RU2650140C1 - Конструкционная термостойкая боросодержащая композиция и способ её изготовления - Google Patents
Конструкционная термостойкая боросодержащая композиция и способ её изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2650140C1 RU2650140C1 RU2017118228A RU2017118228A RU2650140C1 RU 2650140 C1 RU2650140 C1 RU 2650140C1 RU 2017118228 A RU2017118228 A RU 2017118228A RU 2017118228 A RU2017118228 A RU 2017118228A RU 2650140 C1 RU2650140 C1 RU 2650140C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composition
- boron carbide
- glass
- boron
- formaldehyde resin
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- G21F1/06—Ceramics; Glasses; Refractories
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
- C04B35/563—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on boron carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/16—Halogen-containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/38—Boron-containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L61/00—Compositions of condensation polymers of aldehydes or ketones; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L61/04—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only
- C08L61/06—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of aldehydes with phenols
- C08L61/14—Modified phenol-aldehyde condensates
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области композиционных материалов, содержащих карбид бора, и предназначено для изготовления конструкционных элементов изделий для защиты от тепловых нейтронов. Композиция содержит фенолформальдегидную смолу новолачного типа в количестве 20-28 мас.%, гексаметилентетрамин в количестве 1,8-2,8 мас.% и карбид бора остальное. Технический результат заключается в снижении трудоемкости изготовления композиции и повышении ее качества. 2 н.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 5 пр.
Description
Изобретение относится к области композиционных материалов, содержащих карбид бора, и предназначено для изготовления конструкционных элементов изделий для защиты от тепловых нейтронов.
Известна полимерная композиция для радиационной защиты электронных приборов. Данная композиция содержит полимерное связующее, литий и бор в качестве экранирующих наполнителей в составе соединения тетрагидридобората лития капсулированного при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: тетрагидридоборат лития - не более 5; полиэтилен и/или полипропилен - остальное. Все компоненты предлагаемой полимерной композиции были подвергнуты смешению и отверждению по заданному технологическому циклу. Первоначально брали порошкообразный полипропилен и смешивали с порошком капсулированного тетрагидридобората лития в течение 1 часа. Полученную смесь в среде, исключающей взаимодействие с агрессивными атмосферными факторами, подвергали формованию под давлением при повышенной температуре. Патент на изобретение RU 2530002, МПК G21F 1/10, G21F 1/08, 16.11.2014.
Недостатками данной композиции являются: низкая эффективность экранирования относительно Н2O, равная 0,88, невозможность изготовления конструкционных деталей сложной геометрической формы, низкая теплостойкость композиции, определяемая температурой плавления полипропилена, которая не превышает 160-165°С.
Известна боросодержащая композиция, применяемая для биологической защиты от нейтронных излучений. Патент на изобретение RU 2196788, МПК C08J 3/20, C08L 23/12, С08K 3/20, С08K 3/38, 20.01.2003. Боросодержащая композиция содержит полиолефиновый полимер (полипропилен) в качестве связующего и борный ангидрид при следующем соотношении ингридиентов, мас.%: борный ангидрид - 15, полипропилен - 85. Гранулы борного ангидрида перед смешиванием подвергали измельчению до порошкообразного состояния дисперсностью 400 мкм, смешивали с полипропиленом в барабанном смесителе в течение 2-3 ч, а затем экструдировали при температуре 200-220°С в пресс-форму и прессовали при удельном давлении 400-500 кг/см2. Недостатками данной композиции являются низкая теплостойкость композиции, определяемая температурой плавления полипропилена, которая не превышает 160-165°С, а также гигроскопичность композиции, составляющая 0,1%. Недостатком способа изготовления является необходимость предварительного дробления ангидрида бора до дисперсности 400 мкм, возможность попадания частиц материала барабанного смесителя в состав композиции и сложность обеспечения высокой точности геометрических размеров заготовки.
Задачей изобретений является создание композиции с повышенной теплостойкостью и термостойкостью, отсутствием гигроскопичности, нерастворимой в агрессивных средах, обеспечивающей ослабление фона по тепловым нейтронам и изготовление конструкционных элементов изделий с высокой механической прочностью и работающих в широком диапазоне температур.
Техническим результатом композиции является повышение защиты от тепловых нейтронов и возможность создания конструкционных элементов изделий с высокой механической прочностью и работающих в широком диапазоне температур.
Техническим результатом способа является снижение трудоемкости изготовления композиции и повышение ее качества.
Технический результат достигается за счет того, что конструкционная термостойкая боросодержащая композиция состоит из фенолоформальдегидной смолы новолачного типа, гексаметилентетрамина и карбида бора в следующем соотношении, мас.%:
фенолоформальдегидная смола | 20-28; |
гексаметилентетрамин | 1,8-2,8; |
карбид бора | остальное. |
Технический результат достигается также за счет применения способа изготовления конструкционной термостойкой боросодержащей композиции, характеризующийся тем, что в стакан помещают порошки компонентов в указанной выше пропорции и шары из фторопласта диаметром 16-20 мм, стакан помещают в установку планетарного типа и смешивают компоненты до гомогенного состояния в течение не менее 15 минут при соотношении скоростей вращения диска и стакана 2:1, при этом диск вращается по часовой, а стакан против часовой стрелки.
На фиг. 1 представлена расчетная модель эффективности защиты от тепловых нейтронов полученной композиции материала.
На фиг. 2 представлена зависимость коэффициента ослабления от толщины фильтра: кривая А - по числу тепловых нейтронов, кривая Б - по числу событий в сцинтилляторе.
На фиг. 3 представлен пример фильтра, изготовленного из полученной композиции.
Для изготовления боросодержащей композиции берется 20-28 массовых частей порошка новолачной фенолоформальдегидной смолы, 1,8-2,8 массовых частей гексаметилентетрамина, остальное - порошок карбида бора с размером зерна 14-40 мкм (зернистость М14-М40 согласно ГОСТ 3647-80). Затем компоненты гомогенно смешиваются в установке планетарного типа в течение 15 мин при соотношении скоростей вращения диска и стакана с компонентами композиции 2:1 и вращением диска по часовой, а стакана - против часовой стрелки. Для гарантированного качественного перемешивания составных частей композиции используются шары из фторопласта диаметром 16-20 мм: использование шаров из фторопласта при перемешивании полностью исключает попадание материала стаканов установки в композицию.
Фильтры из полученной композиции изготавливаются прессованием. Полученную смесь загружают в пресс-форму с учетом объема прессуемого изделия и прессуют на вертикальном прессе под давлением, обеспечивающим фиксирование заданного объема изделия при нагреве пресс-формы до 175-185°С и выдержке при данной температуре не менее 15 мин. Далее пресс-форму с композицией охлаждают до температуры не более 100°С вне пресса и производят выпрессовывание готового изделия из композиции.
Для изготовления диска из предлагаемой композиции диаметром 52 мм с допуском на диаметр 0,190 мм и толщиной 3 мм с допуском на толщину - 0,06 мм брали компоненты в соответствии с таблицей с учетом объема изделия, помещали в стакан планетарной машины вместе с шарами из фторопласта диаметром 20 мм, смешивали до гомогенного состояния при соотношении скоростей вращения диска и стакана планетарной машины 2:1 в течение 15 мин; затем полученную смесь загрузили в пресс-форму, установили пресс-форму на пресс, нагрели пресс-форму до 180°С и прессовали 15 минут, затем сняли давление пресса, охладили пресс-форму при нормальных климатических условиях до температуры 100°С и выпрессовали диск (фиг. 3). Геометрические размеры диска из композиции находились в пределах полей допусков на размеры.
Результаты механических испытаний образцов приведены в таблице. Твердость по Роквеллу определялась на твердомере ТК-2М шариком диаметром 5 мм при нагрузке 588 Н. Прочность на сжатие определялась на образцах из предлагаемой композиции диаметром 20 мм на испытательной машине МИРС.
Анализ результатов испытаний показывает, что для изготовления изделий из предлагаемой композиции с высокими механическими свойствами без дефектов оптимальными являются соотношения компонентов композиции, указанные в примерах 2-4. Увеличение количества фенолформальдегидной смолы приводит к образованию пористости изделия и, как следствие, снижению его прочностных свойств. Увеличение карбида бора приводит к недостатку количества фенолформальдегидной смолы, необходимой для его смачивания, что приводит к появлению трещин в изделии из композиции и снижению прочностных свойств.
Эффективность защиты от тепловых нейтронов полученной композиции проверяли расчетным способом. Расчет проводили при условиях, обеспечивающих наименьший коэффициент ослабления, а именно (фиг. 1):
- спектр нейтронов соответствует допустимой максимальной температуре;
- поток тепловых нейтронов падает перпендикулярно поверхности экрана из предлагаемой композиции.
Предполагали, что поток тепловых нейтронов имеет максвелловское распределение (средняя энергия 38,3 мэВ),
где Е - энергия нейтрона,
С - нормировочная константа для выполнения условия;
а=38,3 мэВ.
Предполагали, что импульс на детекторе производится при неупругих взаимодействиях нейтронов с материалом детектора. В тепловой области сечение неупругих взаимодействий пропорционально Е-0,5, поэтому в расчете приняли, что количество импульсов детектора пропорционально, что было определено как поток через поверхность с дозовым коэффициентом, равным Е-0,5.
В результате расчета методом Монте-Карло была получена зависимость коэффициента ослабления от толщины фильтра (фиг. 2).
В результате проведенного расчета и испытаний можно сделать вывод, что экран из предлагаемой композиции обеспечивает ослабление фона по тепловым нейтронам в 3000 раз при толщине 3 мм при объемной плотности бора 1667 мг/см3, эффективность экранирования относительно Н2O составляет 2122.
Предлагаемая композиция отличается высокой теплостойкостью до 300-350°С, способностью выдерживать локальный нагрев до 700°С, нерастворимостью в агрессивных средах, отсутствием гигроскопичности.
Теплостойкость проверяли, поместив диски из предлагаемой композиции в термокамеру и нагрев их до темапературы 350°С. После выдержки дисков в течение 1 часа не произошло потери формы и изменения геометрических размеров дисков из предлагаемой композиции.
Предлагаемая композиция с заявляемым диапазоном массовых соотношений компонентов обеспечивает возможность изготовления конструкционных элементов изделий с высокой точностью геометрических размеров, высокой механической прочностью и работающих в широком диапазоне температур.
Прессование с учетом объема готового изделия, а также изготовление изделия из композиции предложенным способом позволяют снизить трудоемкость изготовления за счет отсутствия необходимости предварительного дробления карбида бора, повысить качество приготавливаемой смеси за счет использования шаров из фторопласта. Прессование по объему, а не по давлению позволяет получать детали различной сложности с высокой точностью геометрических размеров не хуже 11 квалитета согласно ГОСТ 25346-89, которые можно в дальнейшем подвергать механической обработке.
Claims (5)
1. Конструкционная термостойкая боросодержащая композиция, состоящая из фенолформальдегидной смолы новолачного типа, гексаметилентетрамин и карбида бора в следующем соотношении, мас.%:
2. Способ изготовления конструкционной термостойкой боросодержащей композиции, характеризующийся тем, что в стакан помещают шары из фторопласта диаметром 16-20 мм и порошки компонентов в следующем соотношении, мас.%:
при этом стакан помещают в установку планетарного типа, смешивают компоненты до гомогенного состояния в течение не менее 15 мин при соотношении скоростей вращения диска и стакана 2:1, при этом диск вращается по часовой, а стакан против часовой стрелки.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017118228A RU2650140C1 (ru) | 2017-05-25 | 2017-05-25 | Конструкционная термостойкая боросодержащая композиция и способ её изготовления |
EA201800270A EA035978B1 (ru) | 2017-05-25 | 2018-05-23 | Конструкционная термостойкая боросодержащая композиция и способ её изготовления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017118228A RU2650140C1 (ru) | 2017-05-25 | 2017-05-25 | Конструкционная термостойкая боросодержащая композиция и способ её изготовления |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2650140C1 true RU2650140C1 (ru) | 2018-04-09 |
Family
ID=61867194
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017118228A RU2650140C1 (ru) | 2017-05-25 | 2017-05-25 | Конструкционная термостойкая боросодержащая композиция и способ её изготовления |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EA (1) | EA035978B1 (ru) |
RU (1) | RU2650140C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1247441A (en) * | 1968-02-13 | 1971-09-22 | Nippon Toki Kk | A process for the preparation of a resin bonded abrasive body |
SU1694691A1 (ru) * | 1989-07-26 | 1991-11-30 | Камское объединение по производству большегрузных автомобилей | Состав дл борировани отливок из стали |
RU2196788C2 (ru) * | 2000-11-24 | 2003-01-20 | Государственное унитарное предприятие комбинат "Электрохимприбор" | Способ приготовления боросодержащей композиции |
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 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4213883A (en) * | 1977-12-30 | 1980-07-22 | The Carborundum Company | Method for manufacture of neutron absorbing articles |
DE3018548A1 (de) * | 1980-05-14 | 1981-11-19 | Wacker-Chemie GmbH, 8000 München | Zu elastischem strahlenschutzmaterial vernetzbare massen und elastomere aus solchen massen |
JP3951685B2 (ja) * | 2001-11-30 | 2007-08-01 | 株式会社日立製作所 | 中性子遮蔽材及び使用済み燃料収納容器 |
-
2017
- 2017-05-25 RU RU2017118228A patent/RU2650140C1/ru active
-
2018
- 2018-05-23 EA EA201800270A patent/EA035978B1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1247441A (en) * | 1968-02-13 | 1971-09-22 | Nippon Toki Kk | A process for the preparation of a resin bonded abrasive body |
SU1694691A1 (ru) * | 1989-07-26 | 1991-11-30 | Камское объединение по производству большегрузных автомобилей | Состав дл борировани отливок из стали |
RU2196788C2 (ru) * | 2000-11-24 | 2003-01-20 | Государственное унитарное предприятие комбинат "Электрохимприбор" | Способ приготовления боросодержащей композиции |
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 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EA035978B1 (ru) | 2020-09-08 |
EA201800270A2 (ru) | 2018-11-30 |
EA201800270A3 (ru) | 2019-03-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Steckel et al. | Effects of material parameters on the diffusion and sorption properties of wood‐flour/polypropylene composites | |
CN109575606A (zh) | 一种中子屏蔽材料及其制备方法 | |
Eid et al. | Application of epoxy/Pb3O4 composite for gamma ray shielding | |
Haldar et al. | Comparative evaluation of mechanical properties of sisal-epoxy composites with and without addition of aluminium powder | |
CN107722425A (zh) | 一种高强度屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料及辐射板 | |
KR101589692B1 (ko) | 텅스텐 또는 보론 나노 입자를 포함하는 방사선 차폐재 및 이의 제조방법 | |
KR101731785B1 (ko) | 하이드로젤을 포함하는 연성 방사선 차폐재, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 방사성 물질의 보관용기 | |
Asotah et al. | Development of asbestos free brake pads using corn husks | |
RU2650140C1 (ru) | Конструкционная термостойкая боросодержащая композиция и способ её изготовления | |
Krishna et al. | Mechanical properties of fly ash/sawdust reinforced epoxy hybrid composites | |
Tousi et al. | Some properties of particleboards produced from Rhizophora spp. as a tissue-equivalent phantom material bonded with Eremurus spp. | |
Afifi et al. | Dosimetric impact of some gamma radiation-induced polymeric materials incorporated silicate using thermoluminescence and ultrasonic techniques | |
CN110415851B (zh) | 一种水泥基中子屏蔽材料及其制备方法 | |
CN108218432A (zh) | 一种辐射屏蔽组件用碳化硼烧结块的加工工艺 | |
CN105237948B (zh) | 一种耐湿性酚醛模塑料 | |
CN111943612B (zh) | 一种耐辐照耐高温快中子屏蔽材料及制备方法 | |
CN106867451B (zh) | 一种低制动力矩波动性的盘式制动片及其制备方法 | |
CN107880362A (zh) | 一种中子辐射屏蔽复合材料的制备方法 | |
Bahari et al. | Investigation on hardness and impact resistance of automotive brake pad composed with rice husk dust | |
US2534607A (en) | Molded brake lining | |
CN104310399B (zh) | 一种碳化硼中子吸收体加工工艺 | |
US8435430B2 (en) | Method for increasing the rate of heat transfer of wood fibres | |
Oladokun et al. | Effect of Moulding Pressure on Brake Lining Produced from Industrial Waste Material: Sawdust | |
Apasi et al. | Design and production of a brake pad using coconut shell as base material | |
CN112045184B (zh) | 一种抗辐射的不锈钢板材及其制备方法和应用 |