[发明专利]一种中子屏蔽的聚合物复合材料、制备方法、线材及应用

说明书

本发明提供了一种中子屏蔽的聚合物复合材料、制备方法、线材及应用，涉及3D打印材料技术领域，能够实现氮化硼纳米片在聚乙烯基体中的均匀分布，通过FDM打印成型为具有中子屏蔽性能的复杂形状制件；该复合材料的组分包括：聚乙烯基体，质量百分比为80‑98.8％；氮化硼纳米片，质量百分比为1‑20％；增塑改性剂，质量百分比为0.2‑2％；所述聚合物复合材料的制备过程包括：将上述原料混合后在150‑190℃环境下熔融造粒得到。本发明提供的技术方案适用于3D打印以及材料制备的过程中。

技术领域

本发明涉及3D打印材料技术领域，尤其涉及一种中子屏蔽的聚合物复合材料、制备方法、线材及应用。

背景技术

3D打印，又称为增材制造技术，是一种依据三维数字模型文件、通过特定工艺进行逐层加工并叠加成型的新型材料成型方法。这种不需要模具的自由成型技术，可快速将任意结构设计转化为材料制件，节约了产品从设计到应用的制造周期；同时也支持定制化、个性化制造，大大拓宽了材料制件的应用范围。作为一种先进的成型加工技术，3D打印目前吸引了来自学术界和产业界重点关注，相关产品在工业设计、航空航天、医疗健康、珠宝首饰、个人消费品、土木工程等众多领域得到广泛应用。

在各种3D打印成型工艺当中，FDM(Fused Deposition Modeling，熔融沉积成型)工艺设备要求简单、操作简便、适用范围大，是研究最多、应用最广泛的成型技术。FDM首先通过加热使聚合物线材熔融进入粘流态、再通过沿打印路径移动的喷嘴挤出，挤出的聚合物物料迅速冷却定型并与周围材料融合，进行逐层堆积成型。线材是FDM成型工艺的关键要素。目前，FDM3D打印成型采用的聚合物线材，从成分上看，仍集中在PLA、ABS、尼龙等热塑性塑料以及相应的改性增强的复合材料；从用途上看，主要利用成型制件的力学特性和结构特性。有关特种功能材料的FDM技术及相应的打印线材研究比较少见。

最近，将3D打印加工制造与航天工程特别是载人航天工程的实际需求相结合，产生的新型材料在轨制造过程及相应的特种功能材料，受到学术界和产业界的广泛关注。例如，专利CN201811084368.5、CN201910592112.3、CN201610069435.0针对太空微重力环境的特点发展了适用性较强的3D打印系统及相关的复合材料。

航天工程中，为了保证航天员的身体健康、航天器内部各种电子设备的正常运转，必须对高能中子进行有效的屏蔽。空间环境下中子屏蔽材料主要采取含氢量高且密度小的含硼聚乙烯板，其中聚乙烯中的氢元素在单位截面上有着数量最多的原子核，可以通过散射慢化中子，而硼元素有着较大的中子吸收截面，可高效吸收低能中子，并且吸收过程中不产生有害的二次辐射。目前市售的聚乙烯基中子屏蔽材料均采用热压工艺制成，不能用于3D打印成型，难以适应在轨制造的需求。最近，专利CN106674736A提出了一种可用于3D打印的聚丙烯/碳化硼复合材料，该材料采用聚丙烯作为基体、使用碳化硼粉体作为填充物，得到的复合材料具有可3D打印加工特性和一定的中子屏蔽能力，然而其基体和填充物的选择削弱了该类材料的中子屏蔽能力和综合性能，限制了其实用性。

因此，有必要研究一种中子屏蔽的聚合物复合材料、制备方法、线材及应用来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种中子屏蔽的聚合物复合材料、制备方法、线材及应用，能够实现氮化硼纳米片在聚乙烯基体中的均匀分布，通过FDM打印成型为具有中子屏蔽性能的复杂形状制件。

一方面，本发明提供一种中子屏蔽聚合物复合材料，其特征在于，所述聚合物复合材料的组成包括：

聚乙烯基体，质量百分比为80-98.8％；

氮化硼纳米片，质量百分比为1-20％；

增塑改性剂，质量百分比为0.2-2％。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述聚乙烯基体为低密度聚乙烯。