Способ получения радиационно-защитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена с повышенными радиационно-защитными свойствами

Изобретение относится к способу получения радиационно-защитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для изготовления конструкционных изделий радиационной защиты. Способ включает предварительную сушку при температуре 100-130°C порошков сверхвысокомолекулярного полиэтилена, вольфрама и карбида бора. Затем порошки сверхвысокомолекулярного полиэтилена в количестве 32 мас.%, вольфрама - 60 мас.% и карбида бора - 8 мас.% смешивают и подвергают обработке в высокоэнергетичной планетарной мельнице с металлическими мелящими телами, с последующим термопрессованием смеси порошков при температуре 180-200°C и давлении 35-40 МПа. 1 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к способу получения радиационно-защитного материала на полимерной основе с повышенными рентгенозащитными и нейтронозащитными свойствами и заключается в твердофазном формировании композиции, состоящей из полимерной матрицы сверхвысокомолекулярного полиэтилена, и наполнителей - нанопорошков вольфрама и карбида бора.

Известен способ (RU 02148062 С1 20000427 «СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ»), который может быть применен для изготовления конструкционных изделий биологической защиты от нейтронных излучений. Данный способ получения полимерной композиции включает смешение олефинового полимера, представляющего собой полипропилен или полиэтилен, с наполнителем с последующим экструдированием, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют нитрид бора и осуществляют его смешение с частью олефинового полимера при их массовом соотношении от 1:2 до 1:1 соответственно в шаровом смесителе при соотношении массы металлических шаров к массе перемешиваемой композиции 4:1 в течение 1-2 ч с последующим добавлением оставшейся части олефинового полимера и продолжением смешения в шаровом смесителе в течение 0,5-1 ч.

Недостатком является введение нанопорошков тяжелых металлов, защищающих от рентгеновского излучения, что отрицательно сказывается на биологической инертности.

Также известен способ (RU 02368629 С2 20090927 «РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ»), запатентована технология получения радиационно-защитного композиционного материала, который может быть использован при изготовлении элементов защиты в различной аппаратуре, применяемой для дефектоскопии, для медицинских целей, для радиоактивного каротажа нефтяных и газовых скважин, в портативных нейтронных генераторах и др. Способ включает полимеризацию этилена на поверхности частиц элементарного бора среднего размера 3-8 мкм в присутствии иммобилизованной на нем каталитической системы, состоящей из тетрахлорида ванадия и алюминийорганического соединения. Сначала на поверхности частиц бора проводят фтор-полимеризацию этилена при 25-30°C и давлении этилена 1 атм в течение 8-10 минут, затем температуру повышают до 50-60°C и продолжают полимеризацию этилена при 50-60°C и давлении в диапазоне от 1 до 10 ата до образования на них покрытия из сверхвысокомолекулярного полиэтилена с молекулярной массой не менее 1·106 и толщиной 0,01-20 мкм. Радиационно-защитный композиционный материал представляет собой частицы элементарного бора с полиолефиновым покрытием в виде агломератов среднего размера 20-100 мкм.

Недостатком данного способа является использование микропорошков наполнителя, которые в отличии от нанопорошков не показывают высоких свойств.

В способе (RU 02137225 С1 19990910, «СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ РАДИАЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ С ГИДРИДОМ ЛИТИЯ») для изготовления теневых радиационных защит, предназначенных для снижения нейтронного и гамма-излучения от ядерного реактора или изотопного источника. Способ включает размещение в отсеке предварительного приготовленного сплава гидрида лития с диспергированным в него порошком вольфрама с последующим нагревом до 450-550°C. Затем осуществляют охлаждение со скоростью около 2°C/ч. При этом свободное пространство отсека заполняют расплавленным гидридом лития. Полученный монолит с необходимым профилем гидрида лития и диспергированного в него тяжелого компонента герметизируют. В результате повышается массогабаритная характеристика многокомпонентной радиационной защиты.

Недостатком данного способа является невозможность получения компактного готового изделия.

Прототипом является (RU 02157754 С1 20001020 «СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕЙТРОНОЗАЩИТНОГО МАТЕРИАЛА») способ изготовления нейтронозащитного материала, включающий пропитку цельной или измельченной древесины. Пропитку выполняют боросодержащими препаратами равномерно по всему объему древесины, например, в поле центробежных сил или методом электроосмотического переноса жидкости, причем в качестве боросодержащего препарата используют, например, препарат, содержащий изотопы бора, в частности В10, или насыщенный раствор борной кислоты.

В предлагаемом изобретении материал, содержащий карбид бора и вольфрам в качестве наполнителей, получается в процессе твердофазного деформационного синтеза посредством высокоэнергетичных шаровых мельниц планетарного типа. Данный метод позволяет равномерно распределить наполнители по материалу матрицы, с одной стороны, и обеспечить высокую адгезию наполнителей к матрице за счет модификации поверхности, деагломерации наночастиц, обладающих высокой поверхностной энергией.

Технический результат изобретения заключается в получении композиционных смесей на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, наполненного наночастицами карбида бора и вольфрама, за счет введения нанопорошков наполнителей, обеспечивается увеличение коэффициента поглощения рентгеновского излучения до 30% по сравнению с микрокристаллическими аналогами.

Технический результат достигается следующим образом.

Способ получения материала заключается в предварительной сушке порошков сверхвысокомолекулярного полиэтилена, вольфрама, карбида бора при температуре 100-130°C, после чего порошки смешивают и подвергают обработке в высокоэнергетичной планетарной мельнице с металлическими мелящими телами, затем осуществляют термопрессование при температуре 180-200°C и давлении 35-40 МПа.

В предлагаемом материале повышение уровня радиационно-защитных свойств достигается за счет введения в композит порошка вольфрама и карбида бора дисперсностью менее 50 нм. Эффективное распределение наноразмерных наполнителей по полимерной матрице обеспечивается за счет применения метода совестного механического синтеза в высокоэнергетичных планетарных мельницах с металлическими мелящими телами. Получение изделия необходимой формы из композита осуществляется методами термопрессования и экструзии при температуре 180-200°C. Благодаря хорошей перерабатываемости материала изделие радиационной защиты из данного материала может быть изготовлено практически любой сложной формы.

Возможность промышленной применимости предлагаемого материала и его использования в качестве радиационно-защитного материала подтверждается следующим примером реализации.

Пример

В качестве исходных материалов использовались сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) марки GUR 4120, нанопорошок вольфрама дисперстностью 50 нм, полученный методом водородного восстановления специально приготовленного прекурсора на основе вольфрамовой кислоты, и карбид бора, полученный механическим измельчением в шаровом механоактиваторе промышленного порошка карбида бора.

Порошки - СВМПЭ, вольфрама, карбида бора, проходят предварительную сушку при температуре 100-130°C, затем смешиваются и подвергаются обработке в высокоэнергетичной планетарной мельнице АПФ-3 с металлическими мелящими телами в следующей композиции: 60% масс. вольфрама с 8% масс. карбида бора, СВМПЭ остальное. Полученная после перемешивания в мельнице композиционная смесь подвергается термопрессованию при температуре 180-200°C и давлении 35-40 МПа, параметры были подобраны опытным путем.

При прессовании выше или ниже указанного интервала температуры и давления наблюдается снижение радиационно-защитных свойств. При прессовании ниже температуры 180°C наблюдается низкая адгезия между материалом наполнителя и полимерной матрицей, при температурах выше 200°С происходит интенсивное окисление полимерной матрицы. При давлении ниже 35 МПа материал получался с высокой степенью пористости, а при давлениях выше 40 МПа материал начинает течь из объема пресс-формы.

На чертеже показан пример структуры композита, полученной на сканирующем электронном микроскопе, путем получения среза композита. На верхнем рисунке показана структура композита, обработанного в низкоэнергетичной шаровой мельнице, а на нижнем рисунке в высокоэнергетичной мельнице в соответствии с предлагаемым способом. Видно, что структура композита при использовании предлагаемого способа получения является более однородной, а следственно лучше защищает от ионизирующего излучения.

Способ получения радиационно-защитного материала на полимерной основе, заключающийся в предварительной сушке порошков сверхвысокомолекулярного полиэтилена в количестве 32 мас.%, вольфрама в количестве 60 мас.%, карбида бора в количестве 8 мас.% при температуре 100-130°C, после чего порошки смешивают и подвергают обработке в высокоэнергетичной планетарной мельнице с металлическими мелящими телами, затем осуществляют термопрессование при температуре 180-200°C и давлении 35-40 МПа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ядерной технике, а именно к материалам для защиты от ионизирующего излучения, и предназначено для использования при изготовлении элементов радиационно-защитных экранов.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и защите окружающей среды, в частности к средствам для дезактивации почв, зараженных радиоактивными элементами. Средство для дезактивации почв, зараженных радиоактивными элементами, содержит в своем составе поли-N,N-диалкил-3,4-диметиленпирролидиний галогенид общей формулы в которой R1 и R2 означают независимо друг от друга линейный или разветвленный алкил с 1-6 атомами углерода и X означает фтор, хлор, бром, йод или тетрафторборат, причем средняя молекулярная масса полимера составляет от 75000 до 100000 г/моль.
Изобретение относится к полимерной композиции для радиационной защиты электронных приборов, содержащей полимерное связующее, литий и бор в качестве экранирующих наполнителей (агентов), которая может быть использована для изготовления защитных материалов для биологической защиты, в качестве теневой защиты ядерных энергетических установок, аппаратуры ядерно-опасных объектов.

Изобретение относится к технологии изготовления материалов для защиты от нейтронного излучения. Пастообразный материал для защиты от нейтронного излучения включает консистентную смазку ВНИИНП-293 и порошкообразный бор аморфный в качестве наполнителя при массовом соотношении компонентов (%) 91-97 и 3-9 соответственно, при этом удельная поверхность порошка бора аморфного составляет не менее 15 м2/г.
Изобретение относится к области защиты от ионизирующего излучения и может применяться в качестве защиты электронных приборов космического аппарата (КА), работающего на геостационарной орбите, от воздействия поражающего фактора магнитных бурь.
Изобретение относится к средствам защиты от радиоактивного излучения и может применяться в производстве контейнеров для хранения радиоактивных материалов, а также изоляции помещений.

Изобретение относится к области космического материаловедения и может быть использовано в качестве терморегулирующих покрытий на внешней стороне космического аппарата в области низких земных орбит.
Изобретение относится к области разработки материалов, обладающих нейтронопоглощающими свойствами, и может быть использовано в качестве защитного слоя при изготовлении транспортно-упаковочных конструкций (ТУК) для транспортировки и хранения отработанного ядерного топлива, а также для биологической защиты от других случаев нейтронных излучений.

Изобретение относится к лантаноидсодержащим соединениям, состоящим из сополимера этилметакрилата и 3-аллилпентандиона-2,4 (100:1), связанного через -дикетонатную группу с ионом лантаноида (+3), который, в свою очередь, связан с молекулами лиганда, представляющего собой -дикетон, общей формулы где Ln - ион лантаноида (+3) (La 3+, Pr3+, Nd3+ Sm3+, Eu 3+, Gd3+, Tb3+, Dy3+, Ho3+, Er3+, Tm3+, Yb3+ ), n - количество звеньев этилметакрилата в цепи сополимера; m - количество лантаноидсодержащих звеньев в цепи сополимера; R1, R2, R3, R4 - органические радикалы (СН3-метил, С6Н 5-фенил): R1=R2=R3=R 4=СН3 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент пентандион-2,4 (ацетилацетона) и лигандом, представляющим собой ацетилацетон; R1=R 3=СН3, R2=R4=С6 Н5 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент бензоилацетона и лигандом, представляющим собой бензоилацетон; R1=R2=R3 =R4=С6Н5 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент дибензоилметана и лигандом, представляющим собой дибензоилметан; R1 =R3=R4=СН3, R2=С 6Н5 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент бензоилацетона и лигандом, представляющим собой ацетилацетон; R1=R2=С6 Н5, R3=R4=СН3 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент дибензоилметана и лигандом, представляющим собой ацетилацетон; R1=R2=R3=С6Н 5, R4=СН3 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент дибензоилметана и лигандом, представляющим собой бензоилацетон.

Изобретение относится к ядерной технике, а именно к материалам для защиты от ионизирующего излучения, и предназначено для использования при изготовлении элементов радиационно-защитных экранов.

Изобретение относится к области дорожно-строительных материалов, касающихся составов смесей для изготовления асфальтобетонов, которые могут быть использованы при устройстве покрытий автомобильных дорог, аэродромов, мостового полотна, искусственных сооружений и т.п.

Изобретение относится к технологии получения полиолефиновой кислородопоглощающей композиции, предназначенной для изготовления уплотнительных прокладок для герметичного укупоривания полимерных и стеклянных бутылок с пищевыми жидкостями.
Изобретения относится к эластомерной композиции, которая имеет степень биоразлагаемости менее 50%, предпочтительно менее 30%, и она содержит, по меньшей мере, 0,5% и не более 99,95 вес.% ацетата крахмалистого материала, который имеет степень замещения (СЗ) от 2,5 до 3 и, по меньшей мере, 0,05 вес.% и не более 99,5 вес.% полимера, отличного от крахмала, причем указанный полимер выбран из группы, состоящей з из натуральных каучуков и их производных, полиизобутиленов, полиизопренов, бутадиен-стирольных сополимеров (SBR), бутадиен-акрилонитриловых сополимеров, гидрогенизированных бутадиен-акрилонитриловых сополимеров, акрилонитрил-стирол-акрилатных сополимеров (ASA), этилен/метилакрилатных сополимеров (ЕАМ), термопластических полиуретанов (TPU) типа простого эфира или типа сложный эфир-простой эфир, полиэтиленов или полипропиленов, функционализированных галогенированным силаном, элементарными звеньями акрилового или малеинового ангидрида, разновидностей каучуков на основе сополимера этилен-диеновый мономер (EDM) и каучуков на основе сополимера этилен-пропилен-диеновый мономер (EPDM), термопластических эластомеров, полученных из полиолефинов (ТРО), стирол-бутилен-стирольных сополимеров (SBS) и стирол-этилен-бутилен-стирольных сополимеров (SEBS), функционализированных элементарными звеньями малеинового ангидрида, и каких-либо смесей этих полимеров.

Группа изобретений относится к полиэтиленовым композициям для пленок или литых изделий. Композиция имеет индекс текучести расплава при 5 кг/190°С (MI5 кг) от 0,25 до 3 г/10 мин, Mz более чем 2000000 г/моль и менее чем 370000 г/моль и значение индекса Hostalen (HI) от 0,18 до 18.
Изобретение относится к герметизирующей мастике и может быть использовано в промышленном и жилищном строительстве, в автомобильной промышленности и других отраслях промышленности для герметизации, гидроизоляции, антикоррозионной защиты.
Изобретение относится к эластомерной композиции невысыхающего типа и может быть использовано в отраслях промышленности для герметизации, гидроизоляции и антикоррозионной защиты металлических конструкций и сварных швов.
Изобретение относится полимерной композиции для изготовления герметизационных и электроизоляционных материалов для производства оболочки кабелей связи. Композиция содержит полиэтилен низкого давления, в качестве пластификатора смазку буксол и сыпучий наполнитель, представляющий собой оксид титана.
Изобретение относится к полиэтиленовой композиции, предназначенной для получения трудногорючих конструкционных материалов общетехнического и инженерно-технического назначения.
Изобретение относится к антифрикционной полимерной композиции на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, в частности, для изготовления подшипников скольжения в подвижных узлах трения машин и механизмов.

Изобретение относится к ядерной технике, а именно к материалам для защиты от ионизирующего излучения, и предназначено для использования при изготовлении элементов радиационно-защитных экранов.

Изобретение относится к способу получения радиационно-защитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для изготовления конструкционных изделий радиационной защиты. Способ включает предварительную сушку при температуре 100-130°C порошков сверхвысокомолекулярного полиэтилена, вольфрама и карбида бора. Затем порошки сверхвысокомолекулярного полиэтилена в количестве 32 мас., вольфрама - 60 мас. и карбида бора - 8 мас. смешивают и подвергают обработке в высокоэнергетичной планетарной мельнице с металлическими мелящими телами, с последующим термопрессованием смеси порошков при температуре 180-200°C и давлении 35-40 МПа. 1 ил., 1 пр.

Наверх