一种无毒防辐射有机硅复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及射线屏蔽材料技术领域，特别涉及一种无毒防辐射有机硅复合材料及其制备方法。该无毒防辐射有机硅复合材料包括基体材料以及分散在基体材料上的防辐射填充颗粒；基体材料为橡胶；防辐射填充颗粒为钨粉；基体材料与防辐射填充颗粒的重量比为1:(5～18)；按重量份计，防辐射填充颗粒包括：第一颗粒70～80份，第二颗粒10～15份，第三颗粒5～10份，第四颗粒0～5份，各个颗粒的费氏粒度分别为(15～20)μm、(5～10)μm、(2～3)μm、(0.1～1)μm，各个颗粒的振实密度分别为大于12.5g/cm3、大于10.5g/cm3、大于9.5g/cm3、大于7.5g/cm3。该无毒防辐射有机硅复合材料具有无毒、环保的优点，具备高辐射屏蔽性能的同时，兼具良好的机械性能。械性能。

【技术实现步骤摘要】
一种无毒防辐射有机硅复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及射线屏蔽材料
，特别涉及一种无毒防辐射有机硅复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着核电能源、医疗检测、军事战争、航空航天、民生安保等领域围绕核能及射线应用而展开的各种基础研究和技术开发不断增加，射线防护显得愈加重要。因此，能够有效减少意外辐射危害的核射线屏蔽材料也成为具有社会价值和经济价值的研究热点之一。
[0003]传统的核射线屏蔽材料主要为金属铅及其聚合物复合材料，其具有良好的能量吸收特性，对低能和高能X射线以及γ射线有较好的屏蔽效果，成本低且易于加工。然而，铅本身熔点低、有生物毒性，在较高温度时会形成铅蒸汽，含铅的废气、废水、废渣等污染大气、水源和农作物，严重危及人体健康。
[0004]根据欧盟《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令(RoHS指令)》、《报废电子电气设备指令(WEEE指令)》以及《化学品的注册、评估、授权和限制(REACH法规)》，铅被列为限制使用及高度关注的有害物质之一。且随着我国生态文明建设和环境治理措施不断加强，国家将陆续强制关闭没有铅后续处理能力的加工工厂，因此无铅的屏蔽材料将会出现较大的需求，研究以其它材料代替铅应用于射线屏蔽领域势在必行。
[0005]钨的原子序数为74，密度为19.35g/cm3，钨密度是铅的密度(11.34g/cm3)170.6％，本领域技术人员已知，防辐射能力和材料密度有着紧密的关系，密度越大屏蔽性能越好。同样的添加量(即装载量)下屏蔽性钨复合材料大于铅复合材料，且钨合金在长期使用中并没有发现对人或者环境有危害。钨具有良好的射线屏蔽性能，且不产生二次电子辐射，是用来做核辐射屏蔽材料的理想之选。
[0006]核射线屏蔽材料在后端应用时需要制成各类形状的制品(例如套管结构、层板结构等)，且核射线屏蔽材料的制品需要保持一定的柔韧性能，以便使用。
[0007]但是，钨为高熔点难熔金属，其烧结态韧塑性较差，成形加工困难，同时，钨粉还存在表面粗糙，松装密度低等缺陷，传统的直接添加单一规格粒度的钨粉或笼统的大范围钨粉填料组分的方案中，钨粉在复合材料基体上的装载量较小，致密性差，导致制得的材料的防辐射性能差。
[0008]具体来说，钨粉的含量影响着制得的核射线屏蔽材料的加工和成品性能，核射线屏蔽材料在制备过程的机械性能(例如流动性等)也受添加的钨粉含量的影响；为了获得更好的防辐射性能可以增加钨粉的添加比例，但是，由于钨本身的特性，如果只是简单地提高钨粉的添加比例，容易导致制得的核射线屏蔽材料的机械性能(可拉伸弯折性、柔韧性等可加工性能)方面存在不足，还可能出现材料可加工性能变差，且成型成品不良等问题，导致制得的核射线屏蔽材料在应用时受到诸多限制，因此，钨粉在复合材料基体上的装载量较小，导致制得的材料的防辐射性能差。
[0009]综上，如何获得一款采用钨粉填充的，具有无毒环保、高抗辐射性能优势，且兼具
良好的机械性能、加工成型性能的射线屏蔽材料，正是本领域迫切需要解决的问题。
[0010]申请号为CN200810147941.2、公开日为2009年05月13日的中国专利技术专利申请，公开了一种柔性复合辐射屏蔽材料，其由基体材料与屏蔽物质按配比配料后经混料、破碎造粒、挤出工艺制成。基体材料为热塑性弹性体(TPE)，其含量为总重量的15％
‑
95％；屏蔽物质为硼化合物、铅、钨及其化合物；硼化合物含量为总重量的0
‑
75％；铅、钨及其化合物含量为总重量的0
‑
85％。该中国专利技术专利申请的方案中仍采用金属铅，制得的材料无法满足无毒环保等要求。

技术实现思路

[0011]为解决上述
技术介绍
中提到的问题：金属铅及其聚合物复合材料具有毒性会对人和环境造成危害的问题；采用钨粉作为填料制得的辐射屏蔽材料难以兼具良好的机械性能和高抗辐射性能，严重影响其应用的问题。
[0012]本专利技术提供一种无毒防辐射有机硅复合材料，其包括基体材料以及分散在所述基体材料上的防辐射填充颗粒；所述基体材料为橡胶；所述防辐射填充颗粒为钨粉；所述基体材料与防辐射填充颗粒的重量比为1:(5～18)；
[0013]按重量份计，所述防辐射填充颗粒包括：第一颗粒70～80份，其费氏粒度为(15～20)μm，振实密度大于12.5g/cm3；第二颗粒10～15份，其费氏粒度为(5～10)μm，振实密度大于10.5g/cm3；第三颗粒5～10份，其费氏粒度为(2～3)μm，振实密度大于9.5g/cm3；第四颗粒0～5份，其费氏粒度为(0.1～1)μm，振实密度大于7.5g/cm3。
[0014]首先，本专利技术采用钨粉作为防辐射填充颗粒来替代传统的铅粉，钨粉的密度超过铅，且几乎无生物毒性，对环境不会造成污染，具有无毒环保等优点；
[0015]其次，在钨粉作为防辐射填充颗粒添加的过程中存在技术障碍：
[0016]一方面，钨为高熔点难熔金属，其具有烧结态韧塑性较差，成形加工困难等缺点，同时，钨粉还存在表面粗糙，松装密度低等缺陷，传统的直接添加单一规格粒度的钨粉或笼统的大范围钨粉填料组分的方案中，钨粉在复合材料基体上的装载量较小，致密性差，导致制得的材料的防辐射性能差。
[0017]具体来说，一方面，为了获得更好的防辐射性能可以增加钨粉的添加比例，但是，钨粉的含量也影响着制得的核射线屏蔽材料的加工和成品性能，由于钨本身的特性，如果只是简单地提高钨粉末的添加比例，容易导致制得的核射线屏蔽材料的机械性能(可拉伸弯折性、柔韧性等可加工性能)难以满足要求，且加工和成型性能不佳(例如出现钨粉掉粉、材料制品难以稳定成型易呈碎渣等)，导致制得的核射线屏蔽材料在应用时受到诸多限制，从而使钨粉在基体材料中的装载量受到限制；
[0018]另一方面，本领域已知钨粉填料的粒径影响着制得的核射线屏蔽材料的复合材料的加工和成品性能；而专利技术人通过探索实验发现：传统的直接添加单一规格粒度的钨粉或笼统的大范围钨粉填料组分的方案中，忽略了钨粉规格尺寸搭配对屏蔽性能的影响；如钨粉填料粒度过小，其比表面积大，容易产生团聚导致钨粉分散困难，其加工性能差分散不均，导致钨粉的装载量小，使得防辐射性能差且不均；而钨粉的粒度过大，制得的材料的力学性能(即机械性能，例如可拉伸性、柔韧性等)变差，限制产品应用，并且大颗粒钨粉之间存在着空隙，这将导致制得材料的致密性较低，从而导致材料的防辐射性能差。
[0019]而本专利技术采用几种特定规格尺寸和振实密度的钨粉按一定比例复配，辅以特定的橡胶基体材料，制得的无毒防辐射有机硅复合材料，能够有效克服上述缺陷：
[0020]本专利技术中防辐射填充颗粒采用的钨粉，既非单一规格，也非笼统的大范围钨粉填料组合(例如，采用多中类型石钨粉组合、大规格范围内钨粉的自由组合)，而是几种特定规格尺寸钨粉(具体限定其粒度和振实密度特征)按一定比例复配，获得配合良好和致密度高的均相复配的防辐射填充颗粒，该不同规格尺寸的钨粉复本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无毒防辐射有机硅复合材料，包括基体材料以及分散在所述基体材料上的防辐射填充颗粒；其特征在于：所述基体材料为橡胶；所述防辐射填充颗粒为钨粉；所述基体材料与防辐射填充颗粒的重量比为1:(5～18)；按重量份计，所述防辐射填充颗粒包括：第一颗粒70～80份，其费氏粒度为(15～20)μm，振实密度大于12.5g/cm3；第二颗粒10～15份，其费氏粒度为(5～10)μm，振实密度大于10.5g/cm3；第三颗粒5～10份，其费氏粒度为(2～3)μm，振实密度大于9.5g/cm3；第四颗粒0～5份，其费氏粒度为(0.1～1)μm，振实密度大于7.5g/cm3。2.根据权利要求1所述的无毒防辐射有机硅复合材料，其特征在于：按重量份计，包括以下组分：基体材料100份，防辐射填充颗粒500～1800份，硫化剂0.5～1.5份，填料0～10份，加工油0～5份，加工助剂0.05～5份，偶联剂2～10份。3.根据权利要求1所述的无毒防辐射有机硅复合材料，其特征在于：所述橡胶为硅橡胶。4.根据权利要求3所述的无毒防辐射有机硅复合材料，其特征在于：所述橡胶为甲基乙烯基混炼硅胶、苯基混炼硅胶中的一种或多种组合。5.根据权利要求4所述的无毒防辐射有机硅复...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，周永海，张炳德，杨寿海，陈庆兴，潘小峰，黄志民，
申请(专利权)人：中广核工程有限公司，
类型：发明
国别省市：