技术领域：
：本发明属于核辐射防护领域、核辐射屏蔽材料制备
技术领域：
，尤其涉及一种梯度式柔性n-γ混合场辐射屏蔽材料及其制备方法。
背景技术：
：：随着核科学的发展，核技术也越来越广泛的应用于能源、医疗、探测、探伤、成像等领域。在核设施的制造、运行、检修与回收的过程中，需要利用屏蔽材料对工作人员与其他仪器设备进行辐射防护。其中对于工作人员以及复杂形状的设备的屏蔽材料对柔性提出了很高的要求。另外，许多辐射场存在不只一种辐射，由于许多中子源都同时放出伽马射线并且中子屏蔽的过程中也有二次光子产生。因此n-γ混合辐射场是一种常见的辐射场，因此屏蔽材料需要有同时屏蔽中子和光子的能力。目前的柔性屏蔽材料都采用屏蔽功能填料集中分布或均匀分布的结构(cn104910629a，cn201510344776.x)，研究表明。由于中子屏蔽过程中会不断放出γ射线，因此对于n-γ辐射混合场来说，中子屏蔽功能材料分布呈递增的趋势，γ屏蔽功能填料呈递减的趋势时，屏蔽效率更高，但是目前没有功能填料梯度分布的柔性辐射材料。此外，由于屏蔽功能填料的存在，导致屏蔽复合材料具有强度低，柔性差，层间强度低，易剥离的缺点。技术实现要素：：针对上述存在的问题，本发明目的在于提供一种梯度式柔性n-γ混合场辐射屏蔽材料及其制备方法，其具有屏蔽效率高，柔韧性好的优点，可用于中子辐射源或n-γ辐射源近距离操作人员的防护服制作，也可用于设备与管道的包覆屏蔽以及其他场合的屏蔽。本发明采用如下技术方案：一种梯度式柔性n-γ混合场辐射屏蔽材料，包括γ屏蔽功能材料和中子屏蔽功能填料，所述γ屏蔽功能材料沿着远离源的方向呈递增分布，中子屏蔽功能填料沿着远离源的方向呈递减分布。进一步，分为四层结构，第一层为含γ屏蔽功能填料的柔性高温硫化硅胶层，第二层、第三层和第四层为不同组分的中子屏蔽高弹性水性聚氨酯涂层，第一层为最里侧，第四层为最外侧，最里侧为受保护侧。进一步，所述第二层材料按重量份计组成如下：水性聚氨酯乳液100份，γ屏蔽功能填料20-50份，中子吸收功能填料0～30份，氧化石墨烯0～0.5份，添加剂1～4份，异氰酸酯10～15份，醇醚类溶剂10～15份。进一步，所述第三层材料按重量份计组成如下：水性聚氨酯乳液100份，γ屏蔽功能填料0～20份，中子吸收功能填料20～50份，氧化石墨烯0.05～0.5份，添加剂1～4份，异氰酸酯10～15份，醇醚类溶剂10～15份。进一步，所述第四层材料按重量份计组成如下：水性聚氨酯乳液100份，中子屏蔽功能填料30～55份，氧化石墨烯0.05～0.5份，添加剂1～4份，异氰酸酯10～15份，醇醚类溶剂10～15份。进一步，所述添加剂为流变剂、湿润分散剂、基材湿润剂、防沉剂、消泡剂、增稠剂和流平剂的不同比例组合。进一步，所述流变剂和防沉剂都为气相二氧化硅，流平剂为聚醚聚酯改性有机硅氧烷，消泡剂为改性硅油消泡剂，增稠剂为低分子聚乙烯蜡，湿润分散剂和基材湿润剂为硅醇类非离子表面活性剂。进一步，所述水性聚氨酯乳液为丙烯酸改性聚氨酯乳液，所述氧化石墨烯包括单层氧化石墨烯或梯度氧化石墨烯或两种的混合。进一步，所述中子屏蔽功能填料为碳化硼、氮化硼、锂化氢中的一种或几种，所述γ屏蔽功能填料为pb，pbo，w，gd2o3，bi2o3中的一种或几种。本发明还采用如下技术方案：一种梯度式柔性n-γ混合场辐射屏蔽材料的制备方法，包括如下步骤：(1)、硅胶基屏蔽层的制备：将塑炼过的高温硫化硅胶和硫化剂和表面处理过的γ屏蔽功能组分和中子屏蔽功能组分一起在120℃下密炼至填料分散均匀，并压成膜，冷却后洗净烘干，涂抹一层异氰酸酯后并烘干；(2)、第二层聚氨酯涂层的配制：将高弹性水性辐射屏蔽聚氨酯涂料配料50份的水性聚氨酯乳液、γ屏蔽功能填料20-50份，中子吸收功能填料0～30份，按重量计0.2-0.5份的流变剂、按重量计0.1-0.5份的湿润分散剂加入到配料罐中并用高速搅拌机搅拌20分钟，放入球磨机中研磨至细度20μm以下；在研磨罐中补充配料50％的基料，按重量计0.1-0.5份的水性聚氨酯乳液润湿剂，按重量计0.2-0.5份的防沉剂、按重量计0.2-0.5份的消泡剂、按重量计0.2-0.5份的增稠剂、按重量计0.1-0.5份的流平剂，继续研磨10分钟后加入按重量计0～0.5份氧化石墨烯，快速机械搅拌10分钟；(3)、第二层聚氨酯涂层的制备：取重量份计10～15份的固化剂异氢酸脂和10～15份的醇醚类溶剂与步骤(2)中得到的涂料混合，喷涂至步骤(1)得到的硅胶表面，涂满后隔15秒重复喷涂一次，共重复若干次后40摄氏度烘干2小时；(4)、第三层聚氨酯涂层的配制：将高弹性水性辐射屏蔽聚氨酯涂料配料50份的水性聚氨酯乳液、γ屏蔽功能填料0～20份，中子吸收功能填料20～50份，按重量计0.2-0.5份的流变剂、按重量计0.1-0.5份的湿润分散剂加入到配料罐中并用高速搅拌机搅拌20分钟，放入球磨机中研磨至细度20μm以下；在研磨罐中补充配料50份的水性聚氨酯乳液，按重量计0.1-0.5份的水性聚氨酯乳液润湿剂，按重量计0.2-0.5份的防沉剂、按重量计0.2-0.5份的消泡剂、按重量计0.2-0.5份的增稠剂、按重量计0.1-0.5份的流平剂，继续研磨10分钟后加入按重量计0～0.5份氧化石墨烯，快速机械搅拌10分钟；(5)、第三层聚氨酯涂层的制备：取重量份计10～15份的固化剂异氢酸脂和10～15份的醇醚类溶剂与步骤(4)中得到的涂料混合，喷涂至步骤(3)得到的硅胶表面，涂满后隔15秒重复喷涂一次，共重复若干次后40摄氏度烘干2小时；(6)第四层聚氨酯涂层的配制：将高弹性水性辐射屏蔽聚氨酯涂料配料50份的水性聚氨酯乳液、中子屏蔽功能填料30～55份，按重量计0.2-0.5份的流变剂、按重量计0.1-0.5份的湿润分散剂加入到配料罐中并用高速搅拌机搅拌20分钟，放入球磨机中研磨至细度20μm以下；在研磨罐中补50份的水性聚氨酯乳液，按重量计0.1-0.5份的水性聚氨酯乳液润湿剂，按重量计0.2-0.5份的防沉剂、按重量计0.2-0.5份的消泡剂、按重量计0.2-0.5份的增稠剂、按重量计0.1-0.5份的流平剂，继续研磨10分钟后加入按重量计0～0.5份氧化石墨烯，快速机械搅拌10分钟；(7)、第四层聚氨酯涂层的制备：取重量份计10～15份的固化剂异氢酸脂和10～15份的醇醚类溶剂与步骤(6)中得到的涂料混合，喷涂至步骤(5)得到的硅胶表面，涂满后隔15秒重复喷涂一次，共重复若干次后40摄氏度烘干2小时，完成后得到产品。本发明具有如下有益效果：本发明提供的梯度式柔性n-γ混合场辐射屏蔽材料具有柔性好，中子与γ射线综合屏蔽效率高，高弹性，层间结合强度高和耐疲劳的优点，可以作为n-γ混合场的辐射防护服材料。附图说明：图1为本发明梯度式柔性n-γ混合场辐射屏蔽材料的结构示意图。具体实施方式：下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明梯度式柔性n-γ混合场辐射屏蔽材料分为四层结构，第一层为含γ屏蔽功能填料质量分数50％以上的柔性高温硫化硅胶层，第二层、第三层和第四层为不同组分的中子屏蔽高弹性水性聚氨酯涂层。第一层为最里侧，第四层为最外侧，最里侧为受保护侧。第四层与第三层重点吸收中子，第二层和第二层重点吸收辐射场中的γ光子与中子吸收时放出的光子。如图1所示。第二层材料按重量份计组成如下：水性聚氨酯乳液100份，γ屏蔽功能填料20-50份，中子吸收功能填料0～30份，氧化石墨烯0～0.5份，添加剂1～4份，异氰酸酯10～15份，醇醚类溶剂10～15份。该层的屏蔽功能填料以γ屏蔽功能填料为主，中子屏蔽填料为辅。第三层材料按重量份计组成如下：水性聚氨酯乳液100份，γ屏蔽功能填料0～20份，中子吸收功能填料20～50份，氧化石墨烯0.05～0.5份，添加剂1～4份，异氰酸酯10～15份，醇醚类溶剂10～15份。该层相比于第二层γ屏蔽功能组分减少，中子吸收功能组分增加。第四层材料按重量份计组成如下：水性聚氨酯乳液100份，中子屏蔽功能填料30～55份，氧化石墨烯0.05～0.5份，添加剂1～4份，异氰酸酯10～15份，醇醚类溶剂10～15份。该层为远离受保护侧的最外层，功能填料都为中子吸收材料，中子越早被吸收，二次光子的屏蔽率就越高。添加剂为流变剂、湿润分散剂、基材湿润剂、防沉剂、消泡剂、增稠剂和流平剂的不同比例组合。流变剂和防沉剂都为气相二氧化硅，流平剂为聚醚聚酯改性有机硅氧烷，消泡剂为改性硅油消泡剂，增稠剂为低分子聚乙烯蜡，湿润分散剂和基材湿润剂为硅醇类非离子表面活性剂。其中水性聚氨酯乳液为丙烯酸改性聚氨酯乳液(pua)。pua的羟基、环氧基以及有机硅基团含量高，在固化成膜的过程中能与异氰酸酯反应，使交联密度大，柔韧性好。可以通过调节聚氨酯软段和硬段的比例调节聚氨酯的柔度。其中中子屏蔽功能填料为碳化硼、氮化硼、锂化氢中的一种或几种。10b与6li具有很高的热中子吸收截面，能对热中子进行有效的吸收。其中γ屏蔽功能填料为pb，pbo，w，gd2o3，bi2o3中的一种或几种。这几种材料都有较高的γ光子反应截面。其中氧化石墨烯包括单层氧化石墨烯或梯度氧化石墨烯或两种的混合。氧化石墨烯能够有效的增强材料的机械强度与韧性，是聚合物非常有效的增强材料，还能够起到防静电的作用。本发明梯度式柔性n-γ混合场辐射屏蔽材料的制备方法，包括如下步骤：(1)、硅胶基屏蔽层的制备：将塑炼过的高温硫化硅胶和硫化剂和表面处理过的γ屏蔽功能组分和中子屏蔽功能组分一起在120℃下密炼至填料分散均匀，并压成膜，冷却后洗净烘干，涂抹一层异氰酸酯后并烘干；(2)、第二层聚氨酯涂层的配制：将高弹性水性辐射屏蔽聚氨酯涂料配料50份的水性聚氨酯乳液、γ屏蔽功能填料20-50份，中子吸收功能填料0～30份，按重量计0.2-0.5份的流变剂、按重量计0.1-0.5份的湿润分散剂加入到配料罐中并用高速搅拌机搅拌20分钟，放入球磨机中研磨至细度20μm以下；在研磨罐中补充配料50％的基料，按重量计0.1-0.5份的水性聚氨酯乳液润湿剂，按重量计0.2-0.5份的防沉剂、按重量计0.2-0.5份的消泡剂、按重量计0.2-0.5份的增稠剂、按重量计0.1-0.5份的流平剂，继续研磨10分钟后加入按重量计0～0.5份氧化石墨烯，快速机械搅拌10分钟；(3)、第二层聚氨酯涂层的制备：取重量份计10～15份的固化剂异氢酸脂和10～15份的醇醚类溶剂与步骤(2)中得到的涂料混合，喷涂至步骤(1)得到的硅胶表面，涂满后隔15秒重复喷涂一次，共重复若干次后40摄氏度烘干2小时；(4)、第三层聚氨酯涂层的配制：将高弹性水性辐射屏蔽聚氨酯涂料配料50份的水性聚氨酯乳液、γ屏蔽功能填料0～20份，中子吸收功能填料20～50份，按重量计0.2-0.5份的流变剂、按重量计0.1-0.5份的湿润分散剂加入到配料罐中并用高速搅拌机搅拌20分钟，放入球磨机中研磨至细度20μm以下；在研磨罐中补充配料50份的水性聚氨酯乳液，按重量计0.1-0.5份的水性聚氨酯乳液润湿剂，按重量计0.2-0.5份的防沉剂、按重量计0.2-0.5份的消泡剂、按重量计0.2-0.5份的增稠剂、按重量计0.1-0.5份的流平剂，继续研磨10分钟后加入按重量计0～0.5份氧化石墨烯，快速机械搅拌10分钟；(5)、第三层聚氨酯涂层的制备：取重量份计10～15份的固化剂异氢酸脂和10～15份的醇醚类溶剂与步骤(4)中得到的涂料混合，喷涂至步骤(3)得到的硅胶表面，涂满后隔15秒重复喷涂一次，共重复若干次后40摄氏度烘干2小时；(6)第四层聚氨酯涂层的配制：将高弹性水性辐射屏蔽聚氨酯涂料配料50份的水性聚氨酯乳液、中子屏蔽功能填料30～55份，按重量计0.2-0.5份的流变剂、按重量计0.1-0.5份的湿润分散剂加入到配料罐中并用高速搅拌机搅拌20分钟，放入球磨机中研磨至细度20μm以下；在研磨罐中补50份的水性聚氨酯乳液，按重量计0.1-0.5份的水性聚氨酯乳液润湿剂，按重量计0.2-0.5份的防沉剂、按重量计0.2-0.5份的消泡剂、按重量计0.2-0.5份的增稠剂、按重量计0.1-0.5份的流平剂，继续研磨10分钟后加入按重量计0～0.5份氧化石墨烯，快速机械搅拌10分钟；(7)、第四层聚氨酯涂层的制备：取重量份计10～15份的固化剂异氢酸脂和10～15份的醇醚类溶剂与步骤(6)中得到的涂料混合，喷涂至步骤(5)得到的硅胶表面，涂满后隔15秒重复喷涂一次，共重复若干次后40摄氏度烘干2小时，完成后得到产品。下面通过三个实施例来具体说明本发明梯度式柔性n-γ混合场辐射屏蔽材料及其制备方法。实施例1本发明梯度式柔性n-γ混合场辐射屏蔽材料中四层结构的厚度比例为2:1:1:1。(1)、硅胶基屏蔽层的制备：将塑炼过的100g高温硫化硅胶和硫化剂和表面处理过200g的w粉末在120℃下密炼至填料分散均匀，并压成厚度为1mm的膜。冷却后洗净烘干，涂抹一层异氰酸酯后并烘干。其中钨粉的粒径为2μm。(2)、第二层聚氨酯涂料的配制：将高弹性水性辐射屏蔽聚氨酯涂料基料50g、钨粉30g、碳化硼30g、流变剂0.5g、湿润分散剂0.5g加入到配料罐中并用高速搅拌机搅拌20分钟，放入球磨机中研磨至细度10μm以下。(3)在研磨罐中补充50g基料，基材润湿剂0.4g，防沉剂0.5g、消泡剂0.4g、增稠剂0.3g、流平剂0.4g。继续研磨10分钟。加入氧化石墨烯0.5g，快速机械搅拌10分钟。(4)、第三层聚氨酯涂料的配制：将高弹性水性辐射屏蔽聚氨酯涂料基料50g、碳化硼40g、钨粉10g、流变剂0.5g、湿润分散剂0.4g加入到配料罐中并用高速搅拌机搅拌20分钟，放入球磨机中研磨至细度10μm以下。重复步骤(3)的操作。(5)第四层聚氨酯涂料的配制：将高弹性水性辐射屏蔽聚氨酯涂料基料50g、碳化硼50g、流变剂0.5g、湿润分散剂0.4g加入到配料罐中并用高速搅拌机搅拌20分钟，放入球磨机中研磨至细度10μm以下。重复步骤(3)的操作。(6)、涂层的制备：取13g的固化剂异氢酸脂和12g的醇醚类溶剂与步骤(3)中得到的涂料混合，喷涂至步骤(1)得到的硅胶表面。涂满后隔15秒重复喷涂一次，共重复五次后40摄氏度烘干2小时。(7)、分别用从步骤(4)，(5)中得到的不同配方的涂料依次每隔1小时进行步骤(6)完成后得到产品。材料的力学性能：拉伸强度(mpa)撕裂强度(kn/m)断裂伸长率(％)1.132.68570.0γ屏蔽性能：2.5mm厚的材料对241am源出射的γ射线屏蔽率为71.7％。中子屏蔽性能：2.5mm厚的材料对反应堆热中子流强度1×105n/cm2/s，能量0.025ev的中子源屏蔽率为80.5％。实施例2：本发明梯度式柔性n-γ混合场辐射屏蔽材料中四层结构的厚度比例为1:1:1:1。(1)、硅胶基屏蔽层的制备：将塑炼过的100g高温硫化硅胶和硫化剂和表面处理过150g的w粉末在120℃下密炼至填料分散均匀，并压成厚度为1mm的膜。冷却后洗净烘干，涂抹一层异氰酸酯后并烘干。其中钨粉的粒径为2μm。(2)、第二层聚氨酯涂料的配制：将高弹性水性辐射屏蔽聚氨酯涂料基料50g、钨粉20g、碳化硼30g、流变剂0.5g、湿润分散剂0.5g加入到配料罐中并用高速搅拌机搅拌20分钟，放入球磨机中研磨至细度10μm以下。(3)在研磨罐中补充50g基料，基材润湿剂0.4g，防沉剂0.5g、消泡剂0.4g、增稠剂0.3g、流平剂0.4g。继续研磨10分钟。加入氧化石墨烯0.5g，快速机械搅拌10分钟。(4)、第三层聚氨酯涂料的配制：将高弹性水性辐射屏蔽聚氨酯涂料基料50g、钨粉10g、碳化硼40g、流变剂0.5g、湿润分散剂0.4g加入到配料罐中并用高速搅拌机搅拌20分钟，放入球磨机中研磨至细度10μm以下。重复步骤(3)的操作。(5)第四层聚氨酯涂料的配制：将高弹性水性辐射屏蔽聚氨酯涂料基料50g、碳化硼50g、流变剂0.5g、湿润分散剂0.4g加入到配料罐中并用高速搅拌机搅拌20分钟，放入球磨机中研磨至细度10μm以下。重复步骤(3)的操作。(6)、涂层的制备：取13g的固化剂异氢酸脂和12g的醇醚类溶剂与步骤(3)中得到的涂料混合，喷涂至步骤(1)得到的硅胶表面。涂满后隔15秒重复喷涂一次，共重复五次后40摄氏度烘干2小时。(7)、分别用从步骤(4)，(5)中得到的不同配方的涂料依次每隔1小时进行步骤(6)完成后得到产品。材料的力学性能：拉伸强度(mpa)撕裂强度(kn/m)断裂伸长率(％)1.342.42510.0γ屏蔽性能：4mm厚的材料对241am源出射的γ射线屏蔽率为79.7％。中子屏蔽性能：4mm厚的材料对反应堆热中子流强度1×105n/cm2/s，能量0.025ev的中子源屏蔽率为69.5％。实施例3：本发明梯度式柔性n-γ混合场辐射屏蔽材料中四层结构的厚度比例为2:1:1:1(1)、硅胶基屏蔽层的制备：将塑炼过的100g高温硫化硅胶和硫化剂和表面处理过200g的w粉末在120℃下密炼至填料分散均匀，并压成厚度为1mm的膜。冷却后洗净烘干，涂抹一层异氰酸酯后并烘干。其中钨粉的粒径为2μm。(2)、第二层聚氨酯涂料的配制：将高弹性水性辐射屏蔽聚氨酯涂料基料50g、钨粉10g、碳化硼40g、流变剂0.5g、湿润分散剂0.5g加入到配料罐中并用高速搅拌机搅拌20分钟，放入球磨机中研磨至细度10μm以下。(3)在研磨罐中补充50g基料，基材润湿剂0.4g，防沉剂0.5g、消泡剂0.4g、增稠剂0.3g、流平剂0.4g。继续研磨10分钟。加入氧化石墨烯0.5g，快速机械搅拌10分钟。(4)、第三层聚氨酯涂料的配制：将高弹性水性辐射屏蔽聚氨酯涂料基料50g、钨粉5g、碳化硼45g、流变剂0.5g、湿润分散剂0.4g加入到配料罐中并用高速搅拌机搅拌20分钟，放入球磨机中研磨至细度10μm以下。重复步骤(3)的操作。(5)第四层聚氨酯涂料的配制：将高弹性水性辐射屏蔽聚氨酯涂料基料50g、碳化硼50g、流变剂0.5g、湿润分散剂0.4g加入到配料罐中并用高速搅拌机搅拌20分钟，放入球磨机中研磨至细度10μm以下。重复步骤(3)的操作。(6)、涂层的制备：取13g的固化剂异氢酸脂和12g的醇醚类溶剂与步骤(3)中得到的涂料混合，喷涂至步骤(1)得到的硅胶表面。涂满后隔15秒重复喷涂一次，共重复五次后40摄氏度烘干2小时。(7)、分别用从步骤(4)，(5)中得到的不同配方的涂料依次每隔1小时进行步骤(6)完成后得到产品。材料的力学性能：拉伸强度(mpa)撕裂强度(kn/m)断裂伸长率(％)1.052.12498.0γ屏蔽性能：2.5mm厚的材料对241am源出射的γ射线屏蔽率为85.7％。中子屏蔽性能：2.5mm厚的材料对反应堆热中子流强度1×105n/cm2/s，能量0.025ev的中子源屏蔽率为82.5％。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。当前第1页12