[发明专利]一种具有防辐射功能的连续单丝硼纤维增强含硼聚乙烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及复合材料制备技术，具体的说是一种具有防辐射功能的连续单丝硼纤维增强含硼聚乙烯复合材料及其制备方法。首先将含¹⁰B聚乙烯块体材料制备成薄片，再将连续单根钨丝硼纤维密排制成硼纤维单层带，然后对含硼聚乙烯薄片和硼纤维单层带进行铺层排放，最后利用真空热压方式将其致密化成型。本发明连续单丝硼纤维增强含硼聚乙烯复合材料利用了¹⁰B和钨分别具有屏蔽中子和γ射线的原理，具有中子和γ射线综合防护效果，并兼顾良好的力学性能、舒适性、无毒害等属性，可满足核燃料后处理厂多种射线混合辐射场的环境需求，是一种适合于制造防辐射服、插板等护具的新型防辐射材料。

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术，具体的说是一种具有防辐射功能的连续单丝硼纤维增强含硼聚乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

核能是解决世界能源危机的重要途径，安全、高效地进行乏燃料后处理是发展核能应用中必须重点解决的问题。乏燃料后处理过程中，会产生大量的高能中子、γ射线等辐射，即便通过屏蔽设施慢化后仍可能在工作环境中遗留有低能中子、γ射线等辐照威胁。为保证在核燃料后处理厂中作业人员的人身安全，需采取必要的防辐射措施，其中穿戴防辐射服、插板等护具无疑是一种高效、便捷、实用的解决方案。然而，现有防辐射穿戴护具多是针对单一射线进行屏蔽，难以满足后处理厂多种射线混合辐射场的环境需求，其根本原因在于缺乏能够综合防护中子、γ射线等辐射的防护材料。

分析国外防辐射材料的发展过程可以发现，在对中子的辐射防护中，¹⁰B具有较大的中子吸收截面，且二次发射γ射线的能量较低，从上世纪六十年代至今，硼元素在防辐射材料研制领域一直占有非常重要的地位，是开发防辐射材料的主要功能性添加剂，现已开发出添加硼及其化合物的高分子材料，含硼及其化合物的高分子纤维等主要产品。除硼以外，锂、镉元素也是吸收中子常用的大截面元素。在对γ射线的辐射防护中，常用原子序数大、密度高的元素，例如：铅、铁、钨等，其中钨合金屏蔽材料近年来日益受到关注，其优势是密度大、屏蔽性能高，且环保、无毒无害，因此被认为是用来制备屏蔽件的最佳材料。

结合中子防辐射与γ射线屏蔽原理，2014年，国内某研究院研制出一种由多层不同填料(硼、铅)和不同功能的无纺布层叠缝制而成的防护服材料，该材料对中子及γ射线的屏蔽效果均较好，但在力学性能、耐磨性方面有所不足，大量的铅元素使用也会产生健康隐患。事实上，作为防辐射服或人体护具用材料，除了具有防辐射功能外，高强、舒适、无毒害等因素也是需要兼顾的重要性能。然而，在我国具备上述综合性能要求的防辐射材料种类依然相对短缺，因此开发新型的防辐射功能材料是非常必要且迫切的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有防辐射功能的连续单丝硼纤维增强含硼聚乙烯复合材料及其制备方法，该材料具备了中子和γ射线综合防护效果，并兼具良好的力学性能、舒适性、无毒害等属性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种具有防辐射功能的连续单丝硼纤维增强含硼聚乙烯复合材料，包括连续单丝硼纤维和含硼聚乙烯，其中连续单丝硼纤维体积分数为10％～75％，连续单丝硼纤维按照平行层排方式分布，层内连续单丝硼纤维平行密排，层间连续单丝硼纤维排布方向夹角为0°～180°，含硼聚乙烯填充于连续单丝硼纤维间隙内。

所述的具有防辐射功能的连续单丝硼纤维增强含硼聚乙烯复合材料，连续单丝硼纤维以连续单根钨丝为内芯，外层为硼沉积层，连续单根钨丝直径为10～18μm，硼纤维直径为20～120μm。

所述的具有防辐射功能的连续单丝硼纤维增强含硼聚乙烯复合材料，含硼聚乙烯为¹⁰B元素与聚乙烯的共混物，其中¹⁰B元素丰度为10wt％～90wt％。

一种具有防辐射功能的连续单丝硼纤维增强含硼聚乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用热压成型方式制备含硼聚乙烯薄片，薄片厚度为30μm～1000μm；