本發(fā)明屬于照明，具體涉及一種核電站高耐輻照的透光材料及其制備方法與應用。

背景技術(shù)：

1、水下照明裝置可應用在核電站、試驗堆、熱室等具有放射性場合的各類照明場所，如服務于其中的燃料操作與貯存系統(tǒng)。該系統(tǒng)在反應堆停堆換料期間完成拆、裝反應堆容器頂蓋及堆內(nèi)構(gòu)件、燃料組件裝卸運輸；在反應堆運行期間，完成組件貯存、檢查及外運的操作。水下照明裝置為上述操作提供照明，以保證各項操作按要求完成。目前，水下照明裝置通常包括鹵素燈和點狀led光源。鹵素燈、點狀led光源通常采用聚碳酸酯(pc)、甲基丙烯酸甲酯作為透光罩，耐輻照能力差，輻照后燈罩變黃現(xiàn)象(如圖10所示)，燈具的光學性能下降明顯。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出了一種核電站高耐輻照的透光材料，具有耐輻照能力強的特點，應用前景好。

2、本發(fā)明還提出了一種透光材料的制備方法。

3、本發(fā)明還提出了一種透鏡。

4、本發(fā)明還提出了一種燈具。

5、本發(fā)明還提出了一種水下照明裝置。

6、本發(fā)明的第一方面，提出了一種核電站高耐輻照的透光材料，所述透光材料的制備原料包括乙烯基封端的聚硅氧烷、乙烯基mq樹脂混合物、四乙基硅酸酯與二甲基氯硅烷的反應產(chǎn)物、氫化硅氧基改性硅膠。

7、根據(jù)本發(fā)明實施例的透光材料，至少具有以下有益效果：

8、本發(fā)明中的透光材料是一種硅基高分子聚合物材料，其分子結(jié)構(gòu)包括硅氧鍵，含硅氧聚合物，硅原子的化學鍵以及氧原子的化學鍵均與周圍的硅原子和氧原子相連，形成三維空間各向異性的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。當受到輻照時(如高能γ射線輻照)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的三維空間高分子結(jié)構(gòu)不易受到破壞，從而保證其優(yōu)秀的耐輻照性能，耐輻照性能強。將本發(fā)明中的透光材料用于光學透鏡，所得透鏡具有高耐輻照、高透光率、大泛光角等特點優(yōu)勢，可用于照明技術(shù)領域，具體可應用在核電站、試驗堆、熱室等具有放射性場合的各類照明場所(如水下照明場所等)。

9、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述乙烯基封端的聚硅氧烷包括乙烯基封端二甲基聚硅氧烷。

10、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述氫化硅氧基改性硅膠包括甲基三二甲基氫化硅氧基改性硅膠。

11、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述制備原料還包括穩(wěn)定劑?？蛇x地，所述穩(wěn)定劑包括乙炔基環(huán)己醇。乙炔基環(huán)己醇為儲存穩(wěn)定劑，增加了原料的存放穩(wěn)定性。

12、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述制備原料包括原料a和原料b，其中，所述原料a包括乙烯基封端的聚硅氧烷ⅰ和乙烯基mq樹脂混合物??；所述原料b包括乙烯基封端的聚硅氧烷ⅱ、乙烯基mq樹脂混合物ⅱ、四乙基硅酸酯與二甲基氯硅烷的反應產(chǎn)物、氫化硅氧基改性硅膠和穩(wěn)定劑。

13、本發(fā)明的原料a和原料b中，乙烯基封端的聚硅氧烷和乙烯基mq樹脂混合物是有機硅凝膠的主要成分；原料b中，四乙基硅酸酯與二甲基氯硅烷的反應產(chǎn)物為有機合成中間體(能夠省去常規(guī)透鏡材料如pc制備中采用的催化劑)，氫化硅氧基改性硅膠(如甲基三二甲基氫化硅氧基改性硅膠)是一種改性硅膠，主要是在分子鏈中增加了氧基，改善了有機合成硅膠的異向結(jié)構(gòu)，使合成硅膠具備各向異性的分子機構(gòu)，大幅提高了材料耐輻照性能與肖式硬度值；穩(wěn)定劑增加了原料b的存放穩(wěn)定性。

14、其中，穩(wěn)定劑(如乙炔基環(huán)己醇)、四乙基硅酸酯與二甲基氯硅烷的反應產(chǎn)物、甲基三二甲基氫化硅氧基改性硅膠三種成分能夠作為交聯(lián)劑和催化劑，在固化過程中起到關鍵作用，使得材料在混合后能夠在加熱條件下快速固化，并形成具有所需物理和化學性質(zhì)的彈性體材料，以更好得到高耐輻照的透光材料。

15、在本發(fā)明的一些實施方式中，按質(zhì)量份數(shù)計，所述原料a包括20～80份的乙烯基封端的聚硅氧烷ⅰ和20～80份的乙烯基mq樹脂混合物??；可選地，按質(zhì)量份數(shù)計，所述原料a包括46～55份的乙烯基封端的聚硅氧烷ⅰ和46～56份的乙烯基mq樹脂混合物ⅰ。

16、在本發(fā)明的一些實施方式中，按質(zhì)量份數(shù)計，所述原料b包括15～70份的乙烯基封端的聚硅氧烷ⅱ、15～70份的乙烯基mq樹脂混合物ⅱ、1～35份的四乙基硅酸酯與二甲基氯硅烷的反應產(chǎn)物、1～35份的氫化硅氧基改性硅膠和0.01～5份的穩(wěn)定劑?？蛇x地，按質(zhì)量份數(shù)計，所述原料b包括35～50份的乙烯基封端的聚硅氧烷ⅱ、35～50份的乙烯基mq樹脂混合物ⅱ、6～16份的四乙基硅酸酯與二甲基氯硅烷的反應產(chǎn)物、6～16份的氫化硅氧基改性硅膠和0.05～0.5份的穩(wěn)定劑。其中，穩(wěn)定劑更加有利于原料存放過程中的穩(wěn)定性，更好防止原料緩慢反應。

17、在本發(fā)明的一些實施方式中，乙烯基封端的聚硅氧烷ⅰ和乙烯基封端的聚硅氧烷ⅱ可以相同或不同。

18、在本發(fā)明的一些實施方式中，乙烯基mq樹脂混合物ⅰ和乙烯基mq樹脂混合物ⅱ可以相同或不同。

19、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述原料a與所述原料b的質(zhì)量份數(shù)之比為1:(0.5～2)，如可選為1:1。

20、本發(fā)明中通過特定比例的原料a和原料b，所得材料是一種可塑性硅橡膠，其基本的化學成分包括聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane)，通常簡稱為pdms。原料a和原料b是中等粘度、高邵氏硬度a級的雙組分(two-part)、如原料a和原料b以1:1混合比例的快速熱固化得到的光學模具樹脂，分子式可以表示：包括[(ch3)2sio]n，其中n代表重復單元的數(shù)量。每個重復單元由一個硅原子(si)組成，硅原子上連接兩個甲基基團(ch3)和一個氧原子(o)。這些單元通過硅氧鍵(si-o)連接形成長鏈聚合物。

21、由于所得透光材料獨特的化學結(jié)構(gòu)，其具有許多優(yōu)異的物理和化學性質(zhì)，例如高透明度、低色散、低霧度和散射、優(yōu)異的耐環(huán)境老化性能、比光學級塑料具有更好的熱和紫外線固有抵抗性，比常規(guī)塑料更加難以發(fā)生黃變、能夠低壓液注成型、具有優(yōu)異的表面特征復制能力、易于模壓成復雜形狀的光學元件、具備高硬度以及滑膩的塑料般表面觸感。

22、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述制備原料還包括硫化劑。

23、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述硫化劑包括季戊四醇四-3-巰基丙酸酯。

24、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述制備原料中，硫化劑的質(zhì)量分數(shù)為0.2％～1.2％。

25、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述原料a和原料b的總質(zhì)量為m，則硫化劑質(zhì)量為0.5％m～0.8％m。

26、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述透光材料的表面邵氏硬度為78～88度，具體如可選為82±3度。

27、本發(fā)明的第二方面，提出了一種透光材料的制備方法，包括如下步驟：

28、s1，將含乙烯基封端的聚硅氧烷ⅰ和乙烯基mq樹脂混合物ⅰ的物料混合，得到原料a；

29、將含乙烯基封端的聚硅氧烷ⅱ、乙烯基mq樹脂混合物ⅱ、四乙基硅酸酯與二甲基氯硅烷的反應產(chǎn)物、氫化硅氧基改性硅膠和穩(wěn)定劑的物料混合，得到原料b；

30、s2，將原料a和原料b混合，于真空條件下熱處理，冷卻，得到所述透光材料。

31、本發(fā)明中先分別制備得到原料a和原料b，再將原料a和原料b混合，更加便于制備過程中的中間物料的存放，有效控制反應進程。

32、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述步驟s2中，原料a和原料b的混合時間為2-30min?？蛇x地，采用攪拌混合的方式，其中攪拌速率可選自8-30rpm。

33、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述步驟s2中，所述真空條件的真空度為0.1pa-0.01pa。

34、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述步驟s2中，所述熱處理的處理溫度為140-160℃?？蛇x地，所述熱處理的處理時間為5-100min?？蛇x地，所述熱處理的處理溫度為150℃，處理時間可選為10min。

35、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述步驟s2中，所述冷卻步驟的降溫速率為0.1～5℃/min，如可選為0.5～2℃/min。

36、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述步驟s2中，冷卻后還包括硫化處理?？蛇x地，所述硫化處理的溫度為160-180℃，處理時間為3-5h，所采用的硫化劑包括季戊四醇四-3-巰基丙酸酯。進一步可選地，所述硫化處理的溫度為170℃，處理時間為4h。

37、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述硫化劑的用量為透光材料制備原料總質(zhì)量的0.2％～1.2％。

38、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述透光材料為透鏡，所述步驟s2包括如下操作：

39、s2-1，將原料a和原料b混合后，置于經(jīng)抽真空和預熱的預設模具中，所述模具的溫度為140-160℃；模具內(nèi)的壓強為0.03-0.07pa；可選地，所述模具的溫度為150℃；模具內(nèi)的壓強為0.05pa；

40、s2-2，以0.1～5℃/min的降溫速率冷卻模具；

41、s2-3，脫模，修整，得到透鏡預制體；可選地，修整脫模后所得材料的邊角使得其表面粗糙度ra在0.02以下；

42、s2-4，將透鏡預制體進行硫化處理，得到所述透鏡。

43、本發(fā)明中通過采用真空注模工藝，消除了傳統(tǒng)透鏡生產(chǎn)存在的氣泡缺陷，提高了透鏡的制備質(zhì)量。

44、在本發(fā)明的一些實施方式中，步驟s2-1中，原料a和原料b混合后的物料于模具中放置，所述放置時間為5-20min?？蛇x地，所述放置時間為10min。

45、在本發(fā)明的一些實施方式中，步驟s2-1中，原料a和原料b混合后的物料于模具中均布，無氣泡、無裂隙。

46、在本發(fā)明的一些實施方式中，步驟s2-2中，以0.1～5℃/min的降溫速率冷卻模具至10～50℃。

47、本發(fā)明中采用特定的預熱溫度與降溫速率，更好地消除了透鏡硬化成型過程中內(nèi)部應力，使得透鏡更加不易發(fā)生開裂缺陷，所得透鏡質(zhì)量更高。

48、本發(fā)明的第三方面，提出了一種透鏡，包括上述透光材料。

49、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述透鏡的平均光束角為110～118°，如可選為114.8～115.5°。

50、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述透鏡包括凹凸透鏡主體和設于所述主體周緣的連接部，其中所述透鏡主體包括凹面和凸面，凹面為進光面，凸面為出光面。

51、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述連接部環(huán)繞所述凹凸透鏡主體設置。

52、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述凸面沿透鏡光軸向凸面外沿方向上，包括依次連接的中心凸面、第一環(huán)形凸面和第二環(huán)形凸面，所述中心凸面自中心凸面的幾何中心至中心凸面邊緣的弧線曲率半徑為a1，所述第一環(huán)形凸面中沿透鏡光軸所在截面的弧線曲率半徑為b1，所述第二環(huán)形凸面中沿透鏡光軸所在截面的弧線曲率半徑為c1，a1、b1和c1之間滿足：a1:b1:c1為(290～310):(30～50):(8～12)，如可選為：a1:b1:c1為300:40:10。

53、在本發(fā)明的一些實施方式中，a1為300，和/或，b1為40，和/或，c1為10。

54、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述第一環(huán)形凸面環(huán)繞所述中心凸面設置，所述中心凸面的外周緣與所述第一環(huán)形凸面的內(nèi)周緣相連接；所述第二環(huán)形凸面環(huán)繞所述第一環(huán)形凸面設置，所述第一環(huán)形凸面的外周緣與所述第二環(huán)形凸面的內(nèi)周緣相連接。

55、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述中心凸面的外周緣與透鏡光軸的距離為x1，所述第一環(huán)形凸面的外周緣與透鏡光軸的距離為y1，所述第二環(huán)形凸面的外周緣與透鏡光軸的距離為z1，x1、y1和z1之間滿足：x1:y1:z1為14.3:(35～39):(38～42)，如可選為x1:y1:z1為14.3:37.6:40.7。

56、在本發(fā)明的一些實施方式中，平行于透鏡光軸方向上，所述中心凸面的中心到中心凸面的外周緣所在平面的距離為α1，所述第一環(huán)形凸面的內(nèi)周緣所在平面與第一環(huán)形凸面的外周緣所在平面的距離為β1，所述第二環(huán)形凸面的內(nèi)周緣所在平面與第二環(huán)形凸面的外周緣所在平面的距離為γ1，α1、β1和γ1之間滿足：α1:β1:γ1為0.3:(7.5～10.5):(3～5)，如可選地，α1:β1:γ1為0.3:8.9:4.3。

57、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述凹面的幾何中心和所述凸面的幾何中心均位于所述透鏡光軸上。

58、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述凹面沿透鏡光軸向凹面外沿方向包括依次連接的中心凹面、第一環(huán)形凹面和第二環(huán)形凹面，所述中心凹面自幾何中心至中心凹面邊緣的弧線曲率半徑為a2，所述第一環(huán)形凹面中沿透鏡光軸所在截面的弧線曲率半徑為b2，所述第二環(huán)形凹面中沿透鏡光軸所在截面的弧線曲率半徑為c2，a2、b2和c2之間滿足：a2:b2:c2為(90～110):(12～20):(2～8)，如可選為：a2:b2:c2為100:16:5。

59、在本發(fā)明的一些實施方式中，a2為100，和/或，b2為16，和/或，c2為5。

60、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述第一環(huán)形凹面環(huán)繞所述中心凹面設置，所述中心凹面的外周緣與所述第一環(huán)形凹面的內(nèi)周緣相連接；所述第二環(huán)形凹面環(huán)繞所述第一環(huán)形凹面設置，所述第一環(huán)形凹面的外周緣與所述第二環(huán)形凹面的內(nèi)周緣相連接。

61、在本發(fā)明的一些實施方式中，第二環(huán)形凹面的外周緣環(huán)繞設置第三環(huán)形面。可選地，第三環(huán)形面中沿透鏡光軸所在截面的曲率半徑為d2，a2:d2為(90～110):8。

62、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述中心凹面的外周緣與透鏡光軸的距離為x2，所述第一環(huán)形凹面的外周緣與透鏡光軸的距離為y2，所述第二環(huán)形凹面的外周緣與透鏡光軸

63、在本發(fā)明的一些實施方式中，平行于透鏡光軸方向上，第三環(huán)形面的內(nèi)周緣所在平面與第三環(huán)形面的外周緣所在平面的距離為δ2，α2:δ2為4.3)：(2～3)，可選地，α2：δ2為43:的距離為z2，x2、y2和z2之間滿足：x2:y2:z2為28.9:(35～38):(36～39)，如可選地，x2:y2:z2為28.9:36.2:37.5。

64、在本發(fā)明的一些實施方式中，第三環(huán)形面的外周緣與透鏡光軸的距離為w2，w2:z2為(37.6～38.5):37.5。

65、在本發(fā)明的一些實施方式中，平行于透鏡光軸方向上，所述中心凹面的幾何中心到中心凹面的外周緣所在平面的距離為α2，所述第一環(huán)形凹面的內(nèi)周緣所在平面與第一環(huán)形凹面的外周緣所在平面的距離為β2，所述第二環(huán)形凹面的內(nèi)周緣所在平面與第二環(huán)形凹面的外周緣所在平面的距離為γ2，α2、β2和γ2之間滿足：α2:β2:γ2為4.3:(3～6):(2～5)，可選地，α2:β2:γ2為4.3:4.6:3.3。

66、在本發(fā)明的一些實施方式中，平行于透鏡光軸方向上，所述凹面的幾何中心和所述凸面的幾何中心的距離為w1，w1與α1、β1、γ1的比值為9：0.3:(7.5～10.5):(3～5)，可選地，w1與α1、β1、γ1的比值為90:3:89:43。

67、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述凹面的幾何中心和所述凸面的幾何中心的距離w1為8～10mm，如可選為9mm。

68、所述透鏡主體中由多尺寸圓弧過渡結(jié)構(gòu)形成的透鏡曲面，得到配光效果好的透鏡。

69、在本發(fā)明的一些實施方式中，透鏡的連接部包括依次設置的第一連接環(huán)和第二連接環(huán)，兩個連接環(huán)之間形成第一環(huán)形槽?？蛇x地，第一環(huán)形槽垂直于透鏡光軸，且第一環(huán)形槽的中心位于透鏡光軸上。

70、在本發(fā)明的一些實施方式中，第二環(huán)形凸面的外周緣依次環(huán)繞設置第一連接頂面、第一側(cè)面和第一底面，第一連接頂面、第一側(cè)面和第一底面與進光凹面圍合形成第一連接環(huán)；第一底面遠離第一側(cè)面的一端依次環(huán)繞設置環(huán)形圓弧面、第二連接頂面、第二側(cè)面和第二底面，第一底面、第二底面和環(huán)形圓弧面配合進光凹面圍合形成第一環(huán)形槽，第二連接頂面、第二側(cè)面和第二底面與進光凹面圍合形成第二連接環(huán)，且第二底面與第三環(huán)形面相連接。

71、在本發(fā)明的一些實施方式中，沿透鏡光軸朝向透鏡外沿的方向上，第一連接頂面到第一底面的距離呈減小趨勢。平行于透鏡光軸方向上，第一連接頂面的尺寸h1、第一側(cè)面的尺寸h2、第一底面的尺寸h3、環(huán)形圓弧面的尺寸h4、第二連接頂面的尺寸h5、第二側(cè)面的尺寸h6和第二底面的尺寸h7滿足：h1、h2、h3、h4、h5、h6、h7與α2的比值分別獨立為0.6～0.8、0.2～0.3、0.2～0.3、0.5～0.6、1.4～1.6、0.8～1.0、2.8～3.0。

72、在本發(fā)明的一些實施方式中，第一連接頂面遠離透鏡光軸的一側(cè)到透鏡光軸距離e1、第一側(cè)面到透鏡光軸距離e2、第一底面靠近透鏡光軸的一側(cè)到透鏡光軸距離e3、環(huán)形圓弧面靠近透鏡光軸的一端到透鏡光軸距離e4、第二連接頂面遠離透鏡光軸的一側(cè)到透鏡光軸距離e5、第二側(cè)面到透鏡光軸距離e6、第二底面遠離透鏡光軸的一側(cè)到透鏡光軸距離e7滿足：e1、e2、e3、e4、e5、e6、e7與x2的比值分別獨立為1.4～1.6、1.4～1.6、1.4～1.6、1.4～1.6、1.6～1.8、1.6～1.8、1.6～1.8。在一些實施方式中，e1<e2。在一些實施方式中，e1>e3。在一些實施方式中，e3>e4。在一些實施方式中，e5>e2。在一些實施方式中，e7>e2。在一些實施方式中，e6>e5。在一些實施方式中，e6>e7。

73、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述第二底面設置有若干個環(huán)狀凸起，如可選為3個環(huán)狀凸起。

74、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述若干個環(huán)狀凸起的中心位于所述透鏡光軸上。

75、透鏡底部的若干個環(huán)狀凸起，能夠與燈具安裝板更加貼合，透鏡圓周設置的環(huán)形槽，能夠與燈體的用于安裝透鏡的部位表面更加貼合，從而實現(xiàn)光學透鏡與燈體雙重密封，確保燈體防水性能。

76、本發(fā)明第四方面，提出了一種燈具，包括上述透鏡。

77、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述燈具包括安裝有光源的安裝板，所述安裝板設置若干個所述透鏡。透鏡于安裝板上的布置方式不限，如在本發(fā)明的一些實施方式中，可以為排列設置。

78、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述安裝板設置有用于固定所述透鏡于安裝板上的緊固件，所述緊固件與所述環(huán)形槽相配合。

79、在本發(fā)明的一些實施方式中，所述透鏡作為所述燈具的透光罩。

80、本發(fā)明第五方面，提出了一種水下照明裝置，包括上述燈具。