CN107880362A - 一种中子辐射屏蔽复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中子辐射屏蔽复合材料的制备方法，通过将超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、聚乙烯蜡、硅烷偶联剂硼精粉加入高速混合器中，混合得到混合物；将所述混合物加入双螺杆挤出机中，采用挤出法生产，得到一种中子辐射屏蔽复合材料。本发明具有生产工艺简单，制造成本低、屏蔽性能好和机械强度大等特点。

Description

一种中子辐射屏蔽复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于中子辐射屏蔽材料制备技术领域，具体涉及一种中子辐射屏蔽复合材料的制备方法。
背景技术
随着核应用技术的发展，中子应用技术已经广泛应用于医疗、能源、探伤、育种等领域中。但是由于中子具有较强的穿透力，使其很容易产生辐射伤害。所以如何通过屏蔽来控制中子的辐射方向及强度在核技术应用技术中占有非常重要的地位。
目前现有技术对中子的屏蔽常用的材料主要有水泥基材料、铸铁、含铅或硼的复合材料等。水泥基中子材料主要应用在大型防护设备领域，且对环境及施工要求较高，应用领域有限；此外，随着核应用技术的发展，对中子屏蔽技术的需求越来越广泛，含铅硼的复合材料技术就凸显了更重要的地位。现有技术领域中采用含铅或硼的复合材料分为两个大类：金属基材的复合材料及高分子基复合材料，其中，高分子基复合材料具有成型工艺简单，加工性能好等优点，但是现有的高分子基中子屏蔽材料的制备方法一般均采用超高分子量聚乙烯与含硼化合物通过模压法制备，这是因为超高分子量聚乙烯在加工过程中粘稠度高，流动性差导致的，此方法生产效率相对较低、成本高。另外，现有技术中大多采用碳化硼作中子吸收体，但是由于复合材料随着含硼化合物的质量分数提高屏蔽能力得到提升，但是同时材料也会随着含硼化合物的质量分数提高而变脆，冲击及拉伸性能受限。所以，目前的以超高分子量聚乙烯为基材的碳化硼为中子吸收剂的中子屏蔽复合材料及制备方法还存在很多问题以待解决。
发明内容
本发明针对现有技术中存在生产效率低、加工成本高的问题，本发明提供了一种中子辐射屏蔽复合材料的制备方法，将采用挤出法生产，调整中子吸收剂，降低了含硼化合物含量，但不降低屏蔽性能，同时还能提高复合材料的机械性能。
本发明公开了一种中子辐射屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将超高分子量聚乙烯30～70份、高密度聚乙烯20～70份、聚乙烯蜡1～5份、硅烷偶联剂0.1～5份和硼精粉5～30份加入高速混合器中，在转速100～1000转/分钟下混合3～20分钟，得到混合物；将所述混合物加入双螺杆挤出机中，在170～280℃下挤出得到中子辐射屏蔽复合材料。
进一步地，所述超高分子量聚乙烯的黏均分子量为100～400万。
进一步地，所述高密度聚乙烯的黏均分子量为20～100万。
进一步地，所述硅烷偶联剂为KH550或KH570。
进一步地，所述硼精粉为纳米级。
进一步地，对所述挤出得到的中子辐射屏蔽复合材料再次进行挤出或注塑加工，针对不同的挤出模具调整挤出工艺后可以生产超薄或异形截面材料；另外，也可通过直接通过模具将所述挤出得到的中子辐射屏蔽复合材料挤出得到需要尺寸的产品。
本发明与现有技术相比达到的有益效果：
(1)生产工艺简单，制造成本低。
(2)屏蔽性能好和机械强度大。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的范围由权利要求书限定。
实施例1
实施例1中的中子辐射屏蔽复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将黏均分子量为400万的超高分子量聚乙烯40kg、黏均分子量为30万的高密度聚乙烯70kg、聚乙烯蜡2kg、硅烷偶联剂1kg和纳米级硼精粉20kg加入高速混合器中，在转速400转/分钟下混合15分钟，得到混合物；
(2)将上述混合物加入双螺杆挤出机中，在230℃挤出制得中子辐射屏蔽复合材料。
实施例2
实施例2中的中子辐射屏蔽复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将黏均分子量为400万的超高分子量聚乙烯50kg、黏均分子量为30万的高密度聚乙烯60kg、聚乙烯蜡3kg、硅烷偶联剂1.5kg和纳米级硼精粉20kg加入高速混合器中，在转速400转/分钟下混合15分钟，得到混合物；
(2)将上述混合物加入双螺杆挤出机中，在230℃挤出制得中子辐射屏蔽复合材料。
实施例3
实施例3中的中子辐射屏蔽复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将黏均分子量为400万的超高分子量聚乙烯60kg、黏均分子量为30万的高密度聚乙烯50kg、聚乙烯蜡4kg、硅烷偶联剂2kg和纳米级硼精粉20kg加入高速混合器中，在转速400转/分钟下混合15分钟，得到混合物；
(2)将上述混合物加入双螺杆挤出机中，在230℃挤出制得中子辐射屏蔽复合材料。
实施例4
实施例4中的中子辐射屏蔽复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将黏均分子量为400万的超高分子量聚乙烯40kg、黏均分子量为30万的高密度聚乙烯70kg、聚乙烯蜡2kg、硅烷偶联剂1kg和纳米级硼精粉16kg加入高速混合器中，在转速400转/分钟下混合15分钟，得到混合物；
(2)将上述混合物加入双螺杆挤出机中，在230℃挤出制得中子辐射屏蔽复合材料。
实施例5
实施例5中的中子辐射屏蔽复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将黏均分子量为400万的超高分子量聚乙烯50kg、黏均分子量为30万的高密度聚乙烯60kg、聚乙烯蜡3kg、硅烷偶联剂1.5kg和纳米级硼精粉12kg加入高速混合器中，在转速400转/分钟下混合15分钟，得到混合物；
(2)将上述混合物加入双螺杆挤出机中，在230℃挤出制得中子辐射屏蔽复合材料。
实施例6
实施例6中的中子辐射屏蔽复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将黏均分子量为400万的超高分子量聚乙烯60kg、黏均分子量为30万的高密度聚乙烯50kg、聚乙烯蜡4kg、硅烷偶联剂2kg和纳米级硼精粉8kg加入高速混合器中，在转速400转/分钟下混合15分钟，得到混合物；
(2)将上述混合物加入双螺杆挤出机中，在230℃挤出制得中子辐射屏蔽复合材料。
对本发明实施例1-6进行中子衰减系数、拉伸性能、断裂伸长率、缺口冲击强度和硬度进行了测定，还设置了3各对照组进行对比，数据见表1所示。其中，对照组1：配方、配料特性及制备步骤与实施例2基本相同，不同之处在于将纳米硼精粉替换为25重量份的碳化硼粉末；对照组2：配方、配料特性及制备步骤与实施例2基本相同，不同之处在于将纳米硼精粉替换为20重量份的碳化硼粉末；对照组3：配方、配料特性及制备步骤与实施例5基本相同，不同之处在于将纳米硼精粉替换为12重量份的碳化硼粉末。
本实验中子衰减系数试验方法：复合材料置于3He中子探测器与镅铍中子源之间，挡住中子探测器，稳定单位时间后读取累计中子数；对不同配比的复合材料试样进行试验(I0I0为无遮挡时单位时间内探测器探测到的累计中子数)，根据公式I＝I0e-Σ·xI＝I0e-∑·x计算出中子衰减系数。复合材料的拉伸性能、断裂伸长率测定参照GB/T2546.2-2003进行；复合材料的缺口冲击强度测定参照GB/T1043-2008进行。
表1本发明实施例1-6与对照组制得的辐射屏蔽材料性能数据
本发明所描述和说明的实施例对于本发明所保护的内容是说明性的而非限制性的，因此应当理解为，上述实施例仅示出和描述了本发明的优选方案，在权利要求书所限定的范围内的所有修改例和等同配置均属于本发明所保护的内容。

Claims (7)

1.一种中子辐射屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
将超高分子量聚乙烯30～70份、高密度聚乙烯20～70份、聚乙烯蜡1～5份、硅烷偶联剂0.1～5份和硼精粉5～30份加入高速混合器中，在转速100～1000转/分钟下混合3～20分钟，得到混合物；
将所述混合物加入双螺杆挤出机中，在170～280℃下挤出得到中子辐射屏蔽复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯的黏均分子量为100～400万。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述高密度聚乙烯的黏均分子量为20～100万。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述硅烷偶联剂为KH550或KH570。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述硼精粉为纳米级。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：对所述挤出得到的中子辐射屏蔽复合材料再次进行挤出或注塑加工，针对不同的挤出模具调整挤出工艺后可以生产超薄或异形截面材料。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：直接通过模具将所述挤出得到的中子辐射屏蔽复合材料挤出得到需要尺寸的产品。
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