒径为15μm的碳化硼粉末30%、磷酸酯偶联剂1.2%、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.8%、脂肪酸酰胺类1%。
将上述比例的各组分加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，再高速混合150s；将混合后的预混料置于Φ52双螺杆中经熔融挤出造粒，挤出机温度设置：一段温度160℃、二段温度210℃、三段温度190℃、四段温度210℃、五段温度190℃、机头温度210℃；主机频率：30Hz；喂料频率：13Hz；切粒机转速：280r/min；强剪切段占整个螺杆的长度比例：33%；将制得的耐中子辐射屏蔽板材用复合材料检测后得到其性能检测结果为：拉伸强度17.5MPa、密度1.172g/cm3、尺寸收缩率2‰。
将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融挤出，压制成板。单螺杆挤出机温度设置：一段温度170℃、二段温度170℃、三段温度190℃、四段温度185℃、五段温度190℃、机头温度220℃；T型口模温度设置：中部175℃，外部215℃；压延机辊筒温度设置：上辊60℃，中辊65℃，下辊80℃；挤出速度55rpm，辊速10.5rpm，牵引速度10.0rpm。
制得的耐中子辐射屏蔽板材耐中子辐射性能检测结果为：辐照后拉伸强度还保持13.8MPa（γ剂量率：1*103c/kg，热中子注量率：1*1013n/cm2.s，中子吸收剂量达到1.5*108GY）。
实施例15
本实施例中采用下列重量百分比的组分：高密度聚乙烯树脂55%、平均粒径为15μm的碳化硼粉末43%、硼酸酯偶联剂0.5%、N,N’-1,6-亚已基-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺1%、石蜡0.5%。
将上述比例的各组分加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，再高速混合180s；将混合后的预混料置于Φ52双螺杆中经熔融挤出造粒，挤出机温度设置：一段温度170℃、二段温度190℃、三段温度200℃、四段温度190℃、五段温度210℃、机头温度220℃；主机频率：35Hz；喂料频率：15Hz；切粒机转速：320r/min；强剪切段占整个螺杆的长度比例：25%；将制得的耐中子辐射屏蔽板材用复合材料检测后得到其性能检测结果为：拉伸强度15.4MPa、密度1.305g/cm3、尺寸收缩率1.5‰。
将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融挤出，压制成板。单螺杆挤出机温度设置：一段温度170℃、二段温度180℃、三段温度180℃、四段温度190℃、五段温度190℃、机头温度220℃；T型口模温度设置：中部180℃，外部220℃；压延机辊筒温度设置：上辊70℃，中辊65℃，下辊90℃；挤出速度59rpm，辊速10.5rpm，牵引速度10.2rpm。
制得的耐中子辐射屏蔽板材耐中子辐射性能检测结果为：辐照后拉伸强度还保持11.3MPa（γ剂量率：1*103c/kg，热中子注量率：1*1013n/cm2.s，中子吸收剂量达到1.5*108GY）。
实施例16
本实施例中采用下列重量百分比的组分：超低密度聚乙烯68%、平均粒径为25μm的碳化硼粉末28%、硼酸酯偶联剂1%、N,N’-1,6-亚已基-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺1%、石蜡1%、烃类1%。
将上述比例的各组分加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，再高速混合120s；将混合后的预混料置于Φ52双螺杆中经熔融挤出造粒，挤出机温度设置：一段温度170℃、二段温度200℃、三段温度210℃、四段温度200℃、五段温度200℃、机头温度220℃；主机频率：35Hz；喂料频率：15Hz；切粒机转速：340r/min；强剪切段占整个螺杆的长度比例：38%；将制得的耐中子辐射屏蔽板材用复合材料检测后得到其性能检测结果为：拉伸强度18.6MPa、密度1.158g/cm3、尺寸收缩率2‰。
将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融挤出，压制成板。单螺杆挤出机温度设置：一段温度160℃、二段温度170℃、三段温度185℃、四段温度185℃、五段温度190℃、机头温度215℃；T型口模温度设置：中部170℃，外部210℃；压延机辊筒温度设置：上辊65℃，中辊60℃，下辊80℃；挤出速度63rpm，辊速10.2rpm，牵引速度10.0rpm。
制得的耐中子辐射屏蔽板材耐中子辐射性能检测结果为：辐照后拉伸强度还保持13.9MPa（γ剂量率：1*103c/kg，热中子注量率：1*1013n/cm2.s，中子吸收剂量达到1.5*108GY）。
实施例17
本实施例中采用下列重量百分比的组分：聚丙烯树脂86%、平均粒径为20μm的碳化硼粉末10%、磷酸酯偶联剂0.5%、铝酸酯偶联剂0.5%、N,N’～1,6-亚已基-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺0.5%、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.5%、脂肪酸酯类1%、脂肪酸金属皂类1%。
将上述比例的各组分加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，再高速混合180s；将混合后的预混料置于Φ52双螺杆中经熔融挤出造粒，挤出机温度设置：一段温度150℃、二段温度210℃、三段温度190℃、四段温度210℃、五段温度190℃、机头温度210℃；主机频率：30Hz；喂料频率：13Hz；切粒机转速：280r/min；强剪切段占整个螺杆的长度比例：33%；将制得的耐中子辐射屏蔽板材用复合材料检测后得到其性能检测结果为：拉伸强度23.8MPa、密度1.019g/cm3、尺寸收缩率3‰。
将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融挤出，压制成板。单螺杆挤出机温度设置：一段温度170℃、二段温度175℃、三段温度185℃、四段温度190℃、五段温度190℃、机头温度220℃；T型口模温度设置：中部175℃，外部220℃；压延机辊筒温度设置：上辊70℃，中辊65℃，下辊85℃；挤出速度62rpm，辊速10.1rpm，牵引速度9.8rpm。
制得的耐中子辐射屏蔽板材耐中子辐射性能检测结果为：辐照后拉伸强度还保持13.5MPa（γ剂量率：1*103c/kg，热中子注量率：1*1013n/cm2.s，中子吸收剂量达到1.5*108GY）。
实施例18
本实施例中采用下列重量百分比的组分：高密度聚乙烯树脂83%、平均粒径为15μm的碳化硼粉末13%、钛酸酯偶联剂1%、铝酸酯偶联剂0.5%、N,N’-1,6-亚已基-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺0.5%、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.5%、脂肪酸酯类0.5%、脂肪酸金属皂类0.5%、石蜡0.5%。
将上述比例的各组分加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，再高速混合150s；将混合后的预混料置于Φ52双螺杆中经熔融挤出造粒，挤出机温度设置：一段温度160℃、二段温度190℃、三段温度200℃、四段温度190℃、五段温度210℃、机头温度220℃；主机频率：33Hz；喂料频率：17Hz；切粒机转速：350r/min；强剪切段占整个螺杆的长度比例：33%；将制得的耐中子辐射屏蔽板材用复合材料检测后得到其性能检测结果为：拉伸强度22.7MPa、密度1.041g/cm3、尺寸收缩率3‰。
将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融挤出，压制成板。单螺杆挤出机温度设置：一段温度170℃、二段温度180℃、三段温度190℃、四段温度190℃、五段温度185℃、机头温度215℃；T型口模温度设置：中部165℃，外部220℃；压延机辊筒温度设置：上辊60℃，中辊55℃，下辊80℃；挤出速度60rpm，辊速9.8rpm，牵引速度9.5rpm。
制得的耐中子辐射屏蔽板材耐中子辐射性能检测结果为：辐照后拉伸强度还保持9.8MPa（γ剂量率：1*103c/kg，热中子注量率：1*1013n/cm2.s，中子吸收剂量达到1.5*108GY）。
本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (9)

1.一种耐中子辐射屏蔽板材，其特征在于包含下述重量份的组份：聚烯烃类树脂55～94份、碳化硼粉末4～43份、偶联剂0.5～1.5份、抗氧剂0.5～1份、润滑剂0.5～2份。
2.根据权利要求1所述的一种耐中子辐射屏蔽板材，其特征在于：所述聚烯烃类树脂为聚乙烯、聚丙烯中的一种或两种。
3.根据权利要求2所述的一种耐中子辐射屏蔽板材，其特征在于：所述聚乙烯为低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯其中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种耐中子辐射屏蔽板材，其特征在于：所述碳化硼粉末为从B4C到B10.5C的均相碳硼化合物，其平均粒径为2～50μm。
5.根据权利要求4所述的一种耐中子辐射屏蔽板材，其特征在于：所述碳化硼粉末的平均粒径为10～20μm。
6.根据权利要求1所述的一种耐中子辐射屏蔽板材，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂中的一种或几种复配。
7.根据权利要求1所述的一种耐中子辐射屏蔽板材，其特征在于：所述抗氧剂为β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯）丙酸十八碳醇酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N,N’-1,6-亚已基-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或几种复配。
8.根据权利要求1所述的一种耐中子辐射屏蔽板材，其特征在于：所述润滑剂为脂肪酸、脂肪酸金属皂类、脂肪酸酯类、脂肪酸酰胺类、石蜡及烃类的一种或几种复配。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种耐中子辐射屏蔽板材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）复合材料配料步骤
将聚烯烃类树脂55～94份、碳化硼粉末4～43份、偶联剂0.5～1.5份、抗氧剂0.5～1份、润滑剂0.5～2份加入高速配料搅拌机中，先低速混合30s，再高速混合（120～180）s；
2）复合材料基础造粒步骤
将预混好的物料加入双螺杆挤出机的加料漏斗中，设置双螺杆挤出机参数，通过熔融复合后物料从口模挤出，将挤出的物料冷却，送入切粒机中切粒，根据挤出物料的速度微调造粒牵引速度，确保粒子密实饱满，粒径均一，将切好的粒子打包，即制得耐中子辐射屏蔽板材用复合材料；
双螺杆挤出机参数设置为：靠近下料漏斗口的一区温度设置为（150～170）℃，出料机头温度设置为（200～220）℃，中间各区温度设置为（190～210）℃；螺杆剪切强度适中，强剪切段占整个螺杆的长度比例范围为（20～40）%；主机频率设置为额定转速的（40～60）%;喂料频率根据挤出物料的量和挤出效率微调，确保主机电流量不超过额定功率的75%；
3）板材成型步骤
将造成颗粒的复合材料烘干，通过单螺杆挤出机熔融，通过T型口模挤出，
三辊压制定型，拉伸牵引冷却后切割，即得到耐中子辐射屏蔽板材；
单螺杆挤出机各项参数设置为：靠近下料漏斗口的一区温度设置为（160～180）℃，出料机头温度设置为（190～220）℃，中间各区温度设置为（170～190）℃；T型口模温度设置：中部（160～180）℃，外部（190～220）℃；压延机辊筒温度设置：上辊（70～75）℃，中辊（55～65）℃，下辊（80～90）℃；辊速根据挤出速度调整，牵引速度根据辊速快慢调整，保持适量均匀的辊隙存料；牵引速度略小于辊速。
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