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一种柔性钨基复合屏蔽材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种柔性钨基复合屏蔽材料及制备方法，包括如下质量百分比组分：钨粉60％‑90％，碳化硼粉0％‑2％，其余为甲基硅橡胶。本发明采用钨作为屏蔽主体材料，能够避免屏蔽材料对环境的污染和对使用者健康产生不利影响；通过对屏蔽物质成分的选取，能够提高整体屏蔽性能，得到的屏蔽材料具有良好屏蔽性能和力学性能。

Description

一种柔性钨基复合屏蔽材料及制备方法
技术领域
本发明涉及屏蔽材料领域，具体涉及一种柔性钨基复合屏蔽材料设计及制备方法。
背景技术
为保护人员和环境的安全，我国广泛应用铅作为反应堆的一种辐射屏蔽材料。铅作为辐射屏蔽材料的主要优点是：密度较大、价格较便宜、容易制备。和铅相比，钨的密度更大，屏蔽性能更好，作为辐射屏蔽材料具有很大优势。
铅是一种有毒重金属，对人体和环境生物危害极大，铅的储存、加工、运输、使用等环节都会产生铅尘或铅蒸汽，从而污染环境。此外，铅对于能量位于40keV-80keV之间的射线存在一个“吸收薄弱区”，作为X射线屏蔽不太理想。
发明内容
本发明为了解决现有技术存在的上述问题，提供了一种柔性钨基复合屏蔽材料及制备方法，采用钨作为屏蔽主体材料，能够避免屏蔽材料对环境的污染和对使用者健康产生不利影响；通过对屏蔽物质成分的设计，能够提高整体屏蔽性能，得到的屏蔽材料具有良好屏蔽性能和力学性能。
本发明通过下述技术方案实现：
一种柔性钨基复合屏蔽材料，包括钨粉、碳化硼粉和甲基硅橡胶。
本发明的屏蔽材料，钨的主要作用是用来屏蔽高能X射线或伽马射线，碳化硼用来屏蔽热中子，而甲基硅橡胶则主要是用来改善屏蔽材料的柔性。
包括如下质量百分比组分：钨粉60％-90％，碳化硼粉0％-2％，其余为甲基硅橡胶。
包括如下质量百分比组分：钨粉60％，碳化硼粉2％，甲基硅橡胶38％。
包括如下质量百分比组分：钨粉70％，碳化硼粉2％，甲基硅橡胶28％。
包括如下质量百分比组分：钨粉80％，碳化硼粉2％，甲基硅橡胶18％。
包括如下质量百分比组分：钨粉90％，碳化硼粉2％，甲基硅橡胶8％。
复合屏蔽材料密度为2.41g/cm3-7.38g/cm3。
一种柔性钨基复合屏蔽材料的制备方法，包括如下步骤：1)混粉：采对钨粉、碳化硼粉末进行混合；2)炼胶：采用密炼机或开炼机对甲基硅橡胶、助剂、钨粉、碳化硼粉进行密炼；3)硫化成形：将炼好的胶，直接放入硫化设备成形得半成品；4)二次硫化：将半成品送入二次硫化设备烘烤。
步骤3)中，硫化反应温度为160℃，硫化反应时间为12min，硫化压力为20MPa。
所述助剂包括补强剂和耐热助剂，甲基硅橡胶选用使用温度范围能够达到150℃以上的。
本发明以金属钨作为主体屏蔽材料，硅橡胶作为基体材料，采用本发明独特的配方，制备出柔性钨基复合屏蔽材料，该材料屏蔽性能好，且具有一定柔性；另外，该材料还具有可塑性好、无屏蔽薄弱区，质量轻等特点，可根据需要作为放射性射线操作防护服、管道及设备包裹材料等。
本发明具有以下有益效果：
1、发明一种柔性钨基复合屏蔽材料及制备方法，能够避免屏蔽材料对环境的污染和对使用者健康产生不利影响；通过对屏蔽物质成分的选取，能够提高整体屏蔽性能，得到的屏蔽材料具有良好屏蔽性能和力学性能；
2、发明一种柔性钨基复合屏蔽材料及制备方法，提供了一种柔韧性好、屏蔽性能好的屏蔽材料，材料的屏蔽性能和柔性可通过不同材料成分配比实现，可制成硬度和弹性可调的复合材料，以得到符合不同场合对“软、硬质”无铅屏蔽材料的需求，硬度可控范围为邵氏硬度30-47HA之间，主要解决在放射性区域操作时，操作人员对于不同区域使用的屏蔽材料有不同屏蔽效果和柔韧性的需求，可用于对管道和设备的屏蔽防护及人员防护服的加工；
3、发明一种柔性钨基复合屏蔽材料及制备方法，具有优异的理化性能和良好的屏蔽性能，断裂伸长率能够达到180％-350％，可屏蔽1keV-1.5MeV范围的X射线、伽马射线，屏蔽能量范围大；
4、发明一种柔性钨基复合屏蔽材料及制备方法，对伽马及中子屏蔽性能良好、环保无公害、韧性及结构适应性极好，能够用于核电医疗等领域，并且不会产生有害物质，使用场所不受限制。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
发明一种柔性钨基复合屏蔽材料及制备方法，包括如下步骤：
1)将60份钨粉及2份碳化硼粉末进行混粉；
2)采用密炼机或开炼机对38份甲基硅橡胶、少许助剂、钨粉、碳化硼粉进行密炼；
3)将混炼好的无铅橡胶基弹性屏蔽材料放入硫化设备，在温度160℃的条件下进行硫化反应12分钟左右，硫化产品冷却后即为半成品；
4)将半成品送入二次硫化设备烘烤，二次硫化的的半成品，采用切边机切除毛边，使其尺寸符合产品要求。
经测试，制备得到的5mm厚该材料密度为2.52g/cm3，断裂伸长率为330％，邵氏硬度为32HA，60Co放射源屏蔽测试表明铅当量为1.292mmPb，137Cs放射源屏蔽测试表明铅当量为1.143mmPb。
实施例2
1)将80份钨粉及2份碳化硼粉末进行混粉；
2)采用密炼机或开炼机对18份甲基硅橡胶、少许助剂、钨粉、碳化硼粉进行密炼；
3)将混炼好的无铅橡胶基弹性屏蔽材料放入硫化设备，在温度160℃的条件下进行硫化反应12分钟左右，硫化产品冷却后即为半成品；
4)将半成品送入二次硫化设备烘烤，二次硫化的半成品，采用切边机切除毛边，使其尺寸符合产品要求；
经测试，制备得到的5mm厚该材料密度为4.64g/cm3，断裂伸长率为270％，邵氏硬度为45HA，60Co放射源屏蔽测试表明铅当量为2.196mmPb，137Cs放射源屏蔽测试表明铅当量为2.115mmPb。
实施例3
1)将70份钨粉及2份碳化硼粉末进行混粉；
2)采用密炼机或开炼机对28份甲基硅橡胶、少许助剂、钨粉、碳化硼粉进行密炼；
3)将混炼好的无铅橡胶基弹性屏蔽材料放入硫化设备，在温度160℃的条件下进行硫化反应12分钟左右，硫化产品冷却后即为半成品；
4)将半成品送入二次硫化设备烘烤，二次硫化的半成品，采用切边机切除毛边，使其尺寸符合产品要求；
经测试，制备得到的5mm厚该材料密度为3.29g/cm3，断裂伸长率为320％，邵氏硬度为36HA，60Co放射源屏蔽测试表明铅当量为1.744mmPb，137Cs放射源屏蔽测试表明铅当量为1.466mmPb。
实施例4
1)将90份钨粉及2份碳化硼粉末进行混粉；
2)采用密炼机或开炼机对8份甲基硅橡胶、少许助剂、钨粉、碳化硼粉进行密炼；
3)将混炼好的无铅橡胶基弹性屏蔽材料放入硫化设备，在温度160℃的条件下进行硫化反应12分钟左右，硫化产品冷却后即为半成品；
4)将半成品送入二次硫化设备烘烤，二次硫化的半成品，采用切边机切除毛边，使其尺寸符合产品要求；
经测试，制备得到的5mm厚该材料密度为5.67g/cm3，断裂伸长率为167％，邵氏硬度为47HA，60Co放射源屏蔽测试表明铅当量为2.851mmPb，137Cs放射源屏蔽测试表明铅当量为2.597mmPb。
从上述结果可以看出，本发明实施例1-4制得的屏蔽材料经过恒温硬度测试、恒温拉力测试、屏蔽实验后，具有如下性能数据：
本发明材料密度在2.41g/cm3-7.38g/cm3之间，硬度可控范围邵氏硬度为30-47HA，断裂伸长率在180％-350％，对于60Co源放出能量为1.173MeV及1.332MeV的伽马射线，5mm厚该材料的铅当量在1.264-3.490mmPb之间，对于137Cs源放出能量为0.662MeV的伽马射线，5mm厚该材料的铅当量在1.100-3.392mmPb之间。中子输运计算显示，当板材含有质量分数为2％的碳化硼时，5mm材料样品对于能量为0.625eV的热中子衰减系数均大于0.9。同时，从材料成分配比及测试结果可以看出，钨含量越高，其密度越大，铅当量越大。
材料其他性能指标依照GB16363-1996《X射线防护材料屏蔽性能及检测方法》测试，也完全满足射线防护材料屏蔽性能国家标准要求。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性钨基复合屏蔽材料，其特征在于，主要材料成分包括钨粉、碳化硼粉和甲基硅橡胶。
2.根据权利要求1所述的一种柔性钨基复合屏蔽材料，其特征在于，包括如下质量百分比组分：钨粉60％-90％，碳化硼粉0％-2％，其余为甲基硅橡胶。
3.根据权利要求1所述的一种柔性钨基复合屏蔽材料，其特征在于，包括如下质量百分比组分：钨粉60％，碳化硼粉2％，甲基硅橡胶38％。
4.根据权利要求1所述的一种柔性钨基复合屏蔽材料，其特征在于，包括如下质量百分比组分：钨粉70％，碳化硼粉2％，甲基硅橡胶28％。
5.根据权利要求1所述的一种柔性钨基复合屏蔽材料，其特征在于，包括如下质量百分比组分：钨粉80％，碳化硼粉2％，甲基硅橡胶18％。
6.根据权利要求1所述的一种柔性钨基复合屏蔽材料，其特征在于，包括如下质量百分比组分：钨粉90％，碳化硼粉2％，甲基硅橡胶8％。
7.根据权利要求1所述的一种柔性钨基复合屏蔽材料，其特征在于，复合屏蔽材料密度为2.41g/cm3-7.38g/cm3。
8.一种柔性钨基复合屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)混粉：采对钨粉、碳化硼粉末进行混合；2)炼胶：采用密炼机或开炼机对甲基硅橡胶、助剂、钨粉、碳化硼粉进行密炼；3)硫化成形：将炼好的胶，直接放入硫化设备成形得半成品；4)二次硫化：将半成品送入二次硫化设备烘烤。
9.根据权利要求8所述的一种柔性钨基复合屏蔽材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中，硫化反应温度为160℃，硫化反应时间为12min，硫化压力为20MPa。
10.根据权利要求8所述的一种柔性钨基复合屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述助剂包括补强剂和耐热助剂。
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