CN117736552A - 环氧树脂基组合物及其制备方法、中子屏蔽材料及其制备方法和应用 - Google Patents
环氧树脂基组合物及其制备方法、中子屏蔽材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117736552A CN117736552A CN202311625527.9A CN202311625527A CN117736552A CN 117736552 A CN117736552 A CN 117736552A CN 202311625527 A CN202311625527 A CN 202311625527A CN 117736552 A CN117736552 A CN 117736552A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- epoxy resin
- parts
- based composition
- curing agent
- flame retardant
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 title claims abstract description 113
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 title claims abstract description 113
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 90
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 claims abstract description 50
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000002915 spent fuel radioactive waste Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 25
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 15
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 15
- 150000004982 aromatic amines Chemical class 0.000 claims description 12
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 claims description 9
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 9
- 150000008064 anhydrides Chemical class 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- LGRFSURHDFAFJT-UHFFFAOYSA-N Phthalic anhydride Natural products C1=CC=C2C(=O)OC(=O)C2=C1 LGRFSURHDFAFJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910007948 ZrB2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- VWZIXVXBCBBRGP-UHFFFAOYSA-N boron;zirconium Chemical compound B#[Zr]#B VWZIXVXBCBBRGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- JHIWVOJDXOSYLW-UHFFFAOYSA-N butyl 2,2-difluorocyclopropane-1-carboxylate Chemical compound CCCCOC(=O)C1CC1(F)F JHIWVOJDXOSYLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229940075613 gadolinium oxide Drugs 0.000 claims description 4
- 229910001938 gadolinium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 1,3-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=CC(N)=C1 WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- MQJKPEGWNLWLTK-UHFFFAOYSA-N Dapsone Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1S(=O)(=O)C1=CC=C(N)C=C1 MQJKPEGWNLWLTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZZTCPWRAHWXWCH-UHFFFAOYSA-N diphenylmethanediamine Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(N)(N)C1=CC=CC=C1 ZZTCPWRAHWXWCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229940018564 m-phenylenediamine Drugs 0.000 claims description 3
- FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N maleic anhydride Chemical compound O=C1OC(=O)C=C1 FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- AUHHYELHRWCWEZ-UHFFFAOYSA-N tetrachlorophthalic anhydride Chemical compound ClC1=C(Cl)C(Cl)=C2C(=O)OC(=O)C2=C1Cl AUHHYELHRWCWEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000008065 acid anhydrides Chemical class 0.000 claims 1
- -1 aromatic ether diamine Chemical class 0.000 claims 1
- 150000004985 diamines Chemical class 0.000 claims 1
- 229920000090 poly(aryl ether) Polymers 0.000 claims 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 abstract description 4
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 abstract description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N bisphenol A Chemical class C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 8
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 7
- 239000004841 bisphenol A epoxy resin Substances 0.000 description 7
- DWSWCPPGLRSPIT-UHFFFAOYSA-N benzo[c][2,1]benzoxaphosphinin-6-ium 6-oxide Chemical compound C1=CC=C2[P+](=O)OC3=CC=CC=C3C2=C1 DWSWCPPGLRSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000004843 novolac epoxy resin Substances 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 4
- HECLRDQVFMWTQS-RGOKHQFPSA-N 1755-01-7 Chemical compound C1[C@H]2[C@@H]3CC=C[C@@H]3[C@@H]1C=C2 HECLRDQVFMWTQS-RGOKHQFPSA-N 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- LNYYKKTXWBNIOO-UHFFFAOYSA-N 3-oxabicyclo[3.3.1]nona-1(9),5,7-triene-2,4-dione Chemical compound C1=CC(C(=O)OC2=O)=CC2=C1 LNYYKKTXWBNIOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 2
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 239000004114 Ammonium polyphosphate Substances 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XSAOTYCWGCRGCP-UHFFFAOYSA-K aluminum;diethylphosphinate Chemical compound [Al+3].CCP([O-])(=O)CC.CCP([O-])(=O)CC.CCP([O-])(=O)CC XSAOTYCWGCRGCP-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 235000019826 ammonium polyphosphate Nutrition 0.000 description 1
- 229920001276 ammonium polyphosphate Polymers 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Epoxy Resins (AREA)
Abstract
本申请属于中子屏蔽材料技术领域,具体涉及一种环氧树脂基组合物及其制备方法、中子屏蔽材料及其制备方法和应用。本申请通过选用有机阻燃剂与特定的环氧树脂基体按照一定比例复配,并辅以固化剂,能够保证环氧树脂基组合物交联密度,使其具备优异的阻燃性能。同时,有机阻燃剂和环氧树脂基体的协同作用,能够为环氧树脂基组合物提供较高的氢含量,使其对快中子具备优异的慢化效果。此外,本申请提供的环氧树脂基组合物各组分均匀性优异,粘度较低,可实现乏燃料运输容器的随型制造。
Description
技术领域
本申请涉及中子屏蔽材料技术领域,具体涉及一种环氧树脂基组合物及其制备方法、中子屏蔽材料及其制备方法和应用。
背景技术
中子是原子核的基本粒子之一,其具有较高的速度能使物质发生电离,产生放射性辐射,因此被广泛应用于国防科研、放射医学和原子能工业等领域。
核电机组投入运行过程中,会产生大量的中、低放射性核废料,这些废料统称为乏燃料。乏燃料须通过运输转移至乏燃料处理厂进行后处理。在运输的过程中,需要特制的乏燃料运输容器,以屏蔽乏燃料产生的辐射。乏燃料运输容器包括内壳和外壳,以及浇注于内壳和外壳之间的中子屏蔽材料,因此中子屏蔽材料要有较低的粘度,以方便浇注。同时,乏燃料具有一定的放射性,会不断产生衰变热,因此中子屏蔽材料须具备优异的阻燃性能,以满足中子屏蔽材料长时间稳定地在高温和高辐射环境下的工作需求。但现有的中子屏蔽材料存在粘度高、不易浇注且耐燃性能差的缺点。
发明内容
基于此,本申请提供一种环氧树脂基组合物及其制备方法、中子屏蔽材料及其制备方法和应用。本申请提供的环氧树脂基组合物兼备粘度低和阻燃性能优异的优点,能够较好地满足中子屏蔽材料的需求。
本申请的第一方面,提供一种环氧树脂基组合物,以重量份数计,包括以下组分:
环氧树脂基体 60份~70份、
固化剂 15份~20份、
有机阻燃剂 10份~15份,以及
中子吸收剂 0.5份~2份;
所述环氧树脂基体包括第一基体和第二基体,所述第一基体包括式(1-1)~式(1-2)中的一种或多种:
以及
;
所述第二基体包括式(1-3)~式(1-4)中的一种或多种:
以及/>;其中,m1、m2、m3和m4均为整数。
在其中一个实施例中,所述环氧树脂基体包括质量比为(1~4):(10~12)的第一基体和第二基体。
在其中一个实施例中,所述有机阻燃剂包括式(2-1)~式(2-6)中的一种或多种:
、/>、/>、
、/>以及
,其中,n为整数,且n<20。
在其中一个实施例中,所述的环氧树脂基组合物,以重量份数计,包括以下组分:
第一基体 5份~20份、
第二基体 65份~50份、
固化剂 15份~20份、
有机阻燃剂 10份~15份,以及
中子吸收剂 0.5份~2份。
在其中一个实施例中,所述固化剂包括酸酐类固化剂和芳香胺类固化剂中的一种或多种。
在其中一个实施例中,所述酸酐类固化剂包括邻苯二甲酸酐 、偏苯二甲酸酐、均苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐和四氯苯酐中的一种或多种。
在其中一个实施例中,所述芳香胺类固化剂包括间苯二胺、二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯砜、芳醚二胺和聚芳醚二胺中的一种或多种。
在其中一个实施例中,所述中子吸收剂包括氧化钇、氧化钆、碳化硼、二硼化锆和二硼化钛中的一种或多种。
在其中一个实施例中,所述中子吸收剂的D50粒径为2μm~30μm。
在其中一个实施例中,所述环氧树脂基组合物的氧指数≥30。
本申请的第二方面,提供一种本申请第一方面任一实施例所述的环氧树脂基组合物的制备方法,包括以下步骤:
按照重量份数,于60℃~80℃的条件下,混合所述环氧树脂基体、所述固化剂、所述有机阻燃剂以及所述中子吸收剂,制备所述环氧树脂基组合物。
本申请的第三方面,提供一种中子屏蔽材料,包括本申请第一方面任一项实施例所述的环氧树脂基组合物。
本申请的第四方面,提供一种中子屏蔽材料的制备方法,包括以下步骤:
提供本申请第一方面任一项实施例所述的环氧树脂基组合物;
将所述环氧树脂基组合物固化后,制备所述中子屏蔽材料。
在其中一个实施例中,所述固化的工艺参数包括:于90℃~110℃的条件下进行初步固化,于170℃~200℃的条件下进行二次固化。
本申请的第五方面,提供一种乏燃料运输容器,包括本申请第三方面所述的中子屏蔽材料。
本申请通过选用特定的环氧树脂基体与有机阻燃剂按照一定比例复配,并辅以固化剂,能够保证环氧树脂基组合物交联密度,使其具备优异的阻燃性能。同时,有机阻燃剂和环氧树脂基体的协同作用,能够为环氧树脂基组合物提供较高的氢含量,使其对快中子具备优异的慢化效果。此外,本申请提供的环氧树脂基组合物各组分均匀性优异,粘度较低,可实现乏燃料运输容器的随型制造。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本申请的酚醛环氧树脂组合物及其制备方法、中子屏蔽材料、乏燃料运输容器作进一步完整、清楚的描述。本申请可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反地,提供这些实施方式的目的是使对本申请公开内容理解更加透彻全面。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请。
本文中,“一种或多种”指所列项目的任一种、任两种或任两种以上。
本申请中,“第一方面”、“第二方面”、“第三方面”、“第四方面”、“第五方面”等仅用于描述目的,不能理解为指示或暗示相对重要性或数量,也不能理解为隐含指明所指示的技术特征的重要性或数量。而且“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等仅起到非穷举式的列举描述目的,应当理解并不构成对数量的封闭式限定。
本申请中,以开放式描述的技术特征中,包括所列举特征组成的封闭式技术方案,也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本申请中,涉及到数值区间,如无特别说明,上述数值区间内视为连续,且包括该范围的最小值及最大值,以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地,当范围是指整数时,包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外,当提供多个范围描述特征或特性时,可以合并该范围。换言之,除非另有指明,否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
本申请中涉及的百分比含量,如无特别说明,对于固液混合和固相-固相混合均指质量百分比,对于液相-液相混合指体积百分比。
本申请中涉及的百分比浓度,如无特别说明,均指终浓度。所述终浓度,指添加成分在添加该成分后的体系中的占比。
本申请中的温度参数,如无特别限定,既允许为恒温处理,也允许在一定温度区间内进行处理。所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。
本申请中,取代基相连的单键贯穿相应的环,表述该取代基可与环的任选位置连接,例如中R与苯环的任一可取代位点相连,且R的官能团不限于1个。例如,“/>”指苯环上含有1~6个R官能团。合适的实例包括但不限于:/>、/>、/>、/>、、/>、/>、/>或/>。
本申请的第一方面,提供一种环氧树脂基组合物,以重量份数计,包括以下组分:
环氧树脂基体 60份~70份、
固化剂 15份~20份、
有机阻燃剂 10份~15份,以及
中子吸收剂 0.5份~2份。
可以理解地,本申请中环氧树脂基体的重量份数可以选自60份~70份之间的任意数值。具体地,环氧树脂基体的重量份数包括但不限于60份、62份、64份、65份、66份、68份或70份。固化剂的重量份数可以选自15份~20份之间的任意数值。具体地,固化剂的重量份数包括但不限于15份、16份、17份、18份、19份或20份。有机阻燃剂的重量份数可以选自10份~15份之间的任意数值。具体地,有机阻燃剂的重量份数包括但不限于10份、11份、12份、13份、14份或15份。中子吸收剂的重量份数可以选自0.5份~2份之间的任意数值。具体地,中子吸收剂的重量份数包括但不限于0.5份、0.8份、1份、1.2份、1.5份、1.8份或2份。
本申请通过选用有机阻燃剂与特定的环氧树脂基体按照一定比例复配,并辅以固化剂,能够保证环氧树脂基组合物交联密度,使其具备优异的阻燃性能。同时,有机阻燃剂和环氧树脂基体的协同作用,能够为环氧树脂基组合物提供较高的氢含量,使其对快中子具备优异的慢化效果。此外,本申请提供的环氧树脂基组合物各组分均匀性优异,粘度较低,可实现乏燃料运输容器的随型制造。
在其中一个示例中,所述环氧树脂基体包括第一基体。其中,所述第一基体包括
以及
。本申请中,氢化双酚A环氧树脂和双环戊二烯苯酚型环氧树脂具有较高的中子截面积,使其能够吸收或散射更多的中子,提高屏蔽效果。同时,本申请选用的氢化双酚A环氧树脂和双环戊二烯苯酚型环氧树脂与固化剂以及有机阻燃剂均具备优异的相容性,使本申请提供的环氧树脂基组合物兼备粘度低和阻燃性能优异的优点。
在其中一个示例中,式(1-1)所示结构的第一基体的环氧值为200 eq/100g~240eq/100g。
在其中一个示例中,式(1-2)所示结构的第一基体的环氧值为170 eq/100g~190eq/100g。
优选地,所述环氧树脂基体包括质量比为(1~4):(10~12)的第一基体和第二基体。可以理解地,本申请中第一基体和第二基体的质量比可以选自(1~4):(10~12)之间的任意数值。具体地,第一基体和第二基体的质量比包括但不限于1:10、2:10、3:10、4:10、1.4:10或3.4:12。本申请通过选用第一基体和第二基体进行复配使用,能够增强环氧树脂基体的可塑性,进一步提高环氧树脂基组合物的阻燃性能。
所述第一基体包括式(1-1)~式(1-2)中的一种或多种:
以及
;
所述第二基体包括式(1-3)~式(1-4)中的一种或多种:
以及/>;其中,m1、m2、m3和m4均为整数。
在其中一个示例中,式(1-3)所示结构的第二基体的环氧值为160eq/100g~180eq/100g。
在其中一个示例中,式(1-4)所示结构的第二基体的环氧值为190g/eq~220g/eq。
在其中一个示例中,所述有机阻燃剂包括式(2-1)~式(2-6)中的一种或多种:
、/>、/>、
、/>以及
,其中,n<20。
上述阻燃剂与环氧树脂基体之间的配合有利于降低团聚现象,增加混合物的均匀性,提高中子屏蔽材料的耐辐射性能和阻燃性能。
可以理解地,本申请并不限定所选用的有机阻燃剂的型号,只要其中含有结构式(2-1)~(2-6)中的有效成分即可。合适的示例包括但不限于二乙基次膦酸铝阻燃剂、DOPO阻燃剂、MPP阻燃剂以及聚磷酸铵OP935阻燃剂。
优选地,所述环氧树脂基组合物,以重量份数计,包括以下组分:
第一基体 5份~20份、
第二基体 65份~50份、
固化剂 15份~20份、
有机阻燃剂 10份~15份,以及
中子吸收剂 0.5份~2份。
可以理解地,所述第一基体的重量份数可以选自5份~20份之间的任意数值。具体地,第一基体的重量份数包括但不限于5份、6份、8份、10份、12份、14份、16份、18份或20份。第二基体的重量份数包括但不限于65份、60份、55份或50份。
在其中一个示例中,所述固化剂包括酸酐类固化剂和芳香胺类固化剂中的一种或多种。
在其中一个示例中,所述酸酐类固化剂包括邻苯二甲酸酐、偏苯二甲酸酐、均苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐和四氯苯酐中的一种或多种。
在其中一个示例中,所述芳香胺类固化剂包括间苯二胺、二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯砜、芳醚二胺和聚芳醚二胺中的一种或多种。
在其中一个示例中,所述中子吸收剂包括氧化钇、氧化钆、碳化硼、二硼化锆和二硼化钛中的一种或多种。本申请提供的环氧树脂基体中具备较高的氢含量,使其对快中子具有良好的慢化效果,进而降低乏燃料释放中子的速度。进一步选用氧化钇、氧化钆、碳化硼、二硼化锆和二硼化钛作为中子吸收剂,能提高环氧树脂基组合物的吸收截面积,且能够增强入射射线与吸收截面的碰撞概率,进而对慢化后的中子形成有效吸收,以进一步提高组合物的屏蔽性能。
在其中一个示例中,所述中子吸收剂的D50粒径为2μm~30μm。可以理解地,中子吸收剂的D50粒径可以选自2μm~30μm之间的任意数值。具体地,中子吸收剂的D50粒径包括但不限于2μm、3μm、4μm、10μm、15μm、20μm、25μm或30μm。本申请选用D50粒径为2μm~30μm的中子吸收剂,能够有效避免中子吸收剂的粒径过大造成的分散不均,影响屏蔽性能,以及材料加工及存储过程中易沉降的缺点。同时还能够避免中子吸收剂的粒径过小,导致的材料成本升高,以及体系粘度增加的缺点。即本申请选用D50粒径为2μm~30μm的中子吸收剂,能够使中子吸收剂在组合物中分散均匀,不易沉降;且能够保证成本,降低组合物粘度,使组合物易于浇注。
在其中一个示例中,所述环氧树脂基组合物的氧指数≥30。本申请中,阻燃特性用氧指数表示,氧指数是指一定尺寸的材料(试片)装入试验装置中,在规定条件下,通入氧气和氮气的混合气体,将试片用点火器点燃,测定保持如蜡状持续燃烧所必须的最低氧浓度(以百分数来表示)。本申请提供的环氧树脂基组合物的氧指数≥30,具备优异的耐燃性能。
本申请的第二方面,提供一种本申请第一方面任一示例所述的环氧树脂基组合物的制备方法,包括以下步骤:
按照重量份数,于60℃~80℃的条件下,混合所述环氧树脂基体、所述固化剂、所述有机阻燃剂以及所述中子吸收剂,制备所述环氧树脂基组合物。
可以理解地,本申请中,混合的温度可以选自60℃~80℃之间的任意数值。具体地,混合的温度包括但不限于60℃、65℃、70℃、75℃、78℃或80℃。
在其中一个示例中,进行混合的转速为200r/min~300r/min。可以理解地,混合的转速可以选自200r/min~300r/min之间的任意数值。具体地,转速包括但不限于200r/min、220 r/min、230 r/min、250 r/min、270 r/min、280 r/min、290 r/min或300 r/min。
在其中一个示例中,进行搅拌的时间为30min~60min。可以理解地,进行搅拌的时间可以选自30min~60min之间的任意数值。具体地,进行搅拌的时间包括但不限于30min、35min、40 min、45 min、50 min、55 min或60 min。
本申请的第三方面,提供一种中子屏蔽材料,包括本申请第一方面任一项示例所述的环氧树脂基组合物。可以理解地,本申请第三方面提供的中子屏蔽材料具备本申请第一方面提供的环氧树脂基组合物的所有优点,在此不再赘述。
本申请的第四方面,提供一种中子屏蔽材料的制备方法,包括以下步骤:
提供本申请第一方面任一项示例所述的环氧树脂基组合物;
将所述环氧树脂基组合物固化后,制备所述中子屏蔽材料。
在其中一个示例中,所述固化的工艺参数包括:于90℃~110℃的条件下进行初步固化,于170℃~200℃的条件下进行二次固化。
可以理解地,初步固化的温度可以选自90℃~110℃之间的任意数值。具体地,初步固化的温度包括但不限于90℃、95℃、100℃、105℃或110℃。
本申请的第五方面,提供一种乏燃料运输容器,包括本申请第三方面所述的中子屏蔽材料。
可以理解地,本申请中,乏燃料运输容器的制备方法,包括以下步骤:
选取乏燃料运输容器的外壳和内壳;
将所述环氧树脂基组合物浇注于所述外壳和内壳之间、固化后,制备乏燃料运输容器。相应地,进行混合和固化的工艺参数如本申请第四方面所述的中子屏蔽材料的制备方法一致。
本申请通过选用有机阻燃剂与特定的环氧树脂基体按照一定比例复配,并辅以固化剂,能够保证环氧树脂基组合物交联密度,使其具备优异的阻燃性能。同时,有机阻燃剂和环氧树脂基体的协同作用,能够为环氧树脂基组合物提供较高的氢含量,使其对快中子具备优异的慢化效果。此外,本申请提供的环氧树脂基组合物各组分均匀性优异,粘度较低,可实现乏燃料运输容器的随型制造。
以下为具体的实施例,如无特别说明,实施例中采用的原料均为市售产品。
[树脂]
苯酚酚醛环氧树脂,型号:NPPN-631,购自:南亚;环氧当量:168 g/eq ~178g/eq;
氢化双酚A型环氧树脂,型号:TT700,购自:天太高新科技(广州)有限公司;环氧当量:208 g/eq ~233g/eq;
[固化剂]
芳香胺类固化剂,型号:JH-5290S,购自:深圳佳迪达新材料科技有限公司;
[阻燃剂]
DOPO阻燃剂,购自:江阴涵丰科技;
氮系高效阻燃剂,型号:MCA,购自:合肥中科阻燃新材料。
实施例1
本申请实施例1提供一种中子屏蔽材料及其制备方法,包括以下步骤:
(1)将7重量份的氢化双酚A型环氧树脂、60重量份的苯酚酚醛环氧树脂、17重量份的芳香胺类固化剂、15重量份的DOPO阻燃剂和1重量份的粒径为25μm的碳化硼粉末在100℃的油浴中,以300r/min的搅拌速度搅拌30min,制备环氧树脂基组合物;
(2)将环氧树脂基组合物浇注后,在105℃的温度下初步固化2h,在180℃的温度下二次固化4h,制备中子屏蔽材料。
实施例2
本申请实施例2提供一种中子屏蔽材料及其制备方法,包括以下步骤:
(1)将67重量份的氢化双酚A型环氧树脂、17重量份的芳香胺类固化剂、15重量份的DOPO阻燃剂和1重量份的粒径为25μm的碳化硼粉末在100℃的油浴中,以300r/min的搅拌速度搅拌30min,制备环氧树脂基组合物;
(2)将环氧树脂基组合物浇注后,在105℃的温度下初步固化2h,在180℃的温度下二次固化4h,制备中子屏蔽材料。
实施例3
本申请实施例3提供一种中子屏蔽材料及其制备方法,包括以下步骤:
(1)将7重量份的氢化双酚A型环氧树脂、60重量份的苯酚酚醛环氧树脂、17重量份的芳香胺类固化剂、15重量份的氢氧化镁(10μm)和1重量份的粒径为25μm的碳化硼粉末在100℃的油浴中,以300r/min的搅拌速度搅拌30min,制备环氧树脂基组合物;
(2)将环氧树脂基组合物浇注后,在105℃的温度下初步固化2h,在180℃的温度下二次固化4h,制备中子屏蔽材料。
对比例1
(1)将63重量份的苯酚酚醛环氧树脂、16重量份的芳香胺类固化剂、20重量份的氮系高效阻燃剂和1重量份的粒径为25μm的碳化硼粉末在100℃的油浴中,以300r/min的搅拌速度搅拌30min,制备环氧树脂基组合物;
(2)将环氧树脂基组合物浇注后,在105℃的温度下初步固化2h,在180℃的温度下二次固化4h,制备中子屏蔽材料。
对比例2
(1)将17重量份的氢化双酚A型环氧树脂、50重量份的苯酚酚醛环氧树脂、17重量份的芳香胺类固化剂、15重量份的DOPO阻燃剂和1重量份的粒径为25μm的碳化硼粉末在100℃的油浴中,以300r/min的搅拌速度搅拌30min,制备环氧树脂基组合物;
(2)将环氧树脂基组合物浇注后,在105℃的温度下初步固化2h,在180℃的温度下二次固化4h,制备中子屏蔽材料。
各实施例和对比例的制备原料以及制备参数如表1所示。
表1
实施例以及对比例中制备的中子屏蔽材料的测试方法或测试标准为:
(1)阻燃性能:材料的阻燃特性用氧指数表示,氧指数是指一定尺寸的材料(试片)装入试验装置中,在规定条件下,通入氧气和氮气的混合气体,将试片用点火器点燃,测定保持如蜡状持续燃烧所必须的最低氧浓度(以百分数来表示)。氧指数高于21%表示材料不容易燃烧,氧指数低于21%表示材料容易燃烧。
(2)耐辐射性能:压缩试样(10mm×10mm×4mm)经过累计中子注量1.5×1016 n/cm2和累计γ剂量750KGy辐照效应试验后,观察材料的裂纹和粉化现象。
(3)玻璃化转变温度:采用差示扫描量热仪(DSC)按标准GB/T 19466.1—2004、GB/T 19466.2—2004对屏蔽材料的玻璃化转变温度进行表征。实验在氮气氛围下(流速为20mL/min)用DSC 250 Tzero Technology(TA)进行。样品预先在真空干燥箱里干燥,干燥后取5~10 mg样品放进铝制坩埚中,程序设置温度范围为40~250 oC,样品首先从40 oC加热到250 oC,再以20 oC/min的速率冷却到40 oC,然后再以20 oC/min的速率升温到250 oC。玻璃化转变温度(Tg)由第二次加热冷却循环分析得到。
(4)氢含量:采用全自动元素分析仪(Eleemntar Vario EL cube,德国),开启氦气和氧气,氦气流量为220 mL/min,氧气流量为15mL/min,炉温1150℃。称取20mg左右样品,小心包于专用锡箔纸中放置进仪器进样盘,选择CHNS模式,待仪器分析结束,可获得氢元素含量。
实施例以及对比例中制备的中子屏蔽材料的测试结果如表2所示。
表2
由表2可见,本申请所提供的中子屏蔽材料的玻璃化转变温度≥148℃,氧指数≥30,能够满足实际使用需求,且能够进一步提高中子屏蔽材料的阻燃性能、耐辐射性能、氢含量;并能够降低中子屏蔽材料的粘度,使其具有优异的随型制造特性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,便于具体和详细地理解本申请的技术方案,但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。应当理解,本领域技术人员在本申请提供的技术方案的基础上,通过合乎逻辑的分析、推理或者有限的试验得到的技术方案,均在本申请所附权利要求的保护范围内。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准,说明书可以用于解释权利要求的内容。
Claims (14)
1.一种环氧树脂基组合物,其特征在于,以重量份数计,包括以下组分:
环氧树脂基体 60份~70份、
固化剂 15份~20份、
有机阻燃剂 10份~15份,以及
中子吸收剂 0.5份~2份;
所述环氧树脂基体包括第一基体和第二基体,
所述第一基体包括式(1-1)~式(1-2)中的一种或多种:
以及
;
所述第二基体包括式(1-3)~式(1-4)中的一种或多种:
以及/>;其中,m1、m2、m3和m4均为整数。
2.根据权利要求1所述的环氧树脂基组合物,其特征在于,所述环氧树脂基体包括质量比为(1~4):(10~12)的第一基体和第二基体。
3.根据权利要求1或2所述的环氧树脂基组合物,其特征在于,所述有机阻燃剂包括式(2-1)~式(2-6)中的一种或多种:
、/>、/>、
、/>以及
,其中,n为整数,且n<20。
4.根据权利要求2所述的环氧树脂基组合物,其特征在于,以重量份数计,包括以下组分:
第一基体 5份~20份、
第二基体 65份~50份、
固化剂 15份~20份、
有机阻燃剂 10份~15份,以及
中子吸收剂 0.5份~2份。
5.根据权利要求1或2所述的环氧树脂基组合物,其特征在于,所述固化剂包括酸酐类固化剂和芳香胺类固化剂中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的环氧树脂基组合物,其特征在于,所述固化剂具有如下特征中的一种或多种:
(1)所述酸酐类固化剂包括邻苯二甲酸酐、偏苯二甲酸酐、均苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐和四氯苯酐中的一种或多种;
(2)所述芳香胺类固化剂包括间苯二胺、二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯砜、芳醚二胺和聚芳醚二胺中的一种或多种。
7.根据权利要求1或2所述的环氧树脂基组合物,其特征在于,所述中子吸收剂包括氧化钇、氧化钆、碳化硼、二硼化锆和二硼化钛中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的环氧树脂基组合物,其特征在于,所述中子吸收剂的D50粒径为2μm~30μm。
9.根据权利要求1或2所述的环氧树脂基组合物,其特征在于,所述环氧树脂基组合物的氧指数≥30。
10.一种权利要求1~9任一项所述的环氧树脂基组合物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
按照重量份数,于60℃~80℃的条件下,混合所述环氧树脂基体、所述固化剂、所述有机阻燃剂以及所述中子吸收剂,制备所述环氧树脂基组合物。
11.一种中子屏蔽材料,其特征在于,通过权利要求1~9任一项所述的环氧树脂基组合物固化得到。
12.一种中子屏蔽材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
提供权利要求1~9任一项所述的环氧树脂基组合物;
将所述环氧树脂基组合物固化后,制备所述中子屏蔽材料。
13.根据权利要求12所述的中子屏蔽材料的制备方法,其特征在于,所述固化的工艺参数包括:于90℃~110℃的条件下进行初步固化,于170℃~200℃的条件下进行二次固化。
14.一种乏燃料运输容器,其特征在于,包括权利要求12所述的中子屏蔽材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311625527.9A CN117736552A (zh) | 2023-11-30 | 2023-11-30 | 环氧树脂基组合物及其制备方法、中子屏蔽材料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311625527.9A CN117736552A (zh) | 2023-11-30 | 2023-11-30 | 环氧树脂基组合物及其制备方法、中子屏蔽材料及其制备方法和应用 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117736552A true CN117736552A (zh) | 2024-03-22 |
Family
ID=90260037
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202311625527.9A Pending CN117736552A (zh) | 2023-11-30 | 2023-11-30 | 环氧树脂基组合物及其制备方法、中子屏蔽材料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN117736552A (zh) |
-
2023
- 2023-11-30 CN CN202311625527.9A patent/CN117736552A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1321423C (zh) | 容器、中子屏蔽体用组合物和中子屏蔽体制造法 | |
CN105482225B (zh) | 一种防核辐射稀土复合材料及其制备方法 | |
CN108335771B (zh) | 中子屏蔽材料及其制备方法 | |
CN107342113A (zh) | 一种耐高温耐辐照无机屏蔽材料 | |
CN106317784A (zh) | 一种多官能环氧树脂基辐射防护复合材料及其制备方法 | |
CN101302367B (zh) | 防中子快干腻子 | |
CN110619969B (zh) | 一种辐射屏蔽容器及其制备方法 | |
CN110981361A (zh) | 一种高h元素含量防辐射混凝土及其制备方法 | |
CN117736552A (zh) | 环氧树脂基组合物及其制备方法、中子屏蔽材料及其制备方法和应用 | |
WO2019200386A1 (en) | Neutron shielding and absorption materials | |
CN108148351B (zh) | 辐射防护材料 | |
KR20120132854A (ko) | 발포 금속을 함유하는 중성자 차폐체용 조성물 | |
CN108084665A (zh) | 一种环氧树脂基中子屏蔽材料及其制备方法 | |
WO2005076287A1 (ja) | 中性子遮蔽材用組成物、遮蔽材、容器 | |
CN117624843A (zh) | 酚醛环氧树脂组合物及其制备方法、中子屏蔽材料、乏燃料运输容器 | |
JP2003050295A (ja) | 中性子遮蔽材用組成物、遮蔽材及び容器 | |
CN117736538A (zh) | 环氧树脂基复合材料及其制备方法、中子屏蔽材料、乏燃料干式贮存设备 | |
JPH0827388B2 (ja) | 耐熱放射線遮蔽材 | |
CN109317598A (zh) | 一种环保型低烟气湿态覆膜砂及其制备方法 | |
JPS5933874B2 (ja) | 中性子遮蔽材 | |
KR101132322B1 (ko) | 차폐성능이 우수한 고강도 난연성 중성자 차폐재 및 그 제조방법 | |
JP2520978B2 (ja) | 放射線遮蔽材 | |
CN113773020A (zh) | 一种固化剂、制备方法及可燃技术废物的处理方法 | |
CN109592961B (zh) | 一种耐高温含硼锶磷铝酸盐水泥基核电混凝土 | |
CN108439836B (zh) | 一种用于防辐射砂浆、混凝土的重构铬渣粉及制备、应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |