[发明专利]一种耐热复合屏蔽材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及核工业领域，具体涉及一种中子、γ射线屏蔽材料，尤其涉及一种耐高温的中子、γ射线屏蔽材料及其制备方法。

背景技术

目前，常用的中子、γ射线屏蔽材料有重混凝土，硼聚乙烯，硼钢几种。重混凝土对γ射线屏蔽能力较好，价格便宜，耐热性能好，但其中子屏蔽性能较差。硼钢的热中子与γ射线屏蔽性能好，力学性能好，耐高温，但其对高能中子屏蔽性能较差。硼聚乙烯主要用于中子辐射防护，对γ射线的屏蔽效果不好。

《核动力工程》1994，Vol.15 No.4(371-374)公布了一种铅硼聚乙烯屏蔽材料，通过加入铅实现了对γ射线的屏蔽，通过碳化硼实现了对慢中子的屏蔽，克服了上述屏蔽材料屏蔽性能单一的不足。发明人在实际运用中发现，将这种铅硼聚乙烯屏蔽材料运用在含有热源的复合屏蔽场中时，虽然短时间内能够正常工作，但是在经过较长的服役时间后，屏蔽材料块体会发生变形，拼接缝宽度增加，从而使中子与γ射线大量泄露。

另外，申请号“92114783.X”发明专利公开的屏蔽材料采用石墨、氧化镝等实现对快中子的屏蔽，这两种材料对快中子屏蔽作用并不是最佳的，而且该发明专利公开的材料中，屏蔽γ射线用材料组分低于40%，会导致其γ射线屏蔽性能差。

发明内容

本发明的目的即在于克服现有的铅硼聚乙烯屏蔽材料在有热源的环境下长时间服役后容易发生变形，对γ射线屏蔽性能差，且采用了对快中子屏蔽作用并不好的材料进行快中子屏蔽的不足，提供一种耐热复合屏蔽材料。

本发明还提供了一种耐热复合屏蔽材料的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种耐热复合屏蔽材料，由13.5%~17.7%重量份数的聚丙烯、1%~2%重量份数的碳化硼粉、0.3%~0.5%重量份数的硅烷偶联剂以及81%~84%重量份数的铅粉或氧化铅粉组成。

发明人在实际工作中发现，《核动力工程》1994，Vol.15 No.4(371-374)公布了一种铅硼聚乙烯屏蔽材料，其在有热源的复合屏蔽场中工作较长时间后，会出现屏蔽材料块体发生变形的情况，拼接缝宽度增加，导致中子与γ射线大量泄露。

发明人为了解决这一问题，对传统的铅硼聚乙烯屏蔽材料进行了研究，最终发现传统的铅硼聚乙烯屏蔽材料的热变形温度在80℃~85℃之间，当其工作在环境温度低于60℃的复合屏蔽场中时，环境温度并不会对其造成影响，其长时间的正常工作能够得到保障。但是，将传统的铅硼聚乙烯屏蔽材料运用在境温度高于60℃的复合屏蔽场中时，较高的环境温度会导致其产生难以察觉的变形，这种变形在服役初期是难以察觉的，随着服役时间的增加，变形逐渐积累，最终导致拼接缝宽度增加，致使中子与γ射线大量泄露。

发明人在发现屏蔽材料的热变形温度过低是导致拼接缝宽度增加的原因后，对现有的屏蔽材料进行了改进，采用变形温度较高的聚丙烯替代变形温度较低的聚乙烯，使本发明的热变形温度提高至115℃以上。本发明在环境温度较高的复合屏蔽场中服役时，环境温度并不会对其造成影响，杜绝了微量变形的发生，从而解决了长时间服役后屏蔽材料块体发生变形，拼接缝宽度增加导致中子与γ射线大量泄露的问题。

在申请号“92114783.X”的发明专利中，聚乙烯作为模塑物质使用，而采用大量石墨、氧化镝等材料对快中子进行屏蔽。石墨、氧化镝等材料对快中子的屏蔽效果并不好，大量模石墨、氧化镝等材料的使用也导致铅等γ射线屏蔽物质的用量受到限制，最终使得该发明公开的屏蔽材料对γ射线的屏蔽性能较低。究其原因，是由于该发明人没有意识到，聚乙烯、聚丙烯中含有大量的氢原子，聚乙烯、聚丙烯中含有的氢原子即可对快中子实现很好的屏蔽，根本没有必要再利用石墨、氧化镝等材料对快中子进行屏蔽。在该发明中，快中子屏蔽效果是通过聚乙烯带来的，而快中子屏蔽效果较差的石墨、氧化镝等材料对提高快中子屏蔽性能没有任何帮助。

发明人经过研究，在发现了上述问题的基础上，在本发明中，取消了石墨、氧化镝等快中子屏蔽物，从而增加了铅粉或氧化铅粉的含量，使其重量组分达到81%~84%，从而在对快中子有效屏蔽的基础上，加强了γ射线的屏蔽性能。

进一步的，所述碳化硼粉、铅粉和氧化铅粉的粒径为50-150微米。目前，铅硼聚乙烯生产用铅粉与碳化硼粉粒径小于45微米，在制造过程中铅粉与碳化硼粉粒容易四处飞扬，对环境造成影响，不利于工作人员的身体健康。将碳化硼粉、铅粉和氧化铅粉的粒径增大，可以减少碳化硼粉、铅粉和氧化铅粉的飞扬，同时，还可以增加粉料混合时的流动性。