耐高温环氧树脂基屏蔽材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种耐高温环氧树脂基屏蔽材料及其制备方法和应用，耐高温环氧树脂基屏蔽材料包括原料及其重量份数如下：羧酸化环氧树脂100份、固化剂10

【技术实现步骤摘要】
耐高温环氧树脂基屏蔽材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及辐射屏蔽材料
，尤其涉及一种耐高温环氧树脂基屏蔽材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]乏燃料又称辐照核燃料，是经受过辐射照射、使用过的核燃料，通常是由核电站反应堆产生。乏燃料在贮存的很长一段时间内仍会发生核裂变反应，产生的中子及γ射线必须通过一定手段屏蔽，以防止对周围环境和人群造成严重伤害。
[0003]随着核电快速发展，同时也产生了大量的乏燃料，这对乏燃料的贮存和运输提出了更高要求。乏燃料干式贮存相比传统乏燃料贮存水池，是一种更安全、更灵活的乏燃料贮存方式，发展至今已有30多年历史。针对乏燃料干式贮存，大容量、低成本、高性能的新型干式贮存运输一体化容器正在着力发展。干式贮存和运输容器通常应满足三项基本性能要求：一是良好的辐射屏蔽性能，使环境辐射剂量低于规定限制；二是足够的机械强度性能，保证运输过程中的完整性；三是良好的导热性能，确保容器温度低于限值并确保乏燃料的反应性得到控制。
[0004]传统贮存容器通常采用含硼高分子材料作为中子屏蔽材料，常规高分子材料往往难以兼具耐高温、高辐照以及尺寸限制所需高密度氢含量的要求，因此研发适用乏燃料贮运容器的中子屏蔽材料是非常有意义的。
[0005]目前屏蔽材料还包括采用耐高温环氧树脂基材料，根据环氧树脂不同的耐高温改性方式，具体分为三种。第一种是将稠环引入到环氧树脂中，通过减弱环氧树脂的链段运动，增大堆积密度，从而提高耐热性；萘基团是目前研究较多的一类，初始分解温度可以达到400℃以上，但稠环的引入增加了环氧树脂粘度，不利于生产。第二种是含有酰亚胺结构的环氧树脂，该类树脂耐热性较高，但耐辐照性和氢含量低，无法满足高屏蔽性能的要求。第三种是含联苯结构的环氧树脂，由于苯环数量的增加，其机械强度降低，加工难度增加，氢含量也降低，不适合作为结构件加工。
[0006]目前屏蔽材料还包括采用含硼塑料基材料，含硼塑料基材料是以聚乙烯或聚丙烯等热塑性塑料为基体材料，添加一定量的硼元素以达到屏蔽效果。然而，热塑性高分子材料以聚乙烯或聚丙烯基材为主，其长期使用温度有限，在110℃时就会软化，无法满足干式贮存设施工况耐高温的要求。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种适用于乏燃料干式贮存的耐高温环氧树脂基屏蔽材料及其制备方法、应用。
[0008]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种耐高温环氧树脂基屏蔽材料，包括原料及其重量份数如下：羧酸化环氧树脂100份、固化剂10
‑
100份、阻燃剂5
‑
50份以及中子吸收剂1
‑
10份；
[0009]其中，羧酸化环氧树脂的分子结构式为：
[0010]或者，
[0011][0012]优选地，所述固化剂包括间苯二胺、间苯二甲胺中至少一种。
[0013]优选地，所述阻燃剂包括氢氧化铝、氢氧化镁中至少一种。
[0014]优选地，所述中子吸收剂为碳化硼。
[0015]本专利技术还提供一种耐高温环氧树脂基屏蔽材料的制备方法，包括如下步骤：
[0016]S1、将羧酸化环氧树脂加入真空搅拌器内，依序加入阻燃剂、固化剂和中子吸收剂，分别进行真空搅拌，得到混合物；
[0017]S2、将所述混合物注入模具内，固化后得到耐高温环氧树脂基屏蔽材料。
[0018]优选地，步骤S1中，加入的各原料的重量份数如下：羧酸化环氧树脂100份、固化剂10
‑
100份、阻燃剂5
‑
50份以及中子吸收剂1
‑
10份；
[0019]其中，羧酸化环氧树脂的分子结构式为：
[0020]或者，
[0021][0022]优选地，所述固化剂包括间苯二胺、间苯二甲胺中至少一种；所述阻燃剂包括氢氧化铝、氢氧化镁中至少一种；所述中子吸收剂为碳化硼。
[0023]优选地，步骤S1中，加入所述阻燃剂后，真空搅拌0.5
‑
2小时；加入所述固化剂后，真空搅拌0.5
‑
2小时；加入所述中子吸收剂后，真空搅拌0.5
‑
2小时。
[0024]优选地，步骤S2中，所述固化包括：
[0025]先后分别在80℃
‑
100℃、110℃
‑
120℃、130℃
‑
140℃、150℃
‑
160℃和200
‑
220℃下固化。
[0026]本专利技术还提供一种耐高温环氧树脂基屏蔽材料的应用，用于乏燃料干式贮存设备。
[0027]本专利技术的有益效果：利用具有羧酸基团的环氧树脂，先与阻燃剂进行配位作用后，再与固化剂及中子吸收剂作用形成环氧树脂基屏蔽材料，保证材料氢含量的情况下，提高
耐热性能和机械强度性能。
[0028]本专利技术的耐高温环氧树脂基屏蔽材料适用于乏燃料干式贮存设备，满足大容量、低成本、高性能乏燃料贮运容器的屏蔽材料要求。
具体实施方式
[0029]本专利技术的耐高温环氧树脂基屏蔽材料，包括原料及其重量份数如下：羧酸化环氧树脂100份、固化剂10
‑
100份、阻燃剂5
‑
50份以及中子吸收剂1
‑
10份；
[0030]其中，羧酸化环氧树脂的分子结构式为：
[0031][0032]将具有上述分子结构的羧酸化环氧树脂作为第一羧酸化环氧树脂。
[0033]或者，羧酸化环氧树脂的分子结构式为：
[0034][0035]将具有上述分子结构的羧酸化环氧树脂作为第二羧酸化环氧树脂。
[0036]作为选择，固化剂包括间苯二胺、间苯二甲胺中至少一种。
[0037]阻燃剂包括氢氧化铝、氢氧化镁中至少一种。
[0038]中子吸收剂为碳化硼。
[0039]本专利技术的耐高温环氧树脂基屏蔽材料的制备方法，可包括如下步骤：
[0040]S1、将羧酸化环氧树脂加入真空搅拌器内，依序加入阻燃剂、固化剂和中子吸收剂，分别进行真空搅拌，得到混合物。
[0041]步骤S1进一步包括：
[0042]加入阻燃剂后，真空搅拌0.5
‑
2小时，可优选1小时；
[0043]加入固化剂后，真空搅拌0.5
‑
2小时，可优选1小时；
[0044]加入中子吸收剂后，真空搅拌0.5
‑
2小时，可优选1小时。
[0045]在该步骤S1中，采用氢氧化铝和/或氢氧化镁作为阻燃剂，与羧酸化环氧树脂混合，产生配位作用
‑
COO
┅
Al或COO
┅
Mg，这种作用不仅可以增加阻燃剂分散的均匀性，而且可以利用配位作用以及结构稳定性作用，保证材料氢含量的情况下，提高整体环氧树脂的耐热性能。
[0046]固化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温环氧树脂基屏蔽材料，其特征在于，包括原料及其重量份数如下：羧酸化环氧树脂100份、固化剂10
‑
100份、阻燃剂5
‑
50份以及中子吸收剂1
‑
10份；其中，羧酸化环氧树脂的分子结构式为：或者，2.根据权利要求1所述的耐高温环氧树脂基屏蔽材料，其特征在于，所述固化剂包括间苯二胺、间苯二甲胺中至少一种。3.根据权利要求1所述的耐高温环氧树脂基屏蔽材料，其特征在于，所述阻燃剂包括氢氧化铝、氢氧化镁中至少一种。4.根据权利要求1所述的耐高温环氧树脂基屏蔽材料，其特征在于，所述中子吸收剂为碳化硼。5.一种耐高温环氧树脂基屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将羧酸化环氧树脂加入真空搅拌器内，依序加入阻燃剂、固化剂和中子吸收剂，分别进行真空搅拌，得到混合物；S2、将所述混合物注入模具内，固化后得到耐高温环氧树脂基屏蔽材料。6.根据权利要求5所述的耐高温环氧树脂基屏蔽材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，加入的各原料的重量份数如下：羧酸化环氧树脂100份、固化剂10
‑
100份、阻燃剂5
‑
50份以及中子吸收剂1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，王傲松，刘彦章，黄弋力，黄大鹏，成鹏，刘汉洲，
申请(专利权)人：深圳中广核工程设计有限公司中广核高新核材科技苏州有限公司苏州大学，
类型：发明
国别省市：