一种防电离辐射复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术中，玄武岩纤维含有较高含量的铁、锰等重核元素，重核元素提高了玄武岩纤维对高能电离辐射的吸收和散射作用，与其他增强纤维相比，具有更好的射线屏蔽性能；稀土氧化物由于其特殊的原子能级，对10‑80keV射线具有很强的光电吸收作用，能够弥补重核元素在此范围内的弱吸收区，从而显著提升玄武岩纤维复合材料对较宽能量范围射线的屏蔽性能。本发明专利技术使稀土氧化物、树脂基体和玄武岩纤维相互配合，互相作用，得到的防电离辐射复合材料能够同时具有良好的防辐射性能和力学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功能性复合材料
，尤其涉及一种防电离辐射复合材料及其制备方法。
技术介绍
核技术(nuclear technique)是指以核性质、核反应、核效应和核谱学为基础，以反应堆、加速器、辐射源和核辐射探测器为工具的现代高新技术。具有高的灵敏度、特异性、选择性、抗干扰性、穿透性等特点。随着科学技术的发展，核技术越来越受到关注，目前已被广泛应用于能源、医学、国防、农业、航空航天等各个领域。然而，核技术在应用中存在的最大的问题为电离辐射。电离辐射是一切能引起物质电离的辐射总称，包括来自于天然和人工的放射性辐射，如X射线、γ射线、中子辐射等。与电磁波、紫外线等非电离辐射相比，电离辐射对人体、其他生物体、仪器设备、材料等的危害程度更大，防护难度更高。在电离辐射环境下服役的材料分别需要具备两方面的性能，一方面是抗辐射性能，要求材料能够耐受大剂量高强度的X射线、γ射线、中子、质子、电子等高能电离辐射的照射，而保持其良好的物理、化学及力学性能，如作为核设施及其放射废物处理装置的结构材料；另一方面要求材料具有一定的电离辐射屏蔽性能，能够吸收并减弱射线及粒子流，起到辐射防护的效果，减少辐射对人体、仪器设备的危害。传统的防电离射线屏蔽材料一般选用铅、不锈钢、钨等金属材料，及以铅、钨或含铅、钨、钡、硼化合物为功能填料的复合材料，如铅玻璃、铅橡胶、铅硼聚乙烯等，或混凝土、陶瓷材料等。这些材料虽然具有很好的辐射屏蔽性能，但是往往在力学性能方面却存在明显缺陷，如铅高密度、毒性及其力学性能较低限制了其应用，往往需增加外层保护装置，增加了系统的重量和成本；以铅或含铅化合物为功能填料的铅玻璃、铅硼聚乙烯等力学性能低，难以满足结构材料的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种防电离辐射复合材料及其制备方法，本专利技术
提供的防电离辐射复合材料能够同时具有良好的防辐射性能和力学性能。本专利技术提供了一种防电离辐射复合材料，包含稀土体系、树脂基体、偶联剂和玄武岩纤维，所述稀土体系包含以下质量份的组分：稀土氧化物 90～110份；溶剂 15～100份；所述稀土体系和树脂基体的质量比为1:(5～10)；所述稀土体系和偶联剂的质量比为(105～210):(1～5)。优选的，所述玄武岩纤维包括玄武岩纤维丝束和/或玄武岩纤维织物；所述玄武岩纤维织物为玄武岩纤维单向布、玄武岩纤维平纹布、玄武岩纤维斜纹布和玄武岩纤维缎纹布中的一种或几种。优选的，所述稀土氧化物中的稀土元素为镧系元素和钪中的一种或几种。优选的，所述镧系元素为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥中的一种或几种。优选的，所述稀土氧化物包含粒径为微米级、亚微米级和纳米级稀土氧化物中的一种、两种或三种；所述微米级为1～20μm；所述亚微米级为500～700nm；所述纳米级为20～100nm。优选的，所述树脂基体包含环氧树脂和固化剂；所述环氧树脂为主链含苯环结构的缩水甘油醚类环氧树脂、主链含苯环结构的缩水甘油酯类环氧树脂和主链含苯环结构的缩水甘油胺类环氧树脂中的一种或几种；所述固化剂为多元脂肪胺类、多元芳香胺类、酸酐类、离子型类和双氰胺类固化剂中的一种或几种。优选的，所述的偶联剂包含硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂；所述钛酸酯偶联剂为单烷氧基型、单烷氧基焦磷酸酯型、配位型和螫合型中的一种或几种。本专利技术还提供了一种上述技术方案所述防电离辐射复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)将稀土氧化物、偶联剂和溶剂进行活化反应，得到改性稀土氧化物；
将所述改性稀土氧化物与树脂基体混合，得到改性树脂；2)将玄武岩纤维预浸所述步骤1)得到的改性树脂，固化成型后，得到防电离辐射复合材料。优选的，所述活化反应的温度为10～40℃；所述活化反应的时间为10～20分钟。优选的，所述混合的温度为30～100℃。本专利技术提供了一种防电离辐射复合材料，包含稀土体系、树脂基体、偶联剂和玄武岩纤维，所述稀土体系包含以下质量份的组分：稀土氧化物90～110份；溶剂15～100份；所述稀土体系和树脂基体的质量比为1:(5～10)；所述稀土体系和偶联剂的质量比为(105～210):(1～5)。本专利技术中，玄武岩纤维含有较高含量的铁、锰等重核元素，重核元素提高了玄武岩纤维对高能电离辐射的吸收和散射作用，与其他增强纤维相比，具有更好的射线屏蔽性能；稀土氧化物由于其特殊的原子能级，对10-80keV射线具有很强的光电吸收作用，能够弥补重核元素在此范围内的弱吸收区，从而显著提升玄武岩纤维复合材料对较宽能量范围射线的屏蔽性能。此外，玄武岩纤维和树脂基体相互配合，使得本申请所述复合材料具有优异的力学性能。本专利技术使稀土氧化物、树脂基体和玄武岩纤维相互配合，互相作用，得到的防电离辐射复合材料能够同时具有良好的防辐射性能和力学性能。附图说明图1为本专利技术实施例1所述预浸料-热压罐过程工装结构示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种防电离辐射复合材料，包含稀土体系、树脂基体、偶联剂和玄武岩纤维，所述稀土体系包含以下质量份的组分：稀土氧化物 90～110份；溶剂 15～100份；所述稀土体系和树脂基体的质量比为1:(5～10)；所述稀土体系和偶联剂的质量比为(105～210):(1～5)。本专利技术提供的防电离辐射复合材料包括玄武岩纤维，所述玄武岩纤维优选包括玄武岩纤维丝束和/或玄武岩纤维织物。在本专利技术中，所述玄武岩纤维织物优选为玄武岩纤维单向布、玄武岩纤维平纹布、玄武岩纤维斜纹布和玄
武岩纤维缎纹布中的一种或几种，具体的可以为一种、两种、三种或四种。本专利技术对所述玄武岩纤维的添加量没有特殊要求，所述玄武岩纤维的添加量优选能够满足所述改性稀土氧化物、树脂基体和玄武岩纤维三者的混合物中环氧树脂的含量优选为25～35wt％即可，更优选为28～32％。在本专利技术中，所述玄武岩纤维在复合材料中的体积分数优选为40～65％，更优选为45～60％，最优选为50～55％。本专利技术提供的防电离辐射复合材料包括稀土体系，所述稀土体系包括以下质量份的组分：稀土氧化物 90～110份；溶剂 15～100份。在本专利技术中，所述稀土体系包括90～110份的稀土氧化物，优选为92～105份，更优选为95～110份。在本专利技术中，所述稀土氧化物中的稀土元素为镧系元素和钪中的一种或几种。在本专利技术中，所述镧系元素优选为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥中的一种或几种。在本专利技术中，所述稀土氧化物优选包含粒径为微米级、亚微米级和纳米级稀土氧化物中的一种、两种或三种。在本专利技术中，所述微米级优选为1～20μm，更优选为5～15μm，最优选为8～12μm；所述亚微米级优选为500～700nm，更优选为550～650nm，最优选为580～620nm；所述纳米级优选为20～100nm，更优选为30～90nm，最优选为40～80nm。在本专利技术中，所述稀土体系包括15～100份的溶剂，优选为25～90份，更优选为35～80份。在本专利技术中，所述溶剂优选为水、乙醇和丙酮中的一种或几种。在本专利技术中，所述水优选为去离子水。本专利技术提供的防电离辐射复合材料包括偶联剂。在本专利技术中，所述的偶联剂优选为硅烷偶联剂和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防电离辐射复合材料，包含稀土体系、树脂基体、偶联剂和玄武岩纤维，所述稀土体系包含以下质量份的组分：稀土氧化物        90～110份；溶剂              15～100份；所述稀土体系和树脂基体的质量比为1:(5～10)；所述稀土体系和偶联剂的质量比为(105～210):(1～5)。

【技术特征摘要】
1.一种防电离辐射复合材料，包含稀土体系、树脂基体、偶联剂和玄武岩纤维，所述稀土体系包含以下质量份的组分：稀土氧化物 90～110份；溶剂 15～100份；所述稀土体系和树脂基体的质量比为1:(5～10)；所述稀土体系和偶联剂的质量比为(105～210):(1～5)。2.根据权利要求1所述的防电离辐射复合材料，其特征在于，所述玄武岩纤维包括玄武岩纤维丝束和/或玄武岩纤维织物；所述玄武岩纤维织物为玄武岩纤维单向布、玄武岩纤维平纹布、玄武岩纤维斜纹布和玄武岩纤维缎纹布中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的防电离辐射复合材料，其特征在于，所述稀土氧化物中的稀土元素为镧系元素和钪中的一种或几种。4.根据权利要求3所述的防电离辐射复合材料，其特征在于，所述镧系元素为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的防电离辐射复合材料，其特征在于，所述稀土氧化物包含粒径为微米级、亚微米级和纳米级稀土氧化物中的一种、两种或三种；所述微米级为1～20μm；所述亚微米级为500～700nm；所述纳米级为20～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾轶卓，李然，杨中甲，王绍凯，李敏，张佐光，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11