中子辐射防护用B4C/PI复合材料的制备及性能研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20221028.008

复合材料科学与工程 ›› 2022, Vol. 0 ›› Issue (10): 50-55.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20221028.008

中子辐射防护用B₄C/PI复合材料的制备及性能研究

龙鑫曦明¹, 潘蕾^1*, 张浩然¹, 高立新², 王若凡¹

1.南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京211106;
2.中国航发商用航空发动机有限责任公司,上海200241

收稿日期:2021-10-09 出版日期:2022-10-28 发布日期:2022-11-01
通讯作者: 潘蕾(1975-),女,博士,教授,主要从事纤维复合材料方面的研究,Bettypan@nuaa.edu.cn。
作者简介:龙鑫曦明(1995-),男,硕士研究生,主要从事聚酰亚胺复合材料方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金(52175329)

Preparation and properties study of B₄C/PI composite for neutron radiation protection

LONG Xin-xi-ming¹, PAN Lei^1*, ZHANG Hao-ran¹, GAO Li-xin², WANG Ruo-fan¹

1. College of Material Science and Technology, Nanjing University of Aeronautic and Astronautic, Nanjing 211106, China;
2. AECC Commercial Aircraft Engine Co., Ltd., Shanghai 200241, China

Received:2021-10-09 Online:2022-10-28 Published:2022-11-01

摘要/Abstract

摘要： 核技术应用产业的迅速发展﹐对中子辐射防护材料的种类、服役环境、结构性能提出更高要求。针对发展功能/结构一体化中子辐射防护材料需求,制备了碳化硼/聚酰亚胺(B₄C/PI)复合材料。碳化硼是一种重要的中子辐射屏蔽材料,具有较高屏蔽效率。选择B₄C粒子作为添加颗粒,使用硅烷偶联剂KH550用于官能化B₄C颗粒,以改善颗粒在聚酰亚胺基质中的分散性,成功制备了B₄C/PI复合材料。测试表明B₄C/PI复合材料具有良好的中子辐射屏蔽性能、机械性能及热稳定性。当B₄C含量为10%时,复合材料表现出极佳的性能,680 ℃时复合材料剩余质量为70.674%,热中子屏蔽率为62.36%,且拉伸强度为57.27 MPa。显示出巨大的应用潜力,可应用于需要具有高热稳定性和中子辐射屏蔽能力的材料领域中,例如聚变反应堆系统和核废料处理。

关键词: 聚酰亚胺, 中子屏蔽, 热稳定性, 机械性能

Abstract: With the rapid development of nuclear technology application industry, higher requirements are put forward for the types, service environments and structural properties of neutron radiation protection materials. B₄C/PI composite material was prepared for the development of functional/structural integrated neutron radiation protection materials. Boron carbide is an important neutron radiation shielding material with high shielding efficiency. B₄C particles were selected as additive particles, and silane coupling agent KH550 was used to functionalize B₄C particles to improve the dispersion of particles in polyimide matrix, and B₄C/PI composites were successfully prepared. The results show that B₄C/PI composite has good neutron radiation shielding performance, mechanical properties and thermal stability. When the content of B₄C is 10%, the composite exhibits excellent properties. At 680 ℃, the residual mass of the composite is 70.674%, thermal neutron shielding rate is 62.36%, and tensile strength is 57.27 MPa. It shows great application potential for materials requiring high thermal stability and neutron radiation shielding, such as fusion reactor systems and nuclear waste disposal.

Key words: polyimide, neutron shielding, thermal stability, mechanic properties

中图分类号:

TB332

龙鑫曦明, 潘蕾, 张浩然, 高立新, 王若凡. 中子辐射防护用B₄C/PI复合材料的制备及性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(10): 50-55.

LONG Xin-xi-ming, PAN Lei, ZHANG Hao-ran, GAO Li-xin, WANG Ruo-fan. Preparation and properties study of B₄C/PI composite for neutron radiation protection[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2022, 0(10): 50-55.

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Preparation and properties study of B₄C/PI composite for neutron radiation protection

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