DE1094906B - Schmierfett fuer Teile von Kernreaktoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Schmierfette, die gegen die Einwirkung von Wärme und heißem Kohlendioxyd beständig sind und sich zur Schmierung von in Verbindung mit Kernreaktoren verwendeten Maschinenteilen eignen.

Kernreaktoren für Kraftwerke bestehen aus einer Kernreaktorzone, einem Wärmeübertragungsmedium und einem Steuermechanismus. Die Kernreaktorzone erzeugt Neutronenströme von hoher Intensität durch Umwandlung von Uranspaltstoff in Strahlung und verschiedene Formen von Materie. Diese Umwandlung ist von der Entwicklung erheblicher Wärme begleitet. In vielen, gegenwärtig im Bau begriffenen Anlagen besteht das Wärmeübertragungsmedium aus Kohlendioxyd, welches die Wärme von der Reaktionszone zu Dampferzeugungsanlagen überträgt. In solchen Anlagen erreicht das Kohlendioxyd hohe Temperaturen, z. B. in der Größenordnung von 400⁰C, und das heiße Kohlendioxyd wird durch Gebläse umgewälzt. Der Kernumwandlungsprozeß wird durch eine aus Graphit bestehende Bremssubstanz gemäßigt, in der die Uranspaltstoffstäbe enthalten sind. Hierbei läßt sich das Ausmaß der Spaltreaktion durch Einschieben von Regelstangen in die Bremssubstanz variieren. Solche Regelstangen können aus Neutronen absorbierenden Stoffen, wie Borstahl, bestehen. Die Regelstangen werden durch einen Mechanismus betätigt, mit dessen Hilfe sie vermöge ihrer Schwerkraft in die Reaktorzone hinabgelassen werden können. Abgesehen von der allgemeinen täglichen Bewegung muß der Regelstangenmechanismus für den Notfall imstande sein, die Regelstangen schnell vollständig in den Reaktorbloek hineinfallen zu lassen, und er muß deshalb ausreichend geschmiert sein. Ferner werden die Spaltstoffhüllen durch eine Ladungs-Entladungs-Vorrichtung bedient, die unter dem Bremssubstanzblock angeordnet oder als Kran ausgebildet sein kann und sich im letzteren. Falle über dem Bremssubstanzblock befindet.

Sowohl die Ladungs-Entladungs-Vorrichtung für die Spaltstoffhülle als auch der Regelstangenmechanismus sind der Strahlung ausgesetzt, da sie sich in der Nähe der Hauptreaktorzone innerhalb des sogenannten biologischen Panzers befinden, wenn auch die Strahlungsintensität, der der Regelstangenmechanismus ausgesetzt ist, etwas geringer ist als diejenige, der die Ladungs-Entladungs-Vorrichtung ausgesetzt ist. Beide können der Einwirkung von heißem gasförmigem Kohlendioxyd unterliegen, und beide müssen während der langen Zeiträume, in denen sie nicht zugänglich sind, hinreichend geschmiert werden. Das für diese Schmierung verwendete Fett muß daher gegen die Einwirkung der Strahlung und des heißen gasförmigen Kohlendioxyds beständig sein, es darf bei hohen Temperaturen nicht dünn werden, und es muß gefügebeständig sein, d. h., es darf keine Phasentrennung in nennenswertem Ausmaße erleiden. Diese Gefügebeständigkeit ist von großer Bedeutung.

Schmierfett für Teile von Kernreaktoren

Anmelder:

Esso Research and Engineering Company, Elizabeth, N.J. (V.St.A.)

Vertreter:

E. Maemecke und Dr. W. Kühl, Patentanwälte, Hamburg 36, Esplanade 36 a

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 11. November 1958

Arthur Leslie Morris, Abingdon, Berkshire,

Anthony Winward, Didcot, Berkshire,

und Peter Joseph Vermont James Agius,

"Wantage, Berkshire (Großbritannien),

sind als Erfinder genannt worden

Die Erfindung betrifft Schmierfette, die gegen die Wirkung von heißen, kohlendioxydhaltigen Gasen beständig und zur Verwendung in Kernreaktoren der beschriebenen Art geeignet und unter den in solchen Reaktoren vorliegenden Arbeitsbedingungen hinsichtlich ihres Gefüges und ihrer Viskosität beständig sind.

Die erfindungsgemäßen Schmierfette bestehen aus einer Mineralölbasis, welche mit Ruß zur Schmierfettkonsistenz verdickt ist und mindestens ein Kohlenwasserstoffpolymerisat und/oder -mischpolymerisat von einem mittleren Molekulargewicht bis 100000, z. B. im Bereich von 500 bis 2000, in einer Menge von mehr als 5 bis zu 50 Gewichtsprozent oder mehr enthält.

Es ist bekannt, mit Ruß verdickten Schmierfetten Erdölharze zuzusetzen, die durch Extraktion mit Propan, gewonnen sind, um die Haftfähigkeit der Schmierfette zu verbessern. Derartige Zusätze, die bekanntlich keine Kohlenwasserstoffpolymerisate, sondern, sauerstoffhaltige Verbindungen sind, sind jedoch nicht geeignet, die Widerstandsfähigkeit von Schmierfetten gegen die in Kernreaktoren herrschenden. Bedingungen zu erhöhen.

Ferner sind Schmierfette bekannt, die Ruß als Verdickungsmittel und außerdem als weiteres Verdickungsmittel 1 bis 5 % Polyacrylharze, Kautschuk oder lineare Polyolefine enthalten. Derart geringe Mengen an Kohlenwasserstoffpolymerisaten genügen jedoch nicht, um die

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Schmierfette gegen die Wirkung heißer kohlendioxydhaltiger Gase beständig und damit zur Verwendung in Kernreaktoren geeignet zu machen.

Ein bevorzugtes Kohlen-wasserstoffpolymerisat im Rahmen der Erfindung ist Polyisobutylen. Ein anderes bevorzugtes Kohlenwasserstoffpolymerisat ist Polyäthylen oder Polypropylen. Polystyrol kann ebenfalls verwendet werden.

Die in den erfindungsgemäßen Schmierfetten verwendeten Kohlenwasserstoffpolymerisate (oder -mischpolymerisate) besitzen vorzugsweise mittlere Molekulargewichte bis 100000. Für Schmierfette, die starken Neutronenströmen oder hohen Temperaturen ausgesetzt werden sollen, werden jedoch Polymerisate von niedrigeren Molekulargewichten bis 10000, z. B. von 500 bis 2000, bevorzugt.

Die Anwendung eines einzigen Kohlenwasserstoffpolymerisats, z. B. Polyisobutylen oder Polyäthylen, kann ausreichen, wenn die Mineralölbasis selbst eine beträchtliche Viskosität besitzt, z. B. 2OcSt bei 98,9⁰C. Für Grundöle von niedrigerer Viskosität, z. B. von 5 bis 20 cSt bei 98,9° C, wie flüssiges Paraffin, verwendet man zweckmäßig zwei oder mehrere Polymerisate und/oder Mischpolymerisate. In diesen Fällen kann man z. B. ein Gemisch von Polyisobutylen oder Polyäthylen mit einem kautschukartigen Mischpolymerisat verwenden. Ein geeignetes Mischpolymerisat ist der sogenannte Butylkautschuk, der aus einem Mischpolymerisat eines C₄- bis Cg-Isoolefins, z. B. Isobutylen, und einer geringen Menge eines C₄- bis C_e-Diolefins mit konjugierten Doppelbindungen, wie Butadien, Dimethylbutadien, Piperylen oder vorzugsweise Isopren, besteht. Mischpolymerisate von Butadien und Styrol können ebenfalls verwendet werden.

Die der Ölbasis zuzusetzende Menge an Kohlenwasserstoffpolymerisat, -mischpolymerisat oder Gemischen derselben soll ausreichen, um die Viskosität des Grundöls auf mindestens etwa 35 cSt bei 98,9° C, vorzugsweise auf 40 bis 7OcSt bei 98,9° C, zu erhöhen. Die Gesamtmenge an Polymerisat und/oder Mischpolymerisat kann daher 50 Gewichtsprozent und mehr, z. B. 30 bis 55 Gewichtsprozent, des Grundöls betragen, d. h. mehr als 5 Gewichtsprozent. Verwendet man die oben beschriebenen Kohlenwasserstoffmischpolymerisate als Verdickungsmittel für das Grundöl, so sind die anzuwendenden Mengen durch die Löslichkeit des Mischpolymerisats in dem Öl begrenzt. Aus diesem Grunde werden die Mischpolymerisate gewöhnlich zusammen mit den Kohlenwasserstoffpolymerisaten angewandt.

Wenn die Schmierfette nur verhältnismäßig geringen

ίο Strahlungsintensitäten ausgesetzt werden sollen, können sie mit paraffinischen Ölen hergestellt werden. Nun vertragen aber Mineralöle eine um so höhere Strahlungsmenge, je höher ihr Gehalt an Aromaten ist. Obwohl man also vorwiegend paraffinische Öle, wie Weißöle und

flüssige Paraffine, als Ölbasis verwenden kann, bietet die Anwendung aromatenhaltiger öle, z. B. der Lösungsmittelextrakte von der Schmierölraffination, Vorteile.

Nach Möglichkeit sollen die erfindungsgemäßen Schmierfette nur sehr wenig Schwefel enthalten, um die Verunreinigung von Metallteilen, z. B. den Behältern für die Spaltstoffstäbe, zu verhindern. Der Schwefelgehalt des fertigen Schmierfettes soll vorzugsweise unter 1,0 Gewichtsprozent liegen. Daher soll auch die Ölbasis selbst einen möglichst geringen Schwefelgehalt besitzen.

Hochraffinierte und leicht erhältliche öle sind flüssiges Paraffin oder hydrofiniertes Weißöl, und diese stellen daher geeignete Grundöle für die schwefelarmen Schmierfette gemäß der Erfindung dar.
Weiterhin sollen die erfindungsgemäßen Schmierfette vorzugsweise eine geringe Menge an einem Oxydationsverzögerer an sich bekannter Art enthalten, wie Phenylnaphthylamin, N,N' - Di - sek. butyl - ρ - phenylendiamin, 2,4 - Dimethyl - 6 - tert.butylphenol, 2,6 - Di - tert.butyl-4-methylphenol, Bisphenole und Phenothiazin. Der Gehalt des Gesamtschmierfettes an solchen Oxydationsverzögerern kann etwa 1 % betragen.

Die folgenden Beispiele erläutern die erhöhte Gefügebeständigkeit der erfindungsgemäßen Schmierfette, die Polyäthylen vom Molekulargewicht 1500 als Kohlen-Wasserstoffpolymerisat enthalten, im Vergleich mit ähnlichen Schmierfetten, die kein Polyäthylen enthalten.

Zusammensetzung, Gewichtsprozent

Viskosität	Fett	Fett	Fett	Fett	Fett	Fett
UOt Del 98,9° C	1	2*)	3	4*)	5	6*)
32,4	76,0	72,2
14,2	■—■	—·	81,0	71,0	—	—
22,5	—	—	—	—	81,0	72,5
	—	6,6	—.	7,2	—	7,1
	23,0	20,4	18,0	20,8	18,0	19,4
	1,0	0,8	1,0	1,0	1,0	1,0

Brightstock

Mineralöldestillat

Phenolextrakt eines Mineralöls

Polyäthylen

Acetylenruß

Phenyl-j8-naphthylamin

*) Gemäß der Erfindung.

Die Schmierfette werden folgendermaßen hergestellt: Das Kohlenwasserstoffpolymerisat und der Oxydationsverzögerer werden in dem öl bei etwa 120⁰C gelöst. Dieses Grundölgemisch wird langsam unter beständigem Rühren zu dem Ruß zugesetzt, worauf man nach beendetem Zusatz noch 1 Stunde weiterrührt.

Die Hitzebeständigkeit der Schmierfette wird nach der ASTM-Prüfnorm 1263 für Radlager geprüft; die Prüfung wird im Verlaufe von 8 Stunden bei 150⁰C durchgeführt. Die Ergebnisse sind die folgenden:

	Fett Nr.	Radlagerprüfung, Ölverlust, g
65	1	0,65
	2	0,3
	3	2,4
	4	0,2
	5	1,3
70	6	0,2

Man bemerkt eine deutliche Verminderung im Ölverlust bei den erfindungsgemäßen Schmierfetten Nr. 2, 4 und 6.

Fett Nr. 2 wird einer Strahlung ausgesetzt, und die Stabilität nach der Bestrahlung wird nach der ASTM-Prüfnorm 217 für die Penetration und nach der ASTM-Prüfnorm für den Tropfpunkt bestimmt. Die Ergebnisse sind die folgenden:

Strahlungsmenge (rad)	Penetration mm/10	Tropfpunkt °C
0 1 · 108 1 -109	287 303 311	>280 >280 >280

Hieraus ersieht man, daß die erfindungsgemäßen Schmierfette sich zufriedenstellend verhalten, indem sie eine gute Beständigkeit gegen Strahlung und hohe Temperaturen aufweisen.

Als Beispiel für ein erfindungsgemäßes Schmierfett (Fett Nr. 10), welches ein Kohlenwasserstoff polymerisat und ein Mischpolymerisat enthält, wird ein Schmierfett der folgenden Zusammensetzung nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt:

Man sieht, daß die physikalischen Eigenschaften des Fettes auch nach starker Bestrahlung praktisch unverändert bleiben.

Die folgenden Beispiele zeigen, daß erfindungsgemäße Schmierfette, die Polyisobutylen vom Molekulargewicht 1000 als Kohlenwasserstoffpolymerisat enthalten, ihre Konsistenz unter der Einwirkung hoher Temperatur und starker Bestrahlung in ähnlicher Weise beibehalten wie die oben beschriebenen, Polyäthylen enthaltenden Schmierfette.

Die Zusammensetzungen dieser Schmierfette sind die folgenden:

Zusammensetzung, Gewichtsprozent

Gewichtsprozent Flüssiges Paraffin

(Viskosität 15 cSt bei 98,9⁰C) 39,3

Polyisobutylen (Molekulargewicht 1000) ... 39,3

Butylkautschuk* (Molekulargewicht 40000) 0,4

Acetylenruß 20,0

Phenyl-/3-naphthylamin 1,0

*) Mischpolymerisat von 98 % Isobutylen und 2°/₀ Isopren.

^?·° Mit dem Schmierfett Nr. 10 und einem Vergleichsfett Nr. 11, welches aus 72 Gewichtsprozent flüssigem Paraffin und 18 Gewichtsprozent Acetylenruß besteht, werden Radlagerprüfungen gemäß der ASTM-Prüfnorm bei 160⁰C durchgeführt. Die Ergebnisse sind die

^a5 folgenden:

Mineralöldestillat ...

Phenolextrakt eines
Mineralöls

Polyisobutylen

Acetylenruß

Phenyl-/?-naphthylamin

Viskosität des Grundölgemisches vor Zusatz
des Polyisobutylens,
cStbei98,9°C

Viskosität cSt bei 98,9° C

14,7
22,5

Fett 7	Fett 8
48	24
	24
32	32
19	19
1	1
42,9	54,0

Fett 9 ASTM-Radlagerprüfung,
Ölverlust, g

Fett 10 Fett 11

0,1

1,9

Hieraus ergibt sich ein sehr erheblicher Rückgang des Ölverlustes bei Verwendung des erfindungsgemäßen

Schmierfettes.

47,4

31,6

20,0

1,0

Claims (4)

Patentansprüche: 60,2 Die Ergebnisse der Prüfungen sind die folgenden: Fett 7Fett8Fett 9Radlagerprüfung nach ASTM 1263, Ölverlust, g Strahlungsbeständigkeit, ASTM 217, Penetration in mm/10 nach Bestrahlung mit 0 0,3 beil20°C 297 320278 293 308ο,ι beil20°C 294 305 3101 · 108 rad 3 · 108 rad

1. Schmierfett für Teile von Kernreaktoren auf der Basis eines Mineralöls, welches mit Ruß zur Fettkonsistenz verdickt ist, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens ein Kohlenwasserstoffpolymerisat und/oder -mischpolymerisat von einem mittleren Molekulargewicht bis 100000, z. B. im Bereich von 500 bis 2000, in einer auf das Gesamtgewicht bezogenen Menge von mehr als 5 bis 50 °/„ enthält.

2. Schmierfett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstoffpolymerisat Polyäthylen ist.

3. Schmierfett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstoffpolymerisat Polyisobutylen ist.

4. Schmierfett nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstoffmischpolymerisat ein Butylkautschuk ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 477 311;
Chemisches Zentralblatt, 1954, S. 3144;
Radiation Resistant Lubricants-thevi Development and Status (1957), S. 12 bis 13.