一种聚芳硫醚基辐射防护复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种具有良好伽马射线防护性能的聚芳硫醚/纳米金属氧化物复合材料及其制备方法。本发明专利技术提供一种聚芳硫醚基辐射防护复合材料，所述复合材料包括如下组分：聚芳硫醚类基体树脂、加工助剂、辐射防护功能填料和偶联剂，各组分的比例为：聚芳硫醚类基体树脂40～90重量份，加工助剂1～10重量份，辐射防护功能填料10～50重量份，偶联剂的用量为聚芳硫醚类树脂质量的0.5％～5％；其中，所述加工助剂为与基体树脂相同的低分子量聚芳硫醚类树脂。所得聚芳硫醚基辐射防护复合材料具有良好的可加工性、耐热性、机械性能和辐射防护性，并且其制备工艺简单，便于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种聚芳硫醚基辐射防护复合材料及其制备方法
本专利技术涉及高分子材料
，尤其涉及一种具有良好伽马射线防护性能的聚芳硫醚/纳米金属氧化物复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着核科学的快速发展和核技术的大量应用，传统的电离辐射防护材料，如防核辐射混凝土和铅合金等材料，已经难以满足移动式核设施、核废料转贮容器、航天器等全新辐射防护的实际需求。目前，众多以有机高分子为基体，并填充具有辐射防护功能微粉的聚合物基电离辐射防护材料，因具有密度小、易加工成型等优点，已逐渐成为一类不可或缺的辐射防护材料。然而，该类材料通常所用的聚合物基体如聚烯烃、环氧树脂和聚氨酯等难以同时力学性能、耐热性、耐腐蚀性和辐射稳定性的要求。另一方面，为了获得优异的辐射防护效果，复合材料中往往会填充大量具有辐射防护能力的粒子。这往往导致复合材料加工困难、力学性能较差。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术旨在提供一种同时具有良好加工性能和屏蔽性能的辐射防护复合材料及其制备方法。本专利技术的技术方案：本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种聚芳硫醚基辐射防护复合材料，所述复合材料包括如下组分：聚芳硫醚类基体树脂、加工助剂、辐射防护功能填料和偶联剂，各组分的比例为：聚芳硫醚类基体树脂40～90重量份，加工助剂1～10重量份，辐射防护功能填料10～50重量份，偶联剂的用量为聚芳硫醚类树脂质量的0.5％-5％(优选为2％)；其中，所述加工助剂为与基体树脂相同的低分子量聚芳硫醚类树脂。进一步，所述低分子量聚芳硫醚类树脂的重均分子量范围15000g/mol～25000g/mol。进一步，所述聚芳硫醚类基体树脂的重均分子量范围为40000g/mol～70000g/mol。进一步，所述聚芳硫醚类树脂为聚苯硫醚(PPS)、聚芳硫醚砜(PASS)或聚芳硫醚酮(PASK)中的至少一种。进一步，所述辐射防护功能填料为纳米稀土氧化物；更进一步，所述辐射防护功能填料为纳米氧化钆、纳米氧化铈、纳米氧化钐或纳米氧化镧中的至少一种。进一步，所述偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)或γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)。优选的，所述聚芳硫醚类基体树脂为聚苯硫醚，所述辐射防护功能填料为纳米氧化钆，所述偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)。本专利技术要解决的第二个技术问题是提供上述聚芳硫醚基辐射防护复合材料的制备方法，将聚芳硫醚类基体树脂、加工助剂、辐射防护功能填料和偶联剂经混匀、挤出和注塑成型得聚芳硫醚基辐射防护复合材料。优选的，所述聚芳硫醚基辐射防护复合材料的制备方法为：先将聚芳硫醚类基体树脂和辐射防护功能填料混匀得混合料，再向混合料中喷洒稀释了的偶联剂混匀得共混物料，最后将干燥后的共混物料与加工助剂经混匀、挤出和注塑成型得聚芳硫醚基辐射防护复合材料。进一步，上述聚芳硫醚基辐射防护复合材料的制备方法包括以下步骤：1)先将聚芳硫醚类基体树脂和辐射防护功能填料采用高速混合机混匀(一般需混合20分钟左右)；2)然后将偶联剂经稀释(稀释10倍)以喷洒的方式加入高速混合机中，再继续高速混合10～30min(优选为20min)后取出，得到的共混物料于100～140℃(优选为120℃)干燥8～10小时；3)将干燥后的共混物料与加工助剂在高速混合机中继续高速混合15～20分钟后取出，经过双螺杆挤出机挤出造粒；4)将挤出造粒的粒料于100～140℃(优选为120℃)干燥8～10小时，经过注塑成型，得到聚芳硫醚基辐射防护复合材料。进一步，上述方法中，步骤1)～步骤3)中高速混合的混合速率为800r/min～2000r/min。本专利技术的有益效果：本专利技术所采用的聚芳硫醚类树脂具有优异的耐热性、耐腐蚀性、辐射稳定性和阻燃性以及优良的机械性能，可以适用于环境复杂多变的各种核
；采用的纳米稀土氧化物可以在较低含量下使得复合材料具有优异的辐射防护性能，并进一步采用低分子量的聚芳硫醚类树脂改善复合材料的加工性能。所得聚芳硫醚基辐射防护复合材料具有良好的可加工性、耐热性、机械性能和辐射防护性，并且其制备工艺简单，便于工业化生产。具体实施方式本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种聚芳硫醚基辐射防护复合材料，所述复合材料包括如下组分：聚芳硫醚类基体树脂、加工助剂、辐射防护功能填料和偶联剂，各组分的比例为：聚芳硫醚类基体树脂40～90重量份，加工助剂1～10重量份，辐射防护功能填料10～50重量份，偶联剂的用量为聚芳硫醚类树脂质量的0.5％-5％(优选为2％)；其中，所述加工助剂为与基体树脂相同的低分子量聚芳硫醚类树脂。进一步，所述低分子量聚芳硫醚类树脂的分子量范围15000g/mol～25000g/mol。进一步，所述聚芳硫醚类基体树脂的分子量范围为40000g/mol～70000g/mol。本专利技术要解决的第二个技术问题是提供上述聚芳硫醚基辐射防护复合材料的制备方法，将聚芳硫醚类基体树脂、加工助剂、辐射防护功能填料和偶联剂经混匀、挤出和注塑成型得聚芳硫醚基辐射防护复合材料。优选的，所述聚芳硫醚基辐射防护复合材料的制备方法为：先将聚芳硫醚类基体树脂和辐射防护功能填料混匀得混合料，再向混合料中喷洒稀释了的偶联剂混匀得共混物料，最后将干燥后的共混物料与加工助剂经混匀、挤出和注塑成型得聚芳硫醚基辐射防护复合材料。实施例1将40wt％的聚苯硫醚(分子量为50000)和50wt％纳米氧化钆在高速混合机中以1000r/min高速混合20分钟，然后将树脂基体质量的2wt％的偶联剂KH560稀释10倍，以喷洒的方式加入高速混合机中，再继续以1000r/min高速混合20分钟后取出，得到的共混物料于120℃干燥8小时；将干燥后的共混物料和10wt％低分子量聚苯硫醚(分子量为15000)在高速混合机中再以1000r/min高速混合15分钟后取出，经过双螺杆挤出机挤出造粒；挤出机设定螺杆转速为150rpm，料筒温度设置如下表1所示；将挤出造粒的粒料于120℃干燥8小时，注塑成型，注塑机各段温度如下表2所示。最终得到聚苯硫醚辐射防护复合材料拉伸强度为67.3MPa，初始分解温度为494.0℃，对于137Cs衰变产生的γ射线的屏蔽率为47.2％。表1PPS辐射防护复合材料挤出温度控制工艺参数表2PPS辐射防护复合材料挤出温度控制工艺参数实施例2将50wt％的聚苯硫醚(分子量为40000)和40wt％纳米氧化钆在高速混合机中以1000r/min高速混合20分钟，然后将树脂基体质量的2wt％的偶联剂KH550稀释10倍，以喷洒的方式加入高速混合机中，再继续以1400r/min高速混合20分钟后取出，得到的共混物料于120℃干燥8小时；将干燥后的共混物料和10wt％低分子量聚苯硫醚(分子量为20000)在高速混合机中再以1400r/min高速混合15分钟后取出，经过双螺杆挤出机挤出造粒后，将挤出造粒的粒料于120℃干燥8小时，注塑成型，挤出和注塑的参数如表1和表2所示。最终得到聚苯硫醚辐射防护复合材料拉伸强度为64.5MPa，初始分解温度为493.8℃，对于137Cs衰变产生的γ射线的屏蔽率为41.5％。实施例3将28wt％的聚苯硫醚(分子量为50000)、12wt％的聚芳硫醚砜和50wt％纳米氧化钐在高速混本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.聚芳硫醚基辐射防护复合材料，其特征在于，所述复合材料包括如下组分：聚芳硫醚类基体树脂、加工助剂、辐射防护功能填料和偶联剂，各组分的比例为：聚芳硫醚类基体树脂40～90重量份，加工助剂1～10重量份，辐射防护功能填料10～50重量份，偶联剂的用量为聚芳硫醚类树脂质量的0.5％～5％；其中，所述加工助剂为与基体树脂相同的低分子量聚芳硫醚类树脂。

【技术特征摘要】
1.聚芳硫醚基辐射防护复合材料，其特征在于，所述复合材料包括如下组分：聚芳硫醚类基体树脂、加工助剂、辐射防护功能填料和偶联剂，各组分的比例为：聚芳硫醚类基体树脂40～90重量份，加工助剂1～10重量份，辐射防护功能填料10～50重量份，偶联剂的用量为聚芳硫醚类树脂质量的0.5％～5％；其中，所述加工助剂为与基体树脂相同的低分子量聚芳硫醚类树脂。2.根据权利要求1所述的聚芳硫醚基辐射防护复合材料，其特征在于，所述低分子量聚芳硫醚类树脂的重均分子量为15000g/mol～25000g/mol。3.根据权利要求1或2所述的聚芳硫醚基辐射防护复合材料，其特征在于，所述聚芳硫醚类基体树脂的重均分子量为40000g/mol～70000g/mol。4.根据权利要求1～3任一项所述的聚芳硫醚基辐射防护复合材料，其特征在于，所述聚芳硫醚类树脂为聚苯硫醚、聚芳硫醚砜或聚芳硫醚酮中的至少一种。5.根据权利要求1～4任一项所述的聚芳硫醚基辐射防护复合材料，其特征在于，所述辐射防护功能填料为纳米稀土氧化物；进一步，所述辐射防护功能填料为纳米氧化钆、纳米氧化铈、纳米氧化钐或纳米氧化镧中的至少一种。6.根据权利要求1～5任一项所述的聚芳硫醚基辐射防护复合材料，其特征在于，所述偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或γ-氨丙基三乙氧基硅烷。7.权利要求1～6任一项所述的聚芳硫醚...

【专利技术属性】
技术研发人员：王孝军，黄翔，杨杰，张刚，龙盛如，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51