乏燃料運(yùn)輸容器用中子屏蔽材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種乏燃料運(yùn)輸容器用中子屏蔽材料。進(jìn)一步講，涉及適用于作為使 用過(guò)的核燃料運(yùn)輸容器的灌封材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 所謂乏燃料是指核電發(fā)站運(yùn)轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生的中、低放射性核廢料。根據(jù)我國(guó)核電中 長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，到2020年，核電運(yùn)行裝機(jī)容量爭(zhēng)取達(dá)到4000萬(wàn)千瓦，在建1800萬(wàn)千瓦。在 核電項(xiàng)目建設(shè)的同時(shí)，必須同步建設(shè)中、低放射性核廢料處置場(chǎng)，而將乏燃料安全運(yùn)輸?shù)教?置場(chǎng)是發(fā)展核電必須解決的重要問(wèn)題之一。乏燃料運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備是運(yùn)輸容器。由于乏燃 料仍具有強(qiáng)放射性和剩余反應(yīng)性，因此，乏燃料運(yùn)輸容器必須具有屏蔽輻射的功能，而且還 必須同時(shí)具備力學(xué)性能、耐熱性、防火等性能。此外，受乏燃料運(yùn)輸容器結(jié)構(gòu)的限制，通常運(yùn) 輸容器所需的中子屏蔽材料需采用澆注成型，故中子屏蔽材料必須具有較低的粘度，以確 保澆注成型過(guò)程中中子屏蔽材料致密性、各種原材料特別是硼元素的均勻性，否則就會(huì)影 響屏蔽效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是：提供一種具有一定的耐熱性、耐久性、強(qiáng)度和中子屏蔽能力，同 時(shí)具有適宜澆注成型粘度的乏燃料運(yùn)輸容器用中子屏蔽材料。
[0004] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：一種乏燃料運(yùn)輸容器用中子屏蔽材料，其特征在 于，它是由環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、阻燃劑和硼化合物組成；
[0005]所述環(huán)氧樹(shù)脂由雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂或雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂35~75wt%，氫化環(huán)氧樹(shù) 脂5~40wt%，活性稀釋劑20~40wt%組成，上述各組分之和為100% ;
[0006] 所述固化劑為多胺化合物，其用量按胺氫與環(huán)氧基的當(dāng)量比為0. 8~1. 1計(jì)算；
[0007] 所述阻燃劑為硼酸鋅、氧化銻、氫氧化鎂或氫氧化鋁中的一種或兩種，其用量與樹(shù) 脂和固化劑用量之和的重量比為1. 1~1. 7 ;
[0008] 所述硼化合物為碳化硼或氮化硼，其用量為環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑和阻燃劑總重量的 0. 1 ~20wt%。
[0009] 上述乏燃料運(yùn)輸容器用中子屏蔽材料，其所述環(huán)氧樹(shù)脂為分子結(jié)構(gòu)式如（I)所 示的化合物：
[0010]
[0011] 式中，札和尺2各自獨(dú)立地選自CH3，H，n= 0~2 ;
[0012] 所述氫化環(huán)氧樹(shù)脂為分子結(jié)構(gòu)式如（II)所示的化合物：
[0013]
[0014] 式中，n= 0~3,氫化度彡85% ;
[0015] 所述活性稀釋劑為分子結(jié)構(gòu)式如（III)、（IV)所示的化合物中的一種或兩種：
[0016]
[0019] 式中，n= 4 ~15。
[0020] 上述乏燃料運(yùn)輸容器用中子屏蔽材料，其所述固化劑為二乙烯三胺、三乙烯四胺、 四乙烯五胺、五乙烯六胺、間苯二甲胺、異佛爾酮二胺中的一種或幾種。
[0021] 上述乏燃料運(yùn)輸容器用中子屏蔽材料，其所述阻燃劑為硼酸鋅、氧化銻、氫氧化鎂 或氫氧化錯(cuò)的顆粒粒徑為> 10ym且< 50ym。
[0022] 上述乏燃料運(yùn)輸容器用中子屏蔽材料，其所述硼化合物碳化硼或氮化硼的顆粒粒 徑> 10ym且< 50ym。
[0023] 上述乏燃料運(yùn)輸容器用中子屏蔽材料按如下方法制備：
[0024] ①按照權(quán)利要求1所述的配方量將環(huán)氧樹(shù)脂、阻燃劑和硼化合物加入到真空攪拌 缸中，閉合真空攪拌缸，開(kāi)啟攪拌和刮壁，以轉(zhuǎn)速500r/min攪拌5~15min;
[0025] ②抽真空并使絕對(duì)真空度穩(wěn)定在<0.OIMPa后，攪拌50min，停止攪拌，打開(kāi)放空 閥至常壓；
[0026] ③加入配方量的固化劑，閉合真空攪拌缸，抽真空并使絕對(duì)真空度穩(wěn)定在 < 0.OIMPa后，開(kāi)啟攪拌和刮壁，以轉(zhuǎn)速500r/min攪拌5~15min，攪拌過(guò)程中控制物料溫 度在10~35°C;
[0027] ④停止攪拌，保持上述絕對(duì)真空度靜置2~lOmin，然后打開(kāi)放空閥至常壓，出料 制得中子屏蔽材料。
[0028] 本發(fā)明的技術(shù)效果是：本發(fā)明技術(shù)方案的乏燃料運(yùn)輸容器用中子屏蔽材料具有下 述有益效果：①本發(fā)明的中子屏蔽材料采用適量的易得的雙酚A型或雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂、氫 化環(huán)氧樹(shù)脂、活性稀釋劑組成基本樹(shù)脂，其中，氫化環(huán)氧樹(shù)脂提高體系氫元素含量，確保能 將乏燃料所釋放的中子有效減速；適當(dāng)?shù)幕钚韵♂寗┯糜谡{(diào)節(jié)中子屏蔽材料的粘度，不僅 使中子屏蔽材料更便于澆注成型，還確保各個(gè)組分的均勻性，特別是硼元素的均勻性，保證 中子屏蔽材料的屏蔽作用得到充分發(fā)揮；②采用適量的多胺化合物與環(huán)氧樹(shù)脂組分配合， 使得中子屏蔽材料具有較高的反應(yīng)性，確保可以在40~60°C下30min之內(nèi)固化成型，而且 用多胺化合物作為固化劑提高了體系氫元素含量，更利于乏燃料所釋放的中子有效減速； ③本發(fā)明的中子屏蔽材料不需使用密度增加劑，而是通過(guò)采用真空攪拌的方式使各個(gè)組 分混合，保證材料密度> 1. 55g/cm3,這樣，避免因常壓下攪拌帶入空氣對(duì)最終材料的密度 的影響，也避免因密度增加劑在材料固化過(guò)程中的沉降過(guò)程，而導(dǎo)致材料不均勻的缺點(diǎn)，確 保最終產(chǎn)品的均勻性、密度能夠滿足乏燃料運(yùn)輸容器用中子屏蔽材料的要求。此外，省去密 度增加劑，也降低了原材料成本。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述，但不局限于此。
[0030] 實(shí)施例所用原材料除另有說(shuō)明外均為市售工業(yè)用品，可通過(guò)商業(yè)渠道購(gòu)得。
[0031] 本發(fā)明的中子屏蔽材料是由環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、阻燃劑和硼化合物組成；
[0032] 所述環(huán)氧樹(shù)脂由雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂或雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂35~75wt%，氫化環(huán)氧樹(shù) 脂5~40wt%，活性稀釋劑20~40wt%組成，上述各組分之和為100% ;
[0033] 所述固化劑為多胺化合物，其用量按胺氫與環(huán)氧基的當(dāng)量比為0. 8~1. 1計(jì)算；
[0034] 所述阻燃劑為硼酸鋅、氧化銻、氫氧化鎂或氫氧化鋁中的一種或兩種，其用量與樹(shù) 脂和固化劑用量之和的重量比為1. 1~1. 7 ;
[0035] 所述硼化合物為碳化硼或氮化硼，其用量為環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑和阻燃劑總重量的 0. 1 ~20wt%。
[0036] (一）實(shí)施例1~3中子屏蔽材料的配方分別見(jiàn)表1、2和3。
[0037] 表中，雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂170為市售品，其結(jié)構(gòu)式如下：
[0038]
[0039] 其環(huán)氧當(dāng)量為160~180g/eq。
[0040] 雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂E-51為市售品，其結(jié)構(gòu)式如下：
[0041]
[0042] 其環(huán)氧當(dāng)量為180~200g/eq;
[0043] 氫化環(huán)氧樹(shù)脂5000為市售品，其結(jié)構(gòu)式如下：
[0044]
[0045] 其環(huán)氧當(dāng)量為220~240g/eq，氫化度為95%。
[0046] 氫化環(huán)氧樹(shù)脂ST-3000為市售品，其結(jié)構(gòu)式如下：
[0047]
[0048] 其環(huán)氧當(dāng)