本发明涉及一种核辐射屏蔽材料，特别是涉及一种具有核辐射屏蔽效果的耐高温复合材料。
背景技术：
：随着核能技术的发展应用，由此带来的辐射安全与防护问题越来越重要。例如同位素中子源、核反应堆以及加速器在运行过程中会产生核辐射，尤其是中子辐射，其穿透力强，对人员及设备会造成巨大的威胁。近年来，随着快堆、动力堆及其它可携带辐射源应用的增加，传统屏蔽材料如混凝土、重金属等已难以满足现代辐射防护的特殊要求。这时，高分子聚合物基复合屏蔽材料由于在轻便性、柔韧性、可加工性等方面表现出更突出的优越性，引起了人们的关注。与传统高密度无机材料相比，该类辐射防护材料不仅可以对γ射线进行防护，而且其含有的碳、氢等轻元素也可以对中子起到一定的防护效果，因此它们可以广泛应用于中子和γ射线同时存在的复杂辐射环境，聚乙烯是目前使用广泛的中子屏蔽材料，含氢量高，不会被活化，但它不耐高温，在110℃时就软化，且抗辐照效应差，导致在很多环境下使用受到限制。传统的、单一的屏蔽材料已经不能满足现代防护的使用需求。当前中子屏蔽材料的主要发展趋势是在聚合物基体中掺杂来实现材料的改性。聚酰亚胺树脂基体具有优异的耐热性、力学性能、耐温性能、抗辐照性能也十分优异，开发聚酰亚胺基核辐射屏蔽材料具有重要意义。目前屏蔽材料的不足之处可以归纳为以下几个方面：强韧性难以满足作为结构屏蔽材料的要求、耐热性不好、综合屏蔽效果不良、体积大难于移动及抗辐照能力较差等。因此设计制备综合性能优异的辐射屏蔽材料势在必行。技术实现要素：为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明公布了一种具有核辐射屏蔽效果的耐高温复合材料，能长期在高温下使用，综合屏蔽效果好，可根据需要制成板材、棒材或其他制件，尤其适用于复杂核辐射条件下的屏蔽防护。本发明的上述目的通过以下的技术方案实现：一种具有核辐射屏蔽效果的耐高温复合材料，所述耐高温复合材料由如下重量份数的材料组成：聚酰亚胺树脂基体50‐90份、增强材料5‐15份、碳化硼2‐10份、铅1‐20份、偶联剂1‐5份、加工助剂1‐5份。所述聚酰亚胺树脂基体为热塑性聚酰亚胺树脂基体，热塑性聚酰亚胺树脂基体由芳香族二酐和芳香族二胺合成，其结构式如下所示：其中Ar1为下列结构中的一种或几种：其中Ar2为下列结构中的一种：其中：X为下列结构中的一种：O，CO，SO2。所述增强材料为短切碳纤维，纤维长度为1～15mm。所述铅为铅粉或铅化合物，铅化合物为氧化铅、碳酸铅、醋酸铅、硝酸铅、氧化铅、钼酸铅、铬酸铅、正磷酸铅、丙烯酸铅中的一种或几种。所述加工助剂包括抗氧剂和流动促进剂，抗氧剂和流动促进剂的重量比为1：1。一种具有核辐射屏蔽效果的耐高温复合材料的制备方法如下，将热塑性聚酰亚胺树脂基体、增强材料、碳化硼、铅、偶联剂、加工助剂置于搅拌机中高速搅拌，混合均匀，然后采用熔融加工成型工艺制成板材、棒材和制件。本发明具有有益效果，本发明提供的的一种具有核辐射屏蔽效果的耐高温复合材料，采用热塑性聚酰亚胺树脂基体作为原料，热塑性聚酰亚胺树脂基体属于耐高温聚合物，同时还具有出色的力学性能和介电性能优良的耐辐照性、耐燃性、耐腐蚀性及耐有机溶剂性，本发明制备的耐高温复合材料具有强韧性、高强度、高模量，能够作为结构屏蔽材料，能长期在高温下使用，综合屏蔽效果好，可根据需要制成板材、棒材或其他制件，解决了传统屏蔽材料体积大难于移动及抗辐照能力较差的问题，能够满足不同状况下的需求。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明做进一步的补充和说明。实施例1一种具有核辐射屏蔽效果的耐高温复合材料，由如下重量份数的材料组成：热塑性聚酰亚胺基体为50份，短切碳纤维为15份，碳化硼为10份，铅粉为20份，硅烷偶联剂KH550为1份，抗氧剂为2份，流动促进剂为2份；所述抗氧剂为2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚和双十二碳醇酯，2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚和双十二碳醇酯的重量比为1:1，所述流动促进剂为酸酐促进剂。一种具有核辐射屏蔽效果的耐高温复合材料，其制备过程如下：首先将碳纤维、碳化硼与铅粉浸泡于硅烷偶联剂中进行处理，处理时间为6h，处理结束后，得到混合物A，将混合物A置于干燥箱中干燥，干燥温度50℃，干燥时间2h，将干燥的混合物A、硅烷偶联剂KH550、抗氧剂、流动促进剂、热塑性聚酰亚胺基体加入高速混合机中，在高速混合机中于80℃混合20min，混合均匀后进行冷却，冷却至室温后，通过双螺杆挤出机共混造粒，料筒温度为80℃，螺杆转速为100r/min，得到粒料，将粒料置于模具中，模具厚度为2cm，在10MPa，380℃的条件下热压1小时注塑成型，得到耐高温复合材料a。实施例2一种具有核辐射屏蔽效果的耐高温复合材料，由如下重量份数的材料组成：热塑性聚酰亚胺基体为70份，短切碳纤维为5份，碳化硼为2份，铅粉为20份，硅烷偶联剂KH550为1份，抗氧剂为1份，流动促进剂为1份，所述抗氧剂为2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚和双十二碳醇酯，2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚和双十二碳醇酯的重量比为1:1，所述流动促进剂为酸酐促进剂；其制备过程与实施例1相同，得到耐高温复合材料b。实施例3一种具有核辐射屏蔽效果的耐高温复合材料，由如下重量份数的材料组成：热塑性聚酰亚胺基体为80份，短切碳纤维为10份，碳化硼为5份，碳酸铅为5份，氧化铅为5份，硅烷偶联剂KH550为3份，抗氧剂为1份，流动促进剂为1份，所述抗氧剂为2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚和双十二碳醇酯，2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚和双十二碳醇酯的重量比为1:1，所述流动促进剂为酸酐促进剂；其制备过程与实施例1相同，得到耐高温复合材料c。实施例4一种具有核辐射屏蔽效果的耐高温复合材料，由如下重量份数的材料组成，热塑性聚酰亚胺基体为50份，短切碳纤维为7份，碳化硼为2份，氧化铅为20份，硅烷偶联剂KH550为4份，抗氧剂为2份，流动促进剂为2份，所述抗氧剂为2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚，所述流动促进剂为酸酐促进剂；其制备过程与实施例1相同，得到耐高温复合材料d。实施例5一种具有核辐射屏蔽效果的耐高温复合材料，由如下重量份数的材料组成，热塑性聚酰亚胺基体为70份，短切碳纤维为5份，碳化硼为2份，铅粉为15份，硅烷偶联剂KH550为4份，抗氧剂为1份，流动促进剂为1份，所述抗氧剂为2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚和双十二碳醇酯，2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚和双十二碳醇酯的重量比为1:1，所述流动促进剂为酸酐促进剂；其制备过程与实施例1相同，得到耐高温复合材料e。实施例6一种具有核辐射屏蔽效果的耐高温复合材料，由如下重量份数的材料组成：热塑性聚酰亚胺基体为70份，短切碳纤维为5份，碳化硼为2份，钼酸铅为5份，铬酸铅为5份，正磷酸铅为5份，硅烷偶联剂KH550为1份，抗氧剂为1份，流动促进剂为1份，所述抗氧剂为2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚和双十二碳醇酯，2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚和双十二碳醇酯的重量比为1:1，所述流动促进剂为酸酐促进剂；其制备过程与实施例1相同，得到耐高温复合材料f。实施例7一种具有核辐射屏蔽效果的耐高温复合材料，由如下重量份数的材料组成：热塑性聚酰亚胺基体为60份，短切碳纤维为5份，碳化硼为2份铅粉为18份，硅烷偶联剂KH530为2份，抗氧剂为1份，流动促进剂为1份，所述抗氧剂为2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚和双十二碳醇酯，2，6‐三级丁基‐4‐甲基苯酚和双十二碳醇酯的重量比为1:1，所述流动促进剂为酸酐促进剂；其制备过程与实施例1相同，得到耐高温复合材料g。将实施例1‐7中制备的耐高温复合材料a、b、c、d、e、f、g进行核辐射屏蔽效果检测。表1耐高温复合材料a、b、c、d、e、f、g核辐射屏蔽效果的主要性能参数名称密度/g.cm‐3耐热温度/℃中子屏蔽率γ射线屏蔽率a2.122095％80％b2.3525090％82％c1.9728598％85％d1.96519597％77％e2.5422589％75％f2.0320090％85％g2.10321093％84％根据表1可知，上述实施例制备的耐高温复合材料，中子屏蔽率为89％‐98％，γ射线屏蔽率为75％‐85％，耐热温度为195‐285℃，特别是根据实施例3制备的耐高温复合材料c，中子屏蔽率为98％，γ射线屏蔽率为85％，耐热温度达到285℃，本发明能够作为结构屏蔽材料，可根据需要制成板材、棒材或其他制件，能够满足不同状况下的需求，尤其适用于复杂核辐射条件下的屏蔽防护。不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。当前第1页1 2 3