碳化硼/有机硅复合材料的制备及性能研究

摘要

核辐射与防护是核能研究与应用的重大课题，应用表明，传统、单一的中子屏蔽结构材料存在诸多弊端，很难满足特殊结构防护要求。因此，开发出一种既具有优良的核防护性能，又能满足新的施工工艺要求的中子屏蔽材料，是新核能开发应用的基础，具有十分重要的实用价值和研究意义。 碳化硼的中子吸收截面高，并且在应用过程中产生的负面作用小，因此被普遍用作核中子防护材料。最近这些年，它引起了国内外一些科研工作者的重视。由于有机物与无机物之间存在着相容性的弊端，本论文主要围绕碳化硼的表面改性，碳化硼/苯基乙烯基硅树脂/苯基含氢硅油以及碳化硼/热硫化苯基硅橡胶复合材料的制备、形貌表征、热性能、力学性能和耐辐照性能这三个方面开展了以下研究工作： 用硅烷偶联剂KH550对碳化硼的表面进行修饰改性，利用DLS、密度变化、FT-IR、SEM等对改性前后碳化硼的粒径、沉降效果、分子结构和表面形貌进行了表征。结果表明，改性后的碳化硼颗粒表面接枝上KH550，使碳化硼的表面性质发生了变化。 以改性前后的碳化硼为中子吸收材料，高含氢量和苯基含量的苯基含氢硅油、苯基乙烯基硅树脂为基体，在铂催化作用下，以固化的形式制备了新型碳化硼/有机硅树脂复合材料。利用热膨胀系数仪、TG、SEM、邵氏硬度计、电子万能试验机等测试手段对复合材料的热膨胀系数、热学性能、形貌结构和力学性能进行了表征。结果表明，改性后的碳化硼在复合材料中均匀分布，界面结合好。复合材料的密度相对较小，在碳化硼含量为40 wt.%时取得最大值为1.41 g/cm3，便于移动。该复合材料具有良好的力学性能，拉伸强度可以达到8.62 MPa。热性能优异，热膨胀系数最大为1.63×10-4 m/K，耐温达350℃。 以改性的碳化硼为中子吸收材料，改性的白炭黑为增强填料，合成的热硫化苯基硅橡胶为基胶，在DCP作用下，以硫化的形式制备了碳化硼/热硫化苯基硅橡胶复合材料。利用SEM、TG、电子万能试验机、邵氏硬度计等测试手段对复合材料的形貌结构、热学和力学性能进行了表征。结果表明，碳化硼和白炭黑在复合材料中的分散性较好。复合材料的密度较小，在碳化硼含量为40 wt.%时取得最大值为1.35 g/cm3，邵氏硬度在碳化硼含量为40wt.%时取得最大值为26.9 HD，密度小便于移动，韧性好便于裁剪。热性能优异，耐温达450℃，可以满足特殊结构防护要求。

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