本發(fā)明屬于原子能技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種中子屏蔽材料，特別是涉及含有硼元素和硬脂酸鹽的復(fù)合材料，該材料可用作中子慢化吸收的屏蔽防護(hù)材料。本發(fā)明還涉及所述材料的制備方法。

背景技術(shù)：
目前，在原子能利用包括運(yùn)用中子散射進(jìn)行測試分析時(shí)，均需對中子輻射進(jìn)行有效的屏蔽防護(hù)，或慢化或吸收，一方面保護(hù)人體免受中子的輻射損害，另一方面降低雜散中子產(chǎn)生的探測器本底和減少其對儀器的輻照損壞。通常，屏蔽材料的選擇需要綜合考慮其屏蔽效率，材料特性包括機(jī)械性能，和生產(chǎn)工藝成本三方面。對于中子的屏蔽吸收，一般選擇中子吸收截面較大的元素，例如，氦(He)、鋰(Li)、釓(Gd)、鎘(Cd)和硼(B)等，常見吸收元素中吸收截面高于10B的只有Gd（釓），Sm（釤），Eu（銪）。但Sm（釤），Eu（銪）的制備工藝復(fù)雜，價(jià)格十分昂貴，而Gd（釓）的使用壽命很短。此外，除B以外，其它元素都會(huì)在吸收中子后放出穿透性很強(qiáng)的γ射線，增加廢料處理的困難。因此，工藝相對簡單而且價(jià)廉的10B元素?zé)o疑成為中子的屏蔽吸收的最佳選擇。另外，含氫量高的物質(zhì)如-CH2、CH4或H2O等，是有效的中子慢化材料，可使入射中子的吸收截面顯著增加從而在慢化和吸收雙重作用下被有效屏蔽。現(xiàn)行的中子屏蔽材料多是將重金屬與聚乙烯及B4C等復(fù)合組成，同時(shí)需添加一系列耦聯(lián)劑，不但工藝過程復(fù)雜，而且成本太高。由于B4C的價(jià)格是硼酐或硼砂的10倍以上，所得制品也因工業(yè)上用作磨料的B4C的硬度極高（硬度僅次于金剛石）而較硬，加工時(shí)機(jī)床刀具磨損非常嚴(yán)重，幾次后刀具就會(huì)報(bào)廢，同時(shí)也不易于加工成所需形狀，無法滿足實(shí)際需要。另一類制備屏蔽防護(hù)材料的方法，是將中子慢化劑與吸收材料做成“三明治”型夾層結(jié)構(gòu)，雖然工藝相對簡單，但由于兩種材料在復(fù)合體中的分布不均，明顯影響屏蔽效果，達(dá)不到理想的中子屏蔽目的。因此，本領(lǐng)域仍然需要有一種新的中子屏蔽材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種新的中子屏蔽材料，期望其具有至少一個(gè)以下方面的效果：成本低廉、制備簡單、成型性好、產(chǎn)品優(yōu)良率高、中子屏蔽效果好等。本發(fā)明以超高分子量聚乙烯為基材，添加含硼化合物可以有效地增大屏蔽材料的密度，從而使屏蔽效率呈指數(shù)的提高，令人滿意地實(shí)現(xiàn)了上述效果,尤其是屏蔽材料的成品率、斷裂強(qiáng)度和延伸率(塑性)有了很大的提高,從而提高了材料的使用壽命,且能更方便和易于加工成型成所需不同形狀和結(jié)構(gòu)的制品。為此，本發(fā)明第一方面提供了一種中子屏蔽材料，其包含：超高分子量聚乙烯、至少一種硼化合物、和至少一種硬脂酸或其鹽。在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，其中所述硼化合物選自硼酐、硼砂、無水硼砂或其組合。在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，其中所述硬脂酸鹽是ⅡB、Ⅱa族元素與硬脂酸形成的鹽。在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，其中所述硬脂酸或其鹽選自硬脂酸、硬脂酸鎂、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、或其組合。在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，以每100重量份的超高分子量聚乙烯計(jì)，該中子屏蔽材料中包含硼化合物的量為1-50重量份、5-50重量份、12-50重量份、20-50重量份、26-37重量份、37-50重量份。在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，以每100重量份的超高分子量聚乙烯計(jì)，該中子屏蔽材料中包含硬脂酸或其鹽的量為0.1-10重量份、0.1-3重量份、0.5-10重量份、1-10重量份、0.5-5重量份、3-5重量份。在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，其中所述中子屏蔽材料包含：高密度聚乙烯100重量份、硼化合物1-200重量份、和硬脂酸或其鹽0.1-20重量份。在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，其中所述中子屏蔽材料包含：超高分子量聚乙烯100重量份、硼化合物1-50重量份、和硬脂酸或其鹽0.1-10重量份。在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，其中所述中子屏蔽材料包含：超高分子量聚乙烯100重量份、硼化合物5-50重量份、和硬脂酸或其鹽0.1-5重量份。在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，其中所述中子屏蔽材料包含：超高分子量聚乙烯100重量份、硼化合物12-50重量份、和硬脂酸或其鹽0.5-5重量份。在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，其中所述中子屏蔽材料包含：超高分子量聚乙烯100重量份、硼化合物20-50重量份、和硬脂酸或其鹽3-5重量份。在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，其中所述中子屏蔽材料包含：超高分子量聚乙烯100重量份、硼化合物26-37重量份、和硬脂酸或其鹽0.5-10重量份。在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，其中所述中子屏蔽材料包含：超高分子量聚乙烯100重量份、硼化合物37-50重量份、和硬脂酸或其鹽1-10重量份。在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，其中還可以包含重金屬材料例如但不限于鉛、鎢或者它們的化合物，以及它們的組合。這些重金屬材料的用量根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識(shí)是并閱讀本說明書后是容易確定的。在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，其中還可以包含選自下列的其它類型的硼化合物：碳化硼、氮化硼、或其組合。這些硼化合物的用量根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識(shí)是并閱讀本說明書后是容易確定的，例如以每100重量份的超高分子量聚乙烯計(jì)，包含硼化合物的總量為1-50重量份、5-50重量份、12-50重量份、20-50重量份、26-37重量份、237-50重量份。在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，其中還可以包含阻燃劑，其非限制性的例子是氫氧化鋁、含磷化合物或其組合。這些阻燃劑的用量根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識(shí)是并閱讀本說明書后是容易確定的，例如以每100重量份的超高分子量聚乙烯計(jì)，該中子屏蔽材料中還包含阻燃劑的量為0.1-10重量份、1-10重量份、0.1-5重量份。在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，所述中子屏蔽材料的密度為0.9~4g/cm3、優(yōu)選1~3g/cm3、優(yōu)選1~1.8g/cm3。本發(fā)明第二方面提供了制備本發(fā)明第一方面所述中子屏蔽材料的方法，其包括以下步驟：(a)根據(jù)配料比分別稱取超高分子量聚乙烯、硼化合物、硬脂酸或其鹽。(b)在攪拌機(jī)中將步驟(a)各成分混煉、攪拌均勻；(c)將步驟(b)所得混合料加熱到100~200℃，擠壓成熔融狀，再置于模具中，加壓成型，脫膜，冷卻，即得；或者將步驟(b)所得混合料直接置于模具中，加熱到100~250℃，加壓成型，加壓冷卻，脫膜，即得。在本發(fā)明第二方面方法的一個(gè)實(shí)施方案中，其中步驟(c)的加熱溫度為180~250℃。本發(fā)明任一方面的任一實(shí)施方案所具有的任一技術(shù)特征同樣適用于該方面的任一其它實(shí)施方案，并且亦同樣適用于其它方面的任一實(shí)施方案，只有它們不會(huì)出現(xiàn)矛盾，當(dāng)然，在相互組合時(shí)，可以對相關(guān)技術(shù)特征作適當(dāng)調(diào)整和改變，它們均在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種硼烯硬脂酸鹽型的中子屏蔽材料，其特征在于所述復(fù)合屏蔽材料包含如下成分：超高分子量聚乙烯：98.1%~40%；硼酐（B2O3）0.6%~30%；硼砂0.4%~19%；硬脂酸鹽（ⅡB、Ⅱa族元素硬脂酸鹽）0.9%~11%。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種硼烯硬脂酸鹽型的中子屏蔽復(fù)合材料的制備方法，其特征在于采用如下工藝流程：1、準(zhǔn)確配料，稱重誤差≤0.5%；2、混合均勻，4種物料的混合均勻度≧95%；3、加熱壓延成型，置入模具加熱到200℃±20℃；4、加壓冷卻，控制冷卻時(shí)間，脫模。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種硼烯硬脂酸鹽型的中子屏蔽復(fù)合材料，其中的硼砂或硼酐價(jià)格便宜、含有對中子吸收截面較大的10B元素，確保對中子屏蔽。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種硼烯硬脂酸鹽型的中子屏蔽材料，所述復(fù)合屏蔽材料包含如下成分：質(zhì)量份數(shù)的超高分子量聚乙烯：49~98.9份；硼酐（B2O3）或硼砂1~50份；硬脂酸及其鹽類（ⅡB、Ⅱa族元素硬脂酸鹽）0.1~1份。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種硼烯硬脂酸鹽型的中子屏蔽材料，其密度在1~2g/cm3之間，機(jī)加工性能良好，易于打孔或切割成所需形狀；在本發(fā)明方法中，所述加熱壓延成型階段，物料在模具中優(yōu)選加熱到200℃±20℃，施加20~50MPa的壓力，并在模具中保壓適當(dāng)時(shí)間例如2~5h，可以通過加壓時(shí)間來調(diào)整板材表面平整度，以做到表面均勻平整；所述冷卻步驟可包括水冷或空冷等方式，并可以控制冷卻時(shí)間。在本發(fā)明中，術(shù)語“中子屏蔽復(fù)合材料”、“中子屏蔽材料”、“復(fù)合屏蔽材料”等可以互換使用。在本發(fā)明中，涉及量的比或者%時(shí)，如未另外說明，是指重量比或重量百分?jǐn)?shù)。本發(fā)明提供了一種含硼化合物和超高分子量聚乙烯聚合物以及硬脂酸或其鹽的復(fù)合材料，還提供了該復(fù)合材料的制備方法，本發(fā)明的復(fù)合材料包含價(jià)格便宜、含有對中子吸收截面較大的B元素的硼砂或硼酐，以及具有較好成型性的超高分子量聚乙烯載體，還有硬脂酸或其鹽（如第二主副族元素硬脂酸鹽），制成了性能優(yōu)異、成本低廉、輕質(zhì)、成分均勻、易于加工且機(jī)械性能良好的中子屏蔽防護(hù)材料，能夠根據(jù)中子能量與中子通量大小進(jìn)行成分含量和材型厚度的調(diào)整，從而達(dá)到對中子的有效慢化與吸收，是一種較理想的中子屏蔽防護(hù)材料。制備本發(fā)明復(fù)合材料的工藝可以采用本領(lǐng)域已知的普通工藝，在一個(gè)實(shí)施方案中，其工藝流程包括：混合——>加熱壓延成型——>加壓冷卻——>脫模，可根據(jù)需要制成不同厚度且成分均勻的中子屏蔽材料。具體實(shí)施方式下面通過實(shí)施例和試驗(yàn)例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例或?qū)嶒?yàn)例。在下文具體的例子中，提及“份”時(shí)，是指重量份，并且每“份”為50g。在下文具體的例子中，在制備各種中子屏蔽材料時(shí)，所用模具的長寬尺寸為1m×1m，以壓制成15mm厚度的薄材投料壓制。A、實(shí)施例部分——制備本發(fā)明中子屏蔽材料實(shí)施例1：中子屏蔽材料的制備配方：超高分子量聚乙烯100份硼酐50份硬脂酸鋅10份制法：(a)稱取配方量的各材料；(b)在攪拌機(jī)中將步驟(a)各成分混煉、攪拌均勻；(c)將步驟(b)所得混合料一層層均勻的鋪設(shè)在模具中，加熱到200℃，同時(shí)施加40MPa的壓力進(jìn)行成型，保壓3h，脫膜，在另一模具中加壓冷卻2h，即得。制備過程中計(jì)算成品率，以產(chǎn)品無裂縫、無粘連、無脫塊等異常情況為滿意成品，其占總壓模數(shù)加工物品數(shù)的百分?jǐn)?shù)，即為成品率。實(shí)施例2：中子屏蔽材料的制備配方：超高分子量聚乙烯100份硼酐37份硬脂酸鋅/硬脂酸鈣(1：1)5份制法：基本上同實(shí)施例1，不同之處是使用的加熱溫度約220℃，所加壓力為50MPa。實(shí)施例3：中子屏蔽材料的制備配方：超高分子量聚乙烯100份硼砂/硼酐(1：1)26份硬脂酸鈣3份制法：基本上同實(shí)施例1，不同之處是使用的加熱溫度約240℃所加壓力為40MPa。實(shí)施例4：中子屏蔽材料的制備配方：制法：基本上同實(shí)施例1，不同之處是使用的加熱溫度約250℃所加壓力為20MPa。實(shí)施例5：中子屏蔽材料的制備配方：超高分子量聚乙烯100份無水硼砂12份硬脂酸鋅1份制法：基本上同實(shí)施例1，不同之處是使用的加熱溫度約20℃所加壓力為30MPa。實(shí)施例6：中子屏蔽材料的制備配方：超高分子量聚乙烯100份無水硼砂5份硬脂酸鈣/硬脂酸(1：1)0.1份制法：基本上同實(shí)施例1，不同之處是使用的加熱溫度約210℃所加壓力為30MPa。B、對比例部分對比例1：參考實(shí)施例1進(jìn)行制備，不同之處是不使用硬脂酸鋅。對比例2：參考實(shí)施例1進(jìn)行制備，不同之處是將其中的硼酐替換為碳化硼。對比例3：參考實(shí)施例1進(jìn)行制備，不同之處是將其中的硼酐替換為氮化硼。C、性能測試?yán)糠?、產(chǎn)品成品率統(tǒng)計(jì)本發(fā)明各實(shí)施例的成品率均在94~99.5%之間，其中實(shí)施例1、2、4、5的成品率均在98~99.5%之間。而各對比例的成品率均在70~80%之間，其中對比例1、3、5的成品率均在均在75%以下。2、密度測定采用塑料密度和相對密度國標(biāo)實(shí)驗(yàn)方法GB1033-86中規(guī)定的浸漬法測得各樣品密度(g/cm3)如以下表1所示。表1樣品密度(g/cm3)實(shí)施例11.125實(shí)施例21.108實(shí)施例31.060實(shí)施例41.021實(shí)施例50.986實(shí)施例60.9757對比例11.093對比例31.0543、中子削弱系數(shù)測試方法：采用Cf-252中子輻射源產(chǎn)生中子源(經(jīng)測算中子能量在2Mev左右)，采用氦-3管計(jì)數(shù)器測得樣品對2Mev快中子屏蔽效果。測試結(jié)果：按以上方法測得15毫米厚度的各樣品快中子削弱系數(shù)如以下表2所示。表2樣品厚度（mm）中子削弱系數(shù)實(shí)施例1151.85實(shí)施例2151.26實(shí)施例3151.22實(shí)施例4151.43實(shí)施例5151.08實(shí)施例6151.34對比例1151.65對比例2151.96對比例3151.084、機(jī)械性能采用GB1040-79對樣品進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)以測試其相應(yīng)的拉伸機(jī)械性能,并采用塑料硬度測試國標(biāo)GBT3398.1-2008中規(guī)定的球壓痕法測試各樣品的硬度值如下表3：表3