Name: in situ high pressure hydrogen tribological testing of common polymer materials used in the hydrogen delivery infrastructure
Uploaded: 2018-03-31T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 1 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about In Situ High Pressure Hydrogen Tribological Testing of Common Polymer Materials Used in the Hydrogen Delivery Infrastructure at JoVE.com

この研究を行ったで、太平洋の北西国立研究所 (なり)、ため、エネルギー省 (DOE) 契約番号の下でバテル記念研究所が運営します。デ-AC05-76RL01830。

ここで示した実験では、無臭、無色、およびこうして人間の感覚によって検出不可能である水素ガスの使用が必要です。水素は引火、やけどほぼ目に見えない青炎しフォームをすることができます酸素の存在下で爆発性混合物。6.9 MPa を超える高圧は、任意のテストに備えて追加爆発の危険を適切に計画する必要がありますを追加します。この蓄えられたエネルギー量は深刻な安全上の問題を表し、したがって適正評価、計画、および安全性に、評価をこれらの危険を軽減することを確認するこのような実験を実行する前に実行する必要があります。ここで示した実験は、34.5 MPa に設定され、適切な換気、バースト ディスクとアメリカ機械学会 (ASME) 認定加圧適切な安全上の注意に従って実行されます。
1. ポリマー シート素材の準備
<ol><li>非研磨スポンジを使用して EDPM ポリマー シート素材に洗剤を適用し、オイルを削除し、タルクの粉末製造と出荷プロセス中に適用される約 3 分のための水の下ですすいでください。</li>
	<li>洗濯の残り水のドライブに約 72 時間、マテリアルの作業温度、EPDM、約 75 ° C の 85% で乾燥炉内のポリマー シートを乾燥させます。</li>
	<li>オーブンの電源を切り、オーブン中室温に冷却する高分子シート ストック材料を許可します。</li>
	<li>ポリマー シートの上部を指している矢印の付いたシート素材の一角をマークします。この矢印はポリマー シートからカットのサンプルがあること一貫して同じ方向を確保するサンプル クーポン生成中にシートの向きを識別するのに役立ちます。</li>
	<li>部屋の温度でポリマー ストック シート、トライボロジー試験前に相対湿度が 25% 近くの湿度制御環境を格納します。</li>
</ol>2 を生成し、サンプル クーポンをマウント
<ol><li>粉を着て手袋を無料、対象クーポン、双方向の矢印がある同じ方向にポリマー シート素材の準備中にマークの矢印付近に矢のポリマー シート素材をマークします。</li>
	<li>2.222 cm 直径の円形死ぬと木槌を使って、矢印マークの周りのサンプル クーポンを根絶します。</li>
	<li>トライボメータその場で、六角のキャップ スクリューと精密試料留め具の一番アクセスし易いコーナーから春削除サンプル クランプを固定する六角キャップ ネジを緩めます。</li>
	<li>試料留め具、サンプルを確認する世話にスライド サンプル クーポンは方向の矢印が上下、トライボメータのバック プレートに近い側であるクランプの背面に向かって顔を指摘しました。</li>
	<li>精密スプリングとサンプルの空の隅に六角のキャップ スクリューをクランプし手に進むは、エラストマー サンプルは元の高さの 10% で圧縮するようフィットするまでクランプの hex キャップネジのすべての 4 つを締めます。0.318 cm サンプル高さを想定して、クランプの 2 つのプレート間 0.287 cm ゲージ ブロックを使用して、10% の圧縮を実現できます。</li>
</ol>3. 準備その場でトライボメータ
<ol><li>場所 2.413 cm ゲージ、トライボメータの壁とドライブのネジのすぐ下のサンプルそりブロックです。データ コレクション ボックスがオフし、時計回りに動き、そりのエッジがトライボメータ壁から 2.413 cm サンプルそりをバックアップするドライブ チェーンを有効にしていることを確認します。</li>
	<li>反対の表面の表面の任意の破片が無料表示されるまで約 30 秒間柔らかい布または糸くずのない紙タオル、アセトンなどの適当な溶剤で表面をカウンターの鋼球を軽く拭きます。</li>
	<li>ブロンズ カウンター表面キャリアとブロンズ重量、カウンター ボールの鍵穴に挿入し、ポリマー サンプルの残りの部分をできるようにサンプルそりに垂直のレール上に 7.5 N の合計荷重スライドさせます。</li>
	<li>自由に浮遊、LVDT シリンダーが腕にかかっていることなど、ブロンズ カウンター表面ホルダーにリニア可変差動トランス (LVDT) 測定アーム六角キーと 2 つの銅ネジを使用して、接続し直します。</li>
	<li>場所の LVDT を保持するクランプを調整したり、ダウンそれの近く、LVDT を測定するようなゼロ点、クランプを締める場所に LVDT をセキュリティで保護します。</li>
	<li>確保、トライボメータと容器の壁との間のギャップに、容器の上部のフランジに管が下がる圧力容器にトライボメータ アセンブリを下げます。</li>
	<li>ラップ シール o リング PTFE テープの 2 つ半層の合計。これは、各ラップと重なる約半分進むラップの o リングの直径を 2 回はやってまで PTFE テープでラップで。O リングの径をラップ重なることがなく最終的な時間。O リングをラップすると、一度は、圧力容器のリップの溝に配置します。</li>
	<li>考慮して配線ラベルは、トライボメータ モーターの 5 電源線、負荷セルの 4 つのデータ線と、LVDT の 5 つのデータ ケーブルを接続し直します。</li>
</ol>4. 圧力容器のシール
<ol><li>下を閉じ、PTFE にそっと上部フランジを下に注意しながら圧力容器上部フランジは o リングをシールをラップしました。</li>
	<li>彼らがタイトな指まで昇順でメーカーが示す上部フランジの番号の穴にボルトを挿入します。</li>
	<li>手動六角キーを使用すると、手にタイトな昇順のフランジ ボルトをトルクし、ボルトを強化されなくことができますまで繰り返します。</li>
	<li>最低 120 Nm と 〜 40 Nm ずつ増えていく昇順 〜 40 Nm 増分の彼らがカンカンまで 280 ボルト、トルクをトルクレンチを使用して Nm。</li>
</ol>5. 圧力容器の充填
<ol><li>今では圧力容器が密閉されているガス器具をオートクレーブ蓋に接続し、容器の酸素に配管酸素センサーを用いた 10 ppm を下回るまで約 1 h のアルゴンのガスを低圧 (~0.55 MPa) と圧力容器をフラッシュ圧力容器の出力。</li>
	<li>ゆっくりと (< 0.25 MPa ・ s) 6.9 MPa まで水素ガスの容器をフラッシュし、ゆっくりと大気圧ガスを発散します。フラッシュ プロセスをさらに 2 回繰り返します。</li>
	<li>ゆっくりと圧力容器をフラッシュした後 (< 0.25 MPa ・ s) 水素ガス 13.75 MPa までの圧力容器を記入し、容器内のガスの温度は部屋の温度にあるように 10 分の残りの部分に容器を許可します。</li>
	<li>20.7 mpa 容器記入し、別の 10 分を待ちます。</li>
	<li>ターゲット 27.6 まで容器をもたらす MPa と閉じるすべてのバルブをオフします。</li>
	<li>完全な浸透を可能にするのに実験を開始する前に、水素ガスで少なくとも 12 時間浸漬する高分子サンプルを許可します。</li>
</ol>6. 実験の実行
<ol><li>圧力容器を終了するすべてのパススルー ワイヤ トライボメータ コントロール ボックスに関連付けられたラベル付き配線ハーネスに正しく接続されていると、トライボメータ入れますダブル チェック。</li>
	<li>トライボメータでは、ソフトウェアは、実験時間を 0.140 cm のパスの長さを 0.1 cm/s の速度で 1 時間に設定します。これは約 3.5 m の距離に対応します。</li>
	<li>風袋、ロードセル、LVDT が 0 mm に近いことトライボメータ ソフトウェアの適切な深さを報告していることを確認.</li>
	<li>実験を開始します。</li>
</ol>7. 後の実験
<ol><li>約 0.35 MPa/s、圧力容器の温度は 0 ° C 下で落ちないことを確認で水素ガスの圧力容器をゆっくりと発散実験が完了すると、</li>
	<li>最後に、容器内の残りの水素がないことを確認する 10 分間大気圧アルゴン ガス圧力容器ボリュームをフラッシュします。</li>
</ol>

<ol>
	<li>Schlapbach, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Technology:+Hydrogen-fuelled+vehicles.">Technology: Hydrogen-fuelled vehicles.</a> Nature. 460 (7257), 809-811 (2009).</li><li>Jones, R., Thomas, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Materials for the Hydrogen Economy. , (2007).</li><li>Barth, R., Simons, K. L., San Marchi, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Polymers for Hydrogen Infrastructure and Vehicle Fuel Systems: Applications, Properties, and Gap Analysis. , 23-34 (2013).</li><li>Marchi, C., Somerday, B. P., Ref, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Technical Reference on Hydrogen Compatibility of Materials. , (2008).</li><li>Welch, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Challenges in developing hydrogen direct injection technology for internal combustion engines. , (2008).</li><li>Fukai, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Metal-Hydrogen System. , (2005).</li><li>Lu, G., Kaxiras, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogen+embrittlement+of+aluminum:+The+crucial+role+of+vacancies.">Hydrogen embrittlement of aluminum: The crucial role of vacancies.</a> Phys. Rev. Lett. 94 (15), 155501 (2005).</li><li>Zhao, Z., Carpenter, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Annealing+enhanced+hydrogen+absorption+in+nanocrystalline+Pd&#8725;AuPd&#8725;Au+sensing+films.">Annealing enhanced hydrogen absorption in nanocrystalline Pd&#8725;AuPd&#8725;Au sensing films.</a> J. Appl. Phys. 97 (12), 124301 (2005).</li><li>Alvine, K. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-pressure+hydrogen+materials+compatibility+of+piezoelectric+films.">High-pressure hydrogen materials compatibility of piezoelectric films.</a> Appl. Phys. Lett. 97 (22), 221911 (2010).</li><li>Alvine, K. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogen+species+motion+in+piezoelectrics:+A+quasi-elastic+neutron+scattering+study.">Hydrogen species motion in piezoelectrics: A quasi-elastic neutron scattering study.</a> J. Appl. Phys. 111 (5), 53505 (2012).</li><li>Aggarwal, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+hydrogen+on+Pb(Zr,Ti)O3Pb(Zr,Ti)O3-based+ferroelectric+capacitors.">Effect of hydrogen on Pb(Zr,Ti)O3Pb(Zr,Ti)O3-based ferroelectric capacitors.</a> Appl. Phys. Lett. 73 (14), (1998).</li><li>Ikarashi, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analytical+transmission+electron+microscopy+of+hydrogen-induced+degradation+in+ferroelectric+Pb(Zr,+Ti)O3Pb(Zr,+Ti)O3+on+a+Pt+electrod.">Analytical transmission electron microscopy of hydrogen-induced degradation in ferroelectric Pb(Zr, Ti)O3Pb(Zr, Ti)O3 on a Pt electrod.</a> Appl. Phys. Lett. 73 (14), (1998).</li><li>Castagnet, S., Grandidier, J., Comyn, M., Beno&#305;, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogen+influence+on+the+tensile+properties+of+mono+and+multi-layer+polymers+for+gas+distribution.">Hydrogen influence on the tensile properties of mono and multi-layer polymers for gas distribution.</a> Int. J. Hydrog. Energy. 35, 7633-7640 (2010).</li><li>Theiler, G., Gradt, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tribological+characteristics+of+polyimide+composites+in+Hydrogen+environment.">Tribological characteristics of polyimide composites in Hydrogen environment.</a> Tribol. Int. 92, 162-171 (2015).</li><li>Sawae, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Friction+and+wear+of+bronze+filled+PTFE+and+graphite+filled+PTFE+in+40+MPA+hydrogen+gas.">Friction and wear of bronze filled PTFE and graphite filled PTFE in 40 MPA hydrogen gas.</a> Proceed. , 249-251 (2011).</li><li>Fujiwara, H., Ono, H., Nishimura, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Degradation+behavior+of+acrylonitrile+butadiene+rubber+after+cyclic+high-pressure+hydrogen+exposure.">Degradation behavior of acrylonitrile butadiene rubber after cyclic high-pressure hydrogen exposure.</a> Int. J. Hydrogen Energy. 40 (4), 2025-2034 (2015).</li><li>Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+low+temperature+prestrain+on+hydrogen+gas+embrittlement+of+metastable+austenitic+stainless+steels.">Influence of low temperature prestrain on hydrogen gas embrittlement of metastable austenitic stainless steels.</a> Int. J. Hydrogen Energy. 38 (25), 11181-11187 (2013).</li><li>Weber, S., Theisen, W., Mart&#305;, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+stable+high-aluminum+austenitic+stainless+steel+for+hydrogen+applications.">Development of a stable high-aluminum austenitic stainless steel for hydrogen applications.</a> Int. J. Hydrogen Energy. 38 (14), 5989-6001 (2013).</li><li>Papavinasam, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Corrosion control in the oil and gas industry. , (2013).</li><li>Yamamoto, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogen+Embrittlement+of+Nuclear+Power+Plant+Materials.">Hydrogen Embrittlement of Nuclear Power Plant Materials.</a> Mat. Trans. 45 (8), 2647-2649 (2004).</li><li>Rymuza, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tribology+of+polymers.">Tribology of polymers.</a> Arch. Civ. Mech. Eng. 7 (4), 177-184 (2007).</li><li>Mckeen, L. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 1 Introduction to Fatigue and Tribology of Plastics and Elastomers. , (2010).</li><li>Lorge, O., Briscoe, B. J., Dang, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gas+induced+damage+in+poly(vinylidene+fluoride)+exposed+to+decompression.">Gas induced damage in poly(vinylidene fluoride) exposed to decompression.</a> Polymer. 40, 2981-2991 (1999).</li><li>Sawae, Y., Yamaguchi, A., Nakashima, K., Murakami, T., Sugimura, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+Hydrogen+Atmosphere+on+Wear+Behavior+of+PTFE+Sliding+Against+Austenitic+Stainless+Steel.">Effects of Hydrogen Atmosphere on Wear Behavior of PTFE Sliding Against Austenitic Stainless Steel.</a> Proceed. , 1-3 (2008).</li><li>Sawae, Y., Nakashima, K., Doi, S., Murakami, T., Sugimura, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+high+pressure+hydrogen+on+wear+of+PTFE+and+PTFE+composite.">Effects of high pressure hydrogen on wear of PTFE and PTFE composite.</a> Proceed. , 233-235 (2010).</li><li>Duranty, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+in+situ+tribometer+for+measuring+friction+and+wear+of+polymers+in+a+high+pressure+hydrogen+environment.">An in situ tribometer for measuring friction and wear of polymers in a high pressure hydrogen environment.</a> Rev. Sci. Instrum. 88 (9), (2017).</li></ol>

著者が明らかに何もありません。

高分子材料のトライボロジー試験のため現在元場テクニックには、される前に減圧される高圧水素にさらされるサンプルが必要商業トライボメータを使用してテストします。15,24,25このプロトコルのテスト方法は、高圧環境でその場でポリマー サンプルのトライボロジー特性のテストを許可するように設計さ...

近年、可能性ゼロ排出ガスとして水素の大きな関心や車、定置型電源のゼロに近い排出量の燃料をされています。室温で低密度のガスとして水素が存在するので、ほとんどのアプリケーションは燃料の圧縮水素のいくつかのフォームを使用します。1,2の圧縮を使用して潜在的な欠点は、高圧水素ガスは、インフラストラクチャ2,3,4と車載5内で見つかった多くの材料との互換性、互換性の問題が繰り返される圧力および温度と組み合わせてサイクリングします。純粋な水素環境は特定の鋼を含む金属の部品が損傷、腫れ、水素化物の形成を含むさまざまなメカニズムを通じてチタン表面とふくれ、脆化。2,6,7,ジルコン酸チタン酸鉛 (PZT) 圧電セラミックスの使用など8非金属部品も鉛の移行と表面ふくれなど水素非互換性効果による劣化を受けやすい証明しました。9,10,11,12水素照射による損傷のこれらの例は既に研究されている中、水素環境内の高分子のコンポーネントとの互換性が関心になるばかり。13,14,15,16主成分ポリマーは通常の障壁またはシールとして、核の構造の整合性とオイルとガスのアプリケーションを提供する金属のコンポーネントの結果です。17,18,19,20その結果、ポリテトラフルオロ エチレン (PTFE) などのコンポーネント内で高分子材料の摩擦・摩耗特性シートとバルブ トリル ブタジエンのゴム (NBR) O リングになる重要な要因で機能する能力で。
水素インフラの場合は、貯蔵タンク、コンプレッサー、バルブなどのコンポーネントは、金属表面と接触している高分子材料を含まれています。高分子と金属表面間の摩擦の相互作用は、各表面の摩耗の結果します。摩擦と相互作用する 2 つの表面の摩耗の関係の科学はトライボロジーと呼ばれます。低弾性率と金属よりも強度を持っている傾向があるポリマー、高分子材料のトライボロジー特性は金属材料から大きく異なるため。その結果、高分子表面は、金属表面との摩擦接触後以上の摩耗や損傷を展示する傾向があります。21,22水素インフラストラクチャ アプリケーション、高速圧力と温度サイクルが高分子と金属表面の相互作用の繰り返しの原因は、摩擦の可能性が高まるとポリマー成分に着用します。元場非トライボ損傷を引き起こす可能性があります減圧後ポリマー サンプルの可能な爆発性減圧のためこの損傷の定量化は難しい。23また、多くのポリマー製品含める多くのフィラーと水素化、元場これらの摩耗の解析をさらに複雑な中に水素ガスとの対話を通じて否定的マグネシウム酸化物 (MgO) などの添加物材料。24,25
減圧元場摩擦摩耗による損傷発生高分子材料への損傷間の差別化の複雑さのため直接非金属材料原の摩擦特性を調査する必要があります。水素配信インフラストラクチャ内に存在する可能性のある高圧水素環境で。このプロトコルでは、テストを示す摩擦を定量化し、専用の in situトライボメータを利用した高圧水素雰囲気下における高分子材料の性質を着用する方法論を開発しました。26本代表のデータ取得の in situトライボメータとエチレン プロピレンのジエンの単量体 (EPDM) ゴム、一般的なポリマー シールおよびバリア材を使用します。EPDM 素材 0.3175 cm 厚さで 60.96 cm 正方形シートで購入したデータは、以下のプロトコルを使用して生成された代表と 60A 硬さの評価を持っているベンダーによって報告されました。

<table><tbody><tr><td>EPDM Polymer Stock Sheet</td><td>McMaster-Carr</td><td>8525T68</td><td>24&quot; x 24&quot;, 1/8&quot; Thick</td></tr><tr><td>Pressure Vessel, Autoclave</td><td>Fluitron Inc.</td><td>8308-1788-U</td><td>5&quot; diameter, 1&#039; height</td></tr><tr><td>High Purity Hydrogen Gas</td><td>Praxair</td><td>HY4.5</td><td>Grade 4.5, 5ppm O2, 5 ppm H20</td></tr><tr><td>O2 Sensor</td><td>Advanced Micro Instruments</td><td>T2</td><td>0-5ppm min. range, 10,0000ppm max.</td></tr><tr><td>Pre-purified Argon Gas</td><td>Oxarc</td><td>LCCO-HP818</td><td>High-purity, 99.998%</td></tr><tr><td>Liquid Dishwashing Detergent</td><td>McMaster-Carr</td><td>98365T89</td><td>32 oz pour bottle, lemon scented</td></tr><tr><td>Mildew Resistant Sponge</td><td>McMaster-Carr</td><td>7309T1</td><td>6&quot; long x 3 -1/2&quot; Wide x 1&quot; High, yellow</td></tr><tr><td>PTFE Pipe Thread Sealant Tape</td><td>McMaster-Carr</td><td>4591K12</td><td>1/2&quot; wide, white color</td></tr><tr><td>Gas Tube Fittings</td><td>Swagelok</td><td>SS-400-1-4</td><td>1/4&quot; OD, stainless steel, male NPT threading</td></tr><tr><td>Hammer Driven Die</td><td>McMaster-Carr</td><td>3427A22</td><td>7/8&quot; Hammer driven hole punch</td></tr><tr><td>Linear Variable Differential Transformer</td><td>Omega</td><td>LD320-2.5&amp;nbsp;</td><td>2.5mm, AC output, guided w/spring</td></tr><tr><td>Autoclave O-ring Seal</td><td>Fluitron Inc.</td><td>A-4511</td><td>Hastelloy C-276, 5-3/4&quot; OD x 5&quot; ID x 3/8&quot;</td></tr><tr><td>Torque Wrench</td><td>McMaster-Carr</td><td>85555A422</td><td>Adjustable Torque-Limiting Wrench, Quick-Release, 1/2&quot; Square Drive, 50-250 ft.-lbs. Torque</td></tr><tr><td>Mallet</td><td>McMaster-Carr</td><td>5939A11</td><td>Hard and Extra-Hard Rubber Hammer, 2-1/4 lbs.</td></tr><tr><td>iLoad Mini Capacitive Load Sensor</td><td>Loadstar Sensors</td><td>MFM-050-050-S*C03</td><td>50 lb, U Calibration, 0.5% Accuracy, Steel</td></tr></tbody></table>

in situ high pressure hydrogen tribological testing of common polymer materials used in the hydrogen delivery infrastructure

高圧水素ガスは、コンプレッサー、バルブ、ホース、およびアクチュエータの金属部品に悪影響を与える知られています。しかし、比較的少しはまたこれらのコンポーネント内で見つかったポリマー シールとバリア材料の高圧水素の影響について知られています。多くの研究は、高圧水素と水素燃料の輸送インフラのコンポーネントは、一般的なポリマー材料の互換性を判断するために必要です。その結果、摩擦などの物理特性の変化を考慮し、ポリマーは、高圧水素にさらされている間その場で着用することが重要です。このプロトコルで摩擦試験方法とカスタムその場でピンのフラット直線往復を使用して 28 MPa 高圧水素環境におけるエチレン プロピレン ジエンの単量体 (EPDM) エラストマー試料の性質を着用トライボメータ。この試験は代表的な結果表示これは EPDM サンプル クーポンと鋼の反対の表面との間の摩擦係数が高圧水素で同様に測定した摩擦係数と比較すると増加することを示す周囲の空気。

紹介する方法を使用して、高圧水素環境中弾性サンプルの運動摩擦・摩耗率の係数を測定できます。図 1に示す代表的なデータは、高圧水素環境で大きな力が EPDM ポリマー サンプル スチール カウンター表面の下を移動する必要であることを示します。関係を使用して FNと EPDM のサンプル間の摩擦力 FK摩擦係数 μ、強制的に通常?...

Watch this Scientific Journal Video about In Situ High Pressure Hydrogen Tribological Testing of Common Polymer Materials Used in the Hydrogen Delivery Infrastructure at JoVE.com

In Situ High Pressure Hydrogen Tribological Testing of Common Polymer Materials Used in the Hydrogen Delivery Infrastructure

水素インフラ サービスで使用される高分子のトライボロジー特性を定量化するためのテスト方法を示したし、一般的なエラストマーの特徴的な結果について述べる。

その場で高圧水素トライボロジー水素配信インフラストラクチャで使用される一般的なポリマー材料の試験

High pressure hydrogen gas is known to adversely affect metallic components of compressors, valves, hoses, and actuators. However, relatively little is ...

in-situ-high-pressure-hydrogen-tribological-testing-common-polymer

Research

JoVE Journal

Engineering

In Situ High Pressure Hydrogen Tribological Testing of Common Polymer Materials Used in the Hydrogen Delivery Infrastructure

7.5K ビュー.  Pacific Northwest National Laboratory. 水素インフラ サービスで使用される高分子のトライボロジー特性を定量化するためのテスト方法を示したし、一般的なエラストマーの特徴的な結果について述べる。

ビデオ: In Situ High Pressure Hydrogen Tribological Testing of Common Polymer Materials Used in the Hydrogen Delivery Infrastructure

A Testing Platform for Durability Studies of Polymers and Fiber-reinforced Polymer Composites under Concurrent Hygrothermo-mechanical Stimuli

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites under service condition is a critical aspect to be addressed for their robust designs and condition-based maintenance. These materials are adopted in a wide range of engineering applications, from aircraft and ship structures, to bridges, wind turbine blades, biomaterials and biomedical implants. Polymers are viscoelastic materials, and their response may be highly nonlinear and thus make it challenging to predict and monitor their in-service performance. The laboratory-scale testing platform presented herein assists the investigation of the influence of concurrent mechanical loadings and environmental conditions on these materials. The platform was designed to be low-cost and user-friendly. Its chemically resistant materials make the platform adaptable to studies of chemical degradation due to in-service exposure to fluids. An example of experiment was conducted at RT on closed-cell polyurethane foam samples loaded with a weight corresponding to ~50% of their ultimate static and dry load. Results show that the testing apparatus is appropriate for these studies. Results also highlight the larger vulnerability of the polymer under concurrent loading, based on the higher mid-point displacements and lower residual failure loads. Recommendations are made for additional improvements to the testing apparatus.

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites in service is a critical aspect for their designs and condition-based maintenance. We present a novel low-cost laboratory testing platform for the investigation of the influence of concurrent mechanical and environmental loadings, and may help design more efficient yet safer composite structures.

同時Hygrothermo-機械的刺激下でのポリマーおよび繊維強化ポリマー複合材料の耐久性研究のための試験プラットホーム

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites under service condition is a critical aspect to be addressed for their robust designs ...

工学

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process being used in order to maintain exquisite control over both feature size and feature density. Here, we demonstrate a method for tracking atomically resolved and controlled structures from initial template definition through final nanostructure metrology, opening up a pathway for top-down atomic control over nanofabrication. Hydrogen depassivation lithography is the first step of the nanoscale fabrication process followed by selective atomic layer deposition of up to 2.8 nm of titania to make a nanoscale etch mask. Contrast with the background is shown, indicating different mechanisms for growth on the desired patterns and on the H passivated background. The patterns are then transferred into the bulk using reactive ion etching to form 20 nm tall nanostructures with linewidths down to ~6 nm. To illustrate the limitations of this process, arrays of holes and lines are fabricated. The various nanofabrication process steps are performed at disparate locations, so process integration is discussed. Related issues are discussed including using fiducial marks for finding nanostructures on a macroscopic sample and protecting the chemically reactive patterned Si(100)-H surface against degradation due to atmospheric exposure.

We report a protocol for combining the atomic metrology of the Scanning Tunneling Microscope for surface patterning with selective Atomic Layer Deposition and Reactive Ion Etching. Using a robust process involving numerous atmospheric exposures and transport, 3D nanostructures with atomic metrology are fabricated.

アトミックトレーサブルナノ構造作製

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process ...

Experiments on Ultrasonic Lubrication Using a Piezoelectrically-assisted Tribometer and Optical Profilometer

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at a frequency above the acoustic range (20 kHz). As a solid-state technology, ultrasonic lubrication can be used where conventional lubricants are unfeasible or undesirable. Further, ultrasonic lubrication allows for electrical modulation of the effective friction coefficient between two sliding surfaces. This property enables adaptive systems that modify their frictional state and associated dynamic response as the operating conditions change. Surface wear can also be reduced through ultrasonic lubrication. We developed a protocol to investigate the dependence of friction force reduction and wear reduction on the linear sliding velocity between ultrasonically lubricated surfaces. A pin-on-disc tribometer was built which differs from commercial units in that a piezoelectric stack is used to vibrate the pin at 22 kHz normal to the rotating disc surface. Friction and wear metrics including effective friction force, volume loss, and surface roughness are measured without and with ultrasonic vibrations at a constant pressure of 1 to 4 MPa and three different sliding velocities: 20.3, 40.6, and 87 mm/sec. An optical profilometer is utilized to characterize the wear surfaces. The effective friction force is reduced by 62% at 20.3 mm/sec. Consistently with existing theories for ultrasonic lubrication, the percent reduction in friction force diminishes with increasing speed, down to 29% friction force reduction at 87 mm/sec. Wear reduction remains essentially constant (49%) at the three speeds considered.

We present a protocol for using a piezoelectrically-assisted tribometer and optical profilometer to investigate the dependence of ultrasonic wear and friction reduction on linear velocity, contact pressure, and surface properties.

圧電支援摩擦計と光プロフィルを用いた超音波潤滑の実験

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at ...

Quantification of Hydrogen Concentrations in Surface and Interface Layers and Bulk Materials through Depth Profiling with Nuclear Reaction Analysis

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and non-destructively reveals the hydrogen density distribution at surfaces, at interfaces, and in the volume of solid materials with high depth resolution. The technique applies a 15N ion beam of 6.385 MeV provided by an electrostatic accelerator and specifically detects the 1H isotope in depths up to about 2 &#956;m from the target surface. Surface H coverages are measured with a sensitivity in the order of ~1013 cm-2 (~1% of a typical atomic monolayer density) and H volume concentrations with a detection limit of ~1018 cm-3 (~100 at. ppm). The near-surface depth resolution is 2-5 nm for surface-normal 15N ion incidence onto the target and can be enhanced to values below 1 nm for very flat targets by adopting a surface-grazing incidence geometry. The method is versatile and readily applied to any high vacuum compatible homogeneous material with a smooth surface (no pores). Electrically conductive targets usually tolerate the ion beam irradiation with negligible degradation. Hydrogen quantitation and correct depth analysis require knowledge of the elementary composition (besides hydrogen) and mass density of the target material. Especially in combination with ultra-high vacuum methods for in-situ target preparation and characterization, 1H(15N,&#945;&#947;)12C NRA is ideally suited for hydrogen analysis at atomically controlled surfaces and nanostructured interfaces. We exemplarily demonstrate here the application of 15N NRA at the MALT Tandem accelerator facility of the University of Tokyo to (1) quantitatively measure the surface coverage and the bulk concentration of hydrogen in the near-surface region of a H2 exposed Pd(110) single crystal, and (2) to determine the depth location and layer density of hydrogen near the interfaces of thin SiO2 films on Si(100).

We illustrate the application of 1H(15N,&#945;&#947;)12C resonant nuclear reaction analysis (NRA) to quantitatively evaluate the density of hydrogen atoms on the surface, in the volume, and at an interfacial layer of solid materials. The near-surface hydrogen depth profiling of a Pd(110) single crystal and of SiO2/Si(100) stacks is described.

核反応分析と深さ方向分析を通じて表面・界面層とバルク材料中の水素濃度の定量

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and ...

Protocol for Relative Hydrodynamic Assessment of Tri-leaflet Polymer Valves

Limitations of currently available prosthetic valves, xenografts, and homografts have prompted a recent resurgence of developments in the area of tri-leaflet polymer valve prostheses. However, identification of a protocol for initial assessment of polymer valve hydrodynamic functionality is paramount during the early stages of the design process. Traditional in vitro pulse duplicator systems are not configured to accommodate flexible tri-leaflet materials; in addition, assessment of polymer valve functionality needs to be made in a relative context to native and prosthetic heart valves under identical test conditions so that variability in measurements from different instruments can be avoided. Accordingly, we conducted hydrodynamic assessment of i) native (n = 4, mean diameter, D = 20 mm), ii) bi-leaflet mechanical (n= 2, D = 23 mm) and iii) polymer valves (n = 5, D = 22 mm) via the use of a commercially available pulse duplicator system (ViVitro Labs Inc, Victoria, BC) that was modified to accommodate tri-leaflet valve geometries. Tri-leaflet silicone valves developed at the University of Florida comprised the polymer valve group. A mixture in the ratio of 35:65 glycerin to water was used to mimic blood physical properties. Instantaneous flow rate was measured at the interface of the left ventricle and aortic units while pressure was recorded at the ventricular and aortic positions. Bi-leaflet and native valve data from the literature was used to validate flow and pressure readings. The following hydrodynamic metrics were reported: forward flow pressure drop, aortic root mean square forward flow rate, aortic closing, leakage&#160;and regurgitant volume, transaortic closing, leakage, and total energy losses. Representative results indicated that hydrodynamic metrics from the three valve groups could be successfully obtained by incorporating a custom-built assembly into a commercially available pulse duplicator system and subsequently, objectively compared to provide insights on functional aspects of polymer valve design.

There has been renewed interest in developing polymer valves. Here, the objectives are to demonstrate the feasibility of modifying a commercial pulse duplicator to accommodate tri-leaflet geometries and to define a protocol to present polymer valve hydrodynamic data in comparison to native and prosthetic valve data collected under near-identical conditions.

トライリーフレットポリマーバルブの相対的な流体力学的評価のためのプロトコル

Limitations of currently available prosthetic valves, xenografts, and homografts have prompted a recent resurgence of developments in the area of ...

生物工学

Synthesis and Testing of Supported Pt-Cu Solid Solution Nanoparticle Catalysts for Propane Dehydrogenation

A convenient method for the synthesis of bimetallic Pt-Cu catalysts and performance tests for propane dehydrogenation and characterization are demonstrated here. The catalyst forms a substitutional solid solution structure, with a small and uniform particle size around 2 nm. This is realized by careful control over the impregnation, calcination, and reduction steps during catalyst preparation and is identified by advanced in situ synchrotron techniques. The catalyst propane dehydrogenation performance continuously improves with increasing Cu:Pt atomic ratio.

A convenient method for the synthesis of 2 nm supported bimetallic nanoparticle Pt-Cu catalysts for propane dehydrogenation is reported here. In situ synchrotron X-ray techniques allow for the determination of the catalyst structure, which is typically unobtainable using laboratory instruments.

プロパン脱水素のためのPt-Cu固溶体ナノ粒子触媒の合成と試験

A convenient method for the synthesis of bimetallic Pt-Cu catalysts and performance tests for propane dehydrogenation and characterization are ...

化学

Determining Tribocorrosion Rate and Wear-Corrosion Synergy of Bulk and Thin Film Aluminum Alloys

The increasing complexity and severity of service conditions in areas, such as aerospace and marine industries, nuclear systems, microelectronics, batteries, and biomedical devices, etc., impose great challenges on the reliable performance of alloys exposed to extreme conditions where mechanical and electrochemical attack co-exist. Finding ways for alloys to mitigate the combined attack of wear and corrosion (i.e., tribocorrosion) under such extreme conditions is thus highly critical for improving their reliability and service lifetime when used in such conditions. The challenge lies in the fact that wear and corrosion are not independent of each other, but rather work synergistically to accelerate the total material loss. Thus, a reliable method to evaluate the tribocorrosion resistance of metals and alloys is needed. Here, a protocol for measuring the tribocorrosion rate and wear-corrosion synergy of Al-based bulk and thin film samples in a corrosive environment under room temperature is presented.

Here, we present a protocol to measure the tribocorrosion rate and wear-corrosion synergy of thin film and bulk Al alloys in simulated sea water at room temperature.

Tribocorrosion レートおよびバルク ・薄膜アルミニウム合金の摩耗腐食相乗効果を決定します。

The increasing complexity and severity of service conditions in areas, such as aerospace and marine industries, nuclear systems, microelectronics, ...

Hydrogen Charging of Aluminum using Friction in Water

A new method of hydrogen charging of aluminum was developed by means of a friction in water (FW) procedure. This procedure can easily introduce high amounts of hydrogen into aluminum based on the chemical reaction between water and non-oxide coated aluminum.

In order to introduce high amounts of hydrogen in aluminum and aluminum alloys, a new method of hydrogen charging was developed, called the friction in water procedure.

水中の摩擦を利用したアルミニウムの水素充電

A new method of hydrogen charging of aluminum was developed by means of a friction in water (FW) procedure. This procedure can easily introduce high ...

Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs

Pressure limitations of many microfluidic platforms have been a significant challenge in microfluidic experimental studies of fractured media. As a result, these platforms have not been fully exploited for direct observation of high-pressure transport in fractures. This work introduces microfluidic platforms that enable direct observation of multiphase flow in devices featuring surrogate permeable media and fractured systems. Such platforms provide a pathway to address important and timely questions such as those related to CO2 capture, utilization and storage. This work provides a detailed description of the fabrication techniques and an experimental setup that may serve to analyze the behavior of supercritical CO2 (scCO2) foam, its structure and stability. Such studies provide important insights regarding enhanced oil recovery processes and the role of hydraulic fractures in resource recovery from unconventional reservoirs. This work presents a comparative study of microfluidic devices developed using two different techniques: photolithography/wet-etching/thermal-bonding versus Selective Laser-induced Etching. Both techniques result in devices that are chemically and physically resistant and tolerant of high pressure and temperature conditions that correspond to subsurface systems of interest. Both techniques provide pathways to high-precision etched microchannels and capable lab-on-chip devices. Photolithography/wet-etching, however, enables fabrication of complex channel networks with complex geometries, which would be a challenging task for laser etching techniques. This work summarizes a step-by-step photolithography, wet-etching and glass thermal-bonding protocol and, presents representative observations of foam transport with relevance to oil recovery from unconventional tight and shale formations. Finally, this work describes the use of a high-resolution monochromatic sensor to observe scCO2 foam behavior where the entirety of the permeable medium is observed simultaneously while preserving the resolution needed to resolve features as small as 10 &#181;m.

Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs

This paper describes a protocol along with a comparative study of two microfluidic fabrication techniques, namely photolithography/wet-etching/thermal-bonding and Selective Laser-induced Etching (SLE), that are suitable for high-pressure conditions. These techniques constitute enabling platforms for direct observation of fluid flow in surrogate permeable media and fractured systems under reservoir conditions.

破壊された非伝統的な貯留層におけるマイクロスケール超臨界CO2 フォーム輸送の高圧試験のためのマイクロ流体製造技術

Pressure limitations of many microfluidic platforms have been a significant challenge in microfluidic experimental studies of fractured media. As a ...

Hydrogen Production and Utilization in a Membrane Reactor

Industrial hydrogenation consumes ~11 Mt of fossil-derived H2 gas yearly. Our group invented a membrane reactor to bypass the need to use H2 gas for hydrogenation chemistry. The membrane reactor sources hydrogen from water and drives reactions using renewable electricity. In this reactor, a thin piece of Pd separates an electrochemical hydrogen production compartment from a chemical hydrogenation compartment. The Pd in the membrane reactor acts as (i) a hydrogen-selective membrane, (ii) a cathode, and (iii) a catalyst for hydrogenation. Herein, we report the use of atmospheric mass spectrometry (atm-MS) and gas chromatography mass spectrometry (GC-MS) to demonstrate that an applied electrochemical bias across a Pd membrane enables efficient hydrogenation without direct H2 input in a membrane reactor. With atm-MS, we measured a hydrogen permeation of 73%, which enabled the hydrogenation of propiophenone to propylbenzene with 100% selectivity, as measured by GC-MS. In contrast to conventional electrochemical hydrogenation, which is limited to low concentrations of starting material dissolved in a protic electrolyte, the physical separation of hydrogen production from utilization in the membrane reactor enables hydrogenation in any solvent or at any concentration. The use of high concentrations and a wide range of solvents is particularly important for reactor scalability and future commercialization.

Membrane reactors enable hydrogenation in ambient conditions without direct H2 input. We can track the hydrogen production and utilization in these systems using atmospheric mass spectrometry (atm-MS) and gas chromatography mass spectrometry (GC-MS).

膜反応器における水素の製造と利用

Industrial hydrogenation consumes ~11 Mt of fossil-derived H2 gas yearly. Our group invented a membrane reactor to bypass the need to use H2 gas for ...

その場で高圧水素トライボロジー水素配信インフラストラクチャで使用される一般的なポリマー材料の試験

要約

さらに動画を探す

この動画の章

同時Hygrothermo-機械的刺激下でのポリマーおよび繊維強化ポリマー複合材料の耐久性研究のための試験プラットホーム

アトミックトレーサブルナノ構造作製

圧電支援摩擦計と光プロフィルを用いた超音波潤滑の実験

核反応分析と深さ方向分析を通じて表面・界面層とバルク材料中の水素濃度の定量

トライリーフレットポリマーバルブの相対的な流体力学的評価のためのプロトコル

プロパン脱水素のためのPt-Cu固溶体ナノ粒子触媒の合成と試験

Tribocorrosion レートおよびバルク・薄膜アルミニウム合金の摩耗腐食相乗効果を決定します。

水中の摩擦を利用したアルミニウムの水素充電

破壊された非伝統的な貯留層におけるマイクロスケール超臨界_CO2 フォーム輸送の高圧試験のためのマイクロ流体製造技術

膜反応器における水素の製造と利用

その場で高圧水素トライボロジー水素配信インフラストラクチャで使用される一般的なポリマー材料の試験

要約

さらに動画を探す

この動画の章

同時Hygrothermo-機械的刺激下でのポリマーおよび繊維強化ポリマー複合材料の耐久性研究のための試験プラットホーム

アトミックトレーサブルナノ構造作製

圧電支援摩擦計と光プロフィルを用いた超音波潤滑の実験

核反応分析と深さ方向分析を通じて表面・界面層とバルク材料中の水素濃度の定量

トライリーフレットポリマーバルブの相対的な流体力学的評価のためのプロトコル

プロパン脱水素のためのPt-Cu固溶体ナノ粒子触媒の合成と試験

Tribocorrosion レートおよびバルク ・薄膜アルミニウム合金の摩耗腐食相乗効果を決定します。

水中の摩擦を利用したアルミニウムの水素充電

破壊された非伝統的な貯留層におけるマイクロスケール超臨界CO2 フォーム輸送の高圧試験のためのマイクロ流体製造技術

膜反応器における水素の製造と利用

Tribocorrosion レートおよびバルク・薄膜アルミニウム合金の摩耗腐食相乗効果を決定します。

破壊された非伝統的な貯留層におけるマイクロスケール超臨界_CO2 フォーム輸送の高圧試験のためのマイクロ流体製造技術