一种隔热屏蔽气凝胶、隔热屏蔽材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及屏蔽材料领域，具体涉及一种隔热屏蔽气凝胶、隔热屏蔽材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着核技术的发展应用，核能已广泛应用于核电、核动力船舶、无损检测、放射治疗等产业。核反应堆、加速器等放射源，在运行过程中会产生核辐射，尤其是中子辐射，其穿透力强，对人员及设备会造成巨大的威胁，由此带来的辐射安全与防护问题越来越重要。
3.聚合物基复合材料由于具有轻质、加工性能好、性能可调范围宽等特点，已被越来越多地应用于核辐射防护领域，如含氢量较高的石蜡、聚乙烯、聚丙烯等，与碳化硼、铅粉等功能性屏蔽填料制备的复合材料。
4.然而，核反应过程中不可避免地伴随着热量的释放，而热塑性聚烯烃树脂热变形温度及熔点低，高温易变形及熔融，无法在高温环境下使用。因此，开发具有一定隔热性能的新型屏蔽材料迫在眉睫。


技术实现要素：

5.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中用于核辐射防护的聚合物基复合材料高温易变形及熔融，无法在高温环境下使用的缺陷，从而提供一种隔热屏蔽气凝胶、隔热屏蔽材料及其制备方法和应用。
6.第一方面，本发明提供一种隔热屏蔽气凝胶，按照摩尔份数计，其原料包括：正硅酸乙酯1～2份、碳化硼0.003～0.005份、乙醇15～17份、蒸馏水2～3份、盐酸0.0004～0.0005份和氨水0.001～0.003份。
7.进一步地，所述的隔热屏蔽气凝胶，按照摩尔份数计，其原料包括：正硅酸乙酯1份、碳化硼0.0037份、乙醇17份、蒸馏水3份、盐酸0.0005份和氨水0.001份。
8.进一步地，所述乙醇为无水乙醇，纯度95％；所述盐酸的浓度为0.1％；所述氨水的浓度为25％。
9.第二方面，本发明提供一种隔热屏蔽材料，包括所述的隔热屏蔽气凝胶以及纤维预制件。
10.进一步地，所述纤维预制件为玻璃纤维毡，优选的，所述玻璃纤维毡的厚度为10mm。
11.第三方面，本发明提供所述的隔热屏蔽材料的制备方法，包括如下步骤：
12.(1)将正硅酸乙酯、乙醇和蒸馏水进行机械搅拌混合，搅拌过程中加入盐酸，充分混合后密封静置，形成sio2溶胶；
13.(2)在搅拌过程中向步骤(1)得到的sio2溶胶中加入碳化硼和氨水，待即将凝胶时停止搅拌，得到b4c/sio2溶胶；
14.(3)将纤维预制件添加到模具中，倒入步骤(2)得到的b4c/sio2溶胶，保证纤维预制
件被完全浸透，老化、干燥后得到隔热屏蔽材料。
15.进一步地，步骤(1)中，搅拌时间为2h，搅拌温度为30℃，静置时间7h。
16.进一步地，步骤(2)中，搅拌时间为2h，搅拌温度为30℃。
17.进一步地，步骤(3)中，老化温度为55℃，老化时间为2d。
18.第四方面，本发明提供所述的隔热屏蔽材料，或者所述的制备方法得到的隔热屏蔽材料在中子屏蔽中的应用。
19.制备隔热屏蔽材料的工艺流程图如图1所示，正硅酸乙酯(teos)和碳化硼(b4c)在乙醇(etoh)、蒸馏水(h2o)、盐酸(hcl)和氨水(nh3·
h2o)中反应形成b4c/sio2溶胶；用b4c/sio2溶胶浸湿纤维预制件，得含纤维预制件的b4c/sio2溶胶，老化过程中先后得到含纤维预制件的b4c/sio2溶胶、含纤维预制件的b4c/sio2凝胶、纤维/气凝胶，即得到隔热屏蔽材料。
20.本发明技术方案，具有如下优点：
21.本发明提供的隔热屏蔽气凝胶由正硅酸乙酯、碳化硼等功能性屏蔽粒子混合加工而成，其中正硅酸乙酯作为气凝胶的基体材料，碳化硼作为热中子吸收剂，将其与纤维预制件共同制备的隔热屏蔽材料具有优秀的隔热性能、高温稳定性，同时也兼具一定的防辐射性能，适用于高温环境下的中子屏蔽。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本发明提供的实施方式中制备隔热屏蔽材料的工艺流程图。
具体实施方式
24.提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
25.实施例中，正硅酸乙酯为硅源，作为气凝胶基体材料，分子式为(c2h5o)4si；碳化硼为热中子吸收剂，分子式为b4c，硼元素为天然丰度的硼，其中热中子吸收的有效成份
10
b约占b元素含量的20％；乙醇为无水乙醇(ch3ch2oh)，纯度95％；蒸馏水为自制去离子水(h2o)；盐酸浓度为0.1％；氨水浓度25％。
26.实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用原料或仪器，均为可以通过市购获得的常规产品，包括但不限于本申请实施例中采用的原料或仪器。
27.实施例1
28.本实施例提供一种隔热屏蔽材料的制备方法，步骤如下：
29.(1)将正硅酸乙酯(1mol)、乙醇(17mol)和蒸馏水(3mol)进行机械搅拌混合，搅拌过程中加入盐酸(0.0005mol)，搅拌温度30℃，搅拌时间总计2h，搅拌完成后密封静置7h，形
成sio2溶胶；
30.(2)在搅拌过程中向步骤(1)得到的sio2溶胶中加入碳化硼(0.0037mol)和氨水(0.001mol)，搅拌温度30℃，搅拌时间2h，待即将凝胶时停止搅拌，得到b4c/sio2溶胶；
31.(3)将厚度10mm的玻璃纤维毡添加到塑料模具中，倒入步骤(2)得到的b4c/sio2溶胶，保证玻璃纤维毡被完全浸透，在55℃下老化2天后得到隔热屏蔽材料，该隔热屏蔽材料的厚度为20cm。
32.耐高温性能模拟：
33.采用ansys对实施例1制备得到的隔热屏蔽材料的隔热性能进行了模拟，热端温度为210℃的情况下，经实施例1制备得到的隔热屏蔽材料后，其冷端温度可降低至94℃以下。
34.屏蔽性能模拟：
35.利用mcnp程序对实施例1制备得到的隔热屏蔽材料进行了热中子吸收性能模拟计算，结果表明：其热中子吸收率可达50％以上。
36.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。


技术特征：
1.一种隔热屏蔽气凝胶，其特征在于，按照摩尔份数计，其原料包括：正硅酸乙酯1～2份、碳化硼0.003～0.005份、乙醇15～17份、蒸馏水2～3份、盐酸0.0004～0.0005份和氨水0.001～0.003份。2.根据权利要求1所述的隔热屏蔽气凝胶，其特征在于，按照摩尔份数计，其原料包括：正硅酸乙酯1份、碳化硼0.0037份、乙醇17份、蒸馏水3份、盐酸0.0005份和氨水0.001份。3.根据权利要求1或2所述的隔热屏蔽气凝胶，其特征在于，所述乙醇为无水乙醇，纯度95％；所述盐酸的浓度为0.1％；所述氨水的浓度为25％。4.一种隔热屏蔽材料，其特征在于，包括权利要求1～3任一项所述的隔热屏蔽气凝胶以及纤维预制件。5.根据权利要求4所述的隔热屏蔽材料，其特征在于，所述纤维预制件为玻璃纤维毡，优选的，所述玻璃纤维毡的厚度为10mm。6.权利要求4或5所述的隔热屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将正硅酸乙酯、乙醇和蒸馏水进行机械搅拌混合，搅拌过程中加入盐酸，充分混合后密封静置，形成sio2溶胶；(2)在搅拌过程中向步骤(1)得到的sio2溶胶中加入碳化硼和氨水，待即将凝胶时停止搅拌，得到b4c/sio2溶胶；(3)将纤维预制件添加到模具中，倒入步骤(2)得到的b4c/sio2溶胶，保证纤维预制件被完全浸透，老化、干燥后得到隔热屏蔽材料。7.根据权利要求6所述的隔热屏蔽材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，搅拌时间为2h，搅拌温度为30℃，静置时间7h。8.根据权利要求6所述的隔热屏蔽材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，搅拌时间为2h，搅拌温度为30℃。9.根据权利要求6所述的隔热屏蔽材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，老化温度为55℃，老化时间为2d。10.权利要求4或5所述的隔热屏蔽材料，或者权利要求6～9任一项所述的制备方法得到的隔热屏蔽材料在中子屏蔽中的应用。

技术总结
本发明提供一种隔热屏蔽气凝胶、隔热屏蔽材料及其制备方法和应用，涉及屏蔽材料领域。本发明提供的隔热屏蔽气凝胶由正硅酸乙酯、碳化硼等功能性屏蔽粒子混合加工而成，其中正硅酸乙酯作为气凝胶的基体材料，碳化硼作为热中子吸收剂，将其与纤维预制件共同制备的隔热屏蔽材料具有优秀的隔热性能、高温稳定性，同时也兼具一定的防辐射性能，适用于高温环境下的中子屏蔽。中子屏蔽。中子屏蔽。


技术研发人员：徐晓辉 李晓玲 聂凌霄 李文博 余明
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七一九研究所
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2022/3/8