[发明专利]一种低密度中子屏蔽材料及其制备方法

说明书

本发明涉及中子屏蔽材料技术领域，尤其涉及一种低密度中子屏蔽材料及其制备方法，该材料由聚合物溶液或乳液、含硼化合物及黏土经共混后冷冻干燥而成，制得材料密度0.05~0.5g/cm³。本发明解决了材料相容性问题，得到的材料具有更高的硼含量，因此具有更好的中子屏蔽效率，同时材料具有阻燃性能、低密度和保温性能，化学稳定佳，并且工艺操作简单，成本低，易加工，易于推广。

技术领域

本发明涉及中子屏蔽材料技术领域，尤其涉及一种低密度中子屏蔽材料及其制备方法。

背景技术

辐射屏蔽要面对各种射线如不同能量的中子、γ射线、二次γ射线及其它带电粒子。其中中子是一种不带电的粒子，中子穿过物质时主要会与靶物质的原子核相互作用，其本身具较电子与γ射线更强的穿透力，对人体造成的伤害比起同等吸收剂量下的电子、γ、X射线更大。

近年来，核能和核技术的应用达到了迅猛发展。传统的中子屏蔽材料已无法完全满足核动力舰船或可移动式放射源的防护要求，如铅有毒，对中子屏蔽效果差；混凝土体积大且难以移动；硼元素的热中子吸收性能会随着与中子反应而递减等。因此，为了满足由此带来的挑战，研发无毒性、密度小、屏蔽效果好、物理性能优良的新型防辐射材料已成为材料研发的重要方面。

传统的中子屏蔽材料主要分为含硼金属复合物和含硼聚合物复合物。

CN201210570726.X公开了一种铝基碳化硼中子屏蔽材料。该材料含钨B₄C/铝合金复合屏蔽材料W₂B₅及B₄C分布均匀，致密化程度高，强度和韧性良好，特别适用于中子/γ射线屏蔽领域，因为合金性质难以对异形件进行屏蔽。CN201410340565.4公开了一种基于PVC和碳化硼的中子屏蔽材料，产品冲击强度5-10MPa，氧指数35％；弯曲强度15-25MPa，拉伸强度15-35MPa；维卡耐热温度60-70℃，该文献所述含硼聚合物复合物具有柔性好的优点，广泛被用于异形件的中子屏蔽，比如中子仪器等低能量中子的屏蔽，但所述聚合物中硼含量难以进一步提高，将导致材料加工困难，同时某些场合使用需要外加保温隔热层。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷和问题，本发明的目的是针对中子屏蔽需求提供一种低密度中子屏蔽材料及其制备方法，提高了材料中含硼化合物的添加量，同时赋予材料较低的密度和优异的中子屏蔽性能。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种低密度中子屏蔽材料，包括含硼化合物，通过将该含硼化合物加入到配置好的聚合物溶液或乳液中，混合均匀，冷冻干燥而成。

在一种优选的实施方案中，按重量份数计，所述聚合物溶液或乳液每100份中，加入含硼化合物10～300份。

在一种优选的实施方案中，还包括填充剂，将填充剂与含硼化合物加入到配置好的聚合物溶液或乳液中，混合均匀，冷冻干燥而成。

在一种优选的实施方式中，填充剂为黏土，按重量份数计，所述聚合物溶液或乳液每100份中，加入填充剂0.1～100份，所述黏土包括蒙脱土、累脱石、高岭土、蛭石、海泡石、水滑石、硅藻土、羟基磷灰石其中一种或几种。

在一种优选的实施方案中，所述聚合物溶液或乳液，包括聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、天然橡胶、果胶、藻酸盐、聚丙烯酸酯前驱体、环氧树脂前驱体、聚酰亚胺前驱体其中一种或几种配置成溶液或乳液。

在一种优选的实施方案中，所述含硼化合物包括硼酸锌、硼酸、氮化硼、碳化硼、硼化锆、硼化钛其中一种或几种。

一种低密度中子屏蔽材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)、将含硼化合物加入到配置好的聚合物溶液或乳液中，混合均匀；