一种三维连体织物防辐射复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种三维连体织物防辐射复合材料及其制备方法。主要包含重金属及其化合物、树脂基体、偶联剂和三维连体织物，通过具有防辐射特性的钨及其化合物改性环氧树脂后，将其注入三维连体织物内部层与层之间中空结构中，从而制备三维连体织物防辐射复合材料。同时，本发明专利技术还提供了上述三维连体织物防辐射复合材料的制备方法。首先对三维连体织物的表面和边缘进行密封，然后通过真空灌注或压力注射工艺将改性的树脂体系填充入三维连体织物内部，固化后得到最终的防辐射材料。该三维连体编织防辐射复合材料不仅具有良好的屏蔽性能和减重效果，三维连体织物也赋予了其优异的力学性能、抗辐射性和耐环境特性。抗辐射性和耐环境特性。抗辐射性和耐环境特性。

【技术实现步骤摘要】
一种三维连体织物防辐射复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料
，尤其涉及一种三维连体织物防辐射复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]核技术已经广泛的应用于能源、医疗、国防和太空探索等领域，比如以核电站、加速器、射线诊断为代表的现代高新技术。然而核技术所产生的电离辐射，如γ射线和中子辐射等，会对人体和设备具有很强的危害作用。因此，辐射防护设计对于放射性设备和装置必不可少，其中采用合理的屏蔽材料十分关键。近年来移动式核电站、核废料处置、太空飞行器的发展对屏蔽材料提出了轻量化、结构和辐射屏蔽一体化设计的需求。传统的混凝土、钢和铅等屏蔽材料具有重量大、易腐蚀和有毒等缺点，难以满足新型辐射屏蔽设计的严格要求。在聚合物基体中加入有辐射屏蔽功能的金属氧化物等填料制备辐射屏蔽复合材料，能够有效的达到减重的目的。连续纤维增强树脂基复合材料不仅轻质高强，并且具有工艺灵活、可设计性强、易于实现辐射屏蔽功能/结构一体化等优点，具有防辐射功能的该类复合材料目前主要是采用模压等工艺制备的复合材料层合结构。如本申请人的在先技术CN106009511A公开了一种防电离辐射的纤维增强树脂基复合材料，将重金属及其化合物、偶联剂和溶剂进行活化反应，得到改性重金属及其化合物；将所述改性重金属及其化合物与树脂基体混合，得到改性树脂；再将玄武岩纤维预浸所述的改性树脂，固化成型后，得到防电离辐射复合材料。浙江三元电子科技有限公司的专利CN109177396A公开了一种防护复合材料的制备方法，包括以下步骤：在织物基材表面复合电磁屏蔽功能层，在所述电磁屏蔽功能层表面涂覆核辐射防护屏蔽涂料，得到功能层；或在织物基材表面涂覆核辐射防护屏蔽涂料，得到功能层；将防护层、功能层与舒适层进行复合，且所述防护层与所述功能层中由核辐射防护屏蔽涂料形成的涂层相接触，所述舒适层中由中子防护涂料形成的涂层与所述织物基材相接触，得到防护复合材料。然而这些技术面内力学性能可达到使用要求，但是厚度方向力学性能较低，且辐射屏蔽填料的添加量有限，限制了其防辐射性能的提升。
[0003]为此，本专利技术的目的是提供一种三维连体织物防辐射复合材料，所述三维连体织物复合材料与上述复合材料层合结构相比具有不可比拟的优势。本专利技术复合而成的轻质结构复合材料，具有突出的抗剥离性、耐久性和结构稳定性，同时其中空结构为辐射屏蔽填料的引入提供了空间，容易设计出具有优异防辐射性能的复合材料，为在复杂的辐射环境下实现质轻高强和防辐射/结构一体化的目标提供了新的途径。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种三维连体织物防辐射复合材料，三维连体织物复合材料与上述复合材料层合结构相比具有不可比拟的优势。三维连体织物是采用高强纤维经整体编织而成，层与层之间由垂直纱线相连，呈中空结构的结构编织物。层面之间的垂直纱线(也叫芯柱)，径向看呈“8”字形，纬向看呈“1”字形(如图1所示)。将其作为增强体与树脂复合而成的
轻质结构复合材料，具有突出的抗剥离性、耐久性和结构稳定性，同时其中空结构为辐射屏蔽填料的引入提供了空间，容易设计出具有优异防辐射性能的复合材料，为在复杂的辐射环境下实现质轻高强和防辐射/结构一体化的目标提供了新的途径。
[0005]本专利技术的目的在于提供一种三维连体织物防辐射复合材料及其制备工艺方法，本专利技术提供的三维连体织物防辐射复合材料具有良好的防辐射性能和优异的综合力学性能。
[0006]本专利技术提供了一种防辐射屏蔽复合材料，主要包含重金属及其化合物、树脂基体、偶联剂和三维连体织物。以环氧树脂作为基体树脂，重金属及其化合物作为屏蔽剂，同时使用偶联剂表面改性金属化合物提高其与基体树脂的相容性，将该重金属改性的树脂体系注入三维连体织物内部的空间中，从而制备三维连体织物防辐射复合材料。
[0007]本专利技术所述的重金属改性的树脂体系的制备方法采用已知技术，如专利CN106009511A所述的方法。
[0008]所述重金属改性树脂体系包含以下质量份的组分：
[0009]重金属及其化合物10～80份；所述重金属化合物与树脂基体的质量比为(1～10)：10，特别是能达到1:2～1:1；所述重金属化合物与偶联剂的质量比为100：(1～5)。
[0010]所述三维连体织物包括玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维和聚乙烯纤维等纤维中的一种或者多种纤维编织而成的三维连体织物；优选的，所述三维连体织物为玻璃纤维三维间隔连体织物。厚度范围为3
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50mm，优选的厚度为8mm；经纱和纬纱密度为5
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20根/10mm，优选的经纱和纬纱密度为10根/10mm；芯柱分布密度10
‑
50个/cm2，优选的芯柱分布密度20个 /cm2。
[0011]优选的，所述重金属及其化合物为钨、碳化钨、氧化钨和氮化钨中的一种或者几种。
[0012]优选的，所述重金属及其化合物包含粒径为微米级、亚微米级和纳米级中的一种或几种；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。
[0013]优选的，所述树脂基体为环氧树脂及其对应的固化剂；优选地，所述环氧树脂选自双酚A类环氧树脂，选自E
‑
44、E
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54、E
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51、E
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42、E
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35、 E
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31、E
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20、E
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14、E
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12、E
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06和E
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03的至少一种；优选地，在本专利技术中，所述固化剂优选为多元脂肪胺类、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，更优选为4,4
’‑
氨基二苯基飒、甲基纳迪克酸酐、甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、乙二胺和双氰胺中的一种或几种。
[0014]优选的，所述的偶联剂包含硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
[0015]本专利技术还提了一种上述三维连体织物防辐射复合材料的制备方法。向三维连体织物中连续纤维芯柱形成的支撑空间注入屏蔽填料改性树脂，制备出具有辐射屏蔽功能的复合材料夹层结构。首先对三维连体织物进行密封，在封装过程中留出两个连接PVC管的出口，以便连接真空泵或压缩空气泵，然后将改性环氧树脂体系抽入或注入连体织物中。主要包括三个步骤：三维连体织物表面封装；三维连体织物边缘封装；真空灌注或压力注射。具体的步骤如下：
[0016](1)表面密封：用刮板将无填料的环氧树脂体系均匀地涂在三维连体织物上下表面，裁剪与三维连体织物同样大小的玻纤织物，厚度为 0.1mm，将其平铺在施胶后的三维连体织物上下表面，然后贴附模具并且排走气泡；三维间隔连体织物浸渍树脂后有回弹能力，即树脂浸润间隔连体织物后在树脂与纤维界面张力的作用下，织物层间的纱线回弹直立，
同时对织物上下面层施加与芯柱倾斜方向相反的拉伸载荷，使织物层间纤维芯柱保持直立状态，从而在径向呈“8”字形，纬向呈“1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维连体织物防辐射复合材料，其特征在于，主要包含重金属及其化合物、树脂基体、偶联剂和三维连体织物，以环氧树脂作为基体树脂、重金属及其化合物作为屏蔽剂制备重金属改性的树脂体系，将该重金属改性的树脂体系注入三维连体织物内部的空间中，从而制备三维连体织物防辐射复合材料，所述三维连体织物是采用高强纤维经整体编织而成，层与层之间由垂直纱线相连，呈中空结构的结构编织物，层面之间的垂直纱线，径向看呈“8”字形，纬向看呈“1”字形。2.根据权利要求1所述的三维连体织物防辐射复合材料，其特征在于，所述三维连体织物包括玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维和聚乙烯纤维中的一种或者多种纤维编织而成的三维连体织物；所述重金属改性树脂体系包含以下质量份的组分：重金属及其化合物10～80份；所述重金属化合物与树脂基体的质量比为(1～10)：10；所述重金属化合物与偶联剂的质量比为100：(1～5)。3.根据权利要求1所述的三维连体织物防辐射复合材料，其特征在于，所述重金属及其化合物为钨、碳化钨、氧化钨和氮化钨中的一种或者几种。4.根据权利要求3所述的三维连体织物防辐射复合材料，其特征在于，所述重金属及其化合物包含粒径为微米级、亚微米级和纳米级中的一种或几种；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。5.根据权利要求1所述的三维连体织物防辐射复合材料，其特征在于，所述树脂基体为环氧树脂及其对应的固化剂；所述环氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾轶卓，刘奔奔，杨雨坤，李敏，王绍凯，张佐光，
申请(专利权)人：承德宽航新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：