抗辐射复合材料PPT课件

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γ射线 通过任何物质时，均与物质中的原子发生作用
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γ射线
光电效应
低能γ射线，原子序数大的介质
电子对效应 高能γ射线，原子序数大的介质
被全部吸收
康普顿效应 中能γ射线，原子序数小的介质
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应用1
大型超导磁铁线圈
辐 射
电绝缘性易受高 剂量辐射的影响
玻纤增强/环氧树脂
足够的电绝缘性 适当的低温机械性能 合理的制造成本
研制用于宇航，核电站，电磁杂波防护等的复合材料
抗辐射能力与材料组分有关 重金属化合物 纤维增强材料 稀土金属氧化物 陶瓷粉末
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无机材料 树脂基体 分子主链上含有芳环
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抗辐射性能的参数表达
吸收剂量（D）：单位质量的物质所吸收的电离辐射的平均能量
屏蔽率
D = dE/dm, Gy 戈瑞
光照射到物体上出现透射，反射，吸收
急剧升温
应力波
稀土元素的氧化物 塑料薄膜闪烁器
拉应力使防热材料失效
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防中子辐射复合材料
中子具有很强的穿透力，在空气和其他物质中可以传播很远的 距离，对人体的危害远大于X射线和γ射线
能阻挡X射线和γ射线的材料，往往不能阻挡中子
快中子的散射和减速 慢中子被吸收后放出共化粒子或γ射线 防中子辐射纤维 聚合物基防中子辐射复合材料
树脂 类型
含胶量
聚丙稀
环氧树脂
聚氨酯树脂 低密度聚乙烯 交联聚异戊二烯
聚酯树脂 双马来酰亚胺树脂
聚乙烯醇缩丁醛改性酚醛树脂
过低 过高
树脂与纤维，纤维与纤维间的粘结性下降
与树脂粘结纤维数量增加，限制变形作用 树脂层变厚，易造成破坏，纤维作用不充分
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面密度影响
弹速
V
面密度越大，弹道吸能越大 芳纶纤维复合材料的能量吸收增加
防辐射功能复合材料
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抗辐射复合材料
在高剂量辐射能量照射下， 能长时间使用的复合材料
电离辐射 天然辐射
宇宙射线 地球放射性元素
人工辐射
核工业 医学治疗
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核辐射
核能是能源可持续发展的 希望，核裂变与核聚变
放射性物质所放射出的α射线，β射线，γ射线和中子
α射线
β射线
氦核，质量大，电离作用强
β衰变产生，正电子流或负电子流
Al2O3，B4C，SiC，TiB2
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防弹性能影响因素
纤维种类
弹击速度
树脂基体种类与含量
织物结构
面密度
防弹性能以材料对弹丸或弹片 动能吸收程度来衡量 防弹材料的能量吸收受材料的 结构形式与特性影响
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纤维类型的影响
防弹性能主要由纤维决定，强度高，模量高，延伸率大，韧性好 在高应变率下性能好
尼龙 软化，破坏前呈大变形，可吸收一定能量
Kevlar纤维 破坏前发生塑性变形，沿纤维纵向有撕裂现象，可吸收大量冲击能
玻璃纤维 脆性断裂，破坏前延伸率较低，吸能较小
结 玻璃为凝固的过冷 芳纶纤维经液 超高分子量聚乙烯 构 液体，呈离子结构 晶纺丝，氢键 高取向，高结晶
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树脂基体及含胶量
耐高温，高韧性，高强度，低模量，低成本
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应用3
耐放射性辐射陶瓷材料
用于制作贮存放射性核废料的容器
萤石 抵抗放射性作用下的破坏过程
晶格中排列着柔性分子，在受辐照时， 使自身结构发生可逆的弯曲和移位， 有效阻止辐射引起的形变
等离子体面对材料 碳纤维复合材料
几百年内抵抗强辐射 保持密封隔绝性能
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辐射类型
紫外线
X射线
γ射线
中子辐射
波长逐渐变短
性能急剧降低
氰酸酯树脂复合材料
能在高温和低温工作 承受高辐射
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应用2 陶瓷纤维增强复合材料
高抗辐射陶瓷+少量环氧树脂
SiC/SiC 复合材料
采用结晶的且配比更理想的纤维 改变纤维与基体间的界面 改变基体加工路线 改变纤维结构 尖晶石MgO•nAl2O3
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聚合物浸渍和热解法
大规模生产 降低成本
SiC基体为无定型 含碳量过高
反射率和吸收率之和，即屏蔽率 = 1 – 透射率
线性衰减系数
单位体积内所有原子的微观截面之和为宏观截面，μ
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防紫外线复合材料
原理
180 – 400 nm的电磁波
反射作用 选择吸收作用
防紫外线纤维
-CN
具有抗紫外线破坏能力的纤维
含有紫外线屏蔽剂的纤维
防紫外线织物
织物上施加一种能屏蔽紫外线的物质， 该物质对织物的使用性能影响小
后处理法：用含屏蔽剂的溶液或胶粘剂对成品纤维或 织物进行浸渍或涂覆处理
交联剂将屏蔽剂的分子与纤维大分子连接
O
胶粘剂将屏蔽剂机械的黏附在纤维上
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X射线
防X射线复合材料
一般为含铅的玻璃，有机玻璃以及橡胶等
X射线沉积在物质内
基体常用聚丙烯等，屏蔽剂为铅和钡等重金属化合物
防热-抗辐射复合材料
X射线
材料
防紫外线涂料
成膜树脂，高效紫外线吸收剂，自由基捕获剂
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防紫外线纤维
本身具有抗紫外线破坏能力，含紫外线屏蔽剂
紫外线屏蔽剂：具有吸收或反射紫外线作用的物质
无机：反射或散射作用，无光能的转化 高岭土，滑石粉，CaCO3，Fe2O3，ZnO，TiO2
颗粒达到纳米级分散时，比表面积增大，表面化学活性高
有机：具有强烈的，选择性吸收高能量紫外线的性质 通过光物理或光化学过程将吸收的能量转换
复合材料层合板
由树脂和纤维，织物复合而成 单独防护，全复合材料靶板 作为背板与陶瓷复合构成陶瓷/复合材料装甲
陶瓷/复合材料装甲 最有效的轻质复合
防弹装甲体系
复合材料背板
陶瓷板
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防弹复合材料组分
防弹纤维
尼龙纤维 玻璃纤维 芳纶纤维 超高分子量聚乙烯纤维 PBO纤维
防弹陶瓷
破碎弹体 阻挡和磨蚀弹体 改变弹体运动方向
玻璃纤维复合材料的能量吸收增加
DyneemaUD66复合 材料的能量吸收减小
弹道性能理论分析模型
物理模型面密度统计模型 Nhomakorabea能量分配模型
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自修复功能复合材料
一方面在现有加工条件下，材料内部不可避免地存在着微裂纹、 杂质、微孔隙等微观缺陷；另一方面在材料的使用过程中，也 经常受到外力冲击等破坏，使其在内部产生微裂纹。
分子间能量转移，分子内结构变化
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含紫外屏蔽剂纤维制备
将紫外屏蔽剂与单体一起共聚得到防紫外线聚合物
浸渍，印花，涂层等，直接黏附在纤维上
共混熔融纺丝
要求 屏蔽剂与纤维有良好的相容性，屏蔽剂不升华， 不分解，对人体安全，粒径小，对纤维质量影响小
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防紫外线织物
纤维法：利用具有防紫外线功能的纤维生产织物
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SiC
高分子弹性体 快中子慢化剂 慢中子吸收剂 γ射线屏蔽剂
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防弹复合材料
为阻挡弹丸，弹片和 射流等的侵彻而设计 制造的一类复合材料
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防弹复合材料装甲结构的类型与用途
单纯的纤维织物
不加树脂，只通过缝纫方法将多层平面织物缝合，或将 纤维经三维，多维编织而成，软装甲。 人体防护，手枪或软金属弹的防护，易内伤