近日，中科院合肥研究院核能安全所黃群英研究員課題組在含釤環(huán)氧樹脂中子屏蔽材料研制方面取得新進展。由于目前現(xiàn)有輕型屏蔽材料存在耐熱性差的問題，研究人員利用APTES對Sm2O3顆粒進行化學改性并與耐高溫基體AFG-90H環(huán)氧樹脂物理共混的方式，制備出具有高熱穩(wěn)定性的復合中子屏蔽材料Sm2O3-APTES/AFG-90H的方法。相關(guān)成果發(fā)表在國際聚合物領(lǐng)域期刊Polymers上。
先進核能系統(tǒng)對中子屏蔽材料提出了更高的熱穩(wěn)定性、機械性能和高效中子屏蔽性能要求，填料在聚合物中的彌散分布和良好相容性可確保環(huán)氧樹脂復合材料的綜合性能。為了研發(fā)具有更高性能的中子屏蔽材料，研究人員采用新型高性能環(huán)氧樹脂AFG-90H和Sm2O3分別作為基體和填料，通過使用本所自主研發(fā)的蒙特卡羅粒子輸運軟件對屏蔽材料進行成分優(yōu)化設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上采用APTES化學改性工藝對Sm2O3顆粒進行表面處理，改善了填料在樹脂中的分散性及相容性。研究結(jié)果表明，當Sm2O3-APTES的添加量為30 wt%時，復合材料的初始熱分解溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和楊氏模量較基體均有明顯提升。通過分析復合材料拉伸斷面形貌，該研究闡明了復合材料強韌化機理，以及針對Sm2O3-APTES低添加量下的分散應(yīng)力效應(yīng)和高添加量下的能量耗散效應(yīng)。
相關(guān)研究成果為先進核能系統(tǒng)輕量化耐高溫中子屏蔽材料研發(fā)提供了工程化解決方案，也為先進核能系統(tǒng)高性能中子屏蔽材料研發(fā)提供了新思路。
本研究工作得到國家重點研發(fā)計劃項目的資助。
本文連接：https://www.mdpi.com/2073-4360/14/3/638
圖1 Sm2O3-APTES/AFG-90H復合材料的熱性能：
a) TGA；b) DTG；c) DSC；d) Tg變化趨勢
圖2 不同 Sm2O3-APTES 含量復合材料拉伸斷裂表面SEM 表征
（a-f）：0、5、10、15、20 和 30 wt%
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