《核輻射環境下高分子防護塗層老化失效機理研究》是依託武漢大學，由方鵬飛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：核輻射環境下高分子防護塗層老化失效機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：方鵬飛
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著我國核電站等核設施的快速發展，對所套用的聚合物防護塗層的耐輻射損傷性能提出了更高的要求。本項目擬採用慢正電子束等先進手段，系統開展典型的聚合物防護塗層如環氧樹脂、聚氨酯等在核輻射作用（尤其是存在中子的情況）下的老化失效機理研究，探討核輻照類型、劑量、環境因素（溫度、濕度、氛圍等）對不同高分子塗層材料的化學結構和微觀聚集態結構（自由體積）的影響，以及塗層結構在輻射降解下的變化對水等腐蝕介質的滲透能力的影響。在此基礎上，建立聚合物耐輻射性能與其結構和組成間的關聯規律，為開發高性能耐核輻射防護材料提供理論指導。
結題摘要
隨著我國核電站等核設施的快速發展，對所套用的聚合物防護塗層的耐輻射損傷性能提出了更高的要求。本項目研究了核輻照類型及其劑量、輻射環境對不同高分子材料的化學結構和聚集態微結構的劣化作用，包括分別在空氣和氦氣氣氛下，不同劑量的中子輻照對聚氨酯的化學基團、自由體積及其降解生成的小分子的種類和產量的影響；以及不同劑量的伽瑪輻照對聚丙烯的結晶度、自由體積及降解產氫機理等的影響。然後系統考察了環氧樹脂塗層化學結構和微觀聚集態結構的演化對對其抗腐蝕介質如水等滲透能力的影響，總結聚合物防護塗層在高能輻射作用下的老化失效機理。在此基礎上，建立聚合物耐輻射性能與其結構和組成間的關聯規律，為開發高耐輻射性能防護材料提供了理論指導。 主要研究結果如下： （1）隨著中子輻照劑量由0增加到1.74*1016n/cm2，氦氣氣氛下輻照樣品的NH基團氫鍵鍵合指數從1.09增大到1.18，自由體積分數從14.7減小到13.1；空氣氣氛下輻照樣品NH基團氫鍵鍵合指數從1.09增多到1.36，自由體積分數從14.7減小到12.6。自由體積分布曲線均變窄，而氧氣的存在加速了這種變化趨勢。 （2）通過對伽瑪輻照聚丙烯過程中放氫過程的探討，得出可很好描述在低輻照速率下聚丙烯放氫機制的半經驗公式。差熱分析揭示了伽瑪輻照能夠誘導鏈段重排成規整結構，氧氣的存在可以加速輻照結晶。正電子壽命譜證實聚丙烯在氦氣下低劑量輻照時（0.8～11kGy），一種半徑約為0.2nm的新自由體積生成。當輻照劑量增大到21kGy時，這種自由體積增大到與原有的自由體積相當。而氧氣的存在會加速高分子鏈的輻照降解。（3）系統研究了環氧樹脂塗層的化學結構和微觀聚集態結構演化對塗層防護性能的影響，發現隨著輻照劑量增加，環氧樹脂塗層在輻照早期先形成緻密層，然後微觀缺陷層逐漸向塗層內部擴展形成了孔徑分布不同的特徵微孔層，對應的擴散係數也由未老化的1.18×10-9 cm2/s降低到輻照早期的0.56×10-9 cm2/s，然後逐步增加到2.94×10-9 cm2/s。此外發現交聯度顯著影響塗層的孔隙率和吸水率，而酚醛環氧的加入則有限縮小了老化層厚度的分布區域。 （4）初步總結出高能射線輻射下聚合物塗層的微結構演化規律及對應的防護性能劣化乃至失效機理，推導了各種破壞（劣化、腐蝕、失效等）情況下的模擬等效電路圖，並據此合成了幾種長效高性能聚合物防護塗層材料。
