[发明专利]宽温中子和γ射线屏蔽材料

说明书

本发明涉及一种中子和r射线屏蔽材料。

现有的中子和r射线聚合物屏蔽材料(以下简称屏蔽材料)，一般用聚乙烯、聚丙烯、聚氧乙烯、聚氨酯等聚合物与中子和r射线屏蔽物质混合后制成，如日本专利特开昭56-131649中就报道了使用聚氯乙烯树脂与无机硼化物混合制造所述屏蔽材料的方法。这种屏蔽材料的使用温度适用范围比较窄，熔点偏低，在150℃左右即发生软化，而在0℃以下又变硬且脆，不抗冲击和振动，不能满足实际应用中的需要，如测井仪上使用的屏蔽体，要求在-25-180℃范围内使用，并且要有一定的抗冲击和抗振动性能。为解决耐高温问题，有人用无机物制造屏蔽材料，如日本专利特开平4-143696报道了一种使用无机硅酸钙为粘结剂与金属氧化物混合后加水再均匀混合制取高温屏蔽材料的方法。这种无机材料虽耐高温但不具有压延性，抗振动及抗冲击性能仍比较差。

本发明的目的是提供一种对中子和r射线不降低屏蔽效果，适用温度更宽的中子和r射线屏蔽材料，简称其为宽温中子和r射线屏蔽材料，其成型制品在-25～190℃温度范围内不变形，并且具有一定抗冲击和抗振动性能。

本发明的目的是如下实现的：所述的宽温(适用温度为-25～190℃)中子和r射线屏蔽材料包括下述物质组成：

耐高温聚合物占混合物料重量(下同)的16～60％；

中子和r射线屏蔽物质，平均粒径为1～40μm，占30～80％，其中r射线屏蔽物质应占中子和r射线屏蔽物质10～50％；

硅烷类偶联剂占0.1～1.3％；

抗氧剂占0.03～0.7％；

交联剂占0.1～1％；

增强纤维占2～15％，

所述的耐高温聚合物为聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚砜、聚芳酯、聚酰亚胺中的一种。

本发明屏蔽材料的基料采用耐高温聚合物。这些耐高温聚合物具有良好温度适应性，使用耐高温聚合物作基料为制备宽温中子和r射线屏蔽材料奠定了基础。为了改善其与中子和r射线屏蔽物质(以下简称屏蔽物质)的相容性和分散性、防止其在加工过程中的氧化和降解，分别选用了适当的硅烷类偶联剂和抗氧化剂，保证屏蔽材料在不降低对中子和r射线屏蔽效果情况下具有比现有技术更宽范围的温度适用性；同时混合物料中还加入增强纤维和交联剂，有效地加强了屏蔽材料的抗冲击和抗振动性；为使屏蔽材料成型便利，混合物料中还添加了适量的润滑剂，可使屏蔽材料制成实际中适用的多种形状的屏蔽体。经实测证明：本发明制成的直经52mm长度90mm的屏蔽体对热中子的屏蔽率可达80～98％，且吸收中子后无二次辐射；对0.5～0.9mw的r射线屏蔽率可达20～65％；温度适用范围(成型体不变形)为-25～190℃，同时有较好的抗冲击和抗振动性能。

本发明屏蔽材料的基料采用耐高温聚合物。耐高温聚合物玻璃化转变温度比较高，热变型温度也很高，一般可达到200℃以上，具有较高的使用温度，而且能耐低温，在-100℃左右仍保持一定的结构强度。因为这些耐高温聚合物具有良好温度适应性，使用它们作基料为制备宽温中子和r射线屏蔽材料奠定了基础。所述的耐高温聚合物为聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚砜、聚芳酯、聚酰亚胺中的一种。

本发明使用的中子和r射线屏蔽物质的平均粒径为1～40μm，其占混合物料重量的30～80％，其中r射线屏蔽物质占中子和r射线屏蔽物质重量的10～50％。所述中子射线屏蔽物质为碳化硼、氮化硼、硼酸、氧化硼中的任意一种，所述的r射线屏蔽物质为三氧化二铅、氯化铅、醋酸铅、氯化铋、氧化铋、钨粉、硫酸钡中的一种。

本发明使用了偶联剂来改善耐高温聚合物与所述屏蔽物质的相容性和分散性，使其具有均匀的防辐射功能。所述的偶联剂为硅烷类偶联剂，如可选取r-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、r甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、N-β-(氨基乙基)-r-氨基丙基三甲氧基硅烷等中的一种。偶联剂在混合物料中所占重量为0.1～1.3％。

本发明为防止耐高温聚合物在加工过程中发生氧化和降解添加了抗氧剂。使用的抗氧剂为4，4′-丁叉双(3-甲基-6叔丁基苯酚)、2，6-二叔丁基对甲酚(抗氧剂264)、苯乙烯化苯酚、1，1，3-三(2甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷(抗氧剂CA)、1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5-二叔丁基-44-羟基苄基)苯(抗氧剂330)、4，6-双(4羟基3，5-二叔丁基苯氧基)2正辛基硫代-1，3，5-三嗪等中的一种。抗氧剂的添加量为0.03～0.7％。