一种兼具高阻燃与高屏蔽效能的铅硼聚乙烯复合材料的制作方法

本发明属于屏蔽材料，具体地，涉及一种兼具高阻燃与高屏蔽效能的铅硼聚乙烯复合材料。

背景技术：

1、随着国内核电产业规模化建设、国防核辐射防护工程以及医用高能加速器、放射性诊疗设备的快速普及，中子与γ射线混合辐射场下的综合屏蔽需求持续攀升，铅硼聚乙烯复合材料凭借聚乙烯基体氢原子慢化快中子、碳化硼捕获热中子、铅组分高效衰减γ射线的协同防护优势，同时具备轻量化、易成型、可机加工的综合特点，已成为现阶段辐射防护领域应用最广泛的功能屏蔽材料。

2、如今为满足严苛的辐射屏蔽与防火安全规范，行业内需要在基体中高填充铅粉、碳化硼无机填料与阻燃组分，以此提升材料密度、硼含量与氧指数，保障高屏蔽效能与高阻燃等级，但高填充功能体系带来的力学性能劣化难题长期制约高端产品的工程化应用，成为行业共性技术瓶颈。聚乙烯基体为非极性高分子，铅粉、碳化硼和无机阻燃剂的表面富含羟基，二者界面相容性极差，单纯物理共混制备的复合材料内部填料与基体界面结合薄弱，材料脆性显著增大，拉伸、冲击、弯曲强度大幅衰减，板材易开裂、翘曲，无法满足需要承受结构载荷、长期循环使用的高端屏蔽装置要求，极大限制了材料在大型承压屏蔽构件、移动式核防护设备等场景的推广。因此，亟需解决上述问题，以满足屏蔽材料技术领域的更高技术需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种兼具高阻燃与高屏蔽效能的铅硼聚乙烯复合材料。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种兼具高阻燃与高屏蔽效能的铅硼聚乙烯复合材料，包括以下质量份的原料：18-22份高密度聚乙烯、70-77份铅粉、4-5份碳化硼粉、6-10份阻燃助剂、0.5-0.9份偶联剂、0.2-0.3份加工助剂和0.1-0.2份抗氧化助剂。

4、进一步地，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

5、进一步地，所述加工助剂为硬脂酸盐类加工助剂。

6、进一步地，所述抗氧化助剂为受阻酚类抗氧化剂。

7、进一步地，所述阻燃助剂通过以下步骤制得：

8、s1、在配有机械搅拌器、恒压滴液漏斗、回流冷凝管和温度计的三口烧瓶反应装置中，依次加入2,2-二乙基-1,3-丙二醇和无水甲苯，开启搅拌使其混合均匀，再将三氯氧磷转移到恒压滴液漏斗中，在冰水浴（0℃）冷却下，缓慢滴加到烧瓶中，滴毕，撤去冰水浴，加热至106-110℃，回流反应3-5h，反应完成，经后处理，得到阻燃助剂中间体；

9、s2、在配有机械搅拌器、恒压滴液漏斗、回流冷凝管和温度计的三口烧瓶反应装置中，依次加入3,3'-二氨基联苯胺和无水乙腈，开启搅拌，随后依次加入三乙胺（缚酸剂）和阻燃助剂中间体，加料完成后，缓慢升温至80-85℃，回流反应6-8h，反应完成，经后处理，得到阻燃助剂。

10、进一步地，步骤s1中2,2-二乙基-1,3-丙二醇和三氯氧磷的用量之比为13.2g:15.3g。

11、进一步地，步骤s2中3,3'-二氨基联苯胺、三乙胺和阻燃助剂中间体的用量之比为21.4g:41.3-42.5g:88.7-90.3g。

12、上述制备阻燃助剂的反应式如下：

13、

14、以下将对上述阻燃助剂的制备原理和性能进行进一步补充说明：

15、制备原理：在步骤s1中，2,2-二乙基-1,3-丙二醇和三氯氧磷生成环状磷酸酯的中间体；在步骤s2中，中间体继续与3,3'-二氨基联苯胺进行反应，需控制二者的摩尔比接近4:1，且中间体略微过量，以确保反应顺利进行。

16、性能：本发明制备的阻燃助剂分子以3,3'-二氨基联苯胺作为刚性芳香核，并接枝了四个环状磷酸酯基团，形成高度对称的分子结构。其中环状磷酸酯基团受热会热解生成强酸，催化聚乙烯基体发生脱水碳化反应，促使基体表面迅速形成一层致密的膨胀炭层，赋予了基体优异的阻燃性，除此之外，分子中同时含有氮元素，并且与磷元素直接相连，二者构成p-n协同阻燃体系，大幅提高了基体的阻燃性能。

17、本发明的有益效果：

18、1、本发明制备了一种新型磷氮协同阻燃助剂，该助剂受热能促使材料表面迅速形成致密炭层，隔绝火焰，阻燃效率高。解决了现有技术中无机阻燃剂添加量大、阻燃效果有限的问题；

19、2、通过偶联剂对铅粉和碳化硼进行表面处理，增强了填料与聚乙烯之间的界面结合力，改善了高填充体系下材料脆性大、强度低的缺陷；

20、综上所述，本发明制备的复合材料，在保证高屏蔽效能的同时，还具备优异的阻燃性和良好的力学性能，在屏蔽材料技术领域具备重要应用价值。

1.一种兼具高阻燃与高屏蔽效能的铅硼聚乙烯复合材料，其特征在于，包括以下质量份的原料：18-22份高密度聚乙烯、70-77份铅粉、4-5份碳化硼粉、6-10份阻燃助剂、0.5-0.9份偶联剂、0.2-0.3份加工助剂和0.1-0.2份抗氧化助剂。

2.根据权利要求1所述的一种兼具高阻燃与高屏蔽效能的铅硼聚乙烯复合材料，其特征在于，所述阻燃助剂通过以下步骤制得：

3.根据权利要求2所述的一种兼具高阻燃与高屏蔽效能的铅硼聚乙烯复合材料，其特征在于，步骤s1中2,2-二乙基-1,3-丙二醇和三氯氧磷的用量之比为13.2g:15.3g。

4.根据权利要求2所述的一种兼具高阻燃与高屏蔽效能的铅硼聚乙烯复合材料，其特征在于，步骤s2中3,3'-二氨基联苯胺、三乙胺和阻燃助剂中间体的用量之比为21.4g:41.3-42.5g:88.7-90.3g。

5.根据权利要求1所述的一种兼具高阻燃与高屏蔽效能的铅硼聚乙烯复合材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

6.根据权利要求1所述的一种兼具高阻燃与高屏蔽效能的铅硼聚乙烯复合材料，其特征在于，所述加工助剂为硬脂酸盐类加工助剂。

7.根据权利要求1所述的一种兼具高阻燃与高屏蔽效能的铅硼聚乙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧化助剂为受阻酚类抗氧化剂。