乏燃料运输容器用中子屏蔽材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种乏燃料运输容器用中子屏蔽材料。进一步讲，涉及适用于作为使 用过的核燃料运输容器的灌封材料。
【背景技术】
[0002] 所谓乏燃料是指核电发站运转期间产生的中、低放射性核废料。根据我国核电中 长期发展规划，到2020年，核电运行装机容量争取达到4000万千瓦，在建1800万千瓦。在 核电项目建设的同时，必须同步建设中、低放射性核废料处置场，而将乏燃料安全运输到处 置场是发展核电必须解决的重要问题之一。乏燃料运输的关键设备是运输容器。由于乏燃 料仍具有强放射性和剩余反应性，因此，乏燃料运输容器必须具有屏蔽辐射的功能，而且还 必须同时具备力学性能、耐热性、防火等性能。此外，受乏燃料运输容器结构的限制，通常运 输容器所需的中子屏蔽材料需采用浇注成型，故中子屏蔽材料必须具有较低的粘度，以确 保浇注成型过程中中子屏蔽材料致密性、各种原材料特别是硼元素的均匀性，否则就会影 响屏蔽效果。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是：提供一种具有一定的耐热性、耐久性、强度和中子屏蔽能力，同 时具有适宜浇注成型粘度的乏燃料运输容器用中子屏蔽材料。
[0004] 实现本发明目的的技术方案是：一种乏燃料运输容器用中子屏蔽材料，其特征在 于，它是由环氧树脂、固化剂、阻燃剂和硼化合物组成；
[0005]所述环氧树脂由双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂35~75wt%，氢化环氧树 脂5~40wt%，活性稀释剂20~40wt%组成，上述各组分之和为100% ;
[0006] 所述固化剂为多胺化合物，其用量按胺氢与环氧基的当量比为0. 8~1. 1计算；
[0007] 所述阻燃剂为硼酸锌、氧化锑、氢氧化镁或氢氧化铝中的一种或两种，其用量与树 脂和固化剂用量之和的重量比为1. 1~1. 7 ;
[0008] 所述硼化合物为碳化硼或氮化硼，其用量为环氧树脂、固化剂和阻燃剂总重量的 0. 1 ~20wt%。
[0009] 上述乏燃料运输容器用中子屏蔽材料，其所述环氧树脂为分子结构式如（I)所 示的化合物：
[0010]
[0011] 式中，札和尺2各自独立地选自CH3，H，n= 0~2 ;
[0012] 所述氢化环氧树脂为分子结构式如（II)所示的化合物：
[0013]
[0014] 式中，n= 0~3,氢化度彡85% ;
[0015] 所述活性稀释剂为分子结构式如（III)、（IV)所示的化合物中的一种或两种：
[0016]
[0019] 式中，n= 4 ~15。
[0020] 上述乏燃料运输容器用中子屏蔽材料，其所述固化剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺、 四乙烯五胺、五乙烯六胺、间苯二甲胺、异佛尔酮二胺中的一种或几种。
[0021] 上述乏燃料运输容器用中子屏蔽材料，其所述阻燃剂为硼酸锌、氧化锑、氢氧化镁 或氢氧化错的颗粒粒径为> 10ym且< 50ym。
[0022] 上述乏燃料运输容器用中子屏蔽材料，其所述硼化合物碳化硼或氮化硼的颗粒粒 径> 10ym且< 50ym。
[0023] 上述乏燃料运输容器用中子屏蔽材料按如下方法制备：
[0024] ①按照权利要求1所述的配方量将环氧树脂、阻燃剂和硼化合物加入到真空搅拌 缸中，闭合真空搅拌缸，开启搅拌和刮壁，以转速500r/min搅拌5~15min;
[0025] ②抽真空并使绝对真空度稳定在<0.OIMPa后，搅拌50min，停止搅拌，打开放空 阀至常压；
[0026] ③加入配方量的固化剂，闭合真空搅拌缸，抽真空并使绝对真空度稳定在 < 0.OIMPa后，开启搅拌和刮壁，以转速500r/min搅拌5~15min，搅拌过程中控制物料温 度在10~35°C;
[0027] ④停止搅拌，保持上述绝对真空度静置2~lOmin，然后打开放空阀至常压，出料 制得中子屏蔽材料。
[0028] 本发明的技术效果是：本发明技术方案的乏燃料运输容器用中子屏蔽材料具有下 述有益效果：①本发明的中子屏蔽材料采用适量的易得的双酚A型或双酚F型环氧树脂、氢 化环氧树脂、活性稀释剂组成基本树脂，其中，氢化环氧树脂提高体系氢元素含量，确保能 将乏燃料所释放的中子有效减速；适当的活性稀释剂用于调节中子屏蔽材料的粘度，不仅 使中子屏蔽材料更便于浇注成型，还确保各个组分的均匀性，特别是硼元素的均匀性，保证 中子屏蔽材料的屏蔽作用得到充分发挥；②采用适量的多胺化合物与环氧树脂组分配合， 使得中子屏蔽材料具有较高的反应性，确保可以在40~60°C下30min之内固化成型，而且 用多胺化合物作为固化剂提高了体系氢元素含量，更利于乏燃料所释放的中子有效减速； ③本发明的中子屏蔽材料不需使用密度增加剂，而是通过采用真空搅拌的方式使各个组 分混合，保证材料密度> 1. 55g/cm3,这样，避免因常压下搅拌带入空气对最终材料的密度 的影响，也避免因密度增加剂在材料固化过程中的沉降过程，而导致材料不均匀的缺点，确 保最终产品的均匀性、密度能够满足乏燃料运输容器用中子屏蔽材料的要求。此外，省去密 度增加剂，也降低了原材料成本。
【具体实施方式】
[0029] 以下结合实施例对本发明做进一步描述，但不局限于此。
[0030] 实施例所用原材料除另有说明外均为市售工业用品，可通过商业渠道购得。
[0031] 本发明的中子屏蔽材料是由环氧树脂、固化剂、阻燃剂和硼化合物组成；
[0032] 所述环氧树脂由双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂35~75wt%，氢化环氧树 脂5~40wt%，活性稀释剂20~40wt%组成，上述各组分之和为100% ;
[0033] 所述固化剂为多胺化合物，其用量按胺氢与环氧基的当量比为0. 8~1. 1计算；
[0034] 所述阻燃剂为硼酸锌、氧化锑、氢氧化镁或氢氧化铝中的一种或两种，其用量与树 脂和固化剂用量之和的重量比为1. 1~1. 7 ;
[0035] 所述硼化合物为碳化硼或氮化硼，其用量为环氧树脂、固化剂和阻燃剂总重量的 0. 1 ~20wt%。
[0036] (一）实施例1~3中子屏蔽材料的配方分别见表1、2和3。
[0037] 表中，双酚F型环氧树脂170为市售品，其结构式如下：
[0038]
[0039] 其环氧当量为160~180g/eq。
[0040] 双酚A型环氧树脂E-51为市售品，其结构式如下：
[0041]
[0042] 其环氧当量为180~200g/eq;
[0043] 氢化环氧树脂5000为市售品，其结构式如下：
[0044]
[0045] 其环氧当量为220~240g/eq，氢化度为95%。
[0046] 氢化环氧树脂ST-3000为市售品，其结构式如下：
[0047]
[0048] 其环氧当