一种核燃料棒表面水溶性耐刮擦涂层的制备方法

本发明涉及涂层制备，具体为一种核燃料棒表面水溶性耐刮擦涂层的制备方法。

背景技术：

1、核燃料棒表面水溶性耐刮擦涂层是一种应用于核燃料棒表面的涂层材料。核燃料棒是用于核反应堆中的重要组件，它们包含着核燃料，通常是铀或钚的化合物，用于产生核能。为了确保核燃料棒的安全性和稳定性，在其表面应用涂层是一种常见的做法。传统的核燃料棒表面水溶性耐刮擦涂层通常通过以下步骤进行制备，选择常用的材料包括聚乙烯醇（pva）、聚丙烯酸（paa），将选定的聚合物材料与水或其他溶剂混合，形成可溶解的涂料溶液，使用刷涂、喷涂、浸涂法将涂料溶液均匀地涂敷在核燃料棒表面，将涂敷在核燃料棒表面的涂层进行干燥和固化。这通常需要在控制的温度和湿度条件下进行，以确保涂层的质量和性能。

2、例如中国专利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，cn115011197a，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。

3、而现有的核燃料棒表面不可降解涂层无法提供有效防护，刮伤处会形成电化学腐蚀，而可降解防护涂层防护的清洗又不达标，因此亟需一种核燃料棒表面水溶性耐刮擦涂层的制备方法来解决此类问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种核燃料棒表面水溶性耐刮擦涂层的制备方法，解决现有技术中存在的现有的核燃料棒表面不可降解涂层无法提供有效防护，刮伤处会形成电化学腐蚀，而可降解防护涂层防护的清洗又不达标的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现，本发明提供了一种核燃料棒表面水溶性耐刮擦涂层的制备方法，包括如下步骤：

3、s1，材料准备：准备聚合物材料聚丙烯酸paa，水，氢氧化钠naoh，辛醇聚氧乙烯醚，搅拌罐，搅拌器，恒温箱；

4、s2，制备种子乳液：将聚合物材料与溶剂混合，形成预乳液，再使用预乳化剂将预乳液分散为细小的乳液颗粒，形成种子乳液；

5、s3，构筑中和成盐法水化聚丙烯酸酷乳液：将预乳化的种子乳液加入中和剂中，中和聚合生成聚丙烯酸酷乳液；

6、s4，恒温连续式固化工艺：将水溶性耐刮擦涂层乳液施加在核燃料棒表面，采用恒温连续式固化工艺。

7、进一步的，步骤s2中制备种子乳液包括如下步骤：

8、①在搅拌罐中加入足量的水和paa，paa占比0.5%-0.8%；

9、②使用搅拌器进行搅拌，搅拌速度保持在100-500转/分钟之间；搅拌时间保持在5-20min之间；搅拌过程中持续观察和混合物的状态，根据内部状态中的聚合物和未溶解颗粒对转速和搅拌时长进行调节。

10、进一步的，所述步骤s2中制备种子乳液还包括如下步骤：

11、③持续搅拌，直到聚合物材料充分溶解在溶剂中，形成均匀的预乳液，此处均匀为未见悬浮颗粒；

12、④准备另一个搅拌罐，将预乳化剂加入其中，并加入预乳化机0.1%到5%的辛醇聚氧乙烯醚；

13、⑤使用搅拌器以200-300转/分钟的速度进行搅拌，持续15-30min。

14、所述步骤s3中将预乳化的种子乳液通过滴定管取样逐渐加入中和剂氢氧化钠naoh中；

15、在加入种子乳液的同时，用搅拌器以80-90转/分钟的速度进行搅拌，持续到加入完成；

16、在中和反应进行的同时，逐渐加入水和聚乙烯吡咯烷酮pvp。

17、所述水与种子乳液比例为0.5:1，聚乙烯吡咯烷酮pvp与种子乳液占比为0.5%。

18、所述种子乳液的添加量是中和剂的5%~10%，中和剂氢氧化钠naoh的浓度在0.5~0.7 m。

19、进一步的，所述步骤s4的固化步骤具体包括：

20、准备干净的核燃料棒表面，采用喷涂法将水溶性耐刮擦涂层乳液均匀地施加在核燃料棒表面；

21、将涂层施加的核燃料棒置于恒温箱中，进行高温固化，高温固化设置在150℃，持续20-30min。

22、有益效果

23、本发明所提供的表面水溶性耐刮擦涂层的制备方法基于预乳化半连续种子乳液聚合技术制备出硬度柔韧性平衡的聚丙烯酸酷乳液，构筑中和成盐法水化聚丙烯酸酷乳液，通过恒温连续式固化工艺，研制出水溶性耐刮擦涂层，应用于核燃料棒表面，以提供耐刮擦的保护，中和成盐法水化聚丙烯酸酷乳液的制备可以调整乳液的性质，而恒温连续式固化工艺确保涂层在特定温度和时间下固化并达到更高的硬度和柔韧性。

24、基于预乳化半连续种子乳液聚合技术制备出硬度柔韧性平衡的聚丙烯酸酷乳液，构筑中和成盐法水化聚丙烯酸酷乳液，通过恒温连续式固化工艺，得到水溶性耐刮擦涂层，使其在穿过核燃料组件骨架的导向翼和弹簧片时免受刮伤，同时又可在安装结束后用热水或热碱彻底清洗干净，保证核燃料棒后续正常工作。

技术特征：

1.一种核燃料棒表面水溶性耐刮擦涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种核燃料棒表面水溶性耐刮擦涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中制备种子乳液包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种核燃料棒表面水溶性耐刮擦涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中制备种子乳液还包括如下步骤：

4.根据权利要求1所述的一种核燃料棒表面水溶性耐刮擦涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中将预乳化的种子乳液通过滴定管取样逐渐加入中和剂氢氧化钠naoh中；

5.根据权利要求4所述的一种核燃料棒表面水溶性耐刮擦涂层的制备方法，其特征在于，所述水与种子乳液比例为0.5:1，聚乙烯吡咯烷酮pvp与种子乳液占比为0.5%。

6.根据权利要求4所述的一种核燃料棒表面水溶性耐刮擦涂层的制备方法，其特征在于，所述种子乳液的添加量是中和剂的5%~10%，中和剂氢氧化钠naoh的浓度在0.5~0.7 m。

7.根据权利要求1所述的一种核燃料棒表面水溶性耐刮擦涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s4的固化步骤具体包括：

技术总结本发明公开了一种核燃料棒表面水溶性耐刮擦涂层的制备方法，涉及涂层制备技术领域，本发明基于预乳化半连续种子乳液聚合技术制备出硬度柔韧性平衡的聚丙烯酸酷乳液，构筑中和成盐法水化聚丙烯酸酷乳液，通过恒温连续式固化工艺，研制出水溶性耐刮擦涂层，应用于核燃料棒表面，以提供耐刮擦的保护，中和成盐法水化聚丙烯酸酷乳液的制备可以调整乳液的性质，而恒温连续式固化工艺确保涂层在特定温度和时间下固化并达到更高的硬度和柔韧性，通过恒温连续式固化工艺，得到水溶性耐刮擦涂层，使其在穿过核燃料组件骨架的导向翼和弹簧片时免受刮伤，同时又可在安装结束后用热水或热碱彻底清洗干净，保证核燃料棒后续正常工作。技术研发人员：张潇阳,徐一,雷雅萍,王剑,胡劭勋,管炜城,许武荣,张雪,张雨轩,游锋受保护的技术使用者：南昌大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2