一种非交联高柔韧性中子屏蔽材料及其制备方法与流程

本发明涉及柔性中子屏蔽材料，更具体地说，是涉及一种非交联高柔韧性中子屏蔽材料及其制备方法。

背景技术：

1、目前，中子屏蔽的方法通常分为快中子慢化和慢中子吸收，快中子与铁、钨等重核元素发生非弹性散射后变为慢中子，慢中子可被含硼元素的材料(如碳化硼)有效吸收，因此，提高中子屏蔽材料中碳化硼的含量可以有效降低材料体积，提升材料吸收中子的效率，节省空间，减薄减重等，特别是对于穿戴类防护用品具有重要意义。

2、目前以碳化硼为主体的中子屏蔽材料主要分为陶瓷烧结成型以及使用有机基材加碳化硼填充成型两类。前者多为硬质材料，后者由于使用了有机基材，使材料整体具有了一定的柔软度。其中有机基材常用的材料类型包括：非金属凝胶类、硅胶类、环氧树脂、乳液聚合、聚烯烃类等。其中，非金属凝胶起到类似胶水的作用将粉体粘黏在一起，碳化硼粉体填充率能做到较高，但烘干后材料缺乏柔韧性(碳化硼粉体本身是一种陶瓷类材料，硬度很高，紧密堆叠+高填充率得到的材料几乎是刚性的)。硅胶类基材柔软，断裂伸长率高，变形性好，但与碳化硼粉体相容性不好，因此粉体填充率低，同时硅胶本身拉伸强度也比较低。环氧树脂基材在高粉体填充率的情况下也是硬质的，存在柔性不足的问题。实际生产用环氧树脂基材，往往需要通过轻微发泡来改善材料柔韧性，从而又大幅降低了材料的拉伸强度，粉体容易脱落。同时，环氧树脂属于交联材料，也存在着断裂伸长率低的问题。聚烯烃类基材包括聚丙烯和乙烯-聚醋酸乙烯共聚物等，聚丙烯由于和碳化硼相容性差，因此填充率较低。乙烯-聚醋酸乙烯共聚物稍好些，但直接使用也不能达到高填充率。

3、公开号为cn108250557a的中国专利公开了一种使用乙烯-聚醋酸乙烯共聚物(eva)为基材，经过添加交联剂交联后可以实现80％碳化硼粉体的填充率，该材料具有更好的柔韧性和与粉体的粘合力；但由于交联的影响，材料断裂伸长率低，粉体堆叠较为疏松，材料密度仅在1.3～1.6g/cm3之间。

4、综上，目前柔性基材无法填充高填充率的粉体(粉体与基材相容性差，基本无法做到70％以上的高填充率，而能做到高填充率的方法，制得的材料硬度高、柔性差)，而为了增加粉体填充率只能采用交联的方法，如环氧树脂基材通过交联和造孔可以实现高填充率且具有一定柔软性，但同样因为交联，力学性能很不好，且粉体粘合力差，容易脱落，同时交联成本高，不适用于工业生产。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非交联高柔韧性中子屏蔽材料及其制备方法，本发明提供的制备方法无需交联同样能够实现粉体的高填充率，且产品具有更好的柔韧性和力学强度。

2、本发明提供了一种非交联高柔韧性中子屏蔽材料的制备方法，包括以下步骤：

3、a)将碳化硼粉体与表面改性剂在溶剂存在下分散均匀，烘干溶剂后得到处理后的粉体；

4、b)将步骤a)得到的处理后的粉体与聚合物基材进行混炼，成型后得到非交联高柔韧性中子屏蔽材料。

5、优选的，步骤a)中所述碳化硼粉体的粒度为100目～500目。

6、优选的，步骤a)中所述表面改性剂选自阴离子表面活性剂和/或非离子型表面活性剂。

7、优选的，步骤a)中所述溶剂为乙醇或水；所述溶剂的用量为每100g碳化硼粉体20ml～80ml。

8、优选的，步骤a)中所述分散的方式为球磨或高速搅拌；所述分散的转速为200rpm～400rpm，时间为1h～3h。

9、优选的，步骤a)中所述烘干溶剂的温度为80℃～120℃，时间为8h～10h。

10、优选的，步骤b)中所述聚合物基材选自乙烯-聚醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛稀嵌段共聚物或聚烯烃弹性体；

11、所述碳化硼粉体的用量为所述聚合物基材与碳化硼粉体总质量的50％～85％；

12、所述表面改性剂的用量为所述聚合物基材与碳化硼粉体总质量的0.1％～3.5％。

13、优选的，步骤b)中所述混炼的方式为密炼或开炼；所述混炼的温度为80℃～120℃，时间为5min～20min。

14、优选的，步骤b)中所述成型的方式为直接成型或模压成型；所述成型的温度为100℃～120℃，压力为2mpa～10mpa，时间为300s～600s。

15、本发明还提供了一种非交联高柔韧性中子屏蔽材料，采用上述技术方案所述的制备方法制备而成。

16、本发明提供了一种非交联高柔韧性中子屏蔽材料及其制备方法；该制备方法包括以下步骤：a)将碳化硼粉体与表面改性剂在溶剂存在下分散均匀，烘干溶剂后得到处理后的粉体；b)将步骤a)得到的处理后的粉体与聚合物基材进行混炼，成型后得到非交联高柔韧性中子屏蔽材料。与现有技术相比，本发明提供的制备方法通过对碳化硼粉体进行改性，提高了碳化硼粉体和聚合物基材的相容性，无需交联同样能够实现粉体的高填充率，且产品具有更好的柔韧性和力学强度。

17、同时，本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种非交联高柔韧性中子屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述碳化硼粉体的粒度为100目～500目。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述表面改性剂选自阴离子表面活性剂和/或非离子型表面活性剂。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述溶剂为乙醇或水；所述溶剂的用量为每100g碳化硼粉体20ml～80ml。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述分散的方式为球磨或高速搅拌；所述分散的转速为200rpm～400rpm，时间为1h～3h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述烘干溶剂的温度为80℃～120℃，时间为8h～10h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述聚合物基材选自乙烯-聚醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛稀嵌段共聚物或聚烯烃弹性体；

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述混炼的方式为密炼或开炼；所述混炼的温度为80℃～120℃，时间为5min～20min。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述成型的方式为直接成型或模压成型；所述成型的温度为100℃～120℃，压力为2mpa～10mpa，时间为300s～600s。

10.一种非交联高柔韧性中子屏蔽材料，其特征在于，采用权利要求1～9任一项所述的制备方法制备而成。

技术总结
本发明提供了一种非交联高柔韧性中子屏蔽材料及其制备方法；该制备方法包括以下步骤：a)将碳化硼粉体与表面改性剂在溶剂存在下分散均匀，烘干溶剂后得到处理后的粉体；b)将步骤a)得到的处理后的粉体与聚合物基材进行混炼，成型后得到非交联高柔韧性中子屏蔽材料。与现有技术相比，本发明提供的制备方法通过对碳化硼粉体进行改性，提高了碳化硼粉体和聚合物基材的相容性，无需交联同样能够实现粉体的高填充率，且产品具有更好的柔韧性和力学强度。

技术研发人员：史颖,徐小军,陈村元,王利国,李振树
受保护的技术使用者：东莞海丽核材科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15