中子屏蔽材料及制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种中子屏蔽材料及制备工艺。所述中子屏蔽材料包含：超高分子量聚乙烯、至少一种硼化合物、和至少一种硬脂酸或其盐。本发明专利技术还提供了制备该中子屏蔽材料的方法。本发明专利技术中子屏蔽材料具有成本低廉、制备简单、成型性好、产品优良率高、中子屏蔽效果好等优点。

【技术实现步骤摘要】
中子屏蔽材料及制备工艺
本专利技术属于原子能
，涉及一种中子屏蔽材料，特别是涉及含有硼元素和硬脂酸盐的复合材料，该材料可用作中子慢化吸收的屏蔽防护材料。本专利技术还涉及所述材料的制备方法。
技术介绍
目前，在原子能利用包括运用中子散射进行测试分析时，均需对中子辐射进行有效的屏蔽防护，或慢化或吸收，一方面保护人体免受中子的辐射损害，另一方面降低杂散中子产生的探测器本底和减少其对仪器的辐照损坏。通常，屏蔽材料的选择需要综合考虑其屏蔽效率，材料特性包括机械性能，和生产工艺成本三方面。对于中子的屏蔽吸收，一般选择中子吸收截面较大的元素，例如，氦(He)、锂(Li)、钆(Gd)、镉(Cd)和硼(B)等，常见吸收元素中吸收截面高于10B的只有Gd（钆），Sm（钐），Eu（铕）。但Sm（钐），Eu（铕）的制备工艺复杂，价格十分昂贵，而Gd（钆）的使用寿命很短。此外，除B以外，其它元素都会在吸收中子后放出穿透性很强的γ射线，增加废料处理的困难。因此，工艺相对简单而且价廉的10B元素无疑成为中子的屏蔽吸收的最佳选择。另外，含氢量高的物质如-CH2、CH4或H2O等，是有效的中子慢化材料，可使入射中子的吸收截面显著增加从而在慢化和吸收双重作用下被有效屏蔽。现行的中子屏蔽材料多是将重金属与聚乙烯及B4C等复合组成，同时需添加一系列耦联剂，不但工艺过程复杂，而且成本太高。由于B4C的价格是硼酐或硼砂的10倍以上，所得制品也因工业上用作磨料的B4C的硬度极高（硬度仅次于金刚石）而较硬，加工时机床刀具磨损非常严重，几次后刀具就会报废，同时也不易于加工成所需形状，无法满足实际需要。另一类制备屏蔽防护材料的方法，是将中子慢化剂与吸收材料做成“三明治”型夹层结构，虽然工艺相对简单，但由于两种材料在复合体中的分布不均，明显影响屏蔽效果，达不到理想的中子屏蔽目的。因此，本领域仍然需要有一种新的中子屏蔽材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新的中子屏蔽材料，期望其具有至少一个以下方面的效果：成本低廉、制备简单、成型性好、产品优良率高、中子屏蔽效果好等。本专利技术以超高分子量聚乙烯为基材，添加含硼化合物可以有效地增大屏蔽材料的密度，从而使屏蔽效率呈指数的提高，令人满意地实现了上述效果,尤其是屏蔽材料的成品率、断裂强度和延伸率(塑性)有了很大的提高,从而提高了材料的使用寿命,且能更方便和易于加工成型成所需不同形状和结构的制品。为此，本专利技术第一方面提供了一种中子屏蔽材料，其包含：超高分子量聚乙烯、至少一种硼化合物、和至少一种硬脂酸或其盐。在本专利技术中子屏蔽材料的一个实施方案中，其中所述硼化合物选自硼酐、硼砂、无水硼砂或其组合。在本专利技术中子屏蔽材料的一个实施方案中，其中所述硬脂酸盐是ⅡB、Ⅱa族元素与硬脂酸形成的盐。在本专利技术中子屏蔽材料的一个实施方案中，其中所述硬脂酸或其盐选自硬脂酸、硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸锌、或其组合。在本专利技术中子屏蔽材料的一个实施方案中，以每100重量份的超高分子量聚乙烯计，该中子屏蔽材料中包含硼化合物的量为1-50重量份、5-50重量份、12-50重量份、20-50重量份、26-37重量份、37-50重量份。在本专利技术中子屏蔽材料的一个实施方案中，以每100重量份的超高分子量聚乙烯计，该中子屏蔽材料中包含硬脂酸或其盐的量为0.1-10重量份、0.1-3重量份、0.5-10重量份、1-10重量份、0.5-5重量份、3-5重量份。在本专利技术中子屏蔽材料的一个实施方案中，其中所述中子屏蔽材料包含：高密度聚乙烯100重量份、硼化合物1-200重量份、和硬脂酸或其盐0.1-20重量份。在本专利技术中子屏蔽材料的一个实施方案中，其中所述中子屏蔽材料包含：超高分子量聚乙烯100重量份、硼化合物1-50重量份、和硬脂酸或其盐0.1-10重量份。在本专利技术中子屏蔽材料的一个实施方案中，其中所述中子屏蔽材料包含：超高分子量聚乙烯100重量份、硼化合物5-50重量份、和硬脂酸或其盐0.1-5重量份。在本专利技术中子屏蔽材料的一个实施方案中，其中所述中子屏蔽材料包含：超高分子量聚乙烯100重量份、硼化合物12-50重量份、和硬脂酸或其盐0.5-5重量份。在本专利技术中子屏蔽材料的一个实施方案中，其中所述中子屏蔽材料包含：超高分子量聚乙烯100重量份、硼化合物20-50重量份、和硬脂酸或其盐3-5重量份。在本专利技术中子屏蔽材料的一个实施方案中，其中所述中子屏蔽材料包含：超高分子量聚乙烯100重量份、硼化合物26-37重量份、和硬脂酸或其盐0.5-10重量份。在本专利技术中子屏蔽材料的一个实施方案中，其中所述中子屏蔽材料包含：超高分子量聚乙烯100重量份、硼化合物37-50重量份、和硬脂酸或其盐1-10重量份。在本专利技术中子屏蔽材料的一个实施方案中，其中还可以包含重金属材料例如但不限于铅、钨或者它们的化合物，以及它们的组合。这些重金属材料的用量根据本领域技术人员的知识是并阅读本说明书后是容易确定的。在本专利技术中子屏蔽材料的一个实施方案中，其中还可以包含选自下列的其它类型的硼化合物：碳化硼、氮化硼、或其组合。这些硼化合物的用量根据本领域技术人员的知识是并阅读本说明书后是容易确定的，例如以每100重量份的超高分子量聚乙烯计，包含硼化合物的总量为1-50重量份、5-50重量份、12-50重量份、20-50重量份、26-37重量份、237-50重量份。在本专利技术中子屏蔽材料的一个实施方案中，其中还可以包含阻燃剂，其非限制性的例子是氢氧化铝、含磷化合物或其组合。这些阻燃剂的用量根据本领域技术人员的知识是并阅读本说明书后是容易确定的，例如以每100重量份的超高分子量聚乙烯计，该中子屏蔽材料中还包含阻燃剂的量为0.1-10重量份、1-10重量份、0.1-5重量份。在本专利技术中子屏蔽材料的一个实施方案中，所述中子屏蔽材料的密度为0.9~4g/cm3、优选1~3g/cm3、优选1~1.8g/cm3。本专利技术第二方面提供了制备本专利技术第一方面所述中子屏蔽材料的方法，其包括以下步骤：(a)根据配料比分别称取超高分子量聚乙烯、硼化合物、硬脂酸或其盐。(b)在搅拌机中将步骤(a)各成分混炼、搅拌均匀；(c)将步骤(b)所得混合料加热到100~200℃，挤压成熔融状，再置于模具中，加压成型，脱膜，冷却，即得；或者将步骤(b)所得混合料直接置于模具中，加热到100~250℃，加压成型，加压冷却，脱膜，即得。在本专利技术第二方面方法的一个实施方案中，其中步骤(c)的加热温度为180~250℃。本专利技术任一方面的任一实施方案所具有的任一技术特征同样适用于该方面的任一其它实施方案，并且亦同样适用于其它方面的任一实施方案，只有它们不会出现矛盾，当然，在相互组合时，可以对相关技术特征作适当调整和改变，它们均在本专利技术精神和范围内。在一个实施方案中，本专利技术提供了一种硼烯硬脂酸盐型的中子屏蔽材料，其特征在于所述复合屏蔽材料包含如下成分：超高分子量聚乙烯：98.1%~40%；硼酐（B2O3）0.6%~30%；硼砂0.4%~19%；硬脂酸盐（ⅡB、Ⅱa族元素硬脂酸盐）0.9%~11%。在一个实施方案中，本专利技术提供了一种硼烯硬脂酸盐型的中子屏蔽复合材料的制备方法，其特征在于采用如下工艺流程：1、准确配料，称重误差≤0.5%；2、混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中子屏蔽材料，其包含：超高分子量聚乙烯至少一种硼化合物、和至少一种硬脂酸或其盐。

【技术特征摘要】
1.一种中子屏蔽材料，其包含：超高分子量聚乙烯、至少一种硼化合物、和至少一种硬脂酸或其盐；超高分子量聚乙烯100重量份、硼化合物12-50重量份、和硬脂酸或其盐1-5重量份；所述硼化合物选自硼酐和硼砂的组合；中子屏蔽材料的密度为0.5～4g/cm3。2.权利要求1的中子屏蔽材料，其中所述硬脂酸盐是ⅡB或Ⅱa族元素与硬脂酸形成的盐。3.权利要求1或2所述的中子屏蔽材料，其中还包括一种或多种选自下列的材料：重金属材料、其它类型...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯于斌，陶举洲，周健荣，王凌倩，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：