本发明专利技术提供了一种石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料及其制备方法与应用，该材料是由以下重量份配比的原料配方制备得到的：多官能环氧树脂15‑100重量份；改性的氧化石墨烯5‑30重量份；增韧助剂10‑15重量份；固化剂10‑100重量份；防辐射助剂50‑400重量份；阻燃功能助剂20‑100重量份；稀释剂5‑20重量份。本发明专利技术所提供的石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料具有优异的耐高温(150‑220℃)、耐辐照性能，并且其还具有较高的力学强度。
【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料及其制备方法与应用，属于屏蔽材料
技术介绍
随着我国经济与科技的发展，核技术日益广泛应用于社会各领域，尤其在清洁能源和前沿科研领域，核技术具有无可比拟的优势。2011年日本福岛核事故后，各国加强了核电安全方面的要求，对核岛附近使用的屏蔽材料的耐温性能及耐辐照性能提出了更高的要求。在新的安全规则面前，已有的产品很难满足要求，因此急需开发新的可浇注、耐温、耐辐照且高力学强度的屏蔽材料。环氧树脂具有良好的耐腐蚀、耐中子和耐γ射线辐照损伤等性能，可延长屏蔽材料的服役时间。此外，环氧树脂中富含的氢元素具有散射慢化中子的能力，可以拓宽屏蔽材料对中子的俘获能谱。和传统的石蜡、聚乙烯、含硼聚乙烯、铅硼聚乙烯等中子屏蔽材料相比，环氧树脂基屏蔽材料耐温性能可达到150-200℃，耐辐照性能较聚乙烯基材料可提高2个数量级，更易满足高温高辐照区域对所需屏蔽材料的要求。此外传统的聚乙烯基材料一般需模压、机加工、拼装等多道工序方能成型，制造成本较高且施工较为繁琐。因此，提供一种耐温、耐辐照且具有高力学强度的石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料及其制备方法与应用已经成为本领域亟需解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决上述的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料。本专利技术的目的还在于提供上述石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料的制备方法。本专利技术的目的还在于提供上述石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料在屏蔽中子中的应用。为达到上述目的，本专利技术提供一种石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料，其是由以下重量份配比的原料配方制备得到的：根据本专利技术具体实施方案，在所述石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料中，优选地，所述多官能环氧树脂包括缩水甘油胺类三官能度环氧树脂或缩水甘油胺类四官能度环氧树脂中的一种或几种的组合。根据本专利技术具体实施方案，在所述石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料中，优选地，所述增韧助剂包括端羟基丁腈橡胶、聚醚砜及聚醚酰亚胺中的一种或几种的组合。根据本专利技术具体实施方案，在所述石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料中，优选地，所述固化剂包括甲基六氢邻苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐及二氨基二苯砜中的一种或几种的组合。根据本专利技术具体实施方案，在所述石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料中，优选地，所述防辐射助剂包括碳化硼、氧化硼、氮化硼及硼酐中的一种或几种的组合。根据本专利技术具体实施方案，在所述石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料中，优选地，所述阻燃功能助剂包括氢氧化镁及氢氧化铝中的一种或两种的组合。根据本专利技术具体实施方案，在所述石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料中，优选地，所述稀释剂包括苯基缩水甘油醚及聚乙二醇二缩水甘油醚中的一种或两种的组合。根据本专利技术具体实施方案，在所述石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料中，优选地，所述改性的氧化石墨烯为由改性剂改性的氧化石墨烯，其中，所述改性剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)、对苯二胺及十二胺中的任一种。根据本专利技术具体实施方案，在所述石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料中，优选地，所述改性的氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：将氧化石墨烯与改性剂按照质量比1:10-1:30混合均匀，再于70-120℃反应12-36h，反应结束后，再经洗涤、干燥，得到所述改性的氧化石墨烯。其中，在本专利技术具体实施方式中，该改性的氧化石墨烯的制备方法中，所述洗涤为采用乙醇溶剂洗涤3次，所述干燥为在60℃的条件下真空干燥。本专利技术还提供了上述石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)将所述防辐射助剂、阻燃功能助剂分别加入到多官能环氧树脂中，升温至40-70℃，搅拌均匀，并于40-70℃真空脱泡0.5-2.0h，所得组分记为A组分；(2)将所述增韧助剂、稀释剂、改性的氧化石墨烯分别加入到固化剂中，升温至40-70℃，搅拌均匀，并于40-70℃真空脱泡0.5-2.0h，所得组分记为B组分；(3)将A组分及B组分混合均匀，升温至40-70℃，搅拌均匀，并于40-70℃真空脱泡0.5-2.0h，出料，得到复合胶液；(4)将所述复合胶液倒入已经预热至40-70℃的模具中进行固化成型，固化成型后，冷却脱模，得到所述石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料；其中，所述固化成型包括以下具体操作：首先将复合胶液于70-120℃固化1-4h，然后以1-10℃/min的升温速度升温到100-160℃，再于100-160℃固化1-4h。其中，固化过程所用模具为本领域使用的常规模具。本专利技术还提供了上述石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料在屏蔽中子中的应用。本专利技术采用浇注工艺制备石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料，可一步成型制造大型、异形部件，制造成本显著下降，施工更加便捷和可靠。与现有聚乙烯屏蔽材料相比，本专利技术所提供的石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料的力学强度、耐高温、耐辐照性能均有大幅度提升；具体而言，现有聚乙烯屏蔽材料的耐温性能一般只有80-100℃，其远远不能满足使用需求，而本专利技术所提供的石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料的耐温性能可达到150-220℃；并且其耐辐照性能较现有聚乙烯屏蔽材料提高了2个数量级，可满足辐照条件下长期使用的技术要求。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本专利技术的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本专利技术的可实施范围的限定。实施例1本实施例提供了一种石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料的制备方法，其包括以下步骤：改性的氧化石墨烯的制备：将氧化石墨(常州第六元素材料科技股份有限公司)与γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)按质量比1:20混合，在80℃反应24h，然后取出，采用乙醇溶剂洗涤3次，在60℃的条件下真空干燥，得到改性的氧化石墨烯。石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料的制备：将60重量份的防辐射助剂(碳化硼)、50重量份阻燃功能助剂(氢氧化镁)分别加入到100重量份的多官能环氧树脂(缩水甘油胺类三官能度环氧树脂)中，升温至60℃，搅拌均匀，并于60℃条件下真空脱泡1h，所得组分记为A组分；将15重量份增韧助剂(端羟基丁腈橡胶)、5重量份稀释剂(苯基缩水甘油醚)、15重量份上述制备得到的改性的氧化石墨烯分别加入到50重量份的固化剂(甲基六氢邻苯二甲酸酐)中，升温至60℃，搅拌均匀，并于60℃条件下真空脱泡1h，所得组分记为B组分；将A组分及B组分混合均匀，升温至60℃，搅拌均匀，并于60℃真空脱泡1.0h，出料，得到复合胶液；将所述复合胶液倒入已经预热至60℃的模具中进行固化成型，固化成型后，冷却脱模，得到所述石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料，记为材料A；其中，所述固化成型包括以下具体操作：首先将复合胶液于80℃固化1h，然后以1-10℃/min的升温速度升温到120℃，再于120℃固化2h。实施例2本实施例提供了一种石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料的制备方法，其包括以下步骤：改性的氧化石墨烯的制备：将氧化石墨(常州第六元素材料科技股份有限公司)与KH560按质量比1:15混合，在90℃反应18h，然后取出，采用乙醇溶剂洗涤3次，在60℃的条件下真空干燥，得到改性的氧化石墨烯。石墨烯/环氧树脂中子本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料，其是由以下重量份配比的原料配方制备得到的：
【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料，其是由以下重量份配比的原料配方制备得到的：2.根据权利要求1所述的石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料，其特征在于，所述多官能环氧树脂包括缩水甘油胺类三官能度环氧树脂或缩水甘油胺类四官能度环氧树脂中的一种或几种的组合。3.根据权利要求1所述的石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料，其特征在于，所述增韧助剂包括端羟基丁腈橡胶、聚醚砜及聚醚酰亚胺中的一种或几种的组合。4.根据权利要求1所述的石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料，其特征在于，所述固化剂包括甲基六氢邻苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐及二氨基二苯砜中的一种或几种的组合。5.根据权利要求1所述的石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料，其特征在于，所述防辐射助剂包括碳化硼、氧化硼、氮化硼及硼酐中的一种或几种的组合。6.根据权利要求1所述的石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料，其特征在于，所述阻燃功能助剂包括氢氧化镁及氢氧化铝中的一种或两种的组合。7.根据权利要求1所述的石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料，其特征在于，所述稀释剂包括苯基缩水甘油醚及聚乙二醇二缩水甘油醚中的一种或两种的组合。8.根据权利要求1-7任一项所述的石墨烯/环氧树脂中子屏蔽材料，其特征在于，所述改性的氧化石墨烯为由改性剂改性的氧化石墨烯，其中，所述改性剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧...
【专利技术属性】
技术研发人员：马慧玲，
申请(专利权)人：北京市射线应用研究中心，
类型：发明
国别省市：北京,11
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