含硼高分子防中子輻射材料的研究.pdf

1、高分子材料由于重量輕、氫元素含量高，同時(shí)可以添加重核元素、快中子慢化劑及慢中子吸收劑，對(duì)中子防護(hù)具有較好的效果，因此關(guān)于防中子高分子材料的研究也越來(lái)越多。硼元素在很寬的中子能量范圍內(nèi)能有效地吸收中子，本文選取環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和聚乙烯醇為原料，使用硼酸或氧化硼對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性并達(dá)到摻硼的目的，從而制備出具有優(yōu)良力學(xué)性能、耐熱性，并具有有效吸收中子性能的復(fù)合材料。
　　首先以E-51、E-44環(huán)氧樹脂為基體材料，203＃聚酰胺為固化

2、劑，采用物理共混法和化學(xué)交聯(lián)法，將硼化物作為填料混合到環(huán)氧樹脂基體中，對(duì)固化產(chǎn)物進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試、紅外光譜、熱分析、熱中子屏蔽性能檢測(cè)等，研究了偶聯(lián)劑、固化劑、填料等因素對(duì)環(huán)氧樹脂/硼化物復(fù)合材料力學(xué)性能、熱性能、熱中子屏蔽性能的影響。結(jié)果表明:硼酸或氧化硼與環(huán)氧樹脂中的羥基發(fā)生縮合反應(yīng)，形成B-O-C鍵。添加了6.5g硼化物后，樹脂的抗拉強(qiáng)度和沖擊韌度均有所降低，采用碳化硼作填料時(shí)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有良好的拉伸性能和抗沖擊性能。偶聯(lián)劑

3、的加入提高了樹脂的抗拉強(qiáng)度和沖擊韌度，且添加量為1％時(shí)性能最好。硼化物的加入使環(huán)氧樹脂的耐熱性得到了顯著的提高。純環(huán)氧樹脂呈脆性斷裂特征，而碳化硼和氮化硼的加入提高了樹脂的韌性。在m（環(huán)氧樹脂）∶m（聚酰胺）∶m(氧化硼）∶m（碳化硼）∶m(KH550)=10∶6.5∶3.5∶6.5∶0.1時(shí)，環(huán)氧樹脂/硼化物復(fù)合材料具有較好的力學(xué)性能，抗拉強(qiáng)度為33.79MPa，沖擊韌度為5.72kJ/m2，且具有優(yōu)良的熱中子吸收性能，樣品厚度為6m

4、m時(shí)，屏蔽率達(dá)到了80％左右。
　　以線性酚醛樹脂為原料，以硼酸與六亞甲基四胺為固化劑，經(jīng)加熱固化成型，制備硼酚醛樹脂材料，并對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試、紅外光譜、熱分析、熱中子屏蔽性能檢測(cè)等。結(jié)果表明:硼酸特有的三羥基結(jié)構(gòu)，與酚醛樹脂中的芐羥基(C-OH)和酚羥基（Ph-OH）縮合形成了-O-B-O-C-六元環(huán)結(jié)構(gòu)。硼酸與六亞甲基四胺二者重量比為2∶1時(shí)硼酚醛樹脂力學(xué)性能達(dá)到最佳。硼的引入使酚醛樹脂發(fā)生主要熱解時(shí)的溫度較純酚醛樹脂高出

5、約80℃。150℃左右物料開始固化，而且柔順性的B-O-C鍵的生成，改善了酚醛樹脂的韌性。硼含量為10％時(shí)的塑性較好。硼酚醛樹脂具有有效吸收熱中子的性能，樣品厚度為20mm時(shí)屏蔽率達(dá)到70％左右。
　　用配制的酸性聚乙烯醇原液，采用堿性凝固浴，使原液遇堿而產(chǎn)生分子間交聯(lián)，并風(fēng)干制備成PVA膜，并對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試、紅外光譜測(cè)試、熱分析等。結(jié)果表明:硼酸和聚乙烯醇羥基發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成了B-O-C鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。硼酸含量為10％時(shí)PVA