[发明专利]一种铅硼聚乙烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于核辐射防护技术领域，具体涉及一种复合屏蔽材料及其制备方法。

背景技术

核能作为环保、高效的能源，已越来越受到人们的关注，它广泛应用于核电、核能、军工、宇航、医疗等领域。众所周知，在发生核反应时，会释放出中子、γ射线等对人体、仪器有伤害的射线，故要想让核反应更安全的为人类服务，必须对其进行屏蔽。所以，随着核能与核技术的广泛应用，核屏蔽材料的研发已成为必然趋势。

随着核能在核动力领域的广泛应用，核反应堆小型化逐渐被提出，故屏蔽材料在满足核屏蔽性能的同时，材料的减重减型也同样重要。铅硼聚乙烯复合屏蔽材料是一种传统的屏蔽材料，其中聚乙烯具有较高的含氢量，氢原子对快中子具有良好的慢化作用，硼原子能吸收热中子，铅原子除了对具有一定能量的快中子有屏蔽作用外，对γ射线的屏蔽也特别有效。相比其他核屏蔽，铅硼聚乙烯除了具有高效的核屏蔽性能外，还具有质量轻、体积小的特点。它的推广有助于屏蔽结构的简化，能减轻屏蔽材料的重量，缩小材料的体积，能满足材料的减重减型要求，能广泛应用于核电、核动力、空间辐射防护等领域中。

然而传统铅硼聚乙烯复合材料中所用硼源为碳化硼，碳化硼颗粒质地坚硬、耐磨，常作为磨料，因此碳化硼颗粒的使用增加了所得铅硼聚乙烯复合材料的加工难度。此外，传统铅硼聚乙烯复合材料中所用硼源和铅源的粒径较大，特别是铅源，粒径通常在毫米级，使得这些功能粒子与聚乙烯基体的界面结合较差，导致材料热学、力学性能不足；硼源和铅源粒子粒径大，使其在聚乙烯中弥散度较小，也不利于其屏蔽性能的充分发挥。

发明内容

本发明是要解决现有材料功能粒子尺寸大、弥散度小、与聚乙烯基体的界面结合较差，从而导致材料热学、力学和屏蔽性能不足的问题，而提供一种铅硼聚乙烯复合材料及其制备方法。

一种铅硼聚乙烯复合材料按重量份数由55～70份聚乙烯、30～60份铅和0.01～5份硼组成。

一种铅硼聚乙烯复合材料的制备方法具体是按以下步骤完成的：

一、配料：按重量份数称取55～70份聚乙烯、30～60份铅和0.01～5份硼；

二、混料：将步骤一称取的55～70份聚乙烯、30～60份铅和0.01～5份硼进行机械混粉，得到混合粉料；

三、预压：将步骤二得到的混合粉料装入模具中，在压力为50～100MPa的条件下保压3min～5min，压制成预制块；

四、预热：将步骤三得到的预制块连同模具在温度为150℃～250℃的条件下加热1～4h，得到待压件；

五、压制成型：通过压力机对步骤四得到的待压件施加压力，在压力为250MPa～300MPa的条件下保温10～20min，冷却，脱模，得到铅硼聚乙烯复合材料。

本发明优点：

本发明采用单质硼作为中子吸收组元，降低了所得铅硼聚乙烯复合材料的加工难度；采用纳米级或亚微米级单质铅粉和硼粉，与聚乙烯间具有更好的界面结合力，并增加了功能粒子在复合材料中的弥散度，从而提高了复合材料的致密度、力学性能和耐热性，同时使复合材料具有更好的中子和γ射线屏蔽性能。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种铅硼聚乙烯复合材料按重量份数由55～70份聚乙烯、30～60份铅和0.01～5份硼组成。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述聚乙烯为高密度聚乙烯、高分子量聚乙烯和超高分子量聚乙烯中的一种或其中几种的混合。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述铅为单质铅粉，粒径为50nm～1μm。其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述硼为单质硼粉，粒径为50nm～1μm。其他与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述铅硼聚乙烯复合材料按重量份数由55～70份聚乙烯、50～60份铅和0.01～5份硼组成。其他与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式一种铅硼聚乙烯复合材料的制备方法具体是按以下步骤完成的：

一、配料：按重量份数称取55～70份聚乙烯、30～60份铅和0.01～5份硼；

二、混料：将步骤一称取的55～70份聚乙烯、30～60份铅和0.01～5份硼进行机械混粉，得到混合粉料；

三、预压：将步骤二得到的混合粉料装入模具中，在压力为50～100MPa的条件下保压3min～5min，压制成预制块；