阅读说明：本技术 一种耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料及其制备方法 (High-temperature-resistant modified polyethylene-based shielding material and preparation method thereof ) 是由 李晓玲 陈艳 陈淼 余明 安然 张多飞 吴荣俊 于 2020-12-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料,按重量份数计,其原料包括：高密度聚乙烯10～12份,接枝改性超高分子量聚乙烯6～8份,辐射屏蔽物质80～85份,加工助剂0.5～3份。本发明提供的耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料,能够耐受中破口失水事故下190℃以上的高温,并且依然能够保持屏蔽结构的完整性和屏蔽防护的有效性,是核电站反应堆核岛区域良好的辐射屏蔽材料。将该材料应用于多个核电站进行试验验证,证明本发明提供的耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料完全可以满足核电站正常运行及中破口失水事故等工况下整个寿期的辐射防护设计要求。(The invention provides a high-temperature-resistant modified polyethylene-based shielding material which comprises the following raw materials in parts by weight: 10-12 parts of high-density polyethylene, 6-8 parts of graft modified ultrahigh molecular weight polyethylene, 80-85 parts of radiation shielding substances and 0.5-3 parts of processing aids. The high-temperature-resistant modified polyethylene-based shielding material provided by the invention can resist the high temperature of more than 190 ℃ under the medium-breach water loss accident, can still keep the integrity of a shielding structure and the effectiveness of shielding protection, and is a good radiation shielding material for the nuclear island area of a nuclear power plant reactor. The material is applied to a plurality of nuclear power stations for test verification, and the high-temperature-resistant modified polyethylene-based shielding material provided by the invention can completely meet the radiation protection design requirements of the nuclear power station in the whole service life under the working conditions of normal operation, medium-break water loss accidents and the like.)

一种耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及防辐射材料领域，具体涉及一种耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料及其制备方法。

背景技术

核电站、舰船核动力装置等反应堆区域需要设置辐射屏蔽材料，主要用于阻挡和减弱反应堆、一回路管道等释放的中子、γ射线等，使屏蔽外区域的辐射场剂量率满足辐射分区相关要求，保障工作人员、设备和环境的辐射安全。

核电站常用的辐射屏蔽材料为混凝土，但在局部部位，例如屏蔽门、屏蔽墙、管道出入口区域等，考虑屏蔽体的安装、防护和体积要求等，会采用聚乙烯基或环氧树脂基等轻质屏蔽材料。根据中子与物质的相互作用，聚乙烯含氢量大，通过弹性散射能够起到中子的有效慢化作用，通常被优先选为屏蔽材料的基体材料。但是，这类聚乙烯基屏蔽材料的一个显著缺点是热变形温度较低，通常为85℃。因此一般情况下，其在100℃以上的温度环境中基本无法正常工作，这限制了它在较高温度环境中的应用，特别是当发生中破口失水事故时，较高的温度(约190℃)会导致屏蔽材料的软化、变形、喷溅等，使其屏蔽效果下降甚至失效，从而产生辐射安全隐患。如果采用常用的填料填充改性等方法，虽然能够一定程度提高使用温度，但仍难以满足190℃的使用要求，且由于填料的大量加入会导致屏蔽性能的大大降低。因此，如何在保证屏蔽性能不下降基础上，提高聚乙烯基辐射屏蔽材料的使用温度成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的聚乙烯基屏蔽材料不耐高温的缺陷，从而提供一种耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料及其制备方法。

第一方面，本发明提供一种耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料，按重量份数计，其原料包括：

高密度聚乙烯10～12份，

接枝改性超高分子量聚乙烯6～8份，

辐射屏蔽物质80～85份，

加工助剂0.5～3份。

进一步地，所述高密度聚乙烯的粒径60～80μm，密度大于0.95g/cm³。

进一步地，所述接枝改性超高分子量聚乙烯为马来酸酐改性的超高分子量聚乙烯。

进一步地，所述接枝改性超高分子量聚乙烯，按重量份数计，其原料包括：

超高分子量聚乙烯5.4～7.7份，

马来酸酐0.12～0.2份，

过氧化二异丙苯0.12～0.2份。

进一步地，所述超高分子量聚乙烯的粒径60～80μm、分子量大于200万；所述马来酸酐的纯度大于99％。

进一步地，所述辐射屏蔽物质，按重量份数计，包括：

铅粉78～82份，

氧化钆粉2～3份。

进一步地，所述铅粉的粒径60～80μm，氧化度不大于5％；所述氧化钆粉的粒径60～80μm。

进一步地，所述加工助剂，按照重量份数计，包括：

聚乙烯蜡0.5～2份，

硬脂酸0.5～1份。

第二方面，本发明提供上述耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料的制备方法，包括：

将所述高密度聚乙烯、接枝改性超高分子量聚乙烯、辐射屏蔽物质和加工助剂混匀后挤出，加工成型。

进一步地，所述挤出在170～190℃、500rpm的条件下进行。

进一步地，所述挤出在双螺杆挤出机中进行。

进一步地，所述加工成型在平板硫化机中进行。

进一步地，所述加工成型为在170～190℃、5～7MPa的条件下将颗粒塑化成板材。

进一步地，所述接枝改性超高分子量聚乙烯的制备方法，包括：

将超高分子量聚乙烯、马来酸酐和过氧化二异丙苯混匀后熔融接枝，挤出造粒，研磨成粉料。

进一步地，所述熔融接枝和挤出造粒在150～210℃、500rpm的条件下进行。

所述熔融接枝和挤出造粒在双螺杆挤出机中进行。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料，其原料包括：高密度聚乙烯、接枝改性超高分子量聚乙烯、辐射屏蔽物质和加工助剂，其中，以高密度聚乙烯为基体材料，高密度聚乙烯具有较高的密度和熔体流动性，有利于提高屏蔽材料的屏蔽性能和加工性能；因为超高分子量聚乙烯与高密度聚乙烯具有相同的元素成分，能够保持原有屏蔽性能不下降，接枝改性超高分子量聚乙烯是超高分子量聚乙烯的接枝共聚体，利用其较高的熔体强度、对热剪切极不敏感等特点，对高密度聚乙烯进行改性，通过嵌段和接枝共聚有效提高了材料的耐受高温能力，使得到的聚乙烯基屏蔽材料在高温下的熔体基本上处于凝胶状态，在无外力作用下不会产生软化变形，有效解决了高温环境下的使用难题，同时接枝改性超高分子量聚乙烯的添加能够有效融合辐射屏蔽物质，在提高屏蔽材料中子、γ射线综合屏蔽能力的基础上，加强成品的混合均匀性、力学性能、抗辐照老化性能等；对于反应堆快中子、热中子和1～3MeV的γ射线具有较佳的综合屏蔽效果。

2.本发明提供的耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料，能够耐受中破口失水事故下190℃以上的高温，并且依然能够保持屏蔽结构的完整性和屏蔽防护的有效性，是核电站反应堆核岛区域良好的屏蔽材料。将该材料应用于华龙一号多个核电站进行试验验证，证明本发明提供的耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料完全可以满足核电站正常运行及中破口失水事故等工况下整个寿期的辐射防护设计要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明

具体实施方式

或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例1制得的耐高温改性聚乙烯基屏蔽板材在破口失水事故模拟试验后的照片；

图2是市售的普通聚乙烯基屏蔽板材在破口失水事故模拟试验后的照片。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

原料及装置来源

高密度聚乙烯，购自中石化，5000S，粒径60～80μm，密度大于0.95g/cm³；

超高分子量聚乙烯，购自燕山石化，M II，粒径60～80μm、分子量大于200万；

马来酸酐，购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，M116389，纯度大于99％；

过氧化二异丙苯，购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，D100480，

铅粉，购自淄博火炬机电设备有限责任公司，Pb99.994，粒径60～80μm，氧化度不大于5％；

氧化钆粉，购自天津高科新材料科技有限公司，Gd2O3034351000，粒径60～80μm；

聚乙烯蜡，购自常州荣奥化工新材料有限公司，BP2326；

硬脂酸钙，购自东莞市诺佳塑化有限公司，NJ-026B；

双螺杆挤出机，购自南京宝欧铭橡塑机械有限公司，型号BM 65；

高速搅拌机，购自常州市万胜干燥设备有限公司，型号GHJ-200；

平板硫化机，购自常州市第一橡塑设备有限公司，型号3200T平板硫化机。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用原料或仪器，均为可以通过市购获得的常规产品，包括但不限于本申请实施例中采用的原料或仪器。

实施例1

一种耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料，其原料如下：

该耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料的制备方法如下：

(1)以双螺杆挤出机作为连续反应器，在200℃，以500rpm的螺杆转速对聚乙烯、马来酸酐、过氧化剂和其它助剂的混合物进行塑化、熔融、分散混合、接枝、熔体输送等反应，将挤出物冷却、干燥后切成颗粒，研磨成粉料，粒径60～80μm，得到接枝改性超高分子量聚乙烯；

(2)将接枝改性超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、铅粉、氧化钆粉、聚乙烯蜡、硬脂酸钙依次投入高速搅拌机中以900r/min转速进行充分混合，得到混合料；

(3)将混合料投入双螺杆挤出机中，在190℃，500rpm下进行加热、挤压、剪切等完成挤出，得到挤出料；

(4)将挤出料放入平板硫化机中，在190℃、6Mpa下高温高压塑化成密实的板材。

实施例2

一种耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料，其原料如下：

该耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料的制备方法同实施例1。

实施例3

一种耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料，其原料如下：

该耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料的制备方法同实施例1。

实施例4

一种耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料，其原料如下：

该耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料的制备方法同实施例1。

实验例

对参照实施例1-4制备的耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料进行性能测试，测试项目、测试结果及测试方法如表1所示。

表1耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料的性能测试结果

表1中的测试结果显示本发明提供的耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料各项性能优异，特别是在高达190℃的高温环境条件下，能够保持屏蔽结构的完整、有效。作为对比，在相同实验条件下对市售的普通聚乙烯基屏蔽板材(高密度聚乙烯板，中船重工天禾船舶设备江苏有限公司，产品编号：GQPJ-01)的耐高温性能进行检测，通过观察，如图1所示，本发明提供的耐高温改性聚乙烯基屏蔽板材无显著变形，没有软化、坍塌现象发生，如图2所示，市售板材显著变形，发生软化、坍塌，不能保持屏蔽结构的完整、有效。

将该材料应用于华龙一号多个核电站进行试验验证，证明本发明提供的耐高温改性聚乙烯基屏蔽材料完全可以满足核电站正常运行并且满足工程化应用的要求。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。