具有阻燃隔热性能的中子屏蔽材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有阻燃隔热性能的中子屏蔽材料及其制备方法，属于核辐射防 护领域、核辐射屏蔽材料制备技术领域。 技术背景
[0002] 随着核技术应用在节能环保、资源勘测、辐射加工、医疗诊断以及国防军事等方面 发挥着越来越重要的作用，放射性从业人员的数目也随之上升。但给人们带来方便和享受 的同时，各种射线也在某种程度上也给人类带来危害，因此，降低从业人员在各类放射性活 动中的职业照射水平，保证放射性从业人员的生命健康极为重要。
[0003]传统中子辐射防护服以多层中子防护纤维布为主要材料，重量大、柔性差、中子屏 蔽能力弱且不具有阻燃、隔热性能，不能满足核事故条件下抢险人员对于可能出现火灾情 况的防护要求；传统硬质的高分子聚合物屏蔽材料不能随环境尺寸、设备外形随意变化，且 不具备阻燃性能，为核设备防护工作带来一定困难和风险。因此，研制一种具有阻燃隔热性 能的中子屏蔽材料，已成为本领域亟待解决的技术难题。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本发明提供了一种以甲基乙烯基硅胶为基体的具有热中子屏 蔽性能的材料，其具有良好柔韧性、阻燃性能、隔热性能、力学强度，具有热中子屏蔽性能的 材料，其具有良好柔韧性、阻燃性能、隔热性能、力学强度，本发明是这样实现的： 一种具有阻燃隔热性能的中子屏蔽材料，具体组分如下，以质量份计：甲基乙烯基硅胶 100份，中子吸收体材料30-90份，阻燃功能填料15. 8-48份，隔热功能填料2. 7-8. 2份，硫 化剂双二五0. 5~3份， 粉体表面改性剂1~5份；其中，所述中子吸收体材料为Sm203、Gd 203、LiF或B4C中的一 种或多种；所述阻燃功能填料为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌或红磷中的一种或多种；所述 隔热功能填料为中空微珠； 所述粉体表面改性剂为偶联剂KH-540、偶联剂KH-550、氨丙基三甲氧基硅烷、偶联剂 D-90其中的一种或多种。
[0005]进一步，本发明中，所述中空微珠为Ti02中空微珠、Si02中空微珠、A1 203中空微珠 或玻璃中空微珠中的一种或多种。
[0006]进一步，本发明中，所述甲基乙烯基硅胶硬度为5HA。
[0007]进一步，本发明中，所述中子吸收体材料、阻燃功能填料、隔热功能填料的粒径为 2. 5um~50um〇
[0008]如本发明所述具有阻燃隔热性能的中子屏蔽材料的制备方法，具体步骤如下： (1) 调整双辊开炼机转速为45rpm，双辊间距2mm，温度30- 50°C，加入甲基乙烯基硅胶 塑炼3-5min，再加入硫化剂双二五继续塑炼10-15min ; (2) 将中子吸收体材料、阻燃功能填料、隔热功能填料、粉体表面改性剂混合后，加入他 们总质量0. 3-0. 5倍的去离子水，于30-50°C温度下反应1-1. 5h，获得功能填料反应液； (3)将步骤1获得的塑炼产物和步骤2获得的功能填料反应液加入真空密炼机中， 105-115°C温度下密炼20-30min，获得硅胶基混合物； (5)平板硫化机上下板温度为170-190°C，加入将步骤3获得的硅胶基混合物， 10-15MPa压力硫化15-20min，冷却后即获得所述具有阻燃隔热性能的中子屏蔽材料。
[0009] 本发明通过硅胶与硫化剂塑炼、功能填料表面改性、硅胶与功能填料混炼、硅胶基 体材料热压成型等工艺获得的中子屏蔽材料，具有良好的热中子屏蔽性能和较大热中子吸 收截面，4cm厚的材料对Am-Be中子源出射中子的屏蔽率高达72. 2% ;以甲基乙烯基硅胶为 基体，所获得的高分子材料成型后柔软易卷曲；阻燃功能填料成分受热时可以分解结晶水 吸热或形成覆盖层隔热、隔绝氧气，具有较高的阻燃性能；此外，经过检测，该材料还具有较 高的力学强度、和一定的隔热性能，不仅能够满足形状复杂核仪器设备外围防护，也是良好 的中子防护服核心材料。
【具体实施方式】
[0010] 结合下面具体实施例对本发明作进一步的描述： 实施例1: 具有阻燃隔热性能的中子屏蔽材料配方为：硬度5HA的甲基乙烯基硅胶100g，B4C粉 末90g，Si02*空微珠8. 2g，硼酸锌粉末48g，双二五硫化剂0. 5g，KH-540偶联剂lg。其中 B4C粉末粒径50um，Si02中空微珠粒径25um，硼酸锌粉末粒径2. 5um。
[0011] 具有阻燃隔热性能的中子屏蔽材料的制备方法步骤如下： (1)甲基乙烯基硅胶基体材料塑炼：调整开炼机双辊间距2mm，转速45r/min，当辊筒温 度在30°C ~50°C，开机转动双辊，将100g甲基乙烯基硅胶投入双辊间进行塑炼，塑炼时间3 分钟。将lg硫化剂双二五添加到上述甲基乙烯基硅胶中继续进行塑炼10分钟，期间采用 打滚操作法塑炼。
[0012] (2)功能填料表面改性工艺：取75g去离子水和3g的KH-540偶联剂与功能填料 粉体混合，并在30°C温度下反应1. 5小时。
[0013] (3)硅胶与功能填料粉末混炼：在真空密炼机中加入上述塑炼完成的硅胶和反应 完成的功能粉末、反应液混合物，调节加工温度l〇5°C，混炼30分钟，充分混合并除去水分。
[0014] (4)硅胶基体材料热压成型：设置平板硫化机上下板温度为170°C，将真空密炼机 中混炼好的硅胶基混合物放置在涂有脱模剂平板空腔模具中，并在平板模具上下面铺脱模 布，然后加lOMPa压力硫化20分钟后取出模具，冷却后再取出样品。
[0015] 材料力学性能：
【主权项】
1. 一种具有阻燃隔热性能的中子屏蔽材料，其特征在于，具体组分如下，以质量份计： 甲基乙烯基硅胶100份， 中子吸收体材料30-90份， 阻燃功能填料15. 8-48份， 隔热功能填料2. 7-8. 2份， 硫化剂双二五0. 5~3份， 粉体表面改性剂1~5份； 其中，所述中子吸收体材料为Sm203、Gd20 3、LiF或B4C中的一种或多种； 所述阻燃功能填料为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌或红磷中的一种或多种； 所述隔热功能填料为中空微珠； 所述粉体表面改性剂为偶联剂KH-540、偶联剂KH-550、氨丙基三甲氧基硅烷、偶联剂 D-90其中的一种或多种。
2. 根权利要求1所述具有阻燃隔热性能的中子屏蔽材料，其特征在于，所述中空微珠 为TiO2中空微珠、SiO 2中空微珠、Al 203中空微珠或玻璃中空微珠中的一种或多种。
3. 根权利要求2所述具有阻燃隔热性能的中子屏蔽材料，其特征在于，所述甲基乙烯 基硅胶硬度为5HA。
4. 根权利要求3所述具有阻燃隔热性能的中子屏蔽材料，其特征在于，所述中子吸收 体材料、阻燃功能填料、隔热功能填料的粒径为2. 5um~50um。
5. 如权利要求1-4之一所述具有阻燃隔热性能的中子屏蔽材料的制备方法，其特征在 于，具体步骤如下： (1) 调整双辊开炼机转速为45rpm，双辊间距2mm，温度30- 50°C，加入甲基乙烯基硅胶 塑炼3-5min，再加入硫化剂双二五继续塑炼10-15min ; (2) 将中子吸收体材料、阻燃功能填料、隔热功能填料、粉体表面改性剂混合后，加入他 们总质量〇. 3-0. 5倍的去离子水，于30-50°C温度下反应1-1. 5h，获得功能填料反应液； (3) 将步骤1获得的塑炼产物和步骤2获得的功能填料反应液加入真空密炼机中， 105-115°C温度下密炼20-30min，获得硅胶基混合物； (4)平板硫化机上下板温度为170-190°C，加入将步骤3获得的硅胶基混合物， 10-15MPa压力硫化15-20min，冷却后即获得所述具有阻燃隔热性能的中子屏蔽材料。
【专利摘要】本发明公开一种具有阻燃隔热性能的中子屏蔽材料及其制备方法，该材料由甲基乙烯基硅胶、中子吸收体材料、阻燃功能填料、隔热功能填料、硫化剂双二五和粉体表面改性剂组成；其制备方法为将甲基乙烯基硅胶和硫化剂双二五加入开炼机中塑炼后，与将中子吸收体材料、阻燃功能填料、隔热功能填料、粉体表面改性剂混合液公共加入真空密炼机中密炼，最后将密炼产物加入平板硫化机，即获得具有阻燃隔热性能的中子屏蔽材料；该材料具有热中子屏蔽性能的材料，具有良好柔韧性、阻燃性能、隔热性能、力学强度，不仅能够满足形状复杂核仪器设备外围防护，也是良好的中子防护服核心材料。
【IPC分类】C08K7-28, C08K7-26, C08L83-07, C08K3-02, C08K13-06, C08K3-22, G21F1-10, C08K3-38, C08K7-24, C08K3-16, C08K9-06
【公开号】CN104744945
【申请号】CN201510128412
【发明人】汤晓斌, 柴浩, 倪敏轩, 陈飞达, 陈达
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月24日