[发明专利]一种高效中子流屏蔽复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高效中子流屏蔽复合材料的制备方法，通过本发明制备出的高效中子流屏蔽复合材料层数达1204层，中子流在这种交替层状分布的中子流屏蔽复合材料中，经层界面间多次散射、吸收，由此实现屏蔽效率的大幅度提升。与此同时，片状填料在微层共挤出的主要单元——层倍增器中受到强烈的双向拉伸剪切流场作用，致使片状填料沿流动方向平躺取向。这种平躺取向使中子流的渗透通道减少，增加了中子流与片状填料粒子的作用几率，这也是屏蔽效率提高的又一原因。此外，这种交替层状复合材料中片状粒子平躺形成的导热通道，为中子流能量以热量形式耗散提供了散热路径，减少了热量局部集中对聚合物材料基体的损害。通过本发明方法制备的高效中子流屏蔽复合材料层数、层厚可控，配方可调，防护效率高，力学性能优良，生产方法简单、性能稳定、易于大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种高效中子流屏蔽复合材料的制备方法，属于防辐射功能复合材料技术领域。

背景技术

“十三五”时期是我国核能与核技术发展利用的关键时期,“十三五”核安全规划总体思路建议中指出“加强重点领域防治，以保障环境安全和公众健康为核心，降低核辐射安全风险”。中子是一种不带电粒子，在核反应堆中通常用于核能的“引发剂”。中子是唯一一种能使其它物质具有放射性之电离辐射的物质，中子辐射作为核辐射的主要射线之一，人体受中子辐射后，所致眼晶体混浊的相对生物效应为相同剂量X射线、伽马射线的2-14倍。中子流可以很容易地穿透大多数材料，并且与其作用材料的原子核相互作用。长期暴露于中子辐射会诱发健康风险如心脏问题、细胞癌变、白内障等。此外，在航空航天，医学治疗和核电站等行业中常常遭遇中子辐射。因此，核电厂工作人员、辐射治疗医生、宇航员、飞机机组人员最容易受到中子辐射的威胁。因此，屏蔽中子流辐射，保护人类健康和设备安全是一个艰巨的挑战。如何有效防护中子流辐射，一直是防中子辐射复合材料领域研究的重点和难点，解决这一问题的关键在于：如何有效构筑中子流屏蔽材料。此外，在实际应用过程中还对中子流屏蔽复合材料有轻质、屏蔽效率高的要求。

发明内容

针对上述中子流屏蔽复合材料中存在的问题，本发明提供了一种高效中子流屏蔽复合材料的制备方法，该方法能在不改变材料构成成分的基础上，提高复合材料对中子流的屏蔽效率，并能同时提高复合材料的力学性能和导热性能。

本发明的技术原理：首先，氢元素含量较高的化合物对中子有很好的散射作用，其次含硼元素的化合物对中子有很好的吸收作用。因此，氢含量较高的高密度聚乙烯与氮化硼被选为本案发明的主要原料。通过本案发明中提及的微层共挤出设备，制备出了氮化硼与高密度聚乙烯交替层状分布的中子流屏蔽复合材料，且层数达1204层。中子流在这种交替层状分布的中子流屏蔽复合材料中，经层界面间多次散射、吸收，由此实现屏蔽效率的大幅度提高。与此同时，片状的氮化硼粒子在微层共挤出的主要单元——层倍增器中受到强烈的双向拉伸剪切流场作用，致使氮化硼粒子沿流动方向平躺取向。这种平躺取向使中子流的渗透通道减少，增加了中子流与片状氮化硼粒子的作用几率，这也是屏蔽效率提高的又一原理。此外，层状复合材料中氮化硼粒子平躺形成的导热通道，为中子流能量以热量形式耗散提供了散热路径，减少了热量局部集中对聚合物材料基体的损害。

本发明基于上述技术原理，实现其发明目的所采用的技术方案是：

本发明制备一种高效中子流屏蔽复合材料的方法，是以高密度聚乙烯为基体，其特征在于该方法包含以下步骤：

第一步，按以下组分及重量份配比备料：

（1）高密度聚乙烯： 100

（2）氮化硼： 35～55（粒径8～10微米）

（3）聚乙烯蜡润滑剂： 0～5

本步骤中添加就聚乙烯蜡的作用是调节熔体粘度，另外当高含量的氮化硼填料被使用时，聚乙烯蜡的加入可以得到意想不到的效果是增加了氮化硼粒子沿流动方向的取向程度；