一种核电用柔性防辐射密封材料配方的制作方法

1.本发明属于密封材料领域，具体涉及一种核电用柔性防辐射密封材料配方。


背景技术：

2.随着科技的迅速发展，核技术与核材料被广泛用于国防、能源、医学、科研等领域。人们在享受科技带来巨大利益的同时，也不可避免受到射线辐射带来的威胁。射线辐射分为电离辐射和非电离辐射，其中电离辐射由于射线能量高、对物体穿透力强，会对人体造成严重的危害。常见的高能射线包括x射线、γ射线和由中子产生的射线等，这些高能射线也可被称为电离辐射。电离辐射会对人体造成很大的危害。x射线的波长很短，具有很强的穿透力，通过任何物质都可以产生电离效应，进入人体也产生电离作用，使人体产生生物学方面的改变，从而引发疾病，即生物效应。γ射线是是原子核能级跃迁蜕变时释放出的射线，具有极强的穿透本领，人体受到γ射线照射时，进入人体后电离产生的离子使蛋白质、核酸和酶等细胞主要成分遭到破坏，导致人体内正常化学反应过程受到干扰，甚至使细胞死亡。对于中子射线而言，穿透能力强。中子射线不具有直接穿透能力，但也像γ射线一样可通过和物质的相互作用产生次级粒子，间接地使物质电离，对人体的伤害比同剂量的x射线和γ射线更严重。中子辐射人体后，造成造血器官衰竭，消化系统和中枢神经损伤，还可以造成恶性肿瘤、白血病、白内障等疾病。中子辐射还会产生遗传效应，影响受辐射者后代发育。柔性的辐射防护材料不仅可以用于个人辐射防护装备的制作，同时可广泛应用于核仪器、核设施的外围辐射防护。传统的柔性辐射防护密封材料是以铅或铅的化合物作为主要填充材料，橡胶作为基底材料制作而成的复合材料，该类材料具有稳定性差、易挥发、生物毒性强、易被吸入人体等缺点，因此，无铅化已成为柔性辐射防护密封材料发展的重要方向。因此制备高效、低毒甚至无毒的辐射柔性防护密封材料受到极大关注。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题便是针对上述现有技术的不足，提供一种核电用柔性防辐射密封材料配方，兼具多种辐射防护功能，耐热性能优异、耐腐蚀能力强且稳定性高。
4.本发明所采用的技术方案是：一种核电用柔性防辐射密封材料配方，该配方包括：主体材料、活性剂、补强剂、软化剂、抗辐射填充剂、增容剂、促进剂和硫化剂。
5.其中一个实施例中，该配方包括：主体材料100份、活性剂7.5份、补强剂60份、软化剂50份、抗辐射填充剂50份、增容剂9份、促进剂4.8份和硫化剂0.6份。
6.其中一个实施例中，所述的主体材料包括三元乙丙橡胶100份。
7.其中一个实施例中，所述的活性剂包括氧化锌6份和硬脂酸1.5份。
8.其中一个实施例中，所的补强剂包括n330碳黑60份。
9.其中一个实施例中，所述的软化剂包括石蜡油50份。
10.其中一个实施例中，所述的抗辐射填充剂包括三氧化二铋15份、氧化钆15份和硫酸钡20份。
11.其中一个实施例中，所述的增容剂包括硅烷偶联剂9份。
12.其中一个实施例中，所述的促进剂包括促进剂tbztd1.2份、促进剂cz1.0份、促进剂dm0.6份、促进剂bz1.0份和促进剂dtdc1.0份。
13.其中一个实施例中，所述的硫化剂包括硫化剂s0.6份。
14.本发明的有益效果在于：以三元乙丙橡胶为主体材料，其由化学稳定的饱和烃组成，因此其耐臭氧、耐热学、耐化腐蚀等性能优异，配合活性剂、补强剂、软化剂、抗辐射填充剂、增容剂、促进剂和硫化剂等辅助材料的使用，可使得本配方的密封材料兼具多种辐射防护功能，耐热性能优异、耐腐蚀能力强且稳定性高。
具体实施方式
15.下面将结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
16.本发明公开了一种核电用柔性防辐射密封材料配方，该配方包括：三元乙丙橡胶、活性剂、补强剂、软化剂、抗辐射填充剂、增容剂、促进剂和硫化剂。
17.本实施例中，该配方包括：三元乙丙橡胶100份、活性剂7.5份、补强剂60份、软化剂50份、抗辐射填充剂50份、增容剂9份、促进剂4.8份和硫化剂0.6份。
18.本实施例中，所述的主体材料包括三元乙丙橡胶100份。
19.本实施例中，所述的活性剂包括氧化锌6份和硬脂酸1.5份。
20.本实施例中，所的补强剂包括n330碳黑60份。
21.本实施例中，所述的软化剂包括石蜡油50份。
22.本实施例中，所述的抗辐射填充剂包括三氧化二铋15份、氧化钆15份和硫酸钡20份。
23.本实施例中，所述的增容剂包括硅烷偶联剂9份。
24.本实施例中，所述的促进剂包括促进剂tbztd1.2份、促进剂cz1.0份、促进剂dm0.6份、促进剂bz1.0份和促进剂dtdc1.0份。
25.本实施例中，所述的硫化剂包括硫化剂s0.6份。
26.本配方中，主体材料为：三元乙丙橡胶(epdm)。epdm橡胶主链是由化学稳定的饱和烃组成，只在侧链中含有不饱和双键，故其耐臭氧、耐热、耐化学腐蚀等性能优异。
27.本配方中，活性剂为：氧化锌和硬脂酸。氧化锌在epdm基体中与促进剂反应生成络合物，进一步促进硫化剂分解，与epdm侧链的不饱和双键反应生成三维网状结构，赋予橡胶优异的使用性能，并且缩短硫化时间，节能环保。硬脂酸能活化氧化锌表面，使更多的促进剂与氧化锌反应，再重复上述分解、反应过程。
28.本配方中，补强剂为：n330碳黑。n330碳黑为高耐磨炉黑。epdm为非自补强高耐磨炉黑橡胶，自身强度较低，需要使用炭黑补强，改善其力学性能。选用粒径较小、吸油吸碘值高、比表面积大的高耐磨炉黑n330作为补强剂，赋予epdm优异的力学性能，抵抗柔性密封材料因拉伸或压缩过程中造成的物理破坏。此外，选用高耐磨炉黑是因为n330自身呈弱碱性，可提高硫化速度，缩短硫化时间，增加生产效率的同时，降低能耗。
29.本配方中，软化剂为：石蜡油，具体为精炼500#石蜡油。精炼500#石蜡油的成为主要为链式饱和脂肪烃，运动粘度高，与epdm有优异的相容性，不会析出柔性密封材料表面，影响材料的使用性能。其次，能在加工过程中起润滑作用，改善n330在epdm中分散性。此外，
精炼500#石蜡油具有高闪点特性，在epdm硫化过程中，挥发分较少，能保证产品质量稳定可靠，且不会产生较多烟雾污染环境。
30.本配方中，抗辐射填充剂为：三氧化二铋(bi2o3)、氧化钆(gd2o3)和硫酸钡(baso4)，其中硫酸钡具体为纳米重晶石。传统的x射线屏蔽材料主要是铅，但一方面铅毒性大，另一方面元素bi具有与pb近乎一致的质量衰减系数，即bi的防护x射线功能与pb相当，因此，选用bi2o3作为pbo的替代功能材料，杜绝x射线屏蔽材料的毒性。重晶石是一种以硫酸钡为主要成分的非金属矿物，化学性质稳定，易吸收x射线和γ射线。且重晶石为天然矿物，储量非常丰富，经提纯后就可得到高纯度的产品，加工工艺简单，成本低，污染小。传统用来吸收热中子的元素有硼、锂、镉和稀土等元素，其中稀土含有的钆元素具有最高的热中子俘获截面，且含钆聚合物是一种理想的中子屏蔽材料。因此，选用bi2o3、baso4和gd2o3作为x射线、γ射线和中子射线屏蔽材料，通过三方的协同作用，能有效防护x射线、γ射线和中子射线对人体的损伤。
31.本配方中，增容剂为：硅烷偶联剂。因上述三种抗辐射填充剂为无机物，在epdm中相容性较差，不能在基体中分散均匀，实现有效的辐射吸收功能，需要在加工过程中加入相容剂改善三种抗辐射填充剂分散性。选用硅烷偶联剂作为相容剂，是因为其在无机物和有机物之间具有优异的桥接作用，能够明显改善无机物在有机物中的分散性，保证主体材料具有优异的力学性能以及抗辐射功能。
32.本配方中，促进剂为：促进剂tbztd、促进剂cz、促进剂dm、促进剂bz和促进剂dtdc。硫化剂为：硫化剂s。促进剂及硫化剂构成有效硫化体系。本配方中选用有效硫化体系是为了让密封材料具有较低的定伸应力和较低的压缩永久变形，能够在拉伸或压缩过程中保持更长久高效的抗辐射功能。此外，有效硫化体系还能保证橡胶优异的耐热稳定性能，使其在较高温度下保持长效稳定。
33.本发明的配方用于核电用柔性防辐射密封材料，具体用于地下综合管廊密封制品，该配方中各组分重量份数(phr)如表1：
34.表1各组分重量份数表
[0035][0036][0037]
利用上述配方制备用于核电用柔性防辐射密封材料，在不同的条件下对其机械性能进行测试，其结果如表2：
[0038]
表2用于核电用柔性防辐射密封材料在不同条件下的机械性能表
[0039][0040]
根据以上测试的数据可看出：本发明的用于核电用柔性防辐射密封材料配方完成的核辐射、耐酸测试、密封性测试性能测试结果保持测且优于自然(原始)状态下的效果，大大提升了该行业的一般效果。
[0041]
本发明配方制备的用于核电用柔性防辐射密封材料的环保性优于常规重金属辐射材料。此外，加入了硅烷偶联剂作增容剂，增加抗辐射材料在主体材料(三元乙丙橡胶)中的相容性和分散性，使复合材料在发挥高效综合抗辐射(x射线、γ射线和中子射线)功能的同时，也能抑制无机抗辐射材料迁移出主体材料(三元乙丙橡胶)，造成环境污染。
[0042]
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。