Термостойкая полиоргансилоксановая композиция для защиты от нейтронного излучения

Изобретение относится к материалам для защиты от нейтронного излучения. Предложена термостойкая полиорганосилоксановая композиция, содержащая (мас.ч.) полимерное связующее – диметилсилоксановый каучук с концевыми –ОН группами СКТН-А (100), наполнитель аморфный бор (5-30), искусственный графит (5-50) и катализатор К-18 (4). Технический результат - создание термостойкой композиции для поглощения нейтронов, позволяющей повысить надежность защитных свойств получаемого материала, а также использовать его при температуре более 250°С. 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к ядерной технике при создании материалов для защиты от нейтронного излучения. Материал содержит полиорганосилоксан с концевыми группами -ОН, который взаимодействует с другими компонентами. Дополнительные компоненты включают в себя: нейтронопоглощающее соединение, такое как порошок аморфного бора, графит искусственный для замедления нейтронов, катализатор отверждения, чтобы в дальнейшем получить борсодержащую композицию с высокими защитными свойствами.

Известна боросодержащая композиция для защиты от нейтронного излучения на основе полипропилена, содержащая в качестве наполнителя бор аморфный и нитрид бора при следующем соотношении компонентов, мас. %: бор аморфный 4-6; нитрид бора 9-11; полипропилен 83-87. Технология приготовления данной композиции включает смешение всех компонентов в шаровом смесителе с дальнейшим экструдированием полученной смеси. Полученная композиция используется в качестве конструкционного материала, из которого изготавливают изделия по установленной технологии (Патент РФ №2096431, опубл. 20.11.97, МПК C08L 23/12).

Известна боросодержащая композиция для защиты от нейтронного излучения, включающая олефиновый полимер, представляющий собой полипропилен или полиэтилен, с наполнителем - нитридом бора при следующем соотношении компонентов, мас. %: полипропилен или полиэтилен 30-50, нитрид бора 50-70. Способ приготовления данной композиции заключается в смешении нитрида бора с частью олефинового полимера в шаровом смесителе с последующим добавлением оставшегося олефинового полимера и продолжением смешения в шаровом смесителе (Патент РФ №2148062, опубл. 27.04.2000, МПК C08K 3/38).

Недостатком вышеописанных боросодержащих композиций является то, что материал не успевает вступить в ядерную реакцию с быстрыми (до 10 МэВ) и со сверхбыстрыми нейтронами, поэтому композиции не обеспечивают надежность защитных свойств от нейтронного излучения.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является композиция для нейтронной защиты на основе полимера, включающая борсодержащее соединение, где в качестве полимера используется полидиметилсилоксан с концевыми гидроксильными группами и молекулярной массой 70000-100000 и дополнительно содержит низкомолекулярный полидиэтилсилоксан, этилсиликат и оловоорганический катализатор (Патент РФ №2 373 587, опубл. 2.11.2009, МПК G21F 5/00).

Недостатками известного материала являются относительно невысокая термостойкость и термоокислительная стабильность, не позволяющая использовать материал длительно при температуре 250-300°С, а также недостаточно высокая надежность защитных свойств от нейтронного излучения.

Задачей заявляемого изобретения является создание термостойкой композиции для поглощения нейтронов, позволяющей повысить надежность защитных свойств получаемого материала, а также использовать его при температуре более 250°С.

Данная задача решается за счет того, что заявленная композиция на основе диметилсилоксанового каучука включает наполнитель аморфный бор, в качестве замедлителя нейтронов - графит искусственный и катализатор при следующем соотношении компонентов, мас. ч:

Диметилсилоксановый каучук - 100

Бор аморфный - 5-30

Графит искусственный - 5-50

Катализатор - 4

Техническим результатом данного предлагаемого изобретения является возможность получения термостойкой композиции, в которой аморфный бор будет поглощать нейтроны, а графит замедлять, чтобы в дальнейшем получить материал с высокими защитными свойствами от нейтронного излучения.

В качестве полимерного связующего используют диметилсилоксановый каучук СКТН-А (ГОСТ 13835-73), в качестве поглотителя нейтронов - наполнитель бор аморфный (ТУ 1-92-154-90), в качестве замедлителя нейтронов - графит искусственный (ТУ-1916-109-71-2000, марка Б), в качестве катализатора отверждения полимерного связующего - катализатор К-18. Катализатор К-18 (ТУ 6-02-805-75) представляет собой раствор диэтилдикаприлата олова в этилсиликате при соотношении 1:4 соответственно.

Для реализации заявляемого изобретения используется следующая технология приготовления композиции: в лабораторном смесителе к диметилсилоксановому каучуку СКТН-А добавляется при перемешивании сначала аморфный бор, затем графит искусственный. Время перемешивания 5 мин. Затем добавляется катализатор и перемешивается. Затем вся композиция заливается в форму. Время отверждения приготовленного материала при комнатной температуре - 72 часа.

Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1. В лабораторном смесителе к диметилсилоксановому каучуку СКТН-А добавляется при перемешивании сначала аморфный бор в количестве 5 мас. ч на 100 мас. ч каучука, затем графит искусственный в количестве 5 мас. ч на 100 мас. ч каучука. Время перемешивания 5 мин. Затем добавляется катализатор в количестве 4 мас. ч на 100 мас. ч каучука и перемешивается. Затем вся композиция заливается в форму. Время отверждения приготовленного материала при комнатной температуре - 72 часа.

Пример 2. В лабораторном смесителе к диметилсилоксановому каучуку СКТН-А добавляется при перемешивании сначала аморфный бор в количестве 15 мас. ч на 100 мас. ч каучука, затем графит искусственный в количестве 20 мас. ч на 100 мас. ч каучука. Время перемешивания 5 мин. Затем добавляется катализатор в количестве 4 мас. ч на 100 мас. ч каучука и перемешивается. Затем вся композиция заливается в форму. Время отверждения приготовленного материала при комнатной температуре - 72 часа.

Пример 3. В лабораторном смесителе к диметилсилоксановому каучуку СКТН-А добавляется при перемешивании сначала аморфный бор в количестве 30 мас. ч на 100 мас. ч каучука, затем графит искусственный в количестве 40 мас. ч на 100 мас. ч каучука. Время перемешивания 5 мин. Затем добавляется катализатор в количестве 4 мас. ч на 100 мас. ч каучука и перемешивается. Затем вся композиция заливается в форму. Время отверждения приготовленного материала при комнатной температуре - 72 часа.

Свойства материалов, полученных с использованием известной и предлагаемой композиции, приведены в таблице 1.

Термостойкая полиорганосилоксановая композиция для защиты от нейтронного излучения на основе полимерного связующего, наполнителя аморфного бора и катализатора, отличающаяся тем, что в качестве полимерного связующего содержит диметилсилоксановый каучук СКТН-А, в качестве катализатора содержит катализатор К-18 и дополнительно содержит графит искусственный при следующем соотношении компонентов, мас.ч:

Диметилсилоксановый каучук СКТН-А	100
Бор аморфный	5-30
Графит искусственный	5-50
Катализатор К-18	4