浇注式耐温高导热树脂基中子屏蔽复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及复合材料，具体涉及一种浇注式耐温高导热树脂基中子屏蔽复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、中子在核反应、活化分析、中子成像等领域有广泛应用，但中子对人体的伤害较大，因此对中子产生和应用环境的防辐射安全保护具有极高的要求，这对于空间受限、结构复杂、高温等应用环境下的中子屏蔽材料提出了更为苛刻的要求。传统的中子屏蔽材料笨重、不灵活，无法满足实际使用的要求，因此研制一种屏蔽性能优异、耐高温、高导热、质轻的中子屏蔽材料具有重要意义。

2、中子屏蔽材料的作用原理主要包括快中子慢化和热中子吸收两个过程。目前多采用含低原子序数物质(如氢元素)作为快中子慢化材料，以及具有高吸收截面元素(如硼元素)作为热中子吸收材料。环氧树脂是一类综合性能优异的高分子材料，来源丰富、种类繁多，其可根据具体需求与固化剂进行复配。与聚乙烯材料相比，环氧树脂的固化产物具有更优异的耐热性、尺寸稳定性和力学性能，且含有较丰富的氢含量，能够有效慢化快中子，但存在环氧树脂固化物导热性较差(导热系数约为0.2-0.25w/(m·k))。为了提高环氧树脂固化物的导热性，通常采用填充复合导热填料的方式来解决，同时对导热填料进行表面改性、取向、构型等处理，存在工艺繁琐、成本高、现场施工难度大等问题。

3、因此，研发一种综合性能优异的、工艺简单、成本低、施工方便的中子屏蔽复合材料具有很大的研究价值和商业价值。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具备优异的中子屏蔽性、导热性和耐热性的中子屏蔽材料，其具有室温固化特性，且制备工艺简单、成本低、施工方便，可批量化生产。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种浇注式耐温高导热树脂基中子屏蔽复合材料，按重量份计，其原料包括：环氧树脂80～100份、固化剂20～50份、稀释剂0～30份、中子屏蔽剂70～100份、高导热粉体10～30份、分散剂1～5份、消泡剂1～5份，其中，

4、所述环氧树脂包括双酚型环氧树脂、酚醛环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂中的任意一种或至少两种的组合，

5、所述固化剂包括改性脂环胺固化剂、酚醛胺固化剂中的任意一种或其组合；

6、所述稀释剂为活性稀释剂，包括苯基缩水甘油醚、甲酚缩水甘油醚、二缩水甘油基苯胺中的任意一种或至少两种的组合；

7、所述中子屏蔽剂选自硼化物；

8、所述高导热粉体包括铝粉、铜粉、黄铜粉中的任意一种或至少两种的组合。

9、进一步地，所述双酚型环氧树脂包括双酚a型、氢化双酚a型、双酚f型环氧树脂、间苯二酚型环氧树脂中的任意一种或至少两种的组合。

10、进一步地，所述酚醛环氧树脂包括线型甲酚甲醛环氧树脂、问苯二酚甲醛环氧树脂中的任意一种或其组合。

11、进一步地，所述缩水甘油胺类环氧树脂包括三缩水甘油基对氨基苯酚、4,4-二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺中的任意一种或其组合。

12、进一步地，所述改性脂环胺固化剂包括改性1，3-环已二甲胺、改性异佛尔酮二胺、改性孟烷二胺中的任意一种或至少两种的组合。

13、进一步地，所述酚醛胺固化剂包括异佛尔酮二胺改性酚醛胺、甲基环戊二胺改性酚醛胺中的任意一种或其组合。

14、进一步地，所述中子屏蔽剂为氮化硼和碳化硼混合物。

15、进一步地，所述氮化硼的的硼含量为78.3％，导热系数≥10w/(m•k)；所述碳化硼的硼含量为43.5％，导热系数≥100w/(m·k)。

16、进一步地，所述氮化硼的粒径为0.5um、5um、10um、20um、25um中的任意一种或至少两种的组合；所述碳化硼粒径为1um、7um、20um中的任意一种或至少两种的组合。

17、进一步地，所述高导热粉体的粒径为10um、20um、45um中的任意一种或至少两种的组合。

18、进一步地，所述分散剂包括无溶剂型byk-1760、byk-980、aj-425中的任意一种或至少两种的组合。

19、进一步地，所述消泡剂为无溶剂型ma-219、hx-2080、aj-539中的任意一种或至少两种的组合。

20、第二方面，本发明提供一种浇注式耐温高导热树脂基中子屏蔽复合材料的制备方法，包括以下步骤：

21、步骤1，按比例称取环氧树脂、固化剂、稀释剂、中子屏蔽剂、高导热粉体、分散剂和消泡剂，备用；

22、步骤2，将环氧树脂、稀释剂、分散剂和消泡剂混合均匀，得到混合物a；

23、步骤3，将中子屏蔽剂和高导热粉体装入混料机中，混合均匀得到混合物b；

24、步骤4，将混合物b加入到混合物a中，混合均匀得到混合物c；

25、步骤5，将固化剂与混合物c混合均匀，得到混合物d；

26、步骤6，将混合物d进行负压脱泡，然后室温浇注并固化，制得浇注式耐温高导热树脂基中子屏蔽复合材料。

27、进一步地，所述步骤2中，混合均匀的工艺条件为：温度为35-45℃，压力为常压，搅拌转速为1000rpm，时间为10-15min。

28、进一步地，所述步骤3中，混合均匀的工艺条件为：温度为常温，压力为常压，混合机转速为10rpm，时间为30-40min。

29、进一步地，所述步骤4中，混合均匀的工艺条件为：温度为35-45℃，压力为常压，搅拌转速为1000rpm，时间为20-30min。

30、进一步地，所述步骤5中，混合均匀的工艺条件为：温度为25-30℃，压力为常压，搅拌转速为1000rpm，时间为10-15min。

31、进一步地，所述步骤6中，负压脱泡的工艺条件为：温度为25-40℃，压力为-0.1mpa，时间为10-15min。

32、本发明技术方案，具有如下优点：

33、1、本发明的浇注式耐温高导热树脂基中子屏蔽复合材料以耐热型环氧树脂和高活性胺类固化剂为基体树脂，确保复合材料具有室温固化特性，同时利用固化自放热，提高复合材料的耐热性能(玻璃化转变温度≥130℃)。根据dinger-funk粒子填充理论方程，复配不同粒径的导热填料，通过添加碳化硼(硼含量为78.3％，导热系数≥10w/(m·k))，使得复合材料具有优异的中子屏蔽性能，通过添加高导热氮化硼(硼含量为43.5％，导热系数≥100w/(m·k))和高导热粉体，在提高中子屏蔽性能的同时，使得复合材料具有良好的导热性能。采用活性稀释剂，可降低体系黏度，提高功能粉体填料的加入量，同时可降低其对复合材料耐热性带来的负面影响。辅以分散剂和消泡剂作为功能助剂，提高粉体填料的分散性能以及混合料的浇注性能。

34、2、本发明的浇注式耐温高导热树脂基中子屏蔽复合材料具备优异的中子屏蔽性、导热性和耐热性，快中子屏蔽系数≥2.45，热中子屏蔽率≥99.98％，导热系数≥1.2w/(m*k)，玻璃化转变温度≥130℃。

35、3、本发明浇注式耐温高导热树脂基中子屏蔽复合材料具有室温固化特性，制备方法采用室温浇注和室温固化成型，方法简单、成本低、施工方便，可广泛用于反应堆屏蔽、乏燃料容器屏蔽和其它防辐射屏蔽场合。