一种耐高温夹心结构复合屏蔽体的制作方法

本发明涉及核辐射屏蔽防护领域，具体地，涉及一种耐高温夹心结构复合屏蔽体。

背景技术

现有有机复合屏蔽材料大多以聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)等聚烯烃类原材料作为基体，材料的优点是加工成型性能优异，氢含量高，利于快中子的慢化。加入铅、钨和(或)碳化硼，对快中子、热中子、γ射线有良好的综合屏蔽效果。但是这类材料的使用温度不高，聚乙烯在常温下使用，聚丙烯使用温度在100℃左右。

使用环氧树脂为基体的屏蔽材料，其使用温度在150℃左右。

以上材料均无法满足屏蔽材料对靠近堆芯部位屏蔽体耐高温的要求，因此研制了以尼龙(pa)或聚醚醚酮(peek)为基体，以钨和(或)碳化硼为γ射线、中子射线为屏蔽物质的复合屏蔽材料，该类屏蔽材料可在180℃和300℃环境条件下使用。但是pa或peek的氢含量在4％～9％，远低于聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃材料15％的氢含量，在需要慢化快中子的场合将影响屏蔽效果，造成屏蔽材料偏厚。

现有屏蔽材料或屏蔽体使用温度最高在150℃左右，不能满足靠近堆芯部位的使用温度要求。

现有屏蔽材料可进行分层设计，如聚乙烯层1+铅板2的结构，也可以实现不同材料的分层挤出，其结构如图1。单纯分层制备的材料由于没有封口，高温环境下耐温低的材料将熔融，造成整体结构被破坏。因此，传统分层挤出制备方法无法制备适合高温环境下使用的夹心式结构。

技术实现要素：

本发明提供是一种耐高温夹心结构复合屏蔽体，使该结构的屏蔽体具有较高的耐温性，使用温度在180℃和300℃，同时增加了材料整体的氢含量，改善了材料的屏蔽效果。

该屏蔽体采用3d打印的方式成型，3d打印技术才能够实现两种不同材料，外层完全包覆内层，同时可成型各种异型体或中间有贯穿孔道的结构。本发明兼顾材料的使用温度和快中子慢化效果，将聚烯烃类屏蔽材料和尼龙、聚醚醚酮类材料复合，制成夹心式结构屏蔽体。

为实现上述发明目的，本申请提供了一种耐高温夹心结构复合屏蔽体，所述复合屏蔽体包括：

外层有机屏蔽材料和内层芯体材料，内层芯体材料包裹在外层有机屏蔽材料内，复合屏蔽体采用3d打印成型，其中，外层有机屏蔽材料包括：占外层有机屏蔽材料重量10％-90％的外层聚合物，占外层有机屏蔽材料重量5％-80％的屏蔽物质，占外层有机屏蔽材料重量2％-20％的加工助剂，聚合物为尼龙或聚醚醚酮，屏蔽物质为碳化硼或钨或碳化硼和钨占；

内层芯体材料包括：占内层芯体材料重量10％-90％的内层聚合物，占内层芯体材料重量5％-80％的屏蔽物质，占内层芯体材料重量2％-20％的加工助剂，内层聚合物为聚乙烯或聚丙烯，屏蔽物质为碳化硼或钨或碳化硼和钨占。

进一步的，3d成型的复合屏蔽体为方形，或圆弧形，或z字形，或者屏蔽体中间有贯穿孔道。

进一步的，外层有机屏蔽材料成分：尼龙含量56％，碳化硼含量40％，加工助剂含量4％；内层芯体材料成分：聚乙烯含量68％，碳化硼含量30％，助剂含量2％。

进一步的，外层有机屏蔽材料成分：聚醚醚酮含量30％，铅含量65％，助剂含量5％；内层芯体材料成分：聚丙烯含量30％，铅含量65％，助剂含量5％。

进一步的，外层有机屏蔽材料成分：聚醚醚酮含量10％，铅含量70％，碳化硼含量2％，助剂含量18％；内层芯体材料成分：聚乙烯含量15％，铅含量80％，助剂含量5％。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明的外层屏蔽材料可满足在180℃～300℃的高温环境中的使用要求，内层芯体材料可保证氢含量满足快中子屏蔽的要求，整体材料设计可适应不同源项环境下的屏蔽要求。同时3d打印可成型各种异型屏蔽体，满足使用要求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是现有屏蔽材料的结构示意图；

图2是本申请耐高温夹心结构复合屏蔽体的结构示意图；

图3是本申请耐高温夹心结构复合屏蔽体的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供是一种耐高温夹心结构复合屏蔽体，使该结构的屏蔽体具有较高的耐温性，使用温度在180℃和300℃，同时增加了材料整体的氢含量，改善了材料的屏蔽效果。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明的屏蔽体结构如图2所示。

外层3为尼龙、聚醚醚酮等为基体的耐高温有机屏蔽材料，耐高温聚合物占混合物重量的10％-90％，屏蔽物质如碳化硼、钨或碳化硼+钨占5％-80％，各种加工助剂占2％-20％，外层材料保证屏蔽体的工作温度在180℃(以高温尼龙为基体材料)和300℃(以聚醚醚酮为基体材料)。

芯体材料4为聚乙烯、聚丙烯等烯烃类材料为基体的有机屏蔽材料，基体聚合物占混合物重量的10％-90％，屏蔽物质如碳化硼、钨或碳化硼+钨占5％-80％，各种加工助剂占2％-20％，芯体材料主要提供较高的氢含量。

采用3d打印成型，成型的屏蔽体可以是方形、圆弧形、z字形等各种异形体，或者屏蔽体中间有贯穿孔道，如图3所示。

该形状的屏蔽体使用传统成型或加工方式均无法成型，采用本发明的3d打印则可成型制备。

实施例1

外层材料成分：尼龙(pa)含量56％，碳化硼含量40％，加工助剂含量4％；内层材料成分：聚乙烯(pe)含量68％，碳化硼含量30％，助剂含量2％。

实施例2

外层材料成分：聚醚醚酮(peek)含量30％，铅(pb)含量65％，助剂含量5％；芯体材料成分：聚丙烯(pp)含量30％，铅(pb)含量65％，助剂含量5％。

实施例3：

外层材料成分：聚醚醚酮(peek)含量10％，铅(pb)含量70％，碳化硼(b4c)含量2％，助剂含量18％；芯体材料成分：聚乙烯(pe)含量15％，铅(pb)含量80％，助剂含量5％。

本申请首次采用屏蔽体夹心结构，外层材料提供耐高温性能，芯体材料提供较高的氢含量，保证了射线屏蔽效果；首次将3d打印成型技术应用于有机屏蔽材料的制备，使传统挤出、注塑等高分子材料成型工艺无法实现的夹心体结构得以成功制备；首次制备了适用于3d打印的复合屏蔽材料，其成分设计可同时满足不同源项条件下的屏蔽要求和3d打印的工艺要求。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。