有机硅树脂改性的环氧树脂基中子屏蔽材料及制备与应用制造技术

本发明专利技术提供了一种有机硅树脂改性的环氧树脂基中子屏蔽材料及制备与应用，所述材料由如下重量份配比的原料配方制备而成：环氧树脂20‑100重量份；有机硅树脂改性的环氧树脂10‑20重量份；室温固化剂10‑100重量份；增韧剂5‑40重量份；稀释剂5‑20重量份；硅烷偶联剂包覆改性的防辐射助剂5‑50重量份；硅烷偶联剂包覆改性的阻燃功能助剂20‑100重量份。本发明专利技术所提供的有机硅改性的环氧树脂基中子屏蔽材料具有优异的中子屏蔽性能、力学性能、热老化性能、耐温性能及韧性，其制备方法简单可靠，且由于采用室温固化剂可通过室温浇注制备异形件。

Epoxy resin based neutron shielding material modified by silicone resin and its preparation and Application

The invention provides an epoxy resin-based neutron shielding material modified by organosilicon resin and its preparation and application. The material is prepared from the following weight proportion raw material formula: epoxy resin 20_100 weight parts; organosilicon resin modified epoxy resin 10_20 weight parts; room temperature curing agent 10_100 weight parts; toughening agent. 5 40 by weight; 5 20 by diluent; 5 50 by weight; 5 50 by weight by silane coupling agent; 20 100 by silane coupling agent. The silicone modified epoxy resin-based neutron shielding material has excellent neutron shielding performance, mechanical properties, thermal aging performance, heat resistance and toughness. The preparation method is simple and reliable, and the special-shaped parts can be prepared by pouring at room temperature with room temperature curing agent.

【技术实现步骤摘要】
有机硅树脂改性的环氧树脂基中子屏蔽材料及制备与应用
本专利技术涉及一种有机硅树脂改性的环氧树脂基中子屏蔽材料及制备与应用，属于屏蔽材料

技术介绍
随着我国核电产业的快速发展，在建和在运机组逐渐增多，从堆芯卸出的高放射性乏燃料的后处理问题变得日益突出。依据我国国情，当前对乏燃料的最佳处理方式为离堆中间贮存方式中的干式贮存方法，此方法的关键技术核心在于乏燃料贮存罐的制备。金属乏燃料贮存罐一般采用不锈钢作为主体结构，在夹层中使用屏蔽材料。屏蔽材料可以有效阻止由乏燃料产生的具有高强透射能力的中子和γ射线对外界设备及人体的伤害。由于乏燃料存储罐在使用过程中对罐体材料的耐温性能要求极高，因此有必要进行能有效屏蔽中子和γ射线的耐温屏蔽材料的开发。聚合物基复合屏蔽材料由于密度可控，加工性能好等优点而发展迅速。其中，铅硼聚乙烯复合屏蔽材料是一类重要的屏蔽中子和γ射线的材料，它具有比重轻、氢含量和硼含量高、铅含量高，易于加工成型，无二次残余放射，对中子和伽玛辐射具有较好屏蔽效果，适用于混合辐射场等优点。国内外相关的研究机构在其制备和应用方面开展了大量工作。但是由于聚乙烯的长期使用温度在80℃左右，这极大地限制了该类复合屏蔽材料的使用范围。环氧树脂具有良好的拉伸性能、热稳定性及尺寸稳定性，已作为胶黏剂、涂料、结构材料和纤维增强复合材料用树脂基体等形式广泛应用于化工、机械、电子、汽车及航天航空等工业领域。研究表明，环氧树脂具有良好的耐腐蚀、耐中子和耐γ射线辐照损伤等性能，可延长屏蔽材料的服役时间。此外，环氧树脂中富含的氢元素具有散射慢化中子的能力，可以拓宽屏蔽材料对中子的俘获能谱。然而，乏燃料罐复杂的辐射物理和化学环境要求屏蔽材料不仅需要具有优异的中子和γ射线的屏蔽性能，还要具有好的阻燃性能、耐辐照性能和力学性能。现有的环氧树脂体系很难同时满足这些严苛的性能要求，国内在这个领域的研究也仍处于起步阶段，与国外的成熟产品的技术差距较大。因此，研制出满足我国核电等领域产业需求的耐温型屏蔽材料，对促进我国核电自主化建设，推动我国核电事业高速发展有着十分重要的意义。
技术实现思路
为了解决上述的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种有机硅树脂改性的环氧树脂基中子屏蔽材料。本专利技术在制备该有机硅树脂改性的环氧树脂基中子屏蔽材料时采用了有机硅树脂改性的环氧树脂，其可以起到增加所得有机硅树脂改性的环氧树脂基中子屏蔽材料热稳定性的作用；此外，本专利技术制备过程中还采用了硅烷偶联剂包覆改性的防辐射助剂及硅烷偶联剂包覆改性的阻燃功能助剂，该包覆改性后的屏蔽填料更易于在聚合物基体中分散，进而可以提高所得屏蔽材料的屏蔽性能，如可提高所得屏蔽材料的快中子屏蔽率及γ射线吸收率。本专利技术的目的还在于提供一种有机硅树脂改性的环氧树脂基中子屏蔽材料的制备方法。本专利技术的目的还在于提供上述有机硅树脂改性的环氧树脂基中子屏蔽材料在屏蔽中子中的应用。为达到上述目的，一方面，本专利技术提供一种有机硅改性的环氧树脂基中子屏蔽材料，其中，所述中子屏蔽材料主要由如下重量份配比的原料配方制备而成：在本专利技术所提供的中子屏蔽材料中，优选地，所述中子屏蔽材料主要由A组分及B组分混合均匀后经固化反应制备而成：所述A组分是将有机硅树脂改性的环氧树脂、增韧剂、硅烷偶联剂包覆改性的防辐射助剂及稀释剂分别加入环氧树脂后，室温下混合均匀，再经室温真空脱泡制备而成；所述B组分是将硅烷偶联剂包覆改性的阻燃功能助剂、稀释剂分别加入固化剂后，室温下混合均匀，再经室温真空脱泡制备而成。其中，所述混合均匀为本领域的常规操作，例如可以通过搅拌的方式实现各原料的混合均匀。在本专利技术所提供的中子屏蔽材料中，其中，本专利技术对A组分及B组分制备过程中原料的加入顺序不做特殊要求，本领域技术人员可以根据作业需要合理调整原料加入顺序，只要保证可以实现本专利技术的目的即可；在本专利技术较为优选的实施方式中，A组分及B组分制备过程中原料加入顺序一般遵循以下原则：重点材料及不易混合的填料先添加。此外，在A组分及B组分制备过程中均使用了稀释剂，但本专利技术对A组分及B组分制备过程中所用稀释剂的各自用量不做特殊要求，本领域技术人员可以根据具体组分、粘度情况确定A组分及B组分制备过程中稀释剂的各自用量，只要保证二者总和在本申请要求的范围内即可；在本专利技术一具体实施方式中，A组分及B组分制备过程中稀释剂的用量相同，分别为稀释剂总用量的一半。在本专利技术所提供的中子屏蔽材料中，优选地，所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂和/或双酚F型环氧树脂。在本专利技术所提供的中子屏蔽材料中，优选地，所述有机硅树脂包括聚甲基硅树脂、聚芳基有机硅树脂、聚甲基苯基有机硅树脂中的一种或几种的组合。在本专利技术所提供的中子屏蔽材料中，优选地，所述室温固化剂包括聚硫醇、多元异氰酸酯、芳香胺以及酸酐中的一种或几种的组合。在本专利技术所提供的中子屏蔽材料中，优选地，所述稀释剂包括烯丙基缩水甘油醚和/或二缩水甘油苯胺。在本专利技术所提供的中子屏蔽材料中，优选地，所述增韧剂包括具有活性端基的液体橡胶改性的环氧树脂；更优选地，所述活性端基包括羧基、羟基。在本专利技术所提供的中子屏蔽材料中，优选地，所述硅烷偶联剂包覆改性的阻燃功能助剂包括硅烷偶联剂包覆改性的氢氧化镁和/或氢氧化铝。在本专利技术所提供的中子屏蔽材料中，优选地，所述硅烷偶联剂包覆改性的防辐射助剂包括硅烷偶联剂包覆改性的碳化硼、氮化硼及钨粉中的一种或几种的组合。在本专利技术所提供的中子屏蔽材料中，优选地，所述硅烷偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷及N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种的组合。在本专利技术一具体实施方式中，所述硅烷偶联剂包覆改性的防辐射助剂的制备包括以下步骤：将5-50重量份的防辐射助剂浸润在2-10重量份的硅烷偶联剂中，过滤后于60-80℃真空干燥，待用。其中，所述防辐射助剂包括碳化硼、氮化硼及钨粉中的一种或几种的组合。在本专利技术一具体实施方式中，所述硅烷偶联剂包覆改性的阻燃功能助剂的制备包括以下步骤：将5-50重量份的阻燃功能助剂浸润在2-10重量份的硅烷偶联剂中，过滤后于60-80℃真空干燥，待用。其中，所述阻燃功能助剂包括氢氧化镁和/或氢氧化铝。在本专利技术所提供的中子屏蔽材料中，优选地，所述有机硅树脂改性的环氧树脂主要由如下重量份配比的原料配方经反应后制备而成：20-100重量份的环氧树脂、5-30重量份的有机硅树脂、2-10重量份的硅烷偶联剂及0.2-1重量份的催化剂。在本专利技术所提供的中子屏蔽材料中，优选地，所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂和/或双酚F型环氧树脂。在本专利技术所提供的中子屏蔽材料中，优选地，所述有机硅树脂包括聚甲基硅树脂、聚芳基有机硅树脂、聚甲基苯基有机硅树脂中的一种或几种的组合。在本专利技术所提供的中子屏蔽材料中，优选地，所述硅烷偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷及N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种的组合。在本专利技术所提供的中子屏蔽材料中，优选地，所述反应为在50-95℃反应4-10h。在本专利技术所提供的中子屏蔽材料中，所述有机硅树脂改性的环氧树脂的制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机硅改性的环氧树脂基中子屏蔽材料，其特征在于，所述中子屏蔽材料主要由如下重量份配比的原料配方制备而成：

【技术特征摘要】
1.一种有机硅改性的环氧树脂基中子屏蔽材料，其特征在于，所述中子屏蔽材料主要由如下重量份配比的原料配方制备而成：优选地，所述有机硅树脂包括聚甲基硅树脂、聚芳基有机硅树脂、聚甲基苯基有机硅树脂中的一种或几种的组合；还优选地，所述硅烷偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷及N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种的组合。2.根据权利要求1所述的中子屏蔽材料，其特征在于，所述中子屏蔽材料主要由A组分及B组分混合均匀后经固化反应制备而成：所述A组分是将有机硅树脂改性的环氧树脂、增韧剂、硅烷偶联剂包覆改性的防辐射助剂及稀释剂分别加入环氧树脂后，室温下混合均匀，再经室温真空脱泡制备而成；所述B组分是将硅烷偶联剂包覆改性的阻燃功能助剂、稀释剂分别加入固化剂后，室温下混合均匀，再经室温真空脱泡制备而成。3.根据权利要求1或2所述的中子屏蔽材料，其特征在于，所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂和/或双酚F型环氧树脂。4.根据权利要求1或2所述的中子屏蔽材料，其特征在于，所述室温固化剂包括聚硫醇、多元异氰酸酯、芳香胺以及酸酐中的一种或几种的组合；优选地，所述稀释剂包括烯丙基缩水甘油醚和/或二缩水甘油苯胺。5.根据权利要求1或2所述的中子屏蔽材料，其特征在于，所述增韧剂包括具有活性端基的液体橡胶改性的环氧树脂；优选地，所述活性端基包括羧基、羟基。6.根据权利要求1或2所述的中子屏蔽材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂包覆改性的阻燃功能助剂包括硅烷偶联剂包覆改性的氢氧化镁和/或氢氧化铝；优选地，所述硅烷偶联剂包覆改性的防辐射助剂包括硅烷偶联剂包覆改性的碳化硼、氮化硼及钨粉中的一种或几种的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马慧玲，陆永俊，张龙，曹可，王士军，代培，孟宪芳，孙超，王连才，曾心苗，
申请(专利权)人：北京市射线应用研究中心，
类型：发明
国别省市：北京,11