专利名称：一种铅硼聚乙烯复合屏蔽材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种复合屏蔽材料及其制备方法，特别涉及用于同位素中子源、核设施中子辐射的复合屏蔽材料及其制备方法。
背景技术：
目前，同位素中子源和核设备产生的辐射中，特别要重视的屏蔽问题是穿透力大的γ射线和中子辐射，产生中子辐射的同位素源或者核设施一般都伴随产生γ辐射，为了减少人体所受到的照射，在屏蔽中子辐射的同时也应该屏蔽γ射线的照射。对中子辐射屏蔽能力好的材料是含氢量大的物质，而硼是吸收热中子的好材料，传统方法是用石蜡渗透硼化合物屏蔽中子辐射，石蜡有容易加工、价格便宜、含氢量大等优点；但因为它的熔点低，容易软化变形，熔化后再降至室温就会收缩产生间隙；它可以加入硼化合物，但难以混合均匀。
而对γ辐射屏蔽较好的材料应该说是铅、铁以及其他重金属。其中由于铅非常软，不能用它本身作结构体，又容易被碱侵蚀，熔点低(327.4℃)，容易挥发，容易造成环境污染；而铁等其他重金属则屏蔽体重、体积大。
研制一种能够根据中子和γ射线分布情况采用相应密度的复合屏蔽材料，而且该复合屏蔽材料既具有良好的中子辐射屏蔽性能和γ辐射屏蔽性能，所制成的屏蔽体的重量还要轻。就成为本技术领域的难题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种重量轻、能够根据中子和γ射线分布情况采用相应密度而且具有良好的中子辐射屏蔽性能和γ辐射屏蔽性能的屏蔽复合材料。
本发明的另一发明目的在于提供上述复合屏蔽材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种铅硼聚乙烯复合屏蔽材料，其特征在于所述铅硼聚乙烯复合屏蔽材料包括下述配比成份45-70重量份的铅；50-25重量份的聚乙烯；5重量份的碳化硼。
一种优选技术方案，其特征在于所述铅硼聚乙烯复合屏蔽材料的比重为4.8-7.5克/立方厘米。
一种优选技术方案，其特征在于所述铅为铅砂。
一种优选技术方案，其特征在于所述铅砂的颗粒直径为0.2mm-2mm。
一种优选技术方案，其特征在于所述铅硼聚乙烯复合屏蔽材料进一步包括1重量份的水杨酸苯胺防霉剂。也可以是其它防霉剂。
一种优选技术方案，其特征在于所述铅硼聚乙烯复合屏蔽材料进一步包括2重量份的阻燃剂。所述阻燃剂为氢氧化铝、含磷化合物等普通用阻燃剂。
一种优选技术方案，其特征在于所述铅硼聚乙烯复合屏蔽材料进一步包括2重量份的硅烷偶联剂。也可以是其它偶联剂。
一种优选技术方案，其特征在于所述聚乙烯为高密度聚乙烯。
一种铅硼聚乙烯复合屏蔽材料制备方法，其步骤如下第一步，配料，在容器中加入45-70重量份的铅、50-25重量份的聚乙烯、5重量份的碳化硼；第二步，混炼，搅拌均匀；第三步，模压成型。
一种优选技术方案，其特征在于所述第二步的混炼阶段加热至100-160℃，并且由挤出机挤出，呈熔融状，再置入模具加压成型。
一种优选技术方案，其特征在于所述铅为铅砂。
一种优选技术方案，其特征在于所述第一步中还包括1重量份的水杨酸苯胺防霉剂。
一种优选技术方案，其特征在于所述第一步中还包括2重量份的阻燃剂。所述阻燃剂为氢氧化铝、含磷化合物。
一种优选技术方案，其特征在于所述第一步中还包括2重量份的硅烷偶联剂。
一种优选技术方案，其特征在于所述铅砂的颗粒直径为0.2mm-2mm。
本发明的优点是与现有的铁等金属材料相比，本发明的屏蔽复合材料不仅重量轻，还能够根据中子和γ射线分布情况采用相应密度，而且具有良好的中子辐射屏蔽性能和γ辐射屏蔽性能。
特别是如果配料中铅如果是铅砂，所制备的屏蔽复合材料的比重可大于4.8克/立方厘米；而铅粉制备的屏蔽复合材料的比重只能达到3.5克/立方厘米。这样使得制备的屏蔽复合材料的用途大大提高。这是因为铅粉颗粒的直径在0.1mm以下，而铅砂颗粒的直径在0.2mm-2mm之间。
本发明的屏蔽复合材料的制备过程中，由于可以通过各成份的配比控制其比重，所以可以根据核设备以及同位素中子源的中子、γ射线分布情况，制备不同密度的复合屏蔽材料，能够很好地屏蔽中子和γ射线。特别是如果采用的是铅砂，在混炼步骤中采用加热加挤出工艺，可以提高产品的均匀度。
下面通过具体实施方式
对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
具体实施例方式
对比例铸钢铸钢的长、宽、厚与本发明的复合屏蔽材料的长、宽、厚完全相同。本对比例中采用20毫米和40毫米厚两种规格。
实施例1一种铅硼聚乙烯复合屏蔽材料制备方法，其步骤如下第一步，配料，在容器中加入7000克的铅粉、2500克的高密度聚乙烯、500克的碳化硼；第二步，常温下混炼，搅拌均匀；第三步，加热至140℃，分别用两个模具模压成型，得样品1号。厚度分别为20和40毫米。
实施例2一种铅硼聚乙烯复合屏蔽材料制备方法，其步骤如下第一步，配料，在容器中加入7000克的颗粒直径在0.2mm-2mm之间的铅砂、2500克的高密度聚乙烯、500克的碳化硼；第二步，混炼，搅拌均匀，加热至150℃，并且由挤出机挤出，呈熔融状；第三步，置入模具加压成型，得样品2号。厚度分别为20和40毫米。
实施例3一种铅硼聚乙烯复合屏蔽材料制备方法，其步骤如下第一步，配料，在容器中加入4500克的颗粒直径在0.2mm-2mm之间的铅砂、5000克的低密度聚乙烯、500克的碳化硼；第二步，混炼，搅拌均匀，加热至100℃，并且由挤出机挤出，呈熔融状；第三步，置入模具加压成型，得样品3号。厚度分别为20和40毫米。
实施例4一种铅硼聚乙烯复合屏蔽材料制备方法，其步骤如下第一步，配料，在容器中加入6000克的颗粒直径在0.2mm-2mm之间的铅砂、3500克的高密度聚乙烯、500克的碳化硼；第二步，混炼，搅拌均匀，加热至160℃，并且由挤出机挤出，呈熔融状；第三步，置入模具加压成型，得样品4号。厚度分别为20和40毫米。
实施例5一种铅硼聚乙烯复合屏蔽材料制备方法，其步骤如下第一步，配料，在容器中加入6000克的颗粒直径在0.2mm-2mm之间的铅砂、3000克的高密度聚乙烯、500克的碳化硼，500克的添加剂(其中200克氢氧化铝阻燃剂或含磷化合物阻燃剂如五氧化二磷、200克硅烷偶联剂、100克水杨酸苯胺防霉剂)；第二步，混炼，搅拌均匀，加热至160℃，并且由挤出机挤出，呈熔融状；第三步，置入模具加压成型，得样品5号。厚度分别为20和40毫米。
屏蔽材料的技术性能测试比较1、热中子削弱系数采用Cf-252中子辐射源，加12厘米石蜡块慢化产生热中子源，采用从美国LND公司进口的氦正比计数器测得样品热中子削弱系数如表1所示表1
如表1所示，本发明的复合屏蔽材料与现有的铸钢相比，其热中子削弱系数提高；特别是如果使用铅砂，其热中子削弱系数提高得更多。
2、中子辐射削弱性能采用Cf-252中子辐射源，用氦-3计数器加6#慢化球测量，测得样品材料的快中子屏蔽效果，与同厚度的铸钢比较，如表2所示
表2
如表2所示，本发明的复合屏蔽材料与现有的铸钢相比，其中子削弱系数有提高。
3、样品密度采用称重法，测得样品密度，如表3所示表3
如表3所示，本发明的复合屏蔽材料与现有的铸钢相比，其密度可以调整。并且实施例2-5中的铅用的是铅砂，所制备的屏蔽复合材料的比重均高于4.8克/立方厘米。
4、γ辐射屏蔽系数采用60Coγ辐射源，用碘化钠晶体探测器，测得样品γ辐射削弱系数，如表4所示
表4
如表4所示，本发明的复合屏蔽材料与现有的铸钢相比，其γ辐射削弱系数与铸铁相当。
5、耐盐雾、海水浸泡实验根据ZBY339.10-85标准对实施例1-5的样品作耐盐雾实验，经48小时盐雾实验以后，性能均良好。所有样品在海水中浸泡70天，目视无变化。
6、阻燃性能根据GB/T2406-1993塑料燃烧性能试验方法——指数法，测得实施例1-5的样品氧化指数分别为19、19、19、19、22。符合要求。
权利要求
1.一种铅硼聚乙烯复合屏蔽材料，其特征在于所述铅硼聚乙烯复合屏蔽材料包括下述配比成份45-70重量份的铅；50-25重量份的聚乙烯5重量份的碳化硼。
2.根据权利要求1所述的铅硼聚乙烯复合屏蔽材料，其特征在于所述铅硼聚乙烯复合屏蔽材料的比重为4.8-7.5克/立方厘米。
3.根据权利要求1所述的铅硼聚乙烯复合屏蔽材料，其特征在于所述铅为铅砂；所述聚乙烯为高密度聚乙烯。
4.根据权利要求3所述的铅硼聚乙烯复合屏蔽材料，其特征在于所述铅砂的颗粒直径为0.2mm-2mm。
5.根据权利要求1所述的铅硼聚乙烯复合屏蔽材料，其特征在于所述铅硼聚乙烯复合屏蔽材料进一步包括1重量份的水杨酸苯胺防霉剂。
6.根据权利要求1所述的铅硼聚乙烯复合屏蔽材料，其特征在于所述铅硼聚乙烯复合屏蔽材料进一步包括2重量份的阻燃剂。
7.根据权利要求1所述的铅硼聚乙烯复合屏蔽材料，其特征在于所述铅硼聚乙烯复合屏蔽材料进一步包括2重量份的硅烷偶联剂。
8.一种铅硼聚乙烯复合屏蔽材料制备方法，其步骤如下第一步，配料，在容器中加入45-70重量份的铅、50-25重量份的聚乙烯、5重量份的碳化硼；第二步，混炼，搅拌均匀；第三步，模压成型。
9.根据权利要求8所述的铅硼聚乙烯复合屏蔽材料制备方法，其特征在于所述第二步的混炼阶段加热至100-160℃，并且由挤出机挤出，呈熔融状，再置入模具加压成型。
10.根据权利要求8所述的铅硼聚乙烯复合屏蔽材料制备方法，其特征在于所述铅为铅砂；所述第一步中还包括1重量份的水杨酸苯胺防霉剂；所述第一步中还包括2重量份的阻燃剂；所述第一步中还包括2重量份的硅烷偶联剂。
全文摘要
本发明涉及一种复合屏蔽材料及其制备方法，特别涉及用于同位素中子源、核设施中子辐射的复合屏蔽材料及其制备方法。其特征在于所述铅硼聚乙烯复合屏蔽材料包括下述配比成分45－70重量份的铅；50－25重量份的聚乙烯；5重量份的碳化硼。与现有的铁等金属材料相比，本发明的屏蔽复合材料不仅重量轻，还能够根据中子和γ射线分布情况采用相应密度，而且具有良好的中子辐射屏蔽性能和γ辐射屏蔽性能。
文档编号C08K3/38GK1746217SQ20051011694
公开日2006年3月15日 申请日期2005年10月21日 优先权日2005年10月21日
发明者郑金美, 郭振涛, 曾心苗, 鲍矛, 王炳林, 周成飞, 郭建梅, 尚宏忠, 张桂敏, 刘元理, 胡翔, 张龙 申请人:北京市射线应用研究中心