阅读说明：本技术 一种高含钨量钨硼交联聚乙烯新型复合屏蔽材料 (Novel composite shielding material of tungsten boron crosslinked polyethylene with high tungsten content ) 是由 彭祥阳 路广遥 匡少宝 侯硕 魏旭东 陈帅 刘青松 周建明 戚进祥 丁祥彬 赵均 于 2019-10-10 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种所述高含钨量钨硼交联聚乙烯新型复合屏蔽材料,其组分按质量配比包含：钨粉60-85％,碳化硼1％-5％,交联聚乙烯10-40％,抗氧化剂0.1-5％,偶联剂0.5-2.5％。实施本发明的实施例,其具有安全性好、耐热性耐腐蚀性能好,且能制成大尺寸等优点。(The invention provides a novel high-tungsten-content tungsten-boron crosslinked polyethylene composite shielding material which comprises the following components in parts by mass: 60-85% of tungsten powder, 1-5% of boron carbide, 10-40% of crosslinked polyethylene, 0.1-5% of antioxidant and 0.5-2.5% of coupling agent. The embodiment of the invention has the advantages of good safety, good heat resistance and corrosion resistance, large size and the like.)

一种高含钨量钨硼交联聚乙烯新型复合屏蔽材料

技术领域

本发明涉及核辐射屏蔽防护技术领域，特别涉及一种可用于中子、γ射线的屏蔽防护的高含钨量钨硼交联聚乙烯新型复合屏蔽材料。

背景技术

屏蔽材料主要用于阻挡和减弱对人体造成危害的γ射线及中子辐射等，是保障人员、设备及环境辐射安全的有效手段。主要用于核电技术领域的辐射防护，也可用于其他需辐射防护防护领域，如医疗、核物理实验室等领域或区域的辐射防护。

虽然核辐射屏蔽材料对中子的慢化、吸收以及γ射线的衰减均是评价屏蔽材料屏蔽效率的重要指标，但是仅用屏蔽效率高的屏蔽材料难以满足当今及未来实际核工程应用的特殊尺寸、性能要求。

随着核电建设的不断发展及核能技术的广泛应用，满足核反应堆小型化的应用研究被日益关注。而在现有技术中，传统对中子和γ射线屏蔽材料研究应用主要以铅硼聚乙烯材料为主，但是铅环境友好性差，对人体危害性较大，且存在“弱吸收区”。同时，现有的铅硼聚乙烯类屏蔽材料耐热性能差，维卡软化点低(100℃左右)，成型尺寸小，现有的板材厚度一般都在100mm以下，无法满足核反应堆小型化的应用中对减容减重的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高含钨量钨硼交联聚乙烯新型复合屏蔽材料，其具有安全性好、耐热性耐腐蚀性能好，且能制成大尺寸的优点。

为解决上述技术问题，本发明提供一种高含钨量钨硼交联聚乙烯新型复合屏蔽材料，所述高含钨量钨硼交联聚乙烯新型复合屏蔽材料组分按质量配比：钨粉60-85％，碳化硼1％-5％，交联聚乙烯10-40％，抗氧化剂0.1-5％，偶联剂0.5-2.5％。

优选的，所述高含钨量钨硼交联聚乙烯新型复合屏蔽材料的密度为3.6-5.6g/cm³。

优选的，所述交联聚乙烯为超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，其具有三维网状结构，粒径为80-450目；所述钨粉粒径为100-300目；所述碳化硼粉粒径为150-350目。

优选的，所述抗氧剂为Irganox1010、FB1520、2002、PS802FL、Irgafos168中的一种或多种组合。

优选的，所述偶联剂为KH602、KH792、KH902、KH580、KH560中的一种或多种组合。

优选的，所述高含钨量钨硼交联聚乙烯新型复合屏蔽材料采用一次成型工艺技术，所得制品的规格尺寸为：长×宽×厚为：(300～3500mm)×(200～2000mm)×(10～260mm)。

实施本发明实施例，具有如下的有益效果：

本发明提供的钨硼聚乙烯复合材料采用钨粉为主要组分，相比于铅硼聚乙烯，其环境友好性好(生产过程不会出现铅污染)，吸收射线后不会产生同位素或出现二次放射；且钨硼交联聚乙烯复合屏蔽材料具有吸收截面大、中子慢化效率高，具有γ射线和中子的综合屏蔽效果，同时兼具有超常规结构尺寸、良好的力学性能、耐环境应力开裂性能及耐腐蚀性能等特点，从而使单位体积的高含钨量钨硼聚乙烯具有更高的核辐射屏蔽效率；

本发明提供的钨硼交联聚乙烯复合屏蔽材料耐热温度好(维卡软化点130℃以上)，可有效提高材料的使用温度；

本发明提供的钨硼交联聚乙烯复合屏蔽材料采用模压一次成型技术制备而成，实现了大尺寸屏蔽材料的制造，特征长宽尺寸可现实不低于1900mmX1500mm，厚度特征尺寸可现实不低于240mm，突破了传统屏蔽材料的尺寸极限，为减少屏蔽材料在小型模块化核反应堆中的装机容量，减少拼接缝隙，从而可有效减少材料拼接造成的射线泄露。

具体实施方式

下述对本发明提供的高含钨量钨硼交联聚乙烯新型复合屏蔽材料进行说明。

本发明提供一种高含钨量钨硼交联聚乙烯新型复合屏蔽材料，其组分按质量配比包括：钨粉60-85％，碳化硼1％-5％，交联聚乙烯10-40％，抗氧化剂0.1-5％，偶联剂0.5-2.5％。

其中，所述高含钨量钨硼交联聚乙烯新型复合屏蔽材料的密度为3.6-5.6g/cm3。

具体地，所述交联聚乙烯具有三维网状结构，其粒径为80-450目，所述钨粉粒径为100-300目，所述碳化硼粉粒径为150-350目。

所述抗氧剂为Irganox1010、FB1520、2002、PS802FL、Irgafos168中的一种或多种组合。

所述偶联剂为KH602、KH792、KH902、KH580、KH560中的一种或多种组合。

具体地，所述高含钨量钨硼交联聚乙烯新型复合屏蔽材料采用一次成型工艺技术，所得制品的规格尺寸为：长300～3500mm×宽200～2000mm×厚10～260mm。

更加具体地，在一个具体地例子中，所述高含钨量钨硼交联聚乙烯新型复合屏蔽材料，其组分按质量配比：钨粉85％，碳化硼3％％，交联聚乙烯11.4％，抗氧化剂0.1％，偶联剂0.5％。其中，交联聚乙烯采用中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司所制造的GK01超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，钨粉采用氢气还原氧化钨制取，符合GB/T3458中FW-2的规定；B₄C粉末的化学成分符合ASTM C750 TYPE 1的要求。

上述高含钨量钨硼交联聚乙烯新型复合屏蔽材料中所用钨粉粒径为100目，碳化硼粉粒径为150目，交联聚乙烯粒径为100目，抗氧剂为Irgafos 168，偶联剂为KH602。

按上述组分经一次成型工艺技术，制备出规格尺寸为2000mm×1600mm×120mm的高含钨量钨硼交联聚乙烯新型复合屏蔽材料

可以理解的是，本实施例采用的聚乙烯为超高分子量聚乙烯，相对于低密度聚乙烯和高密度聚乙烯，具有更好的强度、耐热性和耐老化性能，而在现有技术中传统屏蔽材料多采用低密度聚乙烯和高密度聚乙烯制造，耐热温度较低。

经过实验表明，在现有技术中的铅硼聚乙烯由3.4提高至5.0左右时，伽马屏蔽性能有一定提高，但是快中子屏蔽效果下降。而本发明实施例获得的钨硼聚乙烯在密度提升后，快中子和伽马射线的屏蔽效果均相应提高。

采用GB/T1033-2008标准对其密度均匀性进行检测，根据检测结果可知，本发明实施例获得的钨硼聚乙烯均匀性很好。

按照GB/T 1633-2000标准中的A50法对其维卡软化温度进行测试，本发明实施例获得的钨硼聚乙烯维卡软化温度可以达到130℃以上。

另外，对本发明实施例获得的钨硼聚乙烯进行拉伸强度、冲击强度以及剪切强度进行测试，其强度相较现有的铅硼聚乙烯均有提高。

采用金相显微镜对成品进行拍照显示，本发明实施例获得的钨硼聚乙烯所制作成的屏蔽材料内部的铅粉、钨粉、碳化硼粉末均匀分布在聚乙烯基体中，材料内部无明显未熔合、裂纹、孔洞等缺陷，屏蔽材料组织致密。

对本发明实施例获得的硼聚乙烯进行老化试验，均获得很好的效果。

同时，进行耐辐照试验。采用入堆测试，本发明实施例获得的钨硼聚乙烯所制作成的屏蔽材料,其初始抗拉12.6MPa，在累计中子1.0E+17n/cm²,γ计量1.3E+6Gy条件下抗拉强度变为15.2Mpa，在累计中子1.0E+18n/cm2,γ计量1.3E+7Gy条件下抗拉强度变为7.6Mpa，无粉末化现象。

实施本发明实施例，具有如下的有益效果：

本发明提供的钨硼聚乙烯复合材料采用钨粉为主要组分，相比于铅硼聚乙烯，其环境友好性好(生产过程不会出现铅污染)，吸收射线后不会产生同位素或出现二次放射；且钨硼交联聚乙烯复合屏蔽材料具有吸收截面大、中子慢化效率高，具有γ射线和中子的综合屏蔽效果，同时兼具有超常规结构尺寸、良好的力学性能、耐环境应力开裂性能及耐腐蚀性能等特点，从而使单位体积的高含钨量钨硼聚乙烯具有更高的核辐射屏蔽效率；

本发明提供的钨硼交联聚乙烯复合屏蔽材料耐热温度好(维卡软化点130℃以上)，可有效提高材料的使用温度；

本发明提供的钨硼交联聚乙烯复合屏蔽材料采用模压一次成型技术制备而成，实现了大尺寸屏蔽材料的制造，特征长宽尺寸可现实不低于1900mmX1500mm，厚度特征尺寸可现实不低于240mm，突破了传统屏蔽材料的尺寸极限，为减少屏蔽材料在小型模块化核反应堆中的装机容量，减少拼接缝隙，从而可有效减少材料拼接造成的射线泄露。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求范围，因此凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本发明的权利要求范围内。