CN112574533A - 一种耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料及制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料及制备工艺，首先将铝基体和碳化硼通过粉末冶金法制得碳化硼铝基复合材料，然后将聚二甲基硅氧烷和介孔二氧化硅发生复合反应制得聚二甲基硅氧烷/介孔二氧化硅复合材料；聚二甲基硅氧烷/介孔二氧化硅复合材料、环氧树脂和偶联剂发生聚合反应制得改性环氧树脂微胶囊；将碳化硼铝基复合材料和改性环氧树脂微胶囊进行机械搅拌、乳化、固化成型、热压后制得耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料，改性环氧树脂微胶囊的制得，具有良好的包覆性和分散性，碳化硼铝基复合材料具有粘结性和分散性好，使得耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料分子量扩大，并且具有稳定性好，包覆性好，表面光滑等特性。
Description
技术领域
本发明涉及原子能技术领域，具体涉及一种耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料及制备工艺。
背景技术
核能在世界能源结构中占有重要地位，在我国的发展空间巨大。反应堆是核能系统中的核心部分。在核反应堆中，核裂变或聚变时会产生各种辐射射线(包括不同能级的中子、γ射线、二次γ射线、其它带电粒子、高能射线)。辐射射线可对人体内部器官及皮肤造成损伤，还会污染空气、土壤、水源和食物。此外，还会使结构材料及机器设备发热、活化，降低其寿命。
因此，核反应堆的防护是核能安全问题的重中之重，中子屏蔽为保护工作人员不受或少受中子辐射而设置的屏蔽物，如何对中子进行屏蔽，减弱射线的辐射，降低对电子器件以及周围人群造成极大损伤。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料及制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料，该耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料包括碳化硼、铝基体，聚二甲基硅氧烷、纳米氧化铋颗粒、环氧树脂、介孔二氧化硅、偶联剂。
作为优化，耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料以重量份计，碳化硼50-70份、铝基体20-40份，聚二甲基硅氧烷10-25份、纳米氧化铋颗粒4-10份、环氧树脂30-50份、介孔二氧化硅8-20份、偶联剂2-4份。
作为优化，碳化硼材料密度不小于1.60g/ cm3。
作为优化，偶联剂为氟化硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或者几种的混合。
一种耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料制备方法，该耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料制备方法包括以下步骤：
（1）将铝基体和碳化硼通过粉末冶金法制得碳化硼铝基复合材料；
（2）将聚二甲基硅氧烷和介孔二氧化硅发生复合反应制得聚二甲基硅氧烷/介孔二氧化硅复合材料；
（3）将步骤（2）中的聚二甲基硅氧烷/介孔二氧化硅复合材料、环氧树脂和偶联剂发生聚合反应制得改性环氧树脂微胶囊；
（4）将碳化硼铝基复合材料和改性环氧树脂微胶囊进行机械搅拌，搅拌速度为2000-4000r/min；
（5）将步骤（4）中的物质通过乳化剂进行乳化作用制得细小颗粒；
（6）将步骤（5）中的细小颗粒和纳米氧化铋颗粒固化成型；
（7）将步骤（6）中的物质进行热压成型制得耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料。
作为优化，步骤（2）中聚二甲基硅氧烷和介孔二氧化硅复合反应为溶液共混法。
作为优化，乳化剂为阿拉伯胶和十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种的混合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中碳化硼可以吸收大量的中子而不会形成任何放射性同位素，因此它在核能发电场里它是很理想的中子吸收剂，碳化硼分子式为B4C，因碳化硼具有高温稳定性以及化学稳定性好，导致碳化硼分散性差，通过碳化硼和铝基体发生反应，碳化硼铝基复合材料改善了碳化硼分散性差的问题，并且碳化硼和铝基体整合反应后，生成的碳化硼铝基复合材料具有粘结性，改善了碳化硼中子屏蔽性能；
本发明中，聚二甲基硅氧烷和介孔二氧化硅发生复合反应制得聚二甲基硅氧烷/介孔二氧化硅复合材料，介孔二氧化硅表面积大，聚二甲基硅氧烷和介孔二氧化硅发生复合反应后，使得介孔二氧化硅分散到聚二甲基硅氧烷中，增大了聚二甲基硅氧烷/介孔二氧化硅复合材料的分子结构，改性环氧树脂微胶囊的制得，使得聚二甲基硅氧烷/介孔二氧化硅复合材料、环氧树脂和偶联剂发生聚合反应，形成微胶囊形态，具有良好的包覆性和分散性，碳化硼铝基复合材料具有粘结性和分散性好，使得耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料分子量扩大，并且具有稳定性好，包覆性好，表面光滑等特性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料以重量份计，碳化硼50份、铝基体20份，聚二甲基硅氧烷10份、纳米氧化铋颗粒4份、环氧树脂30份、介孔二氧化硅8份、偶联剂2份；
一种耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料制备方法，该耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料制备方法包括以下步骤：
（1）将铝基体和碳化硼通过粉末冶金法制得碳化硼铝基复合材料；
（2）将聚二甲基硅氧烷和介孔二氧化硅发生复合反应制得聚二甲基硅氧烷/介孔二氧化硅复合材料；
（3）将步骤（2）中的聚二甲基硅氧烷/介孔二氧化硅复合材料、环氧树脂和偶联剂发生聚合反应制得改性环氧树脂微胶囊；
（4）将碳化硼铝基复合材料和改性环氧树脂微胶囊进行机械搅拌，搅拌速度为2000r/min；
（5）将步骤（4）中的物质通过乳化剂进行乳化作用制得细小颗粒；
（6）将步骤（5）中的细小颗粒和纳米氧化铋颗粒固化成型；
（7）将步骤（6）中的物质进行热压成型制得耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料。
实施例2：
耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料以重量份计，碳化硼70份、铝基体40份，聚二甲基硅氧烷25份、纳米氧化铋颗粒10份、环氧树脂50份、介孔二氧化硅20份、偶联剂4份；
一种耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料制备方法，该耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料制备方法包括以下步骤：
（1）将铝基体和碳化硼通过粉末冶金法制得碳化硼铝基复合材料；
（2）将聚二甲基硅氧烷和介孔二氧化硅发生复合反应制得聚二甲基硅氧烷/介孔二氧化硅复合材料；
（3）将步骤（2）中的聚二甲基硅氧烷/介孔二氧化硅复合材料、环氧树脂和偶联剂发生聚合反应制得改性环氧树脂微胶囊；
（4）将碳化硼铝基复合材料和改性环氧树脂微胶囊进行机械搅拌，搅拌速度为4000r/min；
（5）将步骤（4）中的物质通过乳化剂进行乳化作用制得细小颗粒；
（6）将步骤（5）中的细小颗粒和纳米氧化铋颗粒固化成型；
（7）将步骤（6）中的物质进行热压成型制得耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料。
实施例3：
耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料以重量份计，碳化硼65份、铝基体25份，聚二甲基硅氧烷18份、纳米氧化铋颗粒6份、环氧树脂45份、介孔二氧化硅10份、偶联剂2份；
一种耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料制备方法，该耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料制备方法包括以下步骤：
（1）将铝基体和碳化硼通过粉末冶金法制得碳化硼铝基复合材料；
（2）将聚二甲基硅氧烷和介孔二氧化硅发生复合反应制得聚二甲基硅氧烷/介孔二氧化硅复合材料；
（3）将步骤（2）中的聚二甲基硅氧烷/介孔二氧化硅复合材料、环氧树脂和偶联剂发生聚合反应制得改性环氧树脂微胶囊；
（4）将碳化硼铝基复合材料和改性环氧树脂微胶囊进行机械搅拌，搅拌速度为3000r/min；
（5）将步骤（4）中的物质通过乳化剂进行乳化作用制得细小颗粒；
（6）将步骤（5）中的细小颗粒和纳米氧化铋颗粒固化成型；
（7）将步骤（6）中的物质进行热压成型制得耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料。
对比例1：
耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料以重量份计，碳化硼65份、铝基体25份；
一种耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料制备方法，该耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料制备方法包括以下步骤：
将铝基体和碳化硼通过粉末冶金法制得碳化硼铝基复合材料。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料，其特征在于：该耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料包括碳化硼、铝基体，聚二甲基硅氧烷、纳米氧化铋颗粒、环氧树脂、介孔二氧化硅、偶联剂。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料，其特征在于：所述耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料以重量份计，碳化硼50-70份、铝基体20-40份，聚二甲基硅氧烷10-25份、纳米氧化铋颗粒4-10份、环氧树脂30-50份、介孔二氧化硅8-20份、偶联剂2-4份。
3.根据权利要求2所述的一种耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料，其特征在于：所述碳化硼材料密度不小于1.60g/ cm3。
4.根据权利要求3所述的一种耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料，其特征在于：所述偶联剂为氟化硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或者几种的混合。
5.一种耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料制备方法，其特征在于：该耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料制备方法包括以下步骤：
（1）将铝基体和碳化硼通过粉末冶金法制得碳化硼铝基复合材料；
（2）将聚二甲基硅氧烷和介孔二氧化硅发生复合反应制得聚二甲基硅氧烷/介孔二氧化硅复合材料；
（3）将步骤（2）中的聚二甲基硅氧烷/介孔二氧化硅复合材料、环氧树脂和偶联剂发生聚合反应制得改性环氧树脂微胶囊；
（4）将碳化硼铝基复合材料和改性环氧树脂微胶囊进行机械搅拌，搅拌速度为2000-4000r/min；
（5）将步骤（4）中的物质通过乳化剂进行乳化作用制得细小颗粒；
（6）将步骤（5）中的细小颗粒和纳米氧化铋颗粒固化成型；
（7）将步骤（6）中的物质进行热压成型制得耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料。
6.根据权利要求5所述的一种耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料制备方法，其特征在于：步骤（2）中聚二甲基硅氧烷和介孔二氧化硅复合反应为溶液共混法。
7.根据权利要求6所述的一种耐高温硼硅树脂中子屏蔽材料制备方法，其特征在于：所述乳化剂为阿拉伯胶和十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种的混合。
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