[发明专利]一种核燃料棒表面水溶性耐刮擦涂层材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种核燃料棒表面水溶性耐刮擦涂层材料及其制备方法，该涂层可在锆合金核燃料棒安装于骨架的过程中保护燃料棒不被骨架弹簧片刮伤，并且在安装后可通过热水或热碱彻底清洗，不影响核反应堆堆芯的正常运行。该水溶性耐刮擦涂层材料包含以下原材料：十二烷基硫酸钠、过硫酸铵、丙烯酸丁酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、氨水、去离子水等。原料通过混合配置后涂抹于燃料棒的表面，热固化后即可形成水溶性耐刮擦涂层。本发明能帮助实现核燃料棒安装过程中的“零破损”目标，可显著改善核燃料系统的可靠性和安全性。

技术领域

本发明涉及核燃料棒表面防护领域，具体为一种核燃料棒表面水溶性耐刮擦涂层材料及其制备方法。

背景技术

核能作为一种绿色清洁高效能源，既能够增加能源供应、优化能源结构，同时能大大减少温室气体和污染气体的排放，在我国能源构成中已成为不可或缺的重要组成部分，亦是我国实现“双碳”目标的重要手段。燃料元件用锆合金管做包壳，即核燃料棒，内装二氧化铀芯块。锆合金核燃料棒作为反应堆堆芯放射性的第一道屏障，具有低中子吸收截面，抗高温水腐蚀性能，良好的传热性能，良好的力学性能及抗辐照性能等一系列优点，被称为“原子时代的第一金属”。

然而，锆合金核燃料棒在安装的过程中易与固定骨架发生刮擦，在伤害锆合金核燃料棒表面的同时也会产生大量的碎屑，这些碎屑在反应堆工作的过程中会冲刷磨损燃料棒，从而导致燃料棒破裂，引发核事故。如果能在核燃料棒表面制备一层临时性涂层，在安装过程中保护锆合金核燃料棒不被固定骨架刮伤，这样既可以保证燃料棒外表面的完整性，又能够避免碎屑冲刷燃料棒，从而达到提高核反应堆安全稳定性的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核燃料棒表面水溶性耐刮擦涂层材料及其制备方法，该涂层可在锆合金核燃料棒安装于骨架的过程中保护燃料棒不被骨架弹簧片刮伤，并且在安装后可通过热水或热碱彻底清洗，不影响核反应堆堆芯的正常运行。

本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明提供一种核燃料棒表面水溶性耐刮擦涂层材料，所述涂层材料包含十二烷基硫酸钠和树脂水溶液保护胶体。

所述涂层材料进一步包含丙烯酸丁酯、苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯。

所述涂层材料进一步包含过硫酸铵。

本发明还提供上述核燃料棒表面水溶性耐刮擦涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

S1，首先对涂层材料进行混合配置，高分子树脂溶解于去离子水和乙醇胺中，高分子树脂、去离子水和乙醇胺比例为70～80wt％、20～30wt％和0.05～0.1wt％，所述高分子树脂包含30～40wt％十二烷基硫酸钠、35～40wt％树脂水溶液保护胶体、10～15wt％丙烯酸丁酯、7.5～8wt％苯乙烯、7.5～8wt％甲基丙烯酸甲酯和0.1～0.2wt％过硫酸铵；

S2，高分子树脂、去离子水和乙醇胺混合乳液加热温度为80～100℃，保温时间为90～150分钟；

S3，混合乳液温度降至室温后，加入适量氨水调节乳液pH值至9.0～9.6，然后过滤出料；

S4，将配置好的涂料均匀地涂抹在锆合金核燃料棒的表面；涂敷后进行热固化，固化温度为60～150℃，固化时间为10～90min。

通过上述步骤，制备出的水溶性耐刮擦涂层能很好的保护核燃料棒在安装时表面不受到刮擦。待核燃料棒安装完毕后，在60～100℃温水浸泡30～240s后清洗时涂层自动脱落溶解。

与现有技术相比，本发明有益效果包括：

(1)本发明的涂层材料以十二烷基硫酸钠作为起始物料，过硫酸铵作为初始引发剂，丙烯酸丁酯、苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯作为单体混合物，过硫酸铵作为后补加引发剂，氨水作为中和剂，采用科学合理的重量配比使得制备出的涂层与锆合金核燃料棒具有很好的结合力。