Name: in situ high pressure hydrogen tribological testing of common polymer materials used in the hydrogen delivery infrastructure
Uploaded: 2018-03-31T14:00:00
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Questa ricerca è stata eseguita presso laboratorio nazionale Pacific Northwest (PNNL), che è funzionato dal Battelle Memorial Institute per il Department of Energy (DOE) sotto contratto no. DE-AC05-76RL01830.

L'esperimento descritto qui richiede l'utilizzo di gas di idrogeno che è inodore, incolore e quindi non rilevabile dai sensi umani. L'idrogeno è altamente infiammabile e brucia con un blu quasi invisibile di fiamma e possa formare miscele esplosive in presenza di ossigeno. Alte pressioni superiori a 6,9 MPa aggiungere rischi di esplosione aggiuntive che devono essere pianificati in modo appropriato per in preparazione per qualsiasi test. Questa quantità di energia immagazzinata rappresenta un grave pericolo e pertanto...

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Tecniche correnti ex situ per prove tribologiche dei materiali polimerici richiedono campioni di essere esposti a idrogeno ad alta pressione, che sono poi depressurizzati prima di essere testati utilizzando un tribometro commerciale. 15 , 24 , 25 la metodologia di prova in questo protocollo è stata progettata per permettere di prove delle proprietà tribologiche dei campioni di polimero in un ambiente di alta pressione...

Negli ultimi anni, c'è stato grande interesse in idrogeno come un'emissione di potenziale zero o quasi zero emissioni carburante nei veicoli e fonti di energia stazionaria. Poiché idrogeno esiste come un gas a bassa densità a temperatura ambiente, maggior parte delle applicazioni utilizzano qualche forma di idrogeno compresso per il carburante. 1 , 2 un potenziale svantaggio di usando compresso, gas di idrogeno ad alta pressione è incompatibilità con molti materiali trovati all'interno di infrastrutture2,3,4 e applicazioni veicolari5 dove problemi di compatibilità sono combinati con temperatura e pressione ripetuta in bicicletta. Un ambiente di idrogeno puro è conosciuto per danneggiare componenti metallici, tra cui alcuni acciai e titanio attraverso i meccanismi differenti, compreso formazione di idruro, gonfiore, vesciche e infragilimento in superficie. 2 , 6 , 7 , 8 Non metallici componenti quali titanato zirconato di piombo (PZT) utilizzato in ceramica piezoelettrica hanno anche dimostrato suscettibile di degradazione a causa di effetto di incompatibilità di idrogeno come superficie vesciche e migrazione di piombo. 9 , 10 , 11 , 12 mentre questi esempi di danni dovuti all'esposizione di idrogeno sono stati studiati in precedenza, la compatibilità dei componenti di polimero all'interno di ambienti di idrogeno solo recentemente è diventato di interesse. 13 , 14 , 15 , 16 questo è in gran parte il risultato dei componenti metallici fornendo integrità strutturale nel nucleare e applicazioni di gas e petrolio, mentre i componenti di polimero di solito agiscono come barriere o guarnizioni. 17 , 18 , 19 , 20 di conseguenza, le proprietà di attrito e l'usura dei materiali polimerici all'interno di componenti quali il politetrafluoroetilene (PTFE) valvola sedili e fattori importanti di nitrile butadiene gomma (NBR) O-ring diventano nella loro capacità di funzionare.
Nel caso l'infrastruttura per l'idrogeno, componenti come valvole, compressori e serbatoi di stoccaggio contengono materiali polimerici che sono a contatto con superfici metalliche. L'interazione per attrito tra il polimero e superfici metalliche provoca usura di ciascuna delle superfici. La scienza della relazione tra l'attrito e l'usura delle due superfici interagenti è noto come tribologia. Polimeri tendono ad avere più bassi moduli elastici e forza più metallico, pertanto le proprietà tribologiche di materiali polimerici differiscono notevolmente da materiali metallici. Di conseguenza, le superfici polimeriche tendono a mostrare una maggiore usura e danni per attrito di contatto con una superficie metallica. 21 , 22 in un'applicazione di infrastruttura di idrogeno, la rapida pressione e la temperatura ciclismo cause interazione ripetuta tra il polimero e superfici metalliche, aumentando la probabilità di attrito e usura sul componente polimero. Quantificare questo danno può essere difficile ex situ a causa della possibile decompressione esplosiva del campione di polimero dopo depressurizzazione che potrebbe causare danni non tribologiche. 23 inoltre, molti prodotti di polimero commerciale contengono molte cariche e additivi come ossido di magnesio (MgO) che potrebbero interagire negativamente con l'idrogeno attraverso hydriding, complicando ulteriormente ex situ analisi di usura in questi materiali. 24 , 25
A causa della complessità di differenziazione fra danni al materiale polimero causato durante la depressurizzazione e danni dovuti a usura tribologiche ex situ, c'è la necessità di studiare direttamente le proprietà di attrito dei materiali non metallici in situ all'interno di un ambiente di idrogeno ad alta pressione che è probabile che esistano all'interno dell'infrastruttura di consegna di idrogeno. In questo protocollo, dimostriamo un test metodologia sviluppata per quantificare l'attrito e l'usura proprietà dei materiali polimerici in un ambiente di idrogeno ad alta pressione che utilizza un tribometro appositamente costruito in situ . 26 ... presentiamo anche rappresentante dati acquisiti utilizzando il tribometro in situ e gomma etilene propilene diene monomero (EPDM), un comune polimero tenuta e materiale barriera. Il materiale EPDM per il quale rappresentante dei dati è stati generati utilizzando il protocollo qui sotto è stato acquistato in fogli quadrati 60,96 cm con uno spessore di 0,3175 cm ed è stato segnalato dal venditore per una valutazione di durezza di 60A.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="597">
	<tbody>
		<tr height="79">
			<td height="79" style="height:79px;width:201px;">EPDM Polymer Stock Sheet</td>
			<td style="width:123px;">McMaster-Carr</td>
			<td style="width:117px;">8525T68</td>
			<td style="width:156px;">24&#34; x 24&#34;, 1/8&#34; Thick</td>
		</tr>
		<tr height="49">
			<td height="49" style="height:49px;width:201px;">Pressure Vessel, Autoclave</td>
			<td style="width:123px;">Fluitron Inc.</td>
			<td style="width:117px;">8308-1788-U</td>
			<td style="width:156px;">5&#34; diameter, 1&#39; height</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:201px;">High Purity Hydrogen Gas</td>
			<td style="width:123px;">Praxair</td>
			<td style="width:117px;">HY4.5</td>
			<td style="width:156px;">Grade 4.5, 5ppm O2, 5 ppm H20</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:201px;">O2 Sensor</td>
			<td style="width:123px;">Advanced Micro Instruments</td>
			<td style="width:117px;">T2</td>
			<td style="width:156px;">0-5ppm min. range, 10,0000ppm max.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:201px;">Pre-purified Argon Gas</td>
			<td style="width:123px;">Oxarc</td>
			<td style="width:117px;">LCCO-HP818</td>
			<td style="width:156px;">High-purity, 99.998%</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:201px;">Liquid Dishwashing Detergent</td>
			<td style="width:123px;">McMaster-Carr</td>
			<td style="width:117px;">98365T89</td>
			<td style="width:156px;">32 oz pour bottle, lemon scented</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:201px;">Mildew Resistant Sponge</td>
			<td style="width:123px;">McMaster-Carr</td>
			<td style="width:117px;">7309T1</td>
			<td style="width:156px;">6&#34; long x 3 -1/2&#34; Wide x 1&#34; High, yellow</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:201px;">PTFE Pipe Thread Sealant Tape</td>
			<td style="width:123px;">McMaster-Carr</td>
			<td style="width:117px;">4591K12</td>
			<td style="width:156px;">1/2&#34; wide, white color</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:201px;">Gas Tube Fittings</td>
			<td style="width:123px;">Swagelok</td>
			<td style="width:117px;">SS-400-1-4</td>
			<td style="width:156px;">1/4&#34; OD, stainless steel, male NPT threading</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:201px;">Hammer Driven Die</td>
			<td style="width:123px;">McMaster-Carr</td>
			<td style="width:117px;">3427A22</td>
			<td style="width:156px;">7/8&#34; Hammer driven hole punch</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:201px;">Linear Variable Differential Transformer</td>
			<td style="width:123px;">Omega</td>
			<td style="width:117px;">LD320-2.5&#160;</td>
			<td style="width:156px;">2.5mm, AC output, guided w/spring</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:201px;">Autoclave O-ring Seal</td>
			<td style="width:123px;">Fluitron Inc.</td>
			<td style="width:117px;">A-4511</td>
			<td style="width:156px;">Hastelloy C-276, 5-3/4&#34; OD x 5&#34; ID x 3/8&#34;</td>
		</tr>
		<tr height="105">
			<td height="105" style="height:105px;width:201px;">Torque Wrench</td>
			<td style="width:123px;">McMaster-Carr</td>
			<td style="width:117px;">85555A422</td>
			<td style="width:156px;">Adjustable Torque-Limiting Wrench, Quick-Release, 1/2&#34; Square Drive, 50-250 ft.-lbs. Torque</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:201px;">Mallet</td>
			<td style="width:123px;">McMaster-Carr</td>
			<td style="width:117px;">5939A11</td>
			<td style="width:156px;">Hard and Extra-Hard Rubber Hammer, 2-1/4 lbs.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:201px;">iLoad Mini Capacitive Load Sensor</td>
			<td style="width:123px;">Loadstar Sensors</td>
			<td style="width:117px;">MFM-050-050-S*C03</td>
			<td style="width:156px;">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

Gas di idrogeno ad alta pressione è conosciuto per influenzare negativamente i componenti metallici di compressori, valvole, tubi flessibili e attuatori. Tuttavia, relativamente poco è conosciuto circa gli effetti dell'idrogeno ad alta pressione sui materiali di tenuta e barriera di polimero inoltre trovati all'interno di questi componenti. Più studio è necessaria al fine di determinare la compatibilità dei materiali polimerici comuni trovati nei componenti dell'infrastruttura di consegna del combustibile di idrogeno con l'idrogeno ad alta pressione. Di conseguenza, è importante considerare i cambiamenti nelle proprietà fisiche quali attrito e usura in situ , mentre il polimero è esposto a idrogeno ad alta pressione. In questo protocollo, presentiamo un metodo per verificare l'attrito e proprietà di campioni di elastomero etilene propilene diene monomero (EPDM) di usura in un 28 ambiente di idrogeno ad alta pressione MPa utilizzando un custom-built in situ lineare pin-su-piatto alternativo tribometro. Risultati rappresentativi da questo test sono presentati che indicano che il coefficiente di attrito tra il EPDM esempio tagliando e superficie d'acciaio contro è aumentato di idrogeno ad alta pressione rispetto il coefficiente di attrito misurato allo stesso modo in dell'aria ambiente.

Utilizzando la metodologia presentata, il coefficiente di cinetico fattore di attrito e l'usura per un campione elastomerico può essere misurato in un ambiente di idrogeno ad alta pressione. Rappresentativo dei dati presentati nella Figura 1 mostrano che in un ambiente di idrogeno ad alta pressione forza maggiore è richiesta per spostare campioni di polimero EPDM sotto la superficie di acciaio contatore. Utilizzando la relazione tra la normale forza FN...

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

È dimostrato un metodo di prova per quantificare le proprietà tribologiche dei polimeri utilizzati nel servizio di infrastruttura dell'idrogeno e risultati caratteristici per un comune elastomero sono discussi.

In Situ Alta pressione idrogeno tribologica test dei comuni materiali polimerici utilizzati nell'infrastruttura di consegna di idrogeno

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

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Engineering

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