[發明專利]一種高使用溫度耐事故工況抗輻照材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110625506.1
• 申請日: 2021-06-04
• 公開（公告）號: CN113214558B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 吳瑩;甘斌;何大明;李書良;李鋒;羅緒珍;易偉;朱其猛
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08K3/22;C08K5/13;C08K5/524;C08K3/08;C08K3/38;C08K13/02
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 唐邦英

本發明公開了一種高使用溫度耐事故工況抗輻照材料及其制備方法，解決了現有的聚乙烯材料為基體的屏蔽材料在事故工況環境溫度下很短時間就會塑化垮塌，不能保持屏蔽功能，并發生流淌，加劇堆內不安全性的技術問題。本發明包括超高分子量聚乙烯、屏蔽物質和耐輻照復合添加劑，所述耐輻照復合添加劑由納米稀土氧化物和有機抗輻照復合體系復合而成。本發明具有抗輻照材料的力學性能和抗輻照性能好等優點。

技術領域

本發明涉及核輻射防護技術領域，具體涉及一種高使用溫度耐事故工況抗輻照材料及其制備方法。

背景技術

鉛硼聚乙烯可以同時屏蔽γ射線、慢化快中子及吸收熱中子，聚乙烯的氫含量達14％，并且成型加工性能優異，對鉛、碳化硼材料的可填充性能極佳，所以鉛硼聚乙烯材料是理想的綜合射線場屏蔽材料。在型號工程一回路和二回路屏蔽中均有大量應用。

目前生產制備鉛硼聚乙烯的技術較為成熟，但其中所用的聚乙烯多為高密度聚乙烯或低密度聚乙烯，高溫下極易變形或塑化流動。作為一回路使用的屏蔽材料，長期使用溫度超過80℃后，材料會發生變形，使得屏蔽體縫隙變大，造成輻射的泄露。特別是在事故工況下，環境溫度可到180℃以上，傳統聚乙烯材料為基體的屏蔽材料在事故工況環境溫度下很短時間就會塑化垮塌，完全不能保持屏蔽功能，并發生流淌，將加劇堆內的不安全性。

為解決聚乙烯基屏蔽材料使用溫度低的問題，開發有聚丙烯基、環氧樹脂基、以及聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚酰亞胺等工程塑料為基體的屏蔽材料。聚丙烯材料因為鏈段結構的原因，耐輻照性能差，在輻照環境下材料很快會發生輻照劣化，性能下降，壽命降低，影響材料使用的安全性。環氧樹脂基屏蔽材料是澆注型熱固性材料，適合用于容器和異形位置的屏蔽，制備屏蔽板和屏蔽體等制件時，澆注氣泡和分層等缺陷極易影響屏蔽性能。而工程塑料類耐高溫材料，耐溫高，但加工成型困難，成本高，特別是該類材料氫含量一般較低，通常在4％左右，對快中子慢化性能影響較大，從而限制了材料的使用領域。

因此，基于上述問題，需要改進聚乙烯基體材料的耐溫性能和耐輻照，同時又不影響屏蔽性能和加工性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：現有的聚乙烯材料為基體的屏蔽材料在事故工況環境溫度下很短時間就會塑化垮塌，不能保持屏蔽功能，并發生流淌，加劇堆內不安全性。

本發明通過下述技術方案實現：

一種高使用溫度耐事故工況抗輻照材料，包括超高分子量聚乙烯、屏蔽物質填料和耐輻照復合添加劑，所述耐輻照復合添加劑由納米稀土氧化物和有機抗輻照復合體系復合而成。

本發明所述的高使用溫度具體是指在事故工況200℃左右時，可保持形狀不垮塌，保持功能，提高了屏蔽體的安全性與可靠性。同時長期使用溫度也可從室溫提高到120℃左右，達到長期使用不變形，不發生射線漏束。

本發明利用超高分子量聚乙烯耐熱性好，在高溫下塑化流動性極差的特點，使本發明的聚乙烯基屏蔽材料可在較高的溫度條件下長期使用不發生變形，同時在事故工況下可保持形狀，且通過和耐輻照復合添加劑配合作用對材料的耐輻照性能進行改進，其中耐輻照復合添加劑是采用納米稀土氧化物和有機抗輻照復合體系復合而成，是一種有機無機復合材料，納米稀土氧化物的耐熱性好，且分布于有機抗輻照復合體系中，在分布于超高分子量聚乙烯中后，在受輻照時，有機抗輻照復合體系能形成皮膜，減緩聚乙烯的鏈段斷裂，而其中的稀土氧化物能吸收掉部分輻照以及利于傳遞熱量，使得局部熱量和輻照能量降低，減少輻照損傷，共同提高耐熱性和耐輻照性能。另一方面，納米稀土氧化物對低能量射線有屏蔽作用，分布在聚乙烯基體中與屏蔽物質填料混合，使得整體提升屏蔽功能。

本發明優選一種高使用溫度耐事故工況抗輻照材料，所述有機抗輻照復合體系為聚烯烴抗老化復合體系，聚烯烴抗老化復合體系包括酚類抗老劑與亞磷酸酯類抗老劑，其質量比為1:5～3:4，所述酚類抗老劑與亞磷酸酯類抗老劑均采用市售，所述納米稀土氧化物和聚烯烴抗老化復合體系的質量比為1-5：100。