[发明专利]一种多功能中子流屏蔽复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种多功能中子流屏蔽复合材料的制备方法，中子流在这种氮化硼与硫酸钡交替层状分布的多功能中子流屏蔽复合材料中，经聚合物基体的散射耗散一部分中子，氮化硼层层界面间多次散射、吸收，由此实现屏中子流蔽效率的大幅度提高；中子流引发的次级放射在硫酸钡层层界面间多次散射、衰减，最终以热量的形式耗散，基于此实现中子流屏蔽复合材料屏蔽中子流次级放射的功能。另外，硫酸钡的加入对中子流有一定的慢化作用，即是增强了中子流的康普顿散射效应，也就是增加了中子流能量的耗散途径。因此，中子流的屏蔽效率也会得到提高。通过本发明方法制备的多功能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。

所属技术领域

本发明涉及一种多功能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

现代工业的高速发展，对能源的依赖越加强烈。核能作为一种清洁、高效能源，倍受青睐，但同时也带来了很多安全和环境问题。因此，如何减少辐射强度，有效防止辐射污染，保护环境，保护人体健康，一直受到广泛重视。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，中子流与物质相互作用时，主要是与物质的原子核相互作用，由此易生成核碎片，进而引发次级放射(如X、伽马射线)。传统的防辐射材料大多是混泥土、重金属等材料制成，但是其体积庞大、笨重、不易移动，且大部分防辐射材料功能单一,不能满足屏蔽混合辐射场的需求，即是同时屏蔽中子流和中子流引发的次级放射。因此，如何获得多功能、高效、轻质、易于制造的防辐射材料，一直是研究的重点和难点。

发明内容

针对上述中子流屏蔽复合材料中存在的问题，本发明提供了一种制备多功能中子流屏蔽复合材料方法，该方法通过对复合材料结构设计和调控，提高复合材料对中子流的屏蔽效率，并能同时屏蔽中子流引发的次级放射。

本发明的技术原理：首先，氢元素含量较高的化合物对中子粒子有很好的散射作用，其次含硼元素的化合物对中子粒子有很好的吸收作用，含重元素钡的化合物对X、伽马射线有很好的屏蔽作用。因此，选用氢含量较高的高密度聚乙烯、氮化硼、硫酸钡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，制备出以高密度聚乙烯为基体，氮化硼与硫酸钡交替层状分布的多功能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，经聚合物基体的散射耗散一部分中子，氮化硼层层界面间多次散射、吸收，由此实现屏中子流蔽效率的大幅度提高；中子流引发的次级放射在硫酸钡层层界面间多次散射、衰减，最终以热量的形式耗散，基于此实现中子流屏蔽复合材料的多功能性。(本发明原理示意图如图1)另外，硫酸钡的加入对中子流有一定的慢化作用，即是增强了中子流的康普顿散射效应，也增加了中子流能量的耗散途径。因此，中子流的屏蔽效率也会得到提高。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，增加了中子流与氮化硼的作用几率，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：

一种制备多功能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)聚乙烯蜡类润滑剂： 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的取向程度；