硅胶基柔性辐射屏蔽复合材料的研制及性能研究

发布时间：2017-08-23 06:23

  本文关键词：硅胶基柔性辐射屏蔽复合材料的研制及性能研究

  更多相关文章： 柔性屏蔽材料 无铅屏蔽材料 阻燃性能 隔热性能 耐辐照性能 中子屏蔽 X射线屏蔽 γ射线屏蔽

【摘要】：随着我国核工业和放射医疗行业的快速发展,研究先进的个人防护用无铅柔性辐射防护材料和核仪器设施外围辐射防护用柔性辐射防护材料具有重要意义。本文研制了三种新型柔性辐射防护材料并对复合材料性能及其影响因素开展了一系列的研究工作。1)针对个人辐射防护用品对于新型柔性无铅射线防护材料的需求,以W粉、Bi2O3粉及甲基乙烯基硅胶(VMQ)为主要原料,采用混炼工艺及热压成型工艺制备出一种新型柔性无铅X射线屏蔽复合材料,并研究了该材料的X射线屏蔽性能、断面微观形貌、力学性能、透气性能、传热性能及影响因素。实验结果表明:具有相同填料质量分数的W/Bi2O3/VMQ复合材料比Bi2O3/VMQ复合材料具有更好的屏蔽性能;填料体积分数越大复合材料力学性能越差;功能填料体积分数越大复合材料透湿性越小;添加钨粉可以有效的提高硅胶基复合材料热导率。2)针对中子源系统等设备对于柔性阻燃中子屏蔽材料的需求,以B4C粉末、硼酸锌粉末、中空微珠材料和甲基乙烯基硅胶为主要原料,采用粉末表面改性工艺、混炼工艺及热压成型工艺制备出一种新型的具有阻燃性能的柔性中子屏蔽材料,并研究了该材料的微观结构、力学性能、导热性能、阻燃性能和中子屏蔽性能及其影响因素。实验结果表明:表面改性工艺可以明显提高功能填料粉末在基体材料中的分散性能;填料质量分数越大复合材料力学性能越差;当中空微珠质量分数达到3.5%以上时,复合材料隔热性能显著提升;硼酸锌质量分数大于12%时,复合材料达到难燃级别;2 cm厚的复合材料中子透射率仅为47.8%。3)针对乏燃料储运设备等对于柔性耐辐照中子/γ射线屏蔽材料的需求,以B4C粉末、PbO粉末、二苯甲酮和甲基乙烯基硅胶为主要原料,采用粉末表面改性工艺、混炼工艺及热压成型工艺制备出一种新型柔性耐辐照中子/γ射线屏蔽材料,并研究了该材料的微观结构、交联密度、力学性能、耐热性能和中子/γ射线屏蔽性能及其影响因素。实验结果表明:表面改性工艺可以明显提高功能填料粉末在基体材料中的分散性能;二苯甲酮可以有效降低硅胶基体辐照交联反应;辐照后复合材料拉伸性能、撕裂强度和柔软度明显降低,添加二苯甲酮对于复合材料辐照后的力学性能衰退有明显改善;含有二苯甲酮的复合材料样品辐照前后初始分解温度为323.6℃和335.3℃;2 mm厚的复合材料中子透射率仅为0.12,2 cm厚的复合材料对能量分别为0.662 MeV、1.173 MeV和1.332 MeV的γ射线透射率分别为0.7、0.782和0.795。本文的研究工作为个人辐射防护及核设备辐射防护用高性能柔性辐射屏蔽材料研制提供了重要参考,也为下一步研发性能更高、功能更强、用途更广泛的柔性辐射防护材料奠定了技术基础。
【关键词】：柔性屏蔽材料 无铅屏蔽材料 阻燃性能 隔热性能 耐辐照性能 中子屏蔽 X射线屏蔽 γ射线屏蔽
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注释表13-14
• 缩写词14-15
• 第一章 绪论15-20
• 1.1 研究背景及意义15-16
• 1.2 柔性辐射防护材料发展现状与分析16-17
• 1.2.1 柔性X/γ 射线屏蔽材料16
• 1.2.2 柔性中子屏蔽材料16-17
• 1.2.3 柔性中子/γ 射线屏蔽材料17
• 1.3 存在的问题和本文的研究内容17-20
• 1.3.1 柔性辐射屏蔽材料研究存在的问题17-18
• 1.3.2 本文的研究内容18-20
• 第二章 电离辐射与物质的相互作用及辐射防护材料设计20-26
• 2.1 电离辐射与物质相互作用原理20-22
• 2.1.1 X/γ 射线与物质的相互作用20-22
• 2.1.2 中子与物质的相互作用22
• 2.2 物质对射线的吸收与屏蔽22-23
• 2.2.1 X/γ 射线辐射屏蔽22-23
• 2.2.2 中子辐射屏蔽23
• 2.3 辐射防护材料设计的基本思想23-25
• 2.3.1 X/γ 射线屏蔽材料设计23-24
• 2.3.2 中子屏蔽材料设计24-25
• 2.3.3 中子/γ 射线屏蔽材料设计25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 W/Bi_2O_3/硅胶柔性无铅X射线辐射防护材料的制备及性能研究26-37
• 3.1 引言26
• 3.2 试剂和原料26-27
• 3.3 实验仪器与设备27
• 3.4 制备实验样品27-28
• 3.4.1 基体材料制备与粉末共混工艺27-28
• 3.4.2 复合材料固化成型工艺28
• 3.5 样品的测试方法28-30
• 3.5.1 X射线屏蔽性能测试28-29
• 3.5.2 扫面电镜测试29
• 3.5.3 力学性能测试29
• 3.5.4 透气性能测试29
• 3.5.5 热导率测试29-30
• 3.6 测试结果与分析30-36
• 3.6.1 复合材料X射线屏蔽性能30-31
• 3.6.2 复合材料试样断面微观形貌31-33
• 3.6.3 复合材料力学性能33-34
• 3.6.4 复合材料透湿性能34-35
• 3.6.5 复合材料热导率35-36
• 3.7 本章小结36-37
• 第四章 B_4C/ZB/硅胶柔性阻燃中子辐射防护材料的制备及性能研究37-49
• 4.1 引言37
• 4.2 试剂和原料37-38
• 4.3 实验仪器与设备38
• 4.4 样品制备与辐照实验38-40
• 4.4.1 粉末表面改性处理工艺38
• 4.4.2 基体材料制备与粉末共混工艺38-39
• 4.4.3 样品固化成型工艺39-40
• 4.5 样品性能测试40-41
• 4.5.1 傅里叶红外光谱测试40
• 4.5.2 扫描电镜测试40
• 4.5.3 力学性能测试40
• 4.5.4 热导率测试40
• 4.5.5 阻燃性能测试40-41
• 4.5.6 中子屏蔽性能测试41
• 4.6 实验结果与分析41-48
• 4.6.1 傅里叶红外光谱分析41-42
• 4.6.2 复合材料试样断面微观形貌42-44
• 4.6.3 复合材料力学性能44-46
• 4.6.4 复合材料热导率46
• 4.6.5 复合材料阻燃性能46-47
• 4.6.6 复合材料中子屏蔽性能47-48
• 4.7 本章小结48-49
• 第五章 PbO/B_4C/硅胶柔性耐辐照中子/γ 射线辐射防护材料的制备及性能研究49-64
• 5.1 引言49
• 5.2 试剂和原料49-50
• 5.3 实验仪器与设备50
• 5.4 样品制备与辐照实验50-52
• 5.4.1 粉末表面改性工艺50
• 5.4.2 基体材料制备与粉末共混工艺50-51
• 5.4.3 样品固化成型工艺51
• 5.4.4 样品辐照实验51-52
• 5.5 样品性能测试52-54
• 5.5.1 傅里叶红外光谱测试52
• 5.5.2 扫描电镜测试52
• 5.5.3 硅胶交联密度测试52-53
• 5.5.4 力学性能测试53
• 5.5.5 热稳定性测试53
• 5.5.6 中子和 γ 射线屏蔽性能测试53-54
• 5.6 实验结果与分析54-63
• 5.6.1 傅里叶红外光谱分析54-55
• 5.6.2 复合材料试样断面微观形貌55-56
• 5.6.3 复合材料硅胶基体的交联密度56-57
• 5.6.4 复合材料力学性能57-60
• 5.6.5 复合材料热稳定性能60-61
• 5.6.6 复合材料中子和 γ 射线屏蔽性能61-63
• 5.7 本章小结63-64
• 第六章 总结与展望64-67
• 6.1 研究工作总结64-65
• 6.2 展望65-67
• 参考文献67-72
• 致谢72-73
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文73-74

【参考文献】

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本文编号：723472