一種耐熱復(fù)合屏蔽材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種耐熱復(fù)合屏蔽材料，它由13.5%~17.7%重量份數(shù)的聚丙烯、1%~2%重量份數(shù)的碳化硼粉、0.3%~0.5%重量份數(shù)的硅烷偶聯(lián)劑以及81%~84%重量份數(shù)的鉛粉或氧化鉛粉組成。本發(fā)明還公開了一種耐熱復(fù)合屏蔽材料的制備方法。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用了熔點(diǎn)高，耐熱性能好的聚丙烯，使本發(fā)明具備更好的耐熱性能；優(yōu)化了碳化硼，鉛的含量，使屏蔽材料具有更好的中子與γ射線綜合屏蔽性能。
【專利說明】一種耐熱復(fù)合屏蔽材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及核工業(yè)領(lǐng)域，具體涉及一種中子、Y射線屏蔽材料，尤其涉及一種耐高 溫的中子、Y射線屏蔽材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，常用的中子、Y射線屏蔽材料有重混凝土，硼聚乙烯，硼鋼幾種。重混凝土 對Y射線屏蔽能力較好，價(jià)格便宜，耐熱性能好，但其中子屏蔽性能較差。硼鋼的熱中子與 Y射線屏蔽性能好，力學(xué)性能好，耐高溫，但其對高能中子屏蔽性能較差。硼聚乙烯主要用 于中子輻射防護(hù)，對Y射線的屏蔽效果不好。
[0003] 《核動(dòng)力工程》1994, Vol. 15 No. 4(371-374)公布了一種鉛硼聚乙烯屏蔽材料，通 過加入鉛實(shí)現(xiàn)了對Y射線的屏蔽，通過碳化硼實(shí)現(xiàn)了對慢中子的屏蔽，克服了上述屏蔽材 料屏蔽性能單一的不足。發(fā)明人在實(shí)際運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)，將這種鉛硼聚乙烯屏蔽材料運(yùn)用在含 有熱源的復(fù)合屏蔽場中時(shí)，雖然短時(shí)間內(nèi)能夠正常工作，但是在經(jīng)過較長的服役時(shí)間后，屏 蔽材料塊體會發(fā)生變形，拼接縫寬度增加，從而使中子與Y射線大量泄露。
[0004] 另外，申請?zhí)?92114783. X"發(fā)明專利公開的屏蔽材料采用石墨、氧化鏑等實(shí)現(xiàn)對 快中子的屏蔽，這兩種材料對快中子屏蔽作用并不是最佳的，而且該發(fā)明專利公開的材料 中，屏蔽Y射線用材料組分低于40%，會導(dǎo)致其Y射線屏蔽性能差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的即在于克服現(xiàn)有的鉛硼聚乙烯屏蔽材料在有熱源的環(huán)境下長時(shí)間 服役后容易發(fā)生變形，對Y射線屏蔽性能差，且采用了對快中子屏蔽作用并不好的材料進(jìn) 行快中子屏蔽的不足，提供一種耐熱復(fù)合屏蔽材料。
[0006] 本發(fā)明還提供了一種耐熱復(fù)合屏蔽材料的制備方法。
[0007] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 一種耐熱復(fù)合屏蔽材料，由13. 59T17. 7%重量份數(shù)的聚丙烯、19T2%重量份數(shù)的碳化硼 粉、0. 39TO. 5%重量份數(shù)的硅烷偶聯(lián)劑以及819T84%重量份數(shù)的鉛粉或氧化鉛粉組成。
[0008] 發(fā)明人在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，《核動(dòng)力工程》1994, Vol. 15 No. 4(371-374)公布了一 種鉛硼聚乙烯屏蔽材料，其在有熱源的復(fù)合屏蔽場中工作較長時(shí)間后，會出現(xiàn)屏蔽材料塊 體發(fā)生變形的情況，拼接縫寬度增加，導(dǎo)致中子與Y射線大量泄露。
[0009] 發(fā)明人為了解決這一問題，對傳統(tǒng)的鉛硼聚乙烯屏蔽材料進(jìn)行了研究，最終發(fā)現(xiàn) 傳統(tǒng)的鉛硼聚乙烯屏蔽材料的熱變形溫度在80°c ~85°C之間，當(dāng)其工作在環(huán)境溫度低于 60°C的復(fù)合屏蔽場中時(shí)，環(huán)境溫度并不會對其造成影響，其長時(shí)間的正常工作能夠得到保 障。但是，將傳統(tǒng)的鉛硼聚乙烯屏蔽材料運(yùn)用在境溫度高于60°C的復(fù)合屏蔽場中時(shí)，較高的 環(huán)境溫度會導(dǎo)致其產(chǎn)生難以察覺的變形，這種變形在服役初期是難以察覺的，隨著服役時(shí) 間的增加，變形逐漸積累，最終導(dǎo)致拼接縫寬度增加，致使中子與Y射線大量泄露。
[0010] 發(fā)明人在發(fā)現(xiàn)屏蔽材料的熱變形溫度過低是導(dǎo)致拼接縫寬度增加的原因后，對現(xiàn) 有的屏蔽材料進(jìn)行了改進(jìn)，采用變形溫度較高的聚丙烯替代變形溫度較低的聚乙烯，使本 發(fā)明的熱變形溫度提高至115°C以上。本發(fā)明在環(huán)境溫度較高的復(fù)合屏蔽場中服役時(shí)，環(huán)境 溫度并不會對其造成影響，杜絕了微量變形的發(fā)生，從而解決了長時(shí)間服役后屏蔽材料塊 體發(fā)生變形，拼接縫寬度增加導(dǎo)致中子與Y射線大量泄露的問題。
[0011] 在申請?zhí)?92114783. X"的發(fā)明專利中，聚乙烯作為模塑物質(zhì)使用，而采用大量石 墨、氧化鏑等材料對快中子進(jìn)行屏蔽。石墨、氧化鏑等材料對快中子的屏蔽效果并不好，大 量模石墨、氧化鏑等材料的使用也導(dǎo)致鉛等Y射線屏蔽物質(zhì)的用量受到限制，最終使得該 發(fā)明公開的屏蔽材料對Y射線的屏蔽性能較低。究其原因，是由于該發(fā)明人沒有意識到， 聚乙烯、聚丙烯中含有大量的氫原子，聚乙烯、聚丙烯中含有的氫原子即可對快中子實(shí)現(xiàn)很 好的屏蔽，根本沒有必要再利用石墨、氧化鏑等材料對快中子進(jìn)行屏蔽。在該發(fā)明中，快中 子屏蔽效果是通過聚乙烯帶來的，而快中子屏蔽效果較差的石墨、氧化鏑等材料對提高快 中子屏蔽性能沒有任何幫助。
[0012] 發(fā)明人經(jīng)過研究，在發(fā)現(xiàn)了上述問題的基礎(chǔ)上，在本發(fā)明中，取消了石墨、氧化鏑 等快中子屏蔽物，從而增加了鉛粉或氧化鉛粉的含量，使其重量組分達(dá)到819T84%，從而在 對快中子有效屏蔽的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)了 Y射線的屏蔽性能。
[0013] 進(jìn)一步的，所述碳化硼粉、鉛粉和氧化鉛粉的粒徑為50-150微米。目前，鉛硼聚乙 烯生產(chǎn)用鉛粉與碳化硼粉粒徑小于45微米，在制造過程中鉛粉與碳化硼粉粒容易四處飛 揚(yáng)，對環(huán)境造成影響，不利于工作人員的身體健康。將碳化硼粉、鉛粉和氧化鉛粉的粒徑增 大，可以減少碳化硼粉、鉛粉和氧化鉛粉的飛揚(yáng)，同時(shí)，還可以增加粉料混合時(shí)的流動(dòng)性。
[0014] 將碳化硼粉、鉛粉和氧化鉛粉的粒徑限定為50-150微米，能夠不影響碳化硼粉、 鉛粉和氧化鉛粉在混合時(shí)的均勻性。
[0015] 進(jìn)一步的，聚丙烯的重量份數(shù)優(yōu)選為17. 5%，碳化硼的重量份數(shù)優(yōu)選為1%，硅烷偶 聯(lián)劑的重量份數(shù)優(yōu)選為〇. 5%，鉛粉的重量份數(shù)優(yōu)選為81%。
[0016] 一種耐熱復(fù)合屏蔽材料的制備方法，包括以下步驟： A. 混料，將鉛粉或氧化鉛粉，碳化硼粉，硅烷偶聯(lián)劑加入到混料機(jī)中混勻，得到混合 料； B. 混煉，將混合料與聚丙烯加入到高速混煉器中進(jìn)行混煉，得到混煉料； C. 造粒，將混煉料粉碎后，送入造粒機(jī)中擠出造粒，得到粒料； D. 成型，將粒料經(jīng)塑化后擠入成型模具中，然后壓制成型，自然冷卻至室溫后，脫模得 到耐熱復(fù)合屏蔽材料塊。
[0017] 進(jìn)一步的，鉛粉或氧化鉛粉的重量份數(shù)為819T84%，碳化硼粉的重量份數(shù)為 1%~2%，硅烷偶聯(lián)劑的重量份數(shù)為0. 39TO. 5%，聚丙烯的重量份數(shù)為13. 59T17. 7%。
[0018] 進(jìn)一步的，聚丙烯的重量份數(shù)優(yōu)選為17. 5%，碳化硼的重量份數(shù)優(yōu)選為1%，硅烷偶 聯(lián)劑的重量份數(shù)優(yōu)選為〇. 5%，鉛粉的重量份數(shù)優(yōu)選為81%。
[0019] 進(jìn)一步的，所述步驟B中，混煉溫度為160°C ~170°C。
[0020] 進(jìn)一步的，所述步驟C中，在200°C ~210°C條件下進(jìn)行擠出造粒。
[0021] 進(jìn)一步的，所述步驟D中，在180°〇?1901：、51^&?101〇^條件下進(jìn)行壓制成型。
[0022] 綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于： 1.采用了熔點(diǎn)高，耐熱性能好的聚丙烯，使本發(fā)明具備更好的耐熱性能； 2. 取消了石墨、氧化鏑等快中子屏蔽物，從而增加了鉛粉或氧化鉛粉的含量，使其重量 組分達(dá)到819T84%，從而在對快中子有效屏蔽的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)了 Y射線的屏蔽性能； 3. 將碳化硼粉、鉛粉和氧化鉛粉的粒徑限定為50-150微米，能夠在不影響碳化硼粉、 鉛粉和氧化鉛粉在混合時(shí)的均勻性的基礎(chǔ)上，減少碳化硼粉、鉛粉和氧化鉛粉在加工過程 中的飛揚(yáng)情況，從而對環(huán)境更加友好。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方 案進(jìn)行清楚、完整的描述。顯而易見的，下面所述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明實(shí)施例中的一部 分，而不是全部。基于本發(fā)明記載的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下 得到的其它所有實(shí)施例，均在本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。
[0024] 實(shí)施例1 : 一種耐熱復(fù)合屏蔽材料，由81%重量份數(shù)的鉛粉，1%重量份數(shù)的碳化硼粉，0. 3%重量份 數(shù)的硅烷偶聯(lián)劑和17. 7%重量份數(shù)的聚丙烯組成。鉛粉和碳化硼粉的粒徑為50微米。
[0025] 其制備方法如下： A. 混料，將SlOOg鉛粉，IOOg碳化硼粉，30g硅烷偶聯(lián)劑加入到混料機(jī)中混勻，得到混 合料； B. 混煉，將混合料與1770g聚丙烯加入到高速混煉器中，在160°C溫度下進(jìn)行混煉，得 到混煉料； C. 造粒，將混煉料粉碎后，送入造粒機(jī)中在200 C溫度下擠出造粒，得到粒料； D. 成型，將粒料經(jīng)塑化后擠入成型模具中，然后在180°C、5Mpa條件下壓制成型，自然 冷卻至室溫后，脫模得到耐熱復(fù)合屏蔽材料塊。
[0026] 實(shí)施例2 : 一種耐熱復(fù)合屏蔽材料，由84%重量份數(shù)的鉛粉，2%重量份數(shù)的碳化硼粉，0. 5%重量份 數(shù)的硅烷偶聯(lián)劑和13. 5%重量份數(shù)的聚丙烯組成。鉛粉和碳化硼粉的粒徑為100微米。 [0027] 其制備方法如下： A. 混料，將8400g鉛粉，200g碳化硼粉，50g硅烷偶聯(lián)劑加入到混料機(jī)中混勻，得到混 合料； B. 混煉，將混合料與1350g聚丙烯加入到高速混煉器中，在165°C溫度下進(jìn)行混煉，得 到混煉料； C. 造粒，將混煉料粉碎后，送入造粒機(jī)中在205 C溫度下擠出造粒，得到粒料； D. 成型，將粒料經(jīng)塑化后擠入成型模具中，然后在190°C、7Mpa條件下壓制成型，自然 冷卻至室溫后，脫模得到耐熱復(fù)合屏蔽材料塊。
[0028] 實(shí)施例3 : 一種耐熱復(fù)合屏蔽材料，由81%重量份數(shù)的氧化鉛粉，1%重量份數(shù)的碳化硼粉，0. 5%重 量份數(shù)的硅烷偶聯(lián)劑和17. 5%重量份數(shù)的聚丙烯組成。鉛粉和碳化硼粉的粒徑為150微米。
[0029] 其制備方法如下： A.混料，將SlOOg鉛粉，IOOg碳化硼粉，50g硅烷偶聯(lián)劑加入到混料機(jī)中混勻，得到混 合料； B. 混煉，將混合料與1750g聚丙烯加入到高速混煉器中，在170°C溫度下進(jìn)行混煉，得 到混煉料； C. 造粒，將混煉料粉碎后，送入造粒機(jī)中在210 C溫度下擠出造粒，得到粒料； D. 成型，將粒料經(jīng)塑化后擠入成型模具中，然后在190°C、10Mpa條件下壓制成型，自然 冷卻至室溫后，脫模得到耐熱復(fù)合屏蔽材料塊。
[0030] 實(shí)施例4 : 一種耐熱復(fù)合屏蔽材料，由82%重量份數(shù)的鉛粉，2%重量份數(shù)的碳化硼粉，0. 4%重量份 數(shù)的硅烷偶聯(lián)劑和15. 6%重量份數(shù)的聚丙烯組成。鉛粉和碳化硼粉的粒徑為150微米。
[0031] 其制備方法如下： A. 混料，將8200g鉛粉，200g碳化硼粉，40g硅烷偶聯(lián)劑加入到混料機(jī)中混勻，得到混 合料； B. 混煉，將混合料與1560g聚丙烯加入到高速混煉器中，在170°C溫度下進(jìn)行混煉，得 到混煉料； C. 造粒，將混煉料粉碎后，送入造粒機(jī)中在210 C溫度下擠出造粒，得到粒料； D. 成型，將粒料經(jīng)塑化后擠入成型模具中，然后在190°C、10Mpa條件下壓制成型，自然 冷卻至室溫后，脫模得到耐熱復(fù)合屏蔽材料塊。
[0032] 實(shí)施例5 : 將實(shí)施例1~4中得到的耐熱復(fù)合屏蔽材料塊加工成1厘米厚的板材。
[0033] 將鉛硼聚乙烯PB202 (含碳化硼1%，含鉛80%，聚乙烯19%，密度3. 6g/cm3)加工成 1厘米厚的板材，作為對比例。
[0034] 對上述板材進(jìn)行中子屏蔽性能測試，方法如下： 將241Am-Be源放入帶有石蠟準(zhǔn)直器的石蠟罐中，使中子束直接照射到中子劑量儀上，然 后在源與劑量儀的中間放上板材，記錄劑量儀前后的記數(shù)，用有屏蔽材料時(shí)的記數(shù)除以沒 有屏蔽材料時(shí)的記數(shù)得到透過比，屏蔽材料對 241Am-Be源中子束的屏蔽率為：1_透過比。
[0035] 對上述板材進(jìn)行Y射線屏蔽性能測試，方法如下： 帶有鉛罐與準(zhǔn)直器的137Cs源安放到實(shí)驗(yàn)用支架上，使Y射線束直接射到PTW通用劑 量儀上，然后在源與劑量儀的中間放上屏蔽材料以阻隔Y射線，記錄劑量儀前后的記數(shù)， 用有屏蔽材料時(shí)的記數(shù)除以沒有屏蔽材料時(shí)的記數(shù)得到透過比，再通過公式轉(zhuǎn)換成屏蔽材 料對 137Cs Y射線的衰減系數(shù)：

【權(quán)利要求】
1. 一種耐熱復(fù)合屏蔽材料，其特征在于：由13. 59Γ17. 7%重量份數(shù)的聚丙烯、19Γ2%重 量份數(shù)的碳化硼粉、〇. 39Π ). 5%重量份數(shù)的硅烷偶聯(lián)劑以及819Γ84%重量份數(shù)的鉛粉或氧 化鉛粉組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的，一種耐熱復(fù)合屏蔽材料，其特征在于：所述碳化硼粉、鉛粉 和氧化鉛粉的粒徑為50-150微米。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐熱復(fù)合屏蔽材料，其特征在于：聚丙烯的重量份數(shù)為 17. 5%，碳化硼的重量份數(shù)為1%，硅烷偶聯(lián)劑的重量份數(shù)為0. 5%，鉛粉的重量份數(shù)為81%。
4. 一種耐熱復(fù)合屏蔽材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： A. 混料，將鉛粉或氧化鉛粉，碳化硼粉，硅烷偶聯(lián)劑加入到混料機(jī)中混勻，得到混合 料； B. 混煉，將混合料與聚丙烯加入到高速混煉器中進(jìn)行混煉，得到混煉料； C. 造粒，將混煉料粉碎后，送入造粒機(jī)中擠出造粒，得到粒料； D. 成型，將粒料經(jīng)塑化后擠入成型模具中，然后壓制成型，自然冷卻至室溫后，脫模得 到耐熱復(fù)合屏蔽材料塊。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種耐熱復(fù)合屏蔽材料的制備方法，其特征在于：鉛粉或氧 化鉛粉的重量份數(shù)為819Γ84%，碳化硼粉的重量份數(shù)為19Γ2%，硅烷偶聯(lián)劑的重量份數(shù)為 0· 3°/Γ〇· 5%，聚丙烯的重量份數(shù)為13. 59Γ17. 7%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種耐熱復(fù)合屏蔽材料的制備方法，其特征在于：聚丙烯的 重量份數(shù)為17. 5%，碳化硼的重量份數(shù)為1%，硅烷偶聯(lián)劑的重量份數(shù)為0. 5%，鉛粉的重量份 數(shù)為81%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4~6中任意一項(xiàng)所述的一種耐熱復(fù)合屏蔽材料的制備方法，其特征在 于：所述步驟Β中，混煉溫度為160°C ?170°C。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4~6中任意一項(xiàng)所述的一種耐熱復(fù)合屏蔽材料的制備方法，其特征在 于：所述步驟C中，在200°C ~210°C條件下進(jìn)行擠出造粒。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4~6中任意一項(xiàng)所述的一種耐熱復(fù)合屏蔽材料的制備方法，其特征在 于：所述步驟D中，在180°C ~190°C、5Mpa~10MPa條件下進(jìn)行壓制成型。
【文檔編號】C08K3/22GK104292609SQ201310294900
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月15日
【發(fā)明者】李圓圓, 吳瑩, 朱常桂, 代勝平, 楊靜 申請人:中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院