一种聚乙烯基耐热屏蔽材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种聚乙烯基耐热屏蔽材料及其制备方法，属于耐辐射材料技术领域。本发明专利技术通过将高含氢的聚乙烯基体进行交联实现聚乙烯基辐射屏蔽材料热机械性能的提升，以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)为基体，二叔丁基过氧化物(DTBP)为交联剂，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)为交联助剂，铅(Pb)为屏蔽填料，研制出了一种具有γ射线屏蔽、中子屏蔽、抗辐射、耐热的新型多功能耐热屏蔽材料，应用前景广阔。阔。阔。

【技术实现步骤摘要】
一种聚乙烯基耐热屏蔽材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于辐射屏蔽材料
，具体涉及一种耐热屏蔽材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]核能是一种新型能源，与传统能源相比具有环保、经济、安全等优点。核反应堆由核燃料、冷却剂、慢化剂、反射层材料、结构材料和屏蔽材料组成。核反应堆中的燃料在发生核裂变反应时会产生大量的能量和辐射，这些辐射包括x射线、γ射线和中子，这些辐射对屏蔽材料的性能和人体健康都有很大的危害。因此屏蔽材料的屏蔽能力和抗辐射能力至关重要。
[0003]屏蔽材料的使用环境中充斥着辐射和热量，在γ
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光子和中子分别与核外电子和核相互作用的过程中，屏蔽材料也会产生热量。因此，屏蔽材料的高耐热性、热机械性能和抗辐射性能保证了其使用的安全性和使用位置，即上述性能越高，使用位置越靠近堆芯，发挥的价值就越大。
[0004]目前常用的屏蔽材料有聚合物基体、金属基体、混凝土和陶瓷基体。这些屏蔽材料同时存在一些优点和缺点。如屏蔽材料中引入金属基体，使其具有优异的耐热性、高韧性和抗辐射性，但加入无机填料(如:硼)后固溶性不足。混凝土屏蔽材料具有低成本、成分可调的特点，但屏蔽性能较差。陶瓷基屏蔽材料具有良好的稳定性、耐热性和抗辐射性能，但其脆性导致的加工性能差限制了其应用。聚合物基体因其可加工性好、密度低、尺寸小而被用于核屏蔽材料。然而，其较低的熔点、耐热性能和抗辐射性能限制了其应用。因此，提高聚合物基体屏蔽材料的熔点、耐热性能和抗辐射性能至关重要。
[0005]超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是高密度聚乙烯(HDPE)的一种，具有优良的加工性能和优良的热机械性能。目前有研究将重金属(如Pb、W、Fe)、稀土元素(如Sm、Eu、Gd)和含硼化合物引入HDPE中，使屏蔽材料具有优异的屏蔽性能。然而，这些研究忽略了HDPE的热机械性能和辐射抗性。通过x射线、γ射线和电子束照射构建的UHMWPE交联网络具有较高的机械性能和热稳定性。然而，这些方法所使用的粒子源非常昂贵，限制了其应用。
[0006]为了克服上述问题，开发出一种低成本、操作简单的方法制备耐热的屏蔽材料具有重要意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种耐热屏蔽材料及其制备方法。
[0008]本专利技术提供了一种耐热屏蔽材料，它由以下重量份数的原料制备而成：高密度聚乙烯100份，交联剂0.1
‑
3.0份，交联助剂0.2
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6.0份，屏蔽填料20
‑
200份。
[0009]进一步地，所述高密度聚乙烯为超高分子量聚乙烯。
[0010]进一步地，所述交联剂为过氧化物交联剂。
[0011]进一步地，所述过氧化物交联剂为二叔丁基过氧化物。
[0012]进一步地，所述交联助剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
[0013]进一步地，所述屏蔽填料为铅。
[0014]进一步地，它由以下重量份数的原料制备而成：高密度聚乙烯100份，交联剂0.2
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1.2份，交联助剂0.4
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2.4份，屏蔽填料80份。优选地，它由以下重量份数的原料制备而成：高密度聚乙烯100份，交联剂0.8
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1.2份，交联助剂1.6
‑
2.4份，屏蔽填料80份。
[0015]本专利技术还提供了一种制备上述耐热屏蔽材料的方法，它包括以下步骤：将高密度聚乙烯塑化，加入屏蔽填料、交联剂和交联助剂，混合均匀，热压，得到耐热屏蔽材料。
[0016]进一步地，所述塑化的温度为150
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170℃，时间为5
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15min；所述热压的温度为200
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220℃，压力为5
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15MPa，时间为15
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25min。
[0017]本专利技术还提供了一种上述耐热屏蔽材料在制备核反应堆装置、核电站运行装置、放射物资运输装置、放射装置及其医疗卫生产品中的应用。
[0018]本专利技术以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)为基体，二叔丁基过氧化物(DTBP)为交联剂，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)为交联助剂，铅(Pb)为屏蔽填料，研制出了一种具有γ射线屏蔽、中子屏蔽、抗辐射、耐热的新型多功能耐热屏蔽材料。该新型多功能耐热屏蔽材料在制备耐热屏蔽材料在核反应堆装置、核电站运行装置、放射物资运输装置、放射装置及其医疗卫生产品等具有广阔的应用前景。
[0019]显然，根据本专利技术的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本专利技术上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
[0020]以下通过实施例形式的具体实施方式，对本专利技术的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本专利技术上述内容所实现的技术均属于本专利技术的范围。
附图说明
[0021]图1：DTBP交联UHMWPE屏蔽材料在室温下的力学性能:(A)拉伸性能；(B)弯曲性能；(C)冲击性能。
[0022]图2：DTBP交联UHMWPE屏蔽材料在高温下的力学性能：(A,B)70℃下的拉伸性能和弯曲性能；(C,D)90℃拉伸性能和弯曲性能。
[0023]图3：DTBP交联UHMWPE屏蔽材料的交联程度和耐热性能：(A)交联程度，(B)DSC曲线，(C)维卡软化温度，(D)热变形曲线。
[0024]图4：DTBP交联UHMWPE屏蔽材料在200KGy剂量γ射线辐照后的力学性能。
[0025]图5：DTBP交联UHMWPE屏蔽材料在400KGy剂量γ射线辐照后的力学性能。
[0026]图6：DTBP交联UHMWPE屏蔽材料在600Kgy剂量γ射线辐照后的力学性能。
[0027]图7：DTBP交联UHMWPE屏蔽材料随厚度增加对γ射线和中子屏蔽性能的影响。
具体实施方式
[0028]本专利技术所用原料与设备均为已知产品，通过购买市售产品所得。
[0029]超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的型号/牌号为L3000。
[0030]实施例1：制备DTBP交联UHNMWPE屏蔽材料
[0031]按照表1所示原料配比，使用密炼机和热压机制备交联UHMWPE屏蔽材料，具体操作如下：超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和铅(Pb)粉在真空中80℃干燥12h。将UHMWPE在160℃塑
化10min，然后加入Pb粉均匀混合10min，再加入交联剂(DTBP)和交联助剂三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)，混合15min，得到UHMWPE屏蔽材料。然后在室温下保存24h，在210℃、10MPa下热压20min制备得到各DTBP交联UHNMWPE屏蔽材料：0.2phr DTBP、0.5phr DTBP、0.8phr DTBP、1.2phr DTBP。
[0032]表1原料配比
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐热屏蔽材料，其特征在于，它由以下重量份数的原料制备而成：高密度聚乙烯100份，交联剂0.1
‑
3.0份，交联助剂0.2
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6.0份，屏蔽填料20
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200份。2.根据权利要求1所述的耐热屏蔽材料，其特征在于，所述高密度聚乙烯为超高分子量聚乙烯。3.根据权利要求1所述的耐热屏蔽材料，其特征在于，所述交联剂为过氧化物交联剂。4.根据权利要求3所述的耐热屏蔽材料，其特征在于，所述过氧化物交联剂为二叔丁基过氧化物。5.根据权利要求1所述的耐热屏蔽材料，其特征在于，所述交联助剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。6.根据权利要求1所述的耐热屏蔽材料，其特征在于，所述屏蔽填料为铅。7.根据权利要求1
‑
6任一项所述的耐热屏蔽材料，其特征在于，它由以下重量份数的原料制备而成：高密度聚乙烯100份，交联剂0.2
‑
1.2份，交联助剂0.4
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：邹华维，许冉，衡正光，周翠清，白杨，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：