CN109762321B

CN109762321B - 一种防核辐射复合材料制备方法

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Publication number: CN109762321B
Application number: CN201811555182.3A
Authority: CN
Inventors: 张哲�; 郑君; 陈秀秀
Original assignee: Qingdao Kekaida Rubber And Plastic Co ltd
Current assignee: Qingdao Kekaida Rubber And Plastic Co ltd
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2021-09-07
Anticipated expiration: 2038-12-19
Also published as: CN109762321A

Abstract

本发明涉及工程塑料技术领域，公开了一种防核辐射复合材料及其制备方法，所述防核辐射复合材料，由以下组分按照重量份数制备而成：聚苯醚25～80份，抗冲击性聚苯乙烯5～50份，改性铅粉5‑65份，改性铅纤维5‑55份，复合填料5～40份，偶联剂0.1～1.5份，抗氧剂0.3～1份，润滑剂0.5～2.5份。上述防辐射复合材料易于成型，不仅具有优异的抗核辐射性能，同时保持了优秀的力学性能、可塑性、弹性和稳定性，使用寿命长，性价比高，可广泛应用于核辐射领域。

Description

一种防核辐射复合材料制备方法

技术领域

本发明涉及工程塑料技术领域，具体是一种防核辐射复合材料制备方法。

背景技术

防核辐射材料是指用于防止或削弱核放射性辐射源所产生的辐射伤害的材料,可以分为防穿透性辐射材料和表面辐射防护材料。铅、镉、钢铁等重金属材料具有较好的防护性能，但是由于可塑性差，加工难度高，难以被用于制备防辐射产品，特别是在柔性防核辐射产品领域应用难度更大。表面核辐射防护材料一般是通过加工方法对产品表面涂布或复合一层防核辐射层而成，这种加工方法工艺复杂，且防辐射层有磨损脱落丧失防辐射功能的风险。防辐射材料与高分子材料复合化后可以提供立体式的核防护效果，目前防核辐射金属材料与基体高分子材料的相容性差，对产品加工性能影响较大。

因此，现有技术有待改进。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种易加工成型、防辐射效果好的防核辐射复合材料及其制备方法，解决防核辐射金属材料与基体高分子材料相容性差，不易加工成型的问题。

本发明提供一种防核辐射复合材料，其由以下组分按照重量份数制备而成：

聚苯醚25～80份，抗冲击性聚苯乙烯5～50份，改性铅粉5-65份，改性铅纤维5-55份，复合填料5～40份，偶联剂0.1～1.5份，抗氧剂0.3～1份，润滑剂0.5～2.5份。

上述配方中，聚苯醚(PPO)是一种耐高温工程塑料，聚苯醚(PPO)和抗冲击性聚苯乙烯(HIPS)两种材料合成的塑料合金具有两种材料的优点，具有耐高温和耐冲击的特点；而金属铅具有防核辐射的功能，采用铅粉和铅丝的混合体系，不仅保证了金属铅在材料中均匀分布，并且铅丝和分布周围的铅粉相互连成一种整体，在材料内部形成全封闭的核辐射屏蔽体，大幅度地提高材料的屏蔽性能，且铅丝纤维同时起到增强材料性能的作用。而上述铅粉和铅丝的混合物与聚苯醚(PPO)、抗冲击性聚苯乙烯(HIPS)的相容性好，结合力度强，而偶联剂进一步地促进了上述四种成分的结合。

上述成分制备的防辐射复合材料，防辐射性能好，易于加工成型，便于加工成各种防辐射产品，可以广泛应用在核电工业、军工领域的人员防护用品零部件、仪器仪表零部件；也可以应用于医疗行业领域中特殊防护设备、可移动防护罩及一些防护服上。

优选地，所述聚苯醚的数均分子量为5.5～8.0万，0.45MPa下热变形温度为190-195℃。防核辐射材料一般应用环境比较严苛，上述范围的窄分子量分布的耐高温聚苯醚材料能够适应这种受辐射的严苛环境，提高产品的适应性和稳定性。

优选地，抗冲击性聚苯乙烯的数均分子量为2.5～7.5万，其热变形温度为75～90℃。高抗冲击性聚苯乙烯是聚苯醚的优良冲击改性剂，上述条件的抗冲击性聚苯乙烯能够进一步的提高防辐射复合材料的低温韧性，增加其耐低温能力。

优选地，改性铅粉的目数为600～3000目，改性铅粉是铅粉经过偶联剂表面改性处理得到，本发明中铅粉的目数可以兼顾分散效果和防辐射效果的平衡；改性铅纤维为金属铅短纤维，是铅纤维经过偶联剂表面改性处理得到，其长度为50um～3mm，直径为10-25um。本发明的铅纤维的尺寸选择有利于在复合材料体系中形成立体网络状屏蔽。上述铅粉和铅纤维进行改性处理，易于与其他塑料材料进行结合。

优选地，所述复合填料是二氧化硅和聚对苯二甲酰对苯二胺的混合物，所述二氧化硅目数为2000～4000目；所述聚对苯二甲酰对苯二胺为直径10μm的纤维，其长度为0.2～0.5mm。二氧化硅可提高防辐射复合材料的耐磨性能，聚对苯二甲酰对苯二胺具有高强度、高抗拉强度的优点。两种复合填料的加入对于平衡铅材料对于复合材料相应性能的影响有重要作用。

优选地，二氧化硅和聚对苯二甲酰胺对苯二胺的混合物的质量比为：1：1～1：3。

优选地，所述偶联剂为质量比为1：1～1：3的锆酸酯偶联剂和酞酸酯偶联剂的混合物，其纯度＞99.5％。酞酸酯偶联剂为主偶联剂，可使填料得到活化处理，分散性得到显著改善，从而提高填充量，同时改善加工性能。锆酸酯偶联剂为相配合的辅助偶联剂，在高温条件下进一步地改善材料表面硬度或增加表面活性。

优选地，所述抗氧剂由1010、168和HP-136按照重量比1:1.5:1组成。本发明是利用上述三种抗氧剂间的协同效应，充分发挥各抗氧剂的优势，对防辐射复合材料提供优良的抗氧化性能，保证其性能稳定性，延长复合材料的保质期，避免其在储运和使用过程中的被氧化降解，影响其使用性能。

优选地，润滑剂为环烷油或有机硅油，其中，有机硅油为有机基团中含有苯环的硅油。上述有机硅油由于分子链引入了苯基，使其具有较好的耐高温性能，抗辐射性能，润滑性能和溶解性能，配合铅粉和铅纤维能进一步地提高防辐射复合材料的抗辐射性能。而环烷油具有饱和环状碳链结构，具有芳香烃类的部分性质，具备一定的抗辐射性能，并且作为增塑剂和填充油，可改善防辐射复合材料的可塑性和弹性。

本发明还提供一种如上所述的防核辐射复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

首先，将相应质量份数的聚苯醚、抗冲击性聚苯乙烯磨成50～2000目的粉末；提高与其他材料的预混合效果。

其次，向上述粉末中分别加入相应质量份数的改性铅粉、偶联剂、抗氧剂、润滑剂、复合填料，并在高速混合机中混合20min，转速300～1000rpm，得到物料1；

最后，分别将物料1从主喂料口，改性铅纤维从侧喂料口加入到平行双螺杆挤出机中进行造粒，造粒温度为290～320℃，螺杆转速为200～600rpm，采用水环切粒，干燥后得到防核辐射复合材料。

本发明提供的防辐射符合材料具有以下有益效果：

1、本发明提供的防辐射复合材料易于通过注塑、挤出方法成型，不仅具有优异的抗核辐射性能，同时保持了优秀的力学性能、可塑性、弹性和稳定性，使用寿命长，性价比高，可广泛应用于核辐射领域。

2、所述防辐射复合材料可广泛应用于核电工业和军工领域的人员防护用品、仪器仪表零部件等领域，也可以应用到医疗行业领域中，如用于制备某些特殊防护设备、可移动防护罩及一些防护服等。

具体实施方式

以下部分是具体实施方式对本发明做进一步说明，但以下实施方式仅仅是对本发明的进一步解释，不代表本发明保护范围仅限于此，凡是以本发明的思路所做的等效替换，均在本发明的保护范围，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。本发明中的采用的各种组分的份数为重量份数。

实施例1

①PPO 35份、HIPS 10份磨成50～2000目粉末；

②加入改性铅粉25、偶联剂1.0份、抗氧剂0.5份、润滑剂1.0份、复合填料15份在高速混合机混合20min，转速300～1000rpm，得到物料1；

③将物料1从主喂料口，改性铅纤维15份从侧喂料口加入平行双螺杆挤出机中造粒，造粒温度为290～320℃，螺杆转速为200～600rpm，采用水环切粒，旋风分离干燥得到防核辐射复合材料。

实施例2

①PPO 30份、HIPS 15份磨成50～2000目粉末；

②加入改性铅粉25份、偶联剂1.0份、抗氧剂0.5份、润滑剂1.0、复合填料5份在高速混合机混合20min，转速300～1000rpm，得到物料1；

③将物料1从主喂料口，改性铅纤维25份从侧喂料口加入平行双螺杆挤出机中造粒，造粒温度为290～320℃，螺杆转速为200～600rpm，采用水环切粒，旋风分离干燥得到防核辐射复合材料。

实施例3

①将PPO 65份、HIPS 45份，磨成50～2000目粉末；

②加入改性铅粉10份、偶联剂1.0份、抗氧剂0.5份、润滑剂1.0、复合填料5份在高速混合机混合20min，转速300～1000rpm，得到物料1；

③将物料1从主喂料口，改性铅纤维10份从侧喂料口加入平行双螺杆挤出机中造粒，造粒温度为290～320℃，螺杆转速为200～600rpm，采用水环切粒，旋风分离干燥得到防核辐射复合材料。

对照例1

将粉末状PA66(聚酰胺66)30份、PP(聚丙烯)15份与改性铝基粉末40份、石墨15份，偶联剂1.0份、润滑剂1.0份，进行混合；将得到的混合物加入到平行双螺杆挤出机中造粒，造粒温度为270～290℃，螺杆转速为300rpm，冷却切粒，得到防核辐射复合材料。

实施例4防辐射复合材料的性能测试

本发明分别对实施例1-3以及对照例1提供的防辐射复合材料分成4组，每组分别进行以下性能测试，机械性能测试方法采用是：GB 1040-2006、GB9341-2008和GB1043-2008。屏蔽效果测试方法是按照GB 16363-1996标准检测。

上述材料的测试结果如下表所示：

上述测试结果显示，实施例1～实施例3的复合材料，均满足标准要求的机械强度和防核辐射性。相对于对比例，实施例1～3中由铅粉和铅丝形成全封闭的核辐射屏蔽体的复合材料，其防辐射性能得到大幅度的提升，且强度更高。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种防核辐射复合材料，其特征在于，由以下组分按照重量份数制备而成：

聚苯醚25~80份，抗冲击性聚苯乙烯 5~50份，改性铅粉5-65份，改性铅纤维5-55份，复合填料5~40份，偶联剂0.1~1.5份，抗氧剂0.3~1份，润滑剂0.5~2.5份；所述复合填料是二氧化硅和聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的混合物；改性铅纤维为经过偶联剂表面改性处理得到的金属铅短纤维，其长度为50um~3mm，直径为10-25um；改性铅粉的目数为300~3500目，是经过偶联剂表面改性处理得到的铅粉。

2.根据权利要求1所述的防核辐射复合材料，其特征在于，所述聚苯醚的数均分子量为5.5 ~8.0万，0.45MPa下热变形温度为190-195℃。

3.根据权利要求1所述的防核辐射复合材料，其特征在于，抗冲击性聚苯乙烯的数均分子量为2.5 ~7.5万，其热变形温度为75~90℃。

4.根据权利要求1所述的防核辐射复合材料，其特征在于，所述二氧化硅目数为2000~4000目；所述聚对苯二甲酰对苯二胺为直径10μm的纤维，其长度为0.2~0.5mm。

5.根据权利要求4所述的防核辐射复合材料，其特征在于，二氧化硅和聚对苯二甲酰对苯二胺的混合物的质量比为：1：1~1：3。

6.根据权利要求1所述的防核辐射复合材料，其特征在于，所述偶联剂为质量比为1：1～1：3的钛酸酯偶联剂和锆酸酯偶联剂的混合物。

7.根据权利要求1所述的防核辐射复合材料，其特征在于，所述抗氧剂由1010、168和HP-136按照重量比1:1.5:1组成。

8.根据权利要求1所述的防核辐射复合材料，其特征在于，润滑剂为环烷油或有机硅油，其中，有机硅油为有机基团中含有苯环的硅油。

9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的防核辐射复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，将相应重量份数的聚苯醚、抗冲击性聚苯乙烯磨成50~2000目的粉末；

其次，向上述粉末中分别加入相应重量份数的改性铅粉、偶联剂、抗氧剂、润滑剂、复合填料，并在高速混合机中混合20min，转速300~1000rpm，得到物料1；

最后，分别将物料1从主喂料口，改性铅纤维从侧喂料口加入到平行双螺杆挤出机中进行造粒，造粒温度为290~320℃，螺杆转速为200~600rpm，采用水环切粒，干燥后得到防核辐射复合材料。