[发明专利]一种含硼聚乙烯棒及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种含硼聚乙烯棒及其制备工艺，所述含硼聚乙烯棒通过含硼聚乙烯材料经过挤出成型工艺制备，碳化硼5％～40％，偶联剂0.5％～2.5％，抗辐照老化剂0.5％～3.0％，余量为聚乙烯和聚乙烯蜡，其中聚乙烯蜡的含量为聚乙烯含量的5％～15％；聚乙烯为超高分子量聚乙烯，其分子量≥200万。本发明所述含硼聚乙烯棒不仅强度能够满足需求，并且高温变形小、耐辐照性能好且重量轻，适用于乏燃料后处理专用设备的防临界，可提高设备整体安全性与可靠性，同时，采用挤出成型不仅尺寸精度高、且生产效率较高，材料浪费小。

技术领域

本发明涉及乏燃料后处理领域，具体涉及一种含硼聚乙烯棒及其制备工艺。

背景技术

乏燃料是指核电领域内，由核电站的核反应堆所产生的，使用后的核燃料。乏燃料后处理过程涉及储存设备，该储存设备用于含钚料液钝化和浓缩，由于料液钚浓度高且可能出现钚的聚合物，所以该部位是核临界控制的重点部位。通常采用几何安全设备，配置控制棒进行几何控制。

传统防临界材料，如石蜡类、混凝土类、金属类材料，在使用大口径长尺寸棒材时均不适用。石蜡类材料长期使用易开裂，混凝土类金属类防临界材料密度大，硼含量和氢含量可调整范围小，材料适应性较差。

现有的含硼聚乙烯棒制备工艺是采用先将含硼聚乙烯加工为板材，再采用机械加工的方式制备棒材，生产效率低，材料浪费大，加工尺寸受设备制约，尺寸及尺寸精度适应性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含硼聚乙烯棒，解决现有材料长期使用会发生开裂及变形、密度较大的问题，同时本发明材料氢含量高，硼含量可调整范围大，适应性广，成型加工性能好，适合制备大口径长尺寸棒材，适用于乏燃料后处理专用设备。

此外，本发明还提供上述含硼聚乙烯棒的制备工艺。

本发明通过下述技术方案实现：

一种含硼聚乙烯棒，所述含硼聚乙烯棒通过含硼聚乙烯材料经过挤出成型工艺制备，所述含硼聚乙烯棒材包括以下重量百分比组分：

碳化硼5％～40％，偶联剂0.5％～2.5％，抗辐照老化剂0.5％～3.0％，余量为聚乙烯和聚乙烯蜡，其中聚乙烯蜡的含量为聚乙烯含量的5％～15％；

聚乙烯为超高分子量聚乙烯，其分子量≥200万。

目前采用的石蜡类防临界材料长期使用会发生开裂及变形现象，混凝土类和金属类(如硼铝)材料的氢含量较低，密度较大，使用受限，且不适合成型大口径长尺寸棒材。

含硼聚乙烯材料由于氢含量高，对乏燃料后处理含钚料液中的快中子具有良好的慢化作用。其中的碳化硼含量可调整范围大，可满足不同使用条件下的临界计算要求。

现有的硼聚乙烯材料为板材，需要经过机械方式加工为棒材，该成型工艺浪费大，生产效率低，产品成本高。且乏燃料后处理设备用的控制棒为大口径长尺寸棒，加工大口径长尺寸棒对加工后棒材的直线度要求高，否则对控制棒的使用会造成影响，因此板材制备棒材的工艺不能作为本申请的控制棒最优化制备工艺。

直接挤出成型工艺与传统压制板材再机械加工的工艺相比，具有可连续生产，尺寸精度高，加工尺寸适应范围大，生产效率较高，材料浪费小的优点，因此，本申请采用挤出成型工艺制备含硼聚乙烯棒。

本申请是用于乏燃料的后处理设备，为了满足材料使用性能，本申请对含硼聚乙烯棒的制备原料需要进行特殊设计：

在本申请中，所述碳化硼采用核级原材料，其含量的设计需要满足控制棒的防临界性能，同时要满足控制棒力学性能即强度需求，为了满足控制棒这两方面性能，碳化硼的用量相对较多，但是会降低高温塑化流动性，使其加工性能下降，难度增加。