RU2632932C1 - Композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для комбинированной радио и радиационной защиты, наполненный пентаборидом дивольфрама и техническим углеродом - Google Patents
Композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для комбинированной радио и радиационной защиты, наполненный пентаборидом дивольфрама и техническим углеродом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2632932C1 RU2632932C1 RU2016148879A RU2016148879A RU2632932C1 RU 2632932 C1 RU2632932 C1 RU 2632932C1 RU 2016148879 A RU2016148879 A RU 2016148879A RU 2016148879 A RU2016148879 A RU 2016148879A RU 2632932 C1 RU2632932 C1 RU 2632932C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pentaboride
- molecular weight
- composite material
- weight polyethylene
- ultrahigh molecular
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F1/00—Shielding characterised by the composition of the materials
- G21F1/02—Selection of uniform shielding materials
- G21F1/10—Organic substances; Dispersions in organic carriers
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области защиты от ионизирующего и сверхвысокочастотного излучения. Предлагаемый композиционный материал состоит из: сверхвысокомолекулярного полиэтилена - 50-75 масс.%, пентаборида дивольфрама - 20-30 масс.% и технического углерода УМ-76 - 5-20 масс.%. Изобретение позволяет комбинировать свойства поглощения гамма-, нейтронного и электромагнитного излучения. 3 табл., 1 ил.
Description
Изобретение относится к композиционным материалам, обладающим комбинированными свойствами по защите от гамма-, нейтронного и электромагнитного излучения, в частности к материалам на основе полимерного связующего, в качестве которого используется сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ), наполненный радио- и радиационно-защитными неорганическими компонентами. Изобретение может быть использовано для изготовления изделий, применяемых в средствах индивидуальной защиты медицинских и аварийно-спасательных служб, а также в атомной, авиакосмической, атомной отраслях промышленности и в медицине. Особенностью данного материала является способность поглощения быстрых нейтронов полимерной матрицей, которые впоследствии затормаживаются до тепловых нейтронов, в свою очередь пентаборид дивольфрама обладает способностью поглощения тепловых нейтронов и гамма-квантов, а технический углерод, образуя пространственную токопроводящую сеть, поглощает электромагнитное излучение.
Известен многослойный композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения (RU 2529494 C1, опубл. 27.09.2014), состоящий из полимерной основы с распределенными в ней частицами сплава системы Fe-Cu-Nb-Si-B. Данный материал отличается тем, что он представляет собой многослойную конструкцию, каждый слой которой выполнен из указанного состава, а содержание частиц сплава в каждом слое составляет 70-90 масс. % и ограничено определенным диапазоном размеров частиц из непрерывного ряда 1-200 мкм с увеличением размерности частиц в каждом последующем слое. Совмещение однослойных композитов в многослойную структуру осуществляется с помощью специальных колландров, обеспечивающих требуемую механическую прочность композиции.
Недостатками данного материала являются:
- сложность конструкции, так как многослойные материалы теряют свои механические свойства по сравнению с монолитными образцами;
- материал не защищает от нейтронного и гамма-излучения.
Известна рентгенозащитная композиция (RU 2415485 C1, опубл. 27.03.2011), содержащая эпоксидное связующее, отвердитель, в качестве которого используется полиаминоамидная смола с аминным числом 280-310 мг КОН/г, и экранирующий порошкообразный наполнитель в виде смеси оксидов кадмия, церия, гадолиния, иттербия и висмута при следующем соотношении компонентов, масс. %: эпоксидное связующее 14,0-17,0; полиаминоамидная смола 10,0-12,0; кадмия оксид 31,0-32,0; церия оксид 31,5-33,0; гадолиния оксид 5,0-6,0; иттербия оксид 0,5-1,0; висмута оксид 3,0-4,0.
Недостатками данного материала являются:
- неспособность защищать на более высоких энергиях;
- не защищает от электромагнитного излучения.
Прототипом является полимерная композиция для радиационной защиты электронных приборов (RU 2530002 C2, опубл 10.10.2014), содержащая полимерное связующее, литий и бор в качестве экранирующих наполнителей (агентов), которая может быть использована для изготовления защитных материалов для биологической защиты, в качестве теневой защиты ядерных энергетических установок, аппаратуры ядерно-опасных объектов. Заявленная композиция содержит в качестве связующего полипропилен и/или полиэтилен, а литий и бор в составе соединения тетрагидридобората лития (ТГБЛ), капсулированного при следующем соотношении ингредиентов, % масс: порошкообразный экранирующий наполнитель - тетрагидридоборат лития не более 5, полиэтилен и/или полипропилен остальное.
Отличием является полимерная матрица и невозможность поглощения электромагнитного излучения.
Технический результат изобретения заключается в комбинации свойств, таких как поглощение гамма-, нейтронного и электромагнитного излучения за счет введения в полимерную матрицу (поглотитель быстрых нейтронов) порошка, состоящего из соединения бора и вольфрама (поглотитель гамма-квантов и тепловых нейтронов) и углеродного компонента (поглотитель электромагнитного излучения). При этом достигается низкий коэффициент потерь на отражение и увеличение коэффициента потерь на поглощение электромагнитного излучения, что является необходимым параметром.
Технический результат достигается следующим образом.
Радио-, радиационно-защитный материал на полимерной основе содержит сверхвысокомолекулярный полиэтилен в качестве матрицы, наполненный порошком пентаборида дивольфрама и технического углерода при следующем соотношении компонентов, масс. %:
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен | 50-75 |
Пентаборид дивольфрама | 20-30 |
Технический углерод марки УМ-76 | 5-20 |
Изображением поясняется равномерное распределение и хорошее адгезионное взаимодействие наполнителей с полимерной матрицей.
В предлагаемом материале комбинирование свойств по поглощению гамма-, нейтронного и электромагнитного излучения достигается за счет введенного в композит порошка пентаборида дивольфрама с размером частиц 10-20 мкм и технического углерода дисперсностью 5-10 нм. Введение порошка пентаборида дивольфрама в количестве 20-30 масс. % обеспечивает высокий коэффициент поглощения гамма- (200 кэВ - 1,4 МэВ) и нейтронного излучения (Кγ=1,488-1,028 и Kn=4,8-6,13). Введение технического углерода в количестве 5-20 масс. % способствует высокому уровню поглощающих свойств электромагнитного излучения. Эффективное распределение наполнителей в объеме полимерной матрицы обеспечивается за счет ступенчатого введения наполнителей в ходе механического синтеза в высокоэнергетических планетарных мельницах с металлическими мелящими телами. Получение готового продукта необходимой формы из композиции осуществляется методом термопрессования при температуре 170-190°C. Композиционный материал податлив механической обработке, поэтому конечный продукт может изготавливаться практически любой сложной формы.
Возможность промышленной применимости предлагаемого материала и его использования в качестве радио-, радиационно-защитного материала подтверждается следующим примером реализации.
Пример.
В качестве исходных материалов использовались сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) марки GUR 4120, пентаборид дивольфрама (W2B5) с размером частиц 20-30 мкм и порошок технического углерода марки УМ-76, полученный термоокислительным разложением высокоароматизированного сырья и с размером частиц 5-10 нм.
Порошки СВМПЭ, пентаборида дивольфрама и технического углерода проходят предварительную сушку при температуре 110°C. Затем в металлические барабаны планетарной мельницы FRITSCH Pulverisette 5 с металлическими мелящими телами засыпают СВМПЭ с техническим углеродом для создания пространственной токопроводящей сетки, проводят смешивание в течение 30 минут в режиме 5 минут помола 10 минут «отдых». Затем к полученной смеси добавляется порошок пентаборида дивольфрама с теми же режимами смешения. Были получены следующие композиции: пентаборид дивольфрама в количестве 30 масс. %, технический углерод УМ-76 в количестве 5 масс. %, СВМПЭ - остальное; 20 масс. %, технический углерод УМ-76 в количестве 10 масс. %, СВМПЭ - остальное; 30 масс. %, технический углерод УМ-76 в количестве 10 масс. %, СВМПЭ - остальное; 30 масс. %, технический углерод УМ-76 в количестве 20 масс. %, СВМПЭ - остальное. Полученные композиции подвергались термопрессованию при температуре 170-190°C и давлении 20-40 МПа.
На чертеже представлен пример поверхности разрыва композиционного материала, прошедшего механические испытания.
Механические, радио- и радиационно-защитные свойства композитов приведены в таблицах 1, 2, 3.
Claims (2)
- Композиционный материал для комбинированной радио- и радиационной защиты на полимерной основе, состоящий из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, наполненного порошком пентаборида дивольфрама и технического углерода УМ-76 в масс. % соотношении:
-
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен 50-75 Пентаборид дивольфрама 20-30 Технический углерод марки УМ-76 5-20
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016148879A RU2632932C1 (ru) | 2016-12-13 | 2016-12-13 | Композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для комбинированной радио и радиационной защиты, наполненный пентаборидом дивольфрама и техническим углеродом |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016148879A RU2632932C1 (ru) | 2016-12-13 | 2016-12-13 | Композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для комбинированной радио и радиационной защиты, наполненный пентаборидом дивольфрама и техническим углеродом |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2632932C1 true RU2632932C1 (ru) | 2017-10-11 |
Family
ID=60129216
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016148879A RU2632932C1 (ru) | 2016-12-13 | 2016-12-13 | Композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для комбинированной радио и радиационной защиты, наполненный пентаборидом дивольфрама и техническим углеродом |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2632932C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2796768C2 (ru) * | 2022-11-16 | 2023-05-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр радиологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ радиологии" Минздрава России) | Биологическая защита к нейтронному генератору для проведения дистанционной терапии 14 мэв нейтронами |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1200614A (en) * | 1966-09-30 | 1970-07-29 | Chemtree Corp | Radiation shielding |
RU2030803C1 (ru) * | 1991-10-30 | 1995-03-10 | Специальное конструкторско-технологическое бюро "Технолог" Ленинградского технологического института им.Ленсовета | Матрица на полимерной основе для защитного материала и эластичный материал для защиты от рентгеновского и гамма-излучений |
RU2530002C2 (ru) * | 2012-11-16 | 2014-10-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Полимерная композиция для радиационной защиты электронных приборов |
RU2561989C1 (ru) * | 2014-07-17 | 2015-09-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Радиационно-защитный материал на полимерной основе с повышенными рентгенозащитными и нейтронозащитными свойствами |
-
2016
- 2016-12-13 RU RU2016148879A patent/RU2632932C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1200614A (en) * | 1966-09-30 | 1970-07-29 | Chemtree Corp | Radiation shielding |
RU2030803C1 (ru) * | 1991-10-30 | 1995-03-10 | Специальное конструкторско-технологическое бюро "Технолог" Ленинградского технологического института им.Ленсовета | Матрица на полимерной основе для защитного материала и эластичный материал для защиты от рентгеновского и гамма-излучений |
RU2530002C2 (ru) * | 2012-11-16 | 2014-10-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Полимерная композиция для радиационной защиты электронных приборов |
RU2561989C1 (ru) * | 2014-07-17 | 2015-09-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Радиационно-защитный материал на полимерной основе с повышенными рентгенозащитными и нейтронозащитными свойствами |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2796768C2 (ru) * | 2022-11-16 | 2023-05-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр радиологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ радиологии" Минздрава России) | Биологическая защита к нейтронному генератору для проведения дистанционной терапии 14 мэв нейтронами |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Soylu et al. | Gamma radiation shielding efficiency of a new lead-free composite material | |
Dong et al. | Effects of WO3 particle size in WO3/epoxy resin radiation shielding material | |
Harish et al. | Lead oxides filled isophthalic resin polymer composites for gamma radiation shielding applications | |
Eren Belgin et al. | Preparation and radiation attenuation performances of metal oxide filled polyethylene based composites for ionizing electromagnetic radiation shielding applications | |
Kim et al. | Enhanced X-ray shielding ability of polymer–nonleaded metal composites by multilayer structuring | |
KR20130114583A (ko) | 방사선 차폐를 위한 질화붕소 및 질화붕소 나노튜브 물질 | |
Kazemi et al. | A Monte Carlo study on the shielding properties of a novel polyvinyl alcohol (PVA)/WO3 composite, against gamma rays, using the MCNPX code | |
Noor Azman et al. | Synthesis and characterization of epoxy composites filled with Pb, Bi or W compound for shielding of diagnostic x-rays | |
Kim et al. | Multilayer structuring of nonleaded metal (BiSn)/Polymer/Tungsten composites for enhanced γ‐ray shielding | |
CN103183861A (zh) | 一种具有中子和伽玛综合屏蔽效果的复合屏蔽材料 | |
Jumpee et al. | Innovative neutron shielding materials composed of natural rubber-styrene butadiene rubber blends, boron oxide and iron (III) oxide | |
RU2561989C1 (ru) | Радиационно-защитный материал на полимерной основе с повышенными рентгенозащитными и нейтронозащитными свойствами | |
El-Khatib et al. | Gamma radiation shielding properties of recycled polyvinyl chloride composites reinforced with micro/nano-structured PbO and CuO particles | |
Dejangah et al. | X-ray attenuation and mechanical properties of tungsten-silicone rubber nanocomposites | |
CN107555850B (zh) | 一种用于中子辐射防护的复合材料及其制备方法和应用 | |
RU2632932C1 (ru) | Композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для комбинированной радио и радиационной защиты, наполненный пентаборидом дивольфрама и техническим углеродом | |
Osman et al. | Assessment of X-ray shielding properties of polystyrene incorporated with different nano-sizes of PbO | |
Barala et al. | Ethylene‐propylene diene monomer‐based polymer composite for attenuation of high energy radiations | |
Azeez et al. | Design of flexible green anti radiation shielding material against gamma-ray | |
RU2632934C1 (ru) | Композиционный материал на полимерной основе для комбинированной защиты гамма, нейтронного и электромагнитного излучения, наполненный нанопорошком вольфрама, нитрида бора и технического углерода | |
Song et al. | Numerical simulation and experimental study of PbWO4/EPDM and Bi2WO6/EPDM for the shielding of γ-rays | |
Sazali et al. | Polyethylene composite with boron and tungsten additives for mixed radiation shielding | |
RU2530002C2 (ru) | Полимерная композиция для радиационной защиты электронных приборов | |
Azeez et al. | Radiation shielding characteristics of concretes incorporates different particle sizes of various waste materials | |
Aim-O et al. | Monte carlo simulation of innovative neutron and photon shielding material composing of high density concrete, waste rubber, lead and boron carbide |