CN104774301A - 一种核燃料运输容器用高密度高阻燃性聚氨酯泡沫塑料 - Google Patents

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杨汝平
丁仁兴
马晓静
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赵一搏
吴亮
张博特
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Abstract

本发明涉及一种核燃料运输容器用高密度高阻燃性聚氨酯泡沫塑料，其特征在于：该泡沫塑料包括多元醇、匀泡剂、发泡剂、阻燃剂、催化剂及异氰酸酯溶液等组分。该聚氨酯泡沫塑料使用了一种磷氯系阻燃聚醚和一种磷氯系阻燃剂的混合溶液，发泡剂为泡沫塑料总重量的6％以下。本发明的聚氨酯泡沫塑料，主要用于核燃料运输容器夹层材料。聚氨酯泡沫塑料的密度为200kg／m3～600kg／m3，抗压强度在4MPa以上，具有较好的缓冲性能；其氧指数为28％以上，解决了0s自熄的问题。

Description

一种核燃料运输容器用高密度高阻燃性聚氨酯泡沫塑料
技术领域
本发明涉及到一种高密度高阻燃性的聚氨酯泡沫塑料，其主要用于核燃料运输容器，也可用于其它对吸能性和阻燃性同时具有较高要求的环境。
背景技术
目前国内核燃料运输容器主要依靠进口，为打破国外产品垄断市场，实现核燃料运输容器国产化，本发明提供了一种核燃料运输容器用高密度高阻燃性聚氨酯泡沫塑料，可以替代原有结构，并能达到较好的吸能和阻燃效果。
文献“《FCo70-YQ型放射源运输容器耐热试验》，李国强，张建岗，赵兵，马安平，王学新，辐射防护，2009年9月”介绍的FCo70-YQ型容器是典型的放射源运输容器，用于运输60Co和137Cs等放射源。FCo70-YQ型容器由本体和防护罩两部分组成：本体为钢-铅-钢结构；防护罩为钢-耐火纤维毯-木板-钢结构，防护罩结构设计上考虑到容器要经受撞击和耐高温，故在防护罩中间装有减震木板及隔热用耐火纤维毯。上述文献公开的内容只提到可实现夹层材料吸能和阻燃功能的方法，但两种材料功能较为单一，木板具有吸能作用，但阻燃效果较差；耐火纤维毡具有阻燃作用，但吸能效果较差。
运输容器夹层用填充材料主要替代防护罩中间的减震木板和隔热用耐火纤维毯，起到隔热缓冲作用。目前国外有公司开始着手使用泡沫材料做夹层填充，有报道的泡沫型号为LAST-A-FOAM FR3718，如表1所示。该材料兼具吸能和阻燃作用，但该材料仍不能达到0s自熄的阻燃效果。
表1LAST-A-FOAM FR3718泡沫塑料性能
为此，需要开发一种可同时解决吸能和0s自熄阻燃要求的核燃料运输容器用泡沫塑料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚氨酯泡沫塑料，用作核燃料运输容器夹层材料。该材料具有吸能性和阻燃性，可以保护内部结构安全，防止跌落冲击和破损烧蚀对内部结构产生影响。
该聚氨酯泡沫塑料配方中含有多元醇、匀泡剂、发泡剂、阻燃剂、催化剂及异氰酸酯溶液，其中以多元醇的重量作100份计算，其它各组分含量为：
匀泡剂10～20份；
发泡剂10～20份；
阻燃剂30～60份；
催化剂1～5份；
异氰酸酯溶液100～150份。
所述的多元醇为一种以三氯氧磷为起始剂的III型阻火聚醚；
所述的阻燃剂为TCEP；
所述的发泡剂为HCFC-141b，含量为泡沫塑料总重量的6％以下。
一种将上述聚氨酯泡沫塑料应用于核燃料运输容器的方法，包括下列步骤：1)将多元醇与匀泡剂、发泡剂、阻燃剂、催化剂混合搅拌均匀；
2)将异氰酸酯溶液加入到步骤1)得到的混合溶液中，搅拌8～12s，然后在50s内灌注到核燃料运输容器夹层中进行发泡反应，排气后密封，发泡反应在常温中进行2～3min；
3)将步骤2)中的核燃料运输容器放进50～80℃烘箱中加热1～3h，得到带有聚氨酯泡沫塑料的核燃料运输容器。
有益效果：
(1)本发明涉及的聚氨酯泡沫塑料密度为200kg／m3～600kg／m3，压缩试验按照GJB1585A-2004《聚氨酯硬质泡沫塑料力学性能试验方法》进行测试。经测试，泡沫塑料在常温下的压缩强度为5.41MPa，S=0.252，Cv(％)=4.65；按照GB8813-88标准测试的泡沫塑料压缩应力应变曲线，显示其具有较高的压缩强度和宽阔的力学平台。
(2)阻燃性能测试了三个项目：氧指数、垂直燃烧和烟密度。分别按照国标GB／T2406.2-2009、GB／T8333-2008、GB／T8627-2007测试。测试结果为氧指数29.4％；垂直燃烧剩余长度149mm，可实现0s自熄；最大烟密度84.37。
附图说明
图1为聚氨酯泡沫塑料的压缩应力应变曲线图。
具体实施方式
聚氨酯泡沫塑料配方中含有多元醇、匀泡剂、发泡剂、阻燃剂、催化剂及异氰酸酯溶液，其中：
所述的多元醇为重量100份的III型阻火聚醚；
所述的匀泡剂为10～20份的LK221；
所述的发泡剂为10～20份的HCFC-141b；
所述的阻燃剂为30～60份的TCEP；
所述的催化剂为1～5份的聚氨酯复合催化剂；
所述异氰酸酯溶液为100～150份的PM-2010。
一种将上述聚氨酯泡沫塑料应用于核燃料运输容器的方法，包括下列步骤：
1)将多元醇与匀泡剂、发泡剂、阻燃剂、催化剂混合搅拌均匀，得到混合物；
2)将异氰酸酯溶液加入到步骤1)得到的混合溶液中，搅拌8～12s，然后在50s内灌注到核燃料运输容器夹层中进行发泡反应，排气后密封，发泡反应在常温中进行2～3min；
3)将步骤2)中的核燃料运输容器放进50～80℃烘箱中加热1～3h，得到带有聚氨酯泡沫塑料的核燃料运输容器。
实施例1：
一种制备聚氨酯泡沫塑料并将其应用于核燃料运输容器的方法，包括下列步骤：
1)将多元醇与匀泡剂、发泡剂、阻燃剂、催化剂混合搅拌均匀，各组分为：
多元醇为5kg的III型阻火聚醚；
匀泡剂为0.75kg的LK221；
发泡剂为0.8kg的HCFC-141b；
阻燃剂为2.25kg的TCEP；
催化剂为质量比1∶4的有机锡和三乙烯二胺混合溶液，其中有机锡为50g，三乙烯二胺溶液为200g。
2)将6kg的PM-2010加入到步骤1)得到的混合溶液中，搅拌8～12s，然后在50s内灌注到核燃料运输容器夹层中进行发泡反应，排气后密封，发泡反应在常温中进行2～3min。
3)将步骤2)中的核燃料运输容器放进50～80℃烘箱中加热1～3h，得到带有聚氨酯泡沫塑料的核燃料运输容器。
利用上述方法制备的聚氨酯泡沫塑料压缩应力应变曲线如图1所示。
本发明并不限于上述各个实施例，经过多次试验，不同密度的聚氨酯泡沫塑料效果类似，其变化形式和其他实施例都应在后附的权利要求的保护范围内，其效果也是本领域技术人员可预见的。尽管在本文中采用了特定术语，但它们只是一般性和描述性的说明，并不是进行限制。

Claims (8)

1.一种核燃料运输容器用高密度高阻燃性聚氨酯泡沫塑料，其特征在于：该塑料包括多元醇、匀泡剂、发泡剂、阻燃剂、催化剂及异氰酸酯溶液，其中以多元醇的重量作100份计算，其它各组分含量为：
匀泡剂10～20份；
发泡剂10～20份；
阻燃剂30～60份；
催化剂1～5份；
异氰酸酯溶液100～150份。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫塑料，其特征在于：所述的多元醇为一种以三氯氧磷为起始剂的III型阻火聚醚。
3.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫塑料，其特征在于：所述的匀泡剂为LK221。
4.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫塑料，其特征在于：所述的发泡剂为HCFC-141b，含量为泡沫塑料总重量的6％以下。
5.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫塑料，其特征在于：所述的阻燃剂为TCEP。
6.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫塑料，其特征在于：所述的催化剂为质量比1∶4的有机锡和三乙烯二胺组成的混合溶液。
7.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫塑料，其特征在于：所述的异氰酸酯溶液为PM-2010。
8.一种将权利要求1至7中任一项所述聚氨酯泡沫塑料应用于核燃料运输容器的方法，包括下列步骤：
1)将多元醇与匀泡剂、发泡剂、阻燃剂、催化剂混合搅拌均匀；
2)将异氰酸酯溶液加入到步骤1)得到的混合溶液中，搅拌8～12s，然后在50s内灌注到核燃料运输容器夹层中进行发泡反应，排气后密封，发泡反应在常温中进行2～3min；
3)将步骤2)中的核燃料运输容器放进50～80℃烘箱中加热1～3h，得到带有聚氨酯泡沫塑料的核燃料运输容器。
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