聚丙烯酸铅基环氧树脂辐射防护复合材料及制备方法

摘要

本发明是聚丙烯酸铅基环氧树脂辐射防护复合材料及制备方法。该复合材料是通过将丙烯酸铅与硅烷偶联剂搅拌，加入E型环氧树脂后经过γ辐射，再加固化剂干燥固化制成的。针对传统辐射防护材料质重、体积大、屏蔽效果差的问题，本发明通过结构表征和性能测试发现该防护材料质轻、均匀、力学性能和防护效果突出。适用于医院粒子加速器、XCT的防护门，可移动式核电站的γ射线防护材料，航空航天领域的抗辐射的电子元器件封装材料。

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯酸铅基环氧树脂复合材料辐射复合材料及制备方法。

背景技术

随着科技的发展，各种辐射已经广泛的应用于许多领域，在对这些辐射使用的同时，人们也越来越关注辐射的防护问题。在对核电站和航空航天领域的辐射防护，不仅需要材料具有质地轻、体积小和对中子、带电粒子、X和γ射线的综合防护性能，而且对材料的机械物理性能也有很高的要求。传统的屏蔽材料一般选用混凝土、水泥、铅板等物质，后来逐步开发生产了一系列以铅或铅的化合物为填料的有机或无机材料，这些材料大多密度高，体积大，对高能射线防护性能差，难以满足以上领域的防护需求。现在市面上的环氧树脂也具有优良的材料力学性能和中子、γ射线耐受性能，是比较理想的辐射防护材料。但环氧树脂固化后交联密度高，呈三维网状结构，存在较大的内应力，有质脆、耐疲劳性和耐湿热性差等缺陷，很大程度地限制了其在核电和航天事业中的实际应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种质轻、均匀、力学性能和防护效果突出的聚丙烯酸铅基环氧树脂复合材料。

本发明的另一个目的是提供一种上述复合材料的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：由丙烯酸铅50～80份、环氧树脂80～100份、偶联剂5～10份和固化剂50～70份组成，以重量份计；所述环氧树脂为E型环氧树脂中的任意一种或多种混合；所述偶联剂为硅烷偶联剂任意一种或多种混合；所述固化剂为650型聚酰胺固化剂或二乙烯三胺；所述E型环氧树脂为E-51、E-44，E-20或E-42型环氧树脂；所述硅烷偶联剂为甲基三甲氧基硅烷偶联剂；

制备本发明的复合材料的方法依次由以下步骤组成：

(a)将丙稀酸铅加入硅烷偶联剂中；

(b)将该溶液搅拌均匀；

(c)向该溶液中加入E型环氧树脂；

(d)搅拌至白色混合液；

(e)对白色混合液进行γ辐射，剂量为50～100KGy，至白色混合液变成半透明凝胶；

(f)将凝胶与固化剂混合均匀后浇注到模具中；

(g)在干燥箱中固化，然后脱模成型。

各物质的结构式如下：

结构式(A)代表E-51型环氧树脂，(B)代表丙稀酸铅，(C)代表聚丙烯酸铅基环氧树脂复合材料，式中m为10～20，n为10～20的整数。

本发明的有益效果是，聚丙烯酸铅基环氧树脂复合材料这种复合材料的强度和韧性与纯的环氧树脂相比较有了很大的提高。复合材料的质量吸收系数高于纯铅，是一种屏蔽性能十分突出的材料。复合材料密度低，具有良好的力学性能，可以代替笨重的铅门。复合材料可以浇铸成型，易于制成形状复杂的防护材料，而且易于控制尺寸误差，适合用于对形状有特殊要求的防护领域。复合材料制备方法简便，成本低廉，可以在较低温度下合成，适用于工厂化生产。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1为本发明材料结构表证图。从图中可以看出γ辐照后凝胶为两相聚合物共混体系，其分散形态呈明显的海-岛结构。即聚丙烯酸铅以分散相(岛相)形式均匀的散布于环氧树脂基体(海相)中，分散相粒径约5nm。

图2本发明材料复合材料的拉伸图，其中A为纯环氧树脂拉伸曲线，B为复合材料拉伸曲线。从图可以看出复合材料的拉伸强度较纯环氧树脂有明显的提高。断裂伸长率也明显增加，表明复合材料的抗拉能力比纯环氧树脂有明显提高。

图3本发明材料三点弯曲曲线图，其中A为纯环氧树脂弯曲曲线，B为复合材料弯曲曲线，从图中表格可知复合材料的弯曲最大压力较纯环氧树脂均有明显的提高，弯曲最大位移提高2倍以上，表明复合材料的抗弯能力比纯的环氧树脂有明显提高。

图4为本发明材料和纯环氧树脂的断面SEM图。(a)和(b)分别是纯环氧树脂和复合材料拉伸断面的SEM图，(c)和(d)分别是纯环氧树脂和复合材料三点弯曲断面SEM图。从断面SEM可知纯环氧树脂拉伸和弯曲断面都呈现典型的解理断裂的特征，其中A为解理台阶，B为河流花样，表明纯环氧树脂为脆性断裂。而复合材料的断面特征为准解理断裂，呈一定的韧性断裂。从断口形貌可以推测出，复合材料的韧性和强度较纯环氧树脂会有较大提高。

具体实施方式

下面通过实施例的方式，对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1

一种聚丙烯酸铅基环氧树脂复合材料，由丙烯酸铅50份、环氧树脂80份、偶联剂5份和固化剂40份通过γ辐射制备而成，重量份计；所述环氧树脂为E型环氧树脂；所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述固化剂为650型聚酰胺固化剂或二乙烯三胺；所述环氧树脂为E-51、E-44，E-20或E-42型环氧树脂；所述硅烷偶联剂为甲基三甲氧基硅烷偶联剂；丙烯酸铅和硅烷偶联剂搅拌均匀，加入环氧树脂继续搅拌至体系成白色乳液。将其进行γ辐照，白色混合液变成半透明凝胶。对白色混合液进行γ辐射，剂量为50KGy，至白色混合液变成半透明凝胶。将凝胶与固化剂混合均匀后浇注到模具中，在干燥箱中60℃固化，然后脱模成型。

实施例2～5

一种聚丙烯酸铅基环氧树脂复合材料，其组分、含量以及工艺参数见表1，其它同实施例1。

表1实施例2～5中各组分、含量及工艺参数，含量以重量份计

  实施例  2  3  4  5  γ辐射剂量KGy  50  75  100  100  E-51环氧树脂  40  /  /  /  E-44环氧树脂  60  90  40  /  E-20环氧树脂  /  /  40  /  E-42环氧树脂  /  /  /  100  丙烯酸铅  80  65  50  80

  实施例  2  3  4  5  甲基三甲氧基硅烷偶联剂  5  7.5  10  10  650型聚酰胺固化剂  /  55  /  70  二乙烯三胺  70  /  40  /