專利名稱:一種防熱中子輻射屏蔽材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及核輻射屏蔽材料制備技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及到一種防熱中子輻射屏蔽材料及其制備方法。
背景技術(shù)近年來(lái)，隨著核電、核動(dòng)力船舶、輻射加工、無(wú)損檢測(cè)、放射治療等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，輻射技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、科研等多個(gè)領(lǐng)域，射線對(duì)人體的傷害和對(duì)環(huán)境的破壞也逐漸被人類所認(rèn)識(shí)。經(jīng)常接觸放射性射線的人會(huì)出現(xiàn)皮膚燒傷、毛發(fā)脫落、眼痛、白血球減少甚至骨髓瘤等癥狀，為了防止或減少放射性射線給人們帶來(lái)的危害，都要采取各種防護(hù)措施。放射性射線的防護(hù)涉及到防護(hù)屏蔽材料，防輻射屏蔽材料主要是指對(duì)中子和Y射線等電離輻射有屏蔽作用的材料。過(guò)去傳統(tǒng)、單一的屏蔽材料主要是指單質(zhì)屏蔽材料如鉛、鐵、石蠟、混凝土等，盡管屏蔽效果好，但用途比較單一，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代防護(hù)設(shè)備的使用要求。隨著科技的進(jìn)步，近幾年也出現(xiàn)了高分子聚合物復(fù)合防輻射屏蔽材料，高分子聚合物復(fù)合材料與傳統(tǒng)的金屬、混凝土相比較，具有密度低、衰減曲線好、使用方便、造價(jià)低、加工性能好等特點(diǎn)，能滿足不同能量等級(jí)輻射場(chǎng)合的需要。目前，對(duì)高分子聚合物屏蔽材料研究較多的有防輻射有機(jī)玻璃、聚乙烯或聚丙烯防中子和防Y射線的屏蔽材料、含鉛橡膠及其他一些防電離輻射的高分子材料，但上述材料大部分剛性較大，使用材料的體積較大，柔韌度不好，不能隨環(huán)境尺寸隨意變化。如何解決上述防輻射屏蔽材料存在的缺陷，提供一種有良好柔性及力學(xué)強(qiáng)度的對(duì)熱中子輻射進(jìn)行有效防護(hù)的屏蔽材料是當(dāng)前本技術(shù)領(lǐng)域：
中急需研究解決的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種良好柔性及力學(xué)強(qiáng)度，對(duì)熱中子屏蔽性能高的防熱中子輻射屏蔽材料，同時(shí)也提供其制備方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種防熱中子輻射屏蔽材料，采用具有耐輻照性能的橡膠作為基體材料，在基體材料中添加對(duì)熱中子具有較大吸收截面的功能助劑和補(bǔ)強(qiáng)炭黑及并用加工助劑，構(gòu)成熱中子屏蔽材料，其配方中的組分構(gòu)成如下
橡膠基材20-100
軟化體系I. 5-4. 6
防老體系0.1-0. 8
操作油2. 0-5. 0
炭黑補(bǔ)強(qiáng)體系4-15
防輻射功能助劑30-70
促進(jìn)體系0. 3-1.0
硫磺0. 2-0. 7
以上各組分計(jì)量單位以重量分?jǐn)?shù)計(jì)。
所述橡膠基材為具有耐輻照性能的橡膠材料，包括天然橡膠、丁苯橡膠或氯磺化聚乙烯。
上述所述軟化體系為硬脂酸、古馬隆樹(shù)脂、氧化鋅、石蠟、聚乙二醇化合物中的一種或多種材料的組合。
所述防老體系為防老劑4010NA、防老劑4010、防老劑D化合物中的一種或多種材
料的組合。
所述補(bǔ)強(qiáng)體系為炭黑N115、N110、N234化合物中的一種或多種材料的組合。
所述硫化促進(jìn)體系是指促進(jìn)劑CZ、促進(jìn)劑TMTD、促進(jìn)劑DM化合物中的一種或多種材料的組合。
所述防輻射功能助劑為對(duì)熱中子具有一定吸收性能的硼單質(zhì)或硼類化合物和稀土金屬化合物中的一種或多種材料的組合；其中含硼類化合物包括碳化硼或氧化硼；稀土金屬化合物包括氟化鋰或氧化釓。
所述操作油為芳烴類油。
防熱中子輻射屏蔽材料的制備方法步驟如下
a.橡膠基材混煉
在密煉機(jī)中完成橡膠基材的混煉，當(dāng)密煉機(jī)在60°C -70°C左右時(shí)，開(kāi)始投入橡膠基材進(jìn)行塑煉，塑煉時(shí)間< 5分鐘；橡膠基材塑煉完成后依次加入軟化體系、防老體系，補(bǔ)強(qiáng)炭黑及操作油進(jìn)行混煉，混煉時(shí)間控制在5-10分鐘；然后視所加份數(shù)的多少，分2-3次均勻加入防輻射功能助劑，繼續(xù)混煉，混煉時(shí)間為10-25分鐘，混煉溫度為90°C 100°C;最后加入硫化體系繼續(xù)混煉，混煉時(shí)間< 40秒，一次完成混煉，并迅速出料，在開(kāi)煉機(jī)上出片，冷卻；
b 橡膠基材的壓延預(yù)成型
將混煉好的橡膠基材在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行返煉，按照所需成品的厚度在三輥壓延上進(jìn)行壓延預(yù)成型；
c.橡膠基材的硫化成型
將預(yù)成型的橡膠基材放入平板硫化機(jī)上的模具中，在硫化溫度為130_150°C、成型壓力為15-25MPa下，硫化時(shí)間為20-40分鐘，完成防熱中子輻射屏蔽材料的制備。
本發(fā)明是以具有耐輻照性能的橡膠材料作為基體材料，該基體材料可以是天然橡膠、丁苯橡膠，通過(guò)在基體材料中均勻添加防輻射功能添加劑和補(bǔ)強(qiáng)炭黑助劑，并經(jīng)過(guò)混煉、壓延、硫化生產(chǎn)出具有對(duì)熱中子屏蔽性能強(qiáng)、具有良好柔性和高力學(xué)強(qiáng)度的防熱中子輻射屏蔽材料，本發(fā)明的制備工藝為保證輻射屏蔽材料的加工特性，在混煉過(guò)程中可補(bǔ)強(qiáng)炭黑助劑與部分操作油混合后一起加入密煉機(jī)；對(duì)于防輻射功能助劑的加入，由于防輻射功能助劑屬于無(wú)機(jī)材料，一次投料過(guò)多會(huì)影響橡膠基材的混煉均勻性和混煉效率，所以視所加份數(shù)的多少，分2 3均勻次加入，并且可和部分操作油混合后一起加入密煉機(jī)。而硫化體系(包括促進(jìn)體系和硫磺)則最后加入密煉機(jī),混煉時(shí)間要求短,一次完成混煉并迅速出料，在開(kāi)煉機(jī)上出片，冷卻，完成防熱中子福射屏蔽材料的制備。
通過(guò)對(duì)熱中子屏蔽材料的測(cè)試，材料的力學(xué)性能及防熱中子屏蔽性能均有提升，達(dá)到或超過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該材料除具有較高的熱中子屏蔽性能外，還具有良好的柔性，能夠貼覆于設(shè)備或儀器的外形，應(yīng)用于中子衍射譜儀等探測(cè)器儀器表面防護(hù)和特殊曲面中子防護(hù)，達(dá)到了發(fā)明目的。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述
實(shí)施例I :
防熱中子輻射屏蔽材料的配方
天然橡膠100
硬脂酸2
氧化鋅6
固體古馬隆3
石蠟2
聚乙二醇I
防老劑401ONA I
防老劑D1.5
操作油10
炭黑N11515
碳化硼225
促進(jìn)劑CZ3
促進(jìn)劑TMTDI
硫磺3
以上各組分計(jì)量單位以重量分?jǐn)?shù)計(jì)。
防熱中子輻射屏蔽材料的制備方法步驟如下
a.橡膠基材混煉[0031 ] 在密煉機(jī)中完成原材料的混煉(密煉)，當(dāng)密煉機(jī)在70°C時(shí)，開(kāi)始投入橡膠基體進(jìn)行塑煉，橡膠的塑煉有利于后續(xù)的混煉，橡膠基體塑煉時(shí)間為5分鐘。
加料順序橡膠基體塑煉完成后依次加入硬脂酸、氧化鋅、固體古馬隆、石蠟、聚乙二醇、防老劑D，補(bǔ)強(qiáng)炭黑，操作油。部分操作油可和炭黑混合后一起加入密煉機(jī)；部分操作油可和碳化硼混合后一起加入密煉機(jī)；混煉時(shí)間控制在5分鐘。
防輻射功能助劑碳化硼的加入碳化硼屬于無(wú)機(jī)材料，一次投料過(guò)多會(huì)影響混煉均勻性和混煉效率，所以分3次加入，混煉時(shí)間保持在15分鐘，混煉溫度保持在90°C 100。。。
硫化體系(促進(jìn)劑CZ、促進(jìn)劑TMTD和硫磺)最后加入密煉機(jī)，混煉時(shí)間為30秒，一次完成混煉，并迅速出料，在開(kāi)煉機(jī)上出片，冷卻。
b.橡膠基材的壓延預(yù)成型
將混煉好的橡膠基材在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行返煉，按照所需成品的厚度再在三輥壓延上進(jìn)行壓延預(yù)成型，厚度分別為2_。
c.橡膠基材的硫化成型
將預(yù)成型的橡膠基材放入平板硫化機(jī)上的模具中，在硫化溫度150°C、成型壓力20MPa下，硫化30分鐘，完成防熱中子輻射屏蔽材料的制備。對(duì)防熱中子輻射屏蔽材料的測(cè)試數(shù)據(jù)如下
材料的力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種防熱中子輻射屏蔽材料，采用具有耐輻照性能的橡膠作為基體材料，在基體材料中添加對(duì)熱中子具有較大吸收截面的功能助劑和補(bǔ)強(qiáng)炭黑及并用加工助劑，構(gòu)成防熱中子輻射屏蔽材料，其配方中的組分構(gòu)成如下橡膠基材20-100軟化體系I. 5-4. 6防老體系O. 1-0. 8操作油2. 0-5. O 炭黑補(bǔ)強(qiáng)體系4-15防輻射功能助劑30-70促進(jìn)體系O. 3-1. O硫磺O. 2-0. 7 以上各組分計(jì)量單位以重量分?jǐn)?shù)計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述防熱中子輻射屏蔽材料，其特征在于所述橡膠基材為具有耐輻照性能的橡膠材料，包括天然橡膠、丁苯橡膠或氯磺化聚乙烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述防熱中子輻射屏蔽材料，其特征在于所述軟化體系為硬脂酸、古馬隆樹(shù)脂、氧化鋅、石蠟、聚乙二醇化合物中的一種或多種材料的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I所述防熱中子輻射屏蔽材料，其特征在于所述防老體系為防老劑4010NA、防老劑4010、防老劑D化合物中的一種或多種材料的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I所述防熱中子輻射屏蔽材料，其特征在于所述補(bǔ)強(qiáng)體系為炭黑NI 15、NI 10、N234化合物中的一種或多種材料的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求
I所述防熱中子輻射屏蔽材料，其特征在于所述硫化促進(jìn)體系是指促進(jìn)劑CZ、促進(jìn)劑TMTD、促進(jìn)劑DM化合物中的一種或多種材料的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求
I所述防熱中子輻射屏蔽材料，其特征在于所述對(duì)熱中子具有較大吸收截面的功能助劑為硼單質(zhì)或硼類化合物和稀土金屬化合物中的一種或多種材料的組合；其中含硼類化合物包括碳化硼或氧化硼；稀土金屬化合物包括氟化鋰或氧化釓。
8.如權(quán)利要求
I所述防熱中子輻射屏蔽材料的制備方法，其工藝步驟如下 a.橡膠基材混煉 在密煉機(jī)中完成橡膠基材的混煉，當(dāng)密煉機(jī)在60°C -70°C左右時(shí)，開(kāi)始投入橡膠基材進(jìn)行塑煉，塑煉時(shí)間< 5分鐘；橡膠基材塑煉完成后依次加入軟化體系、防老體系，補(bǔ)強(qiáng)炭黑及操作油進(jìn)行混煉，混煉時(shí)間控制在5-10分鐘；然后視所加份數(shù)的多少，分2-3次均勻加入防中子功能助劑，繼續(xù)混煉，混煉時(shí)間為10-25分鐘，混煉溫度為90°C 100°C;最后加入硫化體系繼續(xù)混煉，混煉時(shí)間< 40秒，一次完成混煉，并迅速出料，在開(kāi)煉機(jī)上出片，冷卻； b.橡膠基材的壓延預(yù)成型 將混煉好的橡膠基材在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行返煉，按照所需成品的厚度在三輥壓延上進(jìn)行壓延預(yù)成型；
c.橡膠基材的硫化成型將預(yù)成型的橡膠基材放入平板硫化機(jī)上的模具中，在硫化溫度為130-150°C、成型壓力 為15-25MPa下，硫化時(shí)間為20-40分鐘，完成熱中子屏蔽材料的制備。
專利摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種防熱中子輻射屏蔽材料及其制備方法，采用具有耐輻照性能的橡膠作為基體材料，在基體材料中添加具有對(duì)熱中子屏蔽性能的防輻射功能添加劑和補(bǔ)強(qiáng)炭黑助劑及并加工助劑，經(jīng)過(guò)a.橡膠基材混煉、b.橡膠基材的壓延預(yù)成型及c.橡膠基材的硫化成型等工藝步驟制備而成。本發(fā)明對(duì)熱中子具有屏蔽性能，還具有良好的柔性，能夠貼覆于設(shè)備或儀器的外形，應(yīng)用于中子衍射譜儀等探測(cè)器儀器表面防護(hù)和特殊曲面中子防護(hù)。
文檔編號(hào)G21F1/10GKCN102708937SQ201210157591
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月21日
發(fā)明者侯欣鵬, 康興川, 張桂敏, 張龍, 李建君, 李淑鳳, 李鐵軍, 矯陽(yáng), 趙建中, 郭振濤, 陳研 申請(qǐng)人:北京富迪創(chuàng)業(yè)科技有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan