₄C/PEEK和B₄C/PI两种复合材料,并对电子、质子、中子及γ射线辐射防护效果进行了评价。研究结果表明,经120keV电子辐照后,PEEK材料的拉伸强度和断裂伸长率均发生一定程度的降低。PEEK内部晶体长周期为15.95 nm,随着拉伸应变的增加晶体的长周期增加,并在拉伸形变后期呈现长周期约为82 nm的晶体。低能电子促进了晶体片晶的转动和裂解。120keV电子辐照使得PEEK材料表面的粗糙度减小,熔融温度和结晶温度向低温移动,结晶度下降,C=O基团含量减小,但没有新的化学基团生成。170keV质子辐照作用下,PEEK表层晶体结构发生的明显变化是由于部分晶区由晶态向非晶态转化,呈现晶区退化效应。经25MeV氧离子辐照后材料表面出现碳化“黑点”,而25MeV硅离子辐照后表面有硅微粒形成。经25MeV氧和硅两种离子辐照后,自由基含量均明显增加。经氧离子辐照后,在冷却结晶峰中产生了次级结晶峰,而硅离子辐照后未出现次级结晶峰。经重离子辐照后,PEEK中均没有形成新的化学基团,仅呈现C=O基团含量下降,C-O基团含量增加。PI材料经1MeV电子、3MeV质子、10MeV质子以及25MeV碳离子辐照后均产生数量较多的自由基,且自由基会发生退火效应。经25MeV碳离子辐照后,自由基含量与原始态相比呈现数量级增高。经不同种类带电粒子辐照后,PI没有产生新的化学基团,但极性基团（C-N键和C=O键）含量减少,非极性基团（C-C键）含量增加。PI材料的介电常数经辐照后降低,且随着辐照注量和测试频率的增加而下降;介电损耗在低频范围内变化不明显,但在测试频率高于10⁴Hz后介电损耗随频率的增加而增加。PI材料的电绝缘性能经辐照后呈现下降趋势。上述结论说明PEEK和PI经带电粒子辐照后发生以电离辐射损伤为主的某种程度降解。利用Geant4模拟设计复合材料,将B₄C组元添加到PEEK和PI基体中,分别利用模压成型法和原位合成法制备出不同B₄C含量的B₄C/PEEK和B₄C/PI复合材料。B₄C组元与基体结合紧密,且分布均匀没有出现团聚现象。经制备后,两种复合材料中的自由基数量均有明显增多,添加B₄C组元时自由基峰位置向左移动和发生宽化。B₄C/PEEK的结晶度随着B₄C含量增加而下降。B₄C/PEEK弯曲强度随B₄C组元添加量增加而增加,而断裂伸长率减小。添加B₄C组元后,两种复合材料的热稳定性和介电常数增高。B₄C/PEEK复合材料的电子和质子防护性能模拟与试验结果相吻合,具有良好的质子辐射防护能力,且B₄C添加量越多辐射防护性能越好;随着B₄C添加量的增加,B₄C/PEEK和B₄C/PI复合材料的电子、中子和γ射线辐射防护性能增强;B₄C添加量为30wt%时,B₄C/PEEK复合材料的γ射线辐射防护性能大体上与金属铝相当。

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论文DOI:10.27061/d.cnki.ghgdu.2021.000418

论文分类号:TB332

文章来源：《辐射防护》 网址: http://www.fsfhzz.cn/qikandaodu/2022/0130/714.html