[发明专利]一种用于增材制造的钨基辐射防护复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于增材制造的钨基辐射防护复合材料及其制备方法，由以下原料组成：钨材、接枝处理剂、热塑性树脂、防老剂、增塑剂、软化剂、还原剂和活化剂，所述的制备方法，包括S1将配方量的钨材和接枝处理剂混合，进行接枝反应，得到产物A；S2向产物A中加入配方量的热塑性树脂，混炼，得到产物B；S3向产物B中依次加入配方量的防老剂、增塑剂和软化剂，混炼，得到产物C；S4向产物C中加入还原剂、活化剂，进行混炼胶化，得到产物D；S5将产物D挤出成型，即得所述钨基辐射防护复合材料。本发明制备的钨基辐射防护复合材料密度高、屏蔽效率高，塑性高，适用于SLM技术，解决了钨基辐射防护材料成型加工困难的问题。

技术领域

本发明属于增材制造复合材料技术领域，尤其涉及一种用于增材制造的钨基辐射防护复合材料及其制备方法。

背景技术

随着核技术在国防和民用行业的迅速发展，各种高能粒子，如α 粒子、β粒子、γ射线、X射线、中子、质子等广泛应用于国防军事，航空航海，工业勘探，医疗卫生、无线通讯，科学技术等领域，既推动了人类文明发展，也埋设了辐射安全隐患。故而，对高能粒子辐射屏蔽防护是消除隐患的关键所在，辐射防护材料的应用及研制尤为重要，辐射防护材料的需求量也越来越大。含钨材料是最优良的高能射线屏蔽材料，对x射线、γ射线和放射性同位素辐射具有优异的衰减和吸收能力，比常用的铅还高40%以上，且具有高弹性模量、高抗热冲击性以及低热膨胀系数和良好的高温强度等特征，使其可以满足极端条件下（高温和辐射环境，即电子、质子、中子和α粒子）的防护，在医学诊治、核能利用、物品安检、工业探伤等领域得到了广泛的应用。钨材料作为新一代的屏蔽材料，成为研究方向和发展趋势。

然而，金属钨硬度高，熔点高，脆等特质，造成成形加工困难，应用时易于受到形状限制。钨基合金多采用粉末冶金的方法制备，制备过程需要模具，模具的制备时间长，过程繁琐，且对粉末要求苛刻。而增材制造技术能够实现对零部件的快速原型制造，复杂形状结构的整体化制作，节省材料，降低成本，缩短生产周期，消除零部件接缝，提高零部件使用寿命，是作为钨基辐射防护材料的最佳制备技术。

CN201810868684.5公开了一种用于3D打印的钨/PEEK辐射防护复合材料及其制备方法，其采用钨粉、增塑剂和钛酸酯偶联剂为原料，CN201810868685.X公开了一种SEBS包覆金属钨的3D打印复合材料及其制备方法，其利用SEBS与钨粉为原料，上述现有技术制备的复合材料优势在于高分子材料为钨粉提供了塑性性能，通过SLS技术快速成型钨复合辐射屏蔽材料，其不足在于高分子材料的存在造成钨复合材料密度降低，屏蔽效率受限。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于增材制造的钨基辐射防护复合材料及其制备方法，其制备的钨基辐射防护复合材料密度高、屏蔽效率高，塑性高，适用于选择性激光熔化技术(Selective Laser Melting，SLM)，且通过SLM打印的制件具有良好的辐射防护及钨合金的综合力学性能，用途广泛。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于增材制造的钨基辐射防护复合材料，由以下原料组成：钨材、接枝处理剂、热塑性树脂、防老剂、增塑剂、软化剂、还原剂和活化剂。

优选地，所述钨材为钨粉、碳化钨粉和氧化钨中的至少一种。

优选地，所述钨粉和碳化钨粉的粒径为1-150μm；所述氧化钨为纳米级氧化钨。

优选地，所述接枝处理剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和羧酸型螯合剂中的至少一种。

优选地，所述热塑性树脂为天然橡胶、合成胶、再生胶、尼龙和聚丙烯中的至少一种；进一步优选为丁基橡胶、尼龙中的至少一种。

优选地，所述防老剂为酮胺、防老剂D、防老剂4010、防老剂264中的至少一种。

优选地，所述增塑剂为硬脂酸、氧化锌、丙烯酸酯类共聚物中的至少一种；进一步优选为硬脂酸和氧化锌中的至少一种。