提升乙丙橡胶/钨粉复合材料机械与核屏蔽性能的新型辐射防护材料研究

本文推荐一种基于乙丙橡胶(EPDM)复合钨粉(W)的新型辐射屏蔽材料，通过0-40 phr钨粉掺杂显著提升材料的机械性能（硬度、断裂伸长率、拉伸强度）及核防护性能。研究表明，该复合材料对γ射线（80.99-1407.24 keV）和热中子具有优异衰减能力（宏观截面Σ cm-1），其轻量化特性可广泛应用于核反应堆、医疗放射防护等领域。

　　

Highlight

物质组成

• 乙丙橡胶(EPDM)，密度0.86 g/cm³，乙烯含量55%（德国Esso Chemi提供）

• N-环己基-2-苯并噻唑亚磺酰胺(CBS)，比重1.27–1.31 g/cm³（25±1°C）

• 氧化锌(ZnO)和硬脂酸(C₁₈H₃₆O₂)，比重分别为5.55–5.61 g/cm³和0.90–0.97 g/cm³（15°C）

• 环烷油，深绿色粘性油，比重0.94–0.96（15°C），粘度80–90（100°C）

透射电子显微镜(TEM)分析

钨粉(W)的TEM图像显示其颗粒呈球形或棱角状（图4），平均尺寸约5 μm。

傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析

EPDM基体的红外谱图在464–2920 cm^-1区间出现11个特征峰，其中2920和2851 cm^-1峰对应碳氢键不对称伸缩振动。

结论

本研究通过掺入0–40 phr钨粉(W)显著优化了EPDM橡胶的机械流变性能和辐射屏蔽效能。钨粉的加入使质量衰减系数(μ_m)提升，尤其对热中子的吸收率高于快中子。该轻量化复合材料在γ射线和中子联合防护领域展现出重要应用潜力。