具有阻燃性能的柔性無鉛γ屏蔽材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于核輻射防護(hù)領(lǐng)域、核輻射屏蔽材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有 阻燃性能的柔性無鉛γ屏蔽材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著核技術(shù)應(yīng)用在輻射加工、醫(yī)療診斷以及國防軍事等方面發(fā)揮著越來越重要的 作用，從業(yè)人員的數(shù)目也隨之上升。但給人們帶來方便和享受的同時，各種射線也在某種程 度上也給人類帶來危害，因此，降低從業(yè)人員在各類放射性活動中的職業(yè)照射水平，保證放 射性從業(yè)人員的生命健康極為重要。
[0003] 傳統(tǒng)γ輻射防護(hù)材料以鉛橡膠為主要材料，重量大、柔性差、具有生物毒性且不 具有阻燃性能，如專利：CN 200510116946. 5、CN 201310294900. 7等，其中涉及γ射線的屏 蔽材料，而這些材料中均含有鉛，因此通過這些方法制得的γ屏蔽材料不能滿足核事故條 件下?lián)岆U人員對于可能出現(xiàn)火災(zāi)情況的防護(hù)要求；同時傳統(tǒng)鉛橡膠屏蔽材料質(zhì)地相對較硬 不能隨環(huán)境尺寸、設(shè)備外形隨意變化，且不具備阻燃性能，為核設(shè)備防護(hù)工作帶來一定困難 和風(fēng)險。因此，研制一種具有阻燃性能的柔性無鉛γ屏蔽材料，已成為本領(lǐng)域亟待解決的 技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述存在的問題，本發(fā)明目的在于提供一種以高溫硫化硅膠為基體的柔性無 鉛γ屏蔽材料，其具有良好柔韌性、阻燃性能、力學(xué)強(qiáng)度，且具有良好的γ屏蔽材料。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種具有阻燃性能的柔性無鉛 γ屏蔽材料，所述的屏蔽材料中各組分的重量份數(shù)如下：高溫硫化硅膠100份，γ屏蔽功 能填料250~400份，阻燃功能填料15. 8~48份，鉑金硫化劑A組分0. 5~1. 5份，鉑金 硫化劑B組分1. 5~3份，粉體表面改性劑1~5份；所述γ屏蔽功能填料為W、W03、Ba0、 Gd2O3中的一種或多種以任意比例混合。
[0006] 本發(fā)明所述阻燃功能填料為氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鋅或紅磷中的一種或多種 以任意比例混合。所選用的氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鋅無機(jī)阻燃劑可以受熱分解水蒸氣降 低火焰發(fā)出的熱量，降低可燃?xì)怏w的生產(chǎn)；紅磷可形成磷酸吸收熱量，并在聚合物表面形成 隔離膜阻斷空氣，以達(dá)到阻燃效果。
[0007] 本發(fā)明所述的粉體表面改性劑為偶聯(lián)劑KH-540、氨丙基三甲氧基硅烷、偶聯(lián)劑 D-90其中的一種或多種以任意比例混合。選用粉體改性劑可以改性粉末表面結(jié)構(gòu)降低粉末 團(tuán)聚，提高粉末在聚合物基體中的分散性。
[0008] 本發(fā)明所述的高溫硫化硅膠的硬度為10HA。為了保證最終的樣品材料具有良好的 柔性，因此必須選擇硬度較低的硅膠。硅膠硬度值越大，最終的材料柔軟度越差。
[0009] 本發(fā)明所述γ屏蔽功能填料、阻燃功能填料粒徑均為2um~15um。選用的填料顆 粒較小時，在生產(chǎn)過程中容易形成團(tuán)聚物，降低樣品材料的力學(xué)性能、γ屏蔽性能和阻燃性 能；當(dāng)填料顆粒較大時，會降低薄膜樣品的γ射線屏蔽性能。
[0010] 本發(fā)明所述的具有阻燃性能的柔性無鉛γ屏蔽材料的制備方法：所述的制備方 法包括：柔性高分子基體材料塑煉一功能填料表面改性一與功能填料粉末混煉一壓片及高 溫常壓成型，其詳細(xì)的制備方法如下： 1) 向雙輥開煉機(jī)中加入相應(yīng)質(zhì)量的高溫硫化硅膠塑煉5-10min，然后加入鉑金硫化劑 B組分塑煉10_15min，最后加入鉑金硫化劑A組分繼續(xù)塑煉10-15min，得到塑煉產(chǎn)物； 2) 將相應(yīng)質(zhì)量的γ屏蔽功能填料、阻燃功能填料和粉體表面改性劑混合，得到填料混 合物，接著加入填料混合物總質(zhì)量30%~50%的去離子水以及填料混合物總質(zhì)量5%~10% 的無水乙醇，在30-50°C溫度下反應(yīng)1~I. 5h，過濾獲得改性功能填料混合物； 3) 將步驟1)獲得的塑煉產(chǎn)物和步驟2)獲得的改性功能填料混合物加入真空密煉機(jī) 中，105-115°C溫度下密煉20-30min，獲得硅膠基混合物； 4) 平板硫化機(jī)上下板溫度為50-80°C，加入將步驟3)獲得的硅膠基混合物與聚酯分離 膜一起壓片除泡，然后放入烘箱中150_170°C加熱8-15min，冷卻后即獲得所述具有阻燃性 能的柔性無鉛γ屏蔽材料。
[0011] 本發(fā)明所述步驟1)的操作過程中雙輥開煉機(jī)轉(zhuǎn)速為45rpm，雙輥間距2mm，工作溫 度 0-40°C。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明通過硅膠與硫化劑塑煉、功能填料表面改性、硅膠與功 能填料混煉、硅膠基體材料壓片高溫常壓成型等工藝獲得的γ屏蔽材料，具有良好的γ射 線屏蔽性能，Imm厚的材料對能量為59. 6keV的γ射線的屏蔽率高達(dá)76. 2% ; 本發(fā)明的配方中以高溫硫化硅膠為基體，所獲得的高分子材料成型后柔軟易卷曲；阻 燃功能填料成分受熱時可以分解結(jié)晶水吸熱或形成覆蓋層隔熱、隔絕氧氣，具有較高的阻 燃性能； 此外，經(jīng)過檢測，該材料還具有較高的力學(xué)強(qiáng)度及無生物毒性，不僅能夠滿足形狀復(fù)雜 核儀器設(shè)備外圍防護(hù)，也是良好的γ射線防護(hù)服核心材料。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0014] 以下實(shí)施例為本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，本非是對本發(fā)明范圍的限制，在具體的操 作過程中，γ屏蔽功能填料粉末可選擇W、W03、Ba0、Gd203中的一種或幾種，阻燃功能填料 粉末可選擇氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鋅、紅磷其中的一種或幾種，粉體表面改性劑可選擇 偶聯(lián)劑KH-540、偶聯(lián)劑KH-550、氨丙基三甲氧基硅烷、偶聯(lián)劑D-90中的一種或幾種，這些改 變，皆可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的。
[0015] 實(shí)施例1:本發(fā)明所述的具有阻燃性能的柔性無鉛γ射線屏蔽材料。
[0016] 所述的屏蔽材料中各組分的重量份數(shù)如下：硬度IOHA的高溫硫化硅膠100g，W粉 末250g，硼酸鋅粉末48g，鉑金硫化劑A組分為0. 5g，鉑金硫化劑B組分為I. 5g，KH-540偶 聯(lián)劑lg。
[0017] 其中W粉末粒徑2um，硼酸鋅粉末粒徑2. 5um。
[0018] 具有阻燃性能的柔性無鉛γ射線屏蔽材料的制備方法步驟如下： 1)高溫硫化硅膠基體材料塑煉：調(diào)整開煉機(jī)雙輥間距2mm，轉(zhuǎn)速45r/min，當(dāng)輥筒溫度 在15°C，開機(jī)轉(zhuǎn)動雙輥，將100g高溫硫化硅膠投入雙輥間進(jìn)行塑煉，塑煉時間5分鐘。將 I. 5g鉑金硫化劑B組分添加到上述高溫硫化硅膠中繼續(xù)進(jìn)行塑煉10分鐘，最后再添加 0. 5g鉑金硫化劑A組分混煉10分鐘，期間采用打滾操作法塑煉。
[0019] 2)功能填料表面改性工藝：取90g去離子水、15g無水乙醇和Ig的KH-540偶聯(lián)劑 與功能填料粉體混合，并在30°C溫度下反應(yīng)1. 5小時并過濾得到粉末混合物。
[0020] 3)硅膠與功能填料粉末混煉：在真空密煉機(jī)中加入上述塑煉完成的硅膠和反應(yīng)完 成的功能粉末混合物，調(diào)節(jié)加工溫度l〇5°C，混煉30分鐘，充分混合并除去水分。
[0021] 4)硅膠基復(fù)合材料熱壓成型：設(shè)置平板硫化機(jī)上下板溫度為50°C，將真空密煉 機(jī)中混煉好的柔性高分子材料基混合物放與聚酯分離膜一起壓片除泡，然后放入烘箱中 150°C加熱15min，冷卻后即獲得所述具有阻燃性能的柔性無鉛γ屏蔽材料。
[0022] 材料力學(xué)性能：
材料阻燃性能：氧指數(shù)32. 3。
[0023] γ射線屏蔽性能：1mm厚的材料對241Am源出射的γ射線屏蔽率為65. 2%。
[0024] 實(shí)施例2:本發(fā)明所述的具有阻燃性能的柔性無鉛γ射線屏蔽材料。
[0025] 所述的屏蔽材料中各組分的重量份數(shù)如下：硬度IOHA的高溫硫化硅膠100g，W粉 末250g，WO 3粉末50g，硼酸鋅粉末28. 3g，鉑金硫化劑A組分為lg，鉑金硫化劑B組分為2g， KH-540偶聯(lián)劑3g。
[0026] 其中W粉末粒徑2um，103粉末粒徑10um，硼酸鋅粉末粒徑2. 5um。
[0027] 具有阻燃性能的柔性無鉛γ射線屏蔽材料的制備方法步驟如下： 1)高溫硫化硅膠基體材料塑煉：調(diào)整開煉機(jī)雙輥間距2mm，轉(zhuǎn)速45r