基无铅射线屏蔽材料性能研究(5)
序号元素名称热中子俘获面积 1硼 2硼 3钐 4钆 5镉 6锂6945
从表1可以看出,钐的热中子俘获面积最大,因此选用钐的氧化物Sm2O3作为中子吸收剂,质量分数与铅硼聚乙烯(Pb60%,PE35%,B4C5%)碳化硼质量分数相同。
2.3 基本配方
通过以上分析,结合SBR2305橡胶的配合特点,确定了其基本配方,见表2。
材料名称SBR2305混炼胶金属钨粉W氧化钐Sm2O3 质量份数
3 样品制备及性能试验考核
3.1 样品制备
3.1.1无机金属及其化合物表面改性
钨金属粉末添加量大,且其与SBR2305橡胶之间结合性差,为提高纳米钨粉与聚合物基体的亲和性,工艺试验使用KH550硅烷偶联剂对无机粉体进行表面改性,并对其改性效果进行表征,以保证无机防护元素与聚合物基体中之间形成良好界面相容性。
处理工艺为首先在室温条件下把偶联剂与适量乙醇混合,超声分散10min左右,再加入纳米钨粉,超声分散40min,把与偶联剂混合的粉体分别在烘箱中以120℃、140℃、160℃烘4h,进行了红外光谱表征
图2 KH550偶联剂表面改性后的FTIR表征
从图中可以看出,不同温度下处理的粉体在1120.5 cm-1附近均出现了Si-O伸缩振动,同时在2924.4 cm-1和2875.4 cm-1处出现-CH3伸缩振动和-CH2-伸缩振动,钨金属自身不存在这些特征峰,可确认偶联剂对金属粉体的有效表面改性生效,干燥温度确定为120℃。
3.1.2密炼混合
大量的无机防护粒子在SBR2305混炼胶中均匀分散是材料制备的关键工艺之一,试验采用X(S)K-35L密炼机对钨粉、氧化钐、SBR2305混炼胶进行混合,混合后在Ф560开炼机上进行冷却薄通后下片。并对下片后材料的不同部位分五个点取样进行相对密度检测,五点不同部位相对密度差值最大未超过0.02g/cm3。为进一步提高其混炼均匀性,压延出片前对经相度密度检验的混炼胶在开炼机上再次进行薄通,出片后材料不同部位相对密度差值最大为0.01g/cm3。
3.1.3硫化成型
使用1000t平板硫化机在硫化成型了870mm×660mm×10mm,870mm×660mm×40mm两种不同规格的SBR基辐射屏蔽材料,10mm厚的屏蔽材料成型时间为145℃×15min,40mm厚的屏蔽材料成型时间为145℃×60min。
图3 40mm样品
图4 10mm样品
3.2 性能试验
3.2.1理化性能测试结果
SBR基辐射屏蔽材料理化性能测试结果见表3。
序号项目实测值 1耐热空气老化,125℃×72h拉伸强度11.2MPa,伸长率298% 2氧指数23.4 3拉伸强度,MPa11.5 4缺口冲击强度,J/cm223,冲击后试样完好无损 5密度,g/cm3≤3.77 6材料均匀性,g/cm33.74、3.77、3.82;不同部位单位体积密度最大差值不超过0.1。 7撕裂强度,kN/m35 8硬度,邵尔A90 9耐辐照性能经γ射线106Gy辐照量后,拉伸强度11.7MPa,伸长率293%,力学性能与辐照前基本持平。
3.2.2 SBR基无铅屏蔽材料与铅硼聚乙烯射线防护性能对比
为了考察并对比SBR基无铅屏蔽复合材料与铅硼聚乙烯(Pb60%,PE35%,B4C5%)的射线防护性能,我们制备得到厚度相同的两种样品(尺寸为300mm×300mm×20mm)分别进行了γ射线和中子射线防护性能测试。
图5 左为Pb/PE、右为W/Sm2O3/SBR
(1)γ射线防护性能对比
γ射线屏蔽测试在原子能科学研究院13.4Ci的Co60源上进行。测试时样品放置在距离与源水平1.5m位置,并使用2支FeSO4化学剂量剂贴在样品前部面向放射源一侧,另外2支剂量剂贴在样品后部相应的背向放射源一侧位置。设定测试时间约为5min,辐射累积剂量约为36Gy。通过对比前后剂量差值,来对比SBR基无铅屏蔽材料和铅硼聚乙烯防护性能差异。
图6 SRR基屏蔽材料和铅硼聚乙烯γ射线防护性能对比
从图6可以看出,SBR基无铅屏蔽材料γ射线衰减率可达19.8%,而相同条件下铅硼聚乙烯衰减率约为17.25%,SBR基无铅屏蔽材料屏蔽性能在铅硼聚乙烯基础上提高了约11.6%。
(2)中子射线防护性能对比
中子射线屏蔽测试在中国计量科学研究院4Ci的Am-Be中子源上进行,源强度为9.75×105n/s。测试时样品放置在与源水平统一中心轴线位置,样品与源距离分别从50cm到200cm之间选择。使用LB123/LB6411型中子剂量仪检测中子计数。
图7 SBR基无铅屏蔽材料和铅硼聚乙烯中子射线防护性能与入射值的关系
图8 SBR基无铅屏蔽材料对铅硼聚乙烯中子射线防护性能的相对提升量
文章来源:《辐射防护》 网址: http://www.fsfhzz.cn/qikandaodu/2021/0619/596.html