In Situ Hoge druk waterstof Tribological testen van gemeenschappelijke polymeermaterialen gebruikt in de levering van de waterstofinfrastructuur

In de afgelopen jaren, is er grote belangstelling voor waterstof als een potentieel nul-emissie- of bijna-nulemissie uitstoot brandstof in voertuigen en stationaire voedingsbronnen. Aangezien waterstof als een lage dichtheid gas bij kamertemperatuur bestaat, de meeste toepassingen gebruiken een soort gecomprimeerd waterstof als brandstof. ^{1 , 2} een mogelijk nadeel van het gebruik van gecomprimeerd, hogedruk waterstofgas is niet compatibel met vele materialen binnen^3,4 van de^2,van de infrastructuur en autoverkeer toepassingen⁵ gevonden waar compatibiliteitsproblemen worden gecombineerd met herhaalde druk en temperatuur fietsen. Een zuivere waterstof omgeving staat bekend om schade van metalen componenten, met inbegrip van bepaalde stalen en titanium via verschillende mechanismen, met inbegrip van de vorming van het hydride, zwelling, oppervlakte blaarvorming en verbrossing. ^{2 , 6 , 7 , 8} niet-metalen onderdelen zoals lood zirconate titanate (PZT) gebruikt in piëzo-elektrische keramiek hebben ook bewezen gevoelig voor afbraak door waterstof onverenigbaarheid effect zoals oppervlakte blaarvorming en lood migratie. ^{9 , 10 , 11 , 12} terwijl deze voorbeelden van schade als gevolg van blootstelling van de waterstof eerder zijn bestudeerd, de verenigbaarheid van polymeer componenten binnen waterstof omgevingen is pas onlangs geworden van belang. ^{13 , 14 , 15 , 16} dit is grotendeels een gevolg van metalen onderdelen die structurele integriteit in nucleaire en olie en gas toepassingen terwijl de polymeer-onderdelen meestal als belemmeringen of afdichtingen fungeren. ^{17 , 18 , 19 , 20} dientengevolge de wrijving en slijtage eigenschappen van polymeermaterialen binnen onderdelen zoals polytetrafluorethyleen (PTFE) overdrukveiligheid zitplaatsen en Nitril butadieen rubber (NBR) O-ringen worden belangrijke factoren in hun vermogen om te functioneren.

In het geval van de waterstofinfrastructuur bevatten onderdelen, zoals kleppen, compressoren en opslagtanks polymeermaterialen die in contact met de metalen oppervlakken. De frictional interactie tussen de polymeer en metalen oppervlakken resulteert in slijtage van elk van de oppervlakken. De wetenschap van de relatie tussen de wrijving en slijtage van twee interagerende oppervlakken heet tribologie. Polymeren neiging om lagere elastische moduli en de kracht dan metalen hebben, dus de tribological eigenschappen van polymeermaterialen verschillen sterk van metalen voorwerpen. Dientengevolge, neiging polymeer oppervlakken vertonen meer slijtage en schade na frictional contact met een metalen oppervlak. ^{21 , 22} in een waterstof infrastructuur toepassing, snelle druk en temperatuur fietsen oorzaken herhaalde interactie tussen de polymeer en metalen oppervlakken, waardoor het waarschijnlijker van wrijving en slijtage van de polymeer-component. Kwantificeren van deze schade kan lastig zijn ex situ als gevolg van mogelijke explosieve decompressie van het polymeer monster na drukverlaging die niet-tribological schade kan berokkenen. ²³ bovendien veel commerciële polymeer producten bevatten veel vulstoffen en additieven zoals magnesiumoxide (MgO) die negatief met waterstofgas via hydriding samenwerken kan, verdere complicerende ex situ analyse van slijtage in deze materialen. ^{24 , 25}

Als gevolg van de complexiteit van het onderscheid tussen schade aan het materiaal van de polymeer veroorzaakt tijdens drukverlaging en schade door tribological slijtage ex situ, moet er een direct de frictional eigenschappen van niet-metalen materialen in situ te bestuderen binnen een hogedruk waterstof-omgeving die dreigt te bestaan in de levering van de waterstofinfrastructuur. In dit protocol, tonen we een test methodologie ontwikkeld te kwantificeren van de wrijving en slijtage eigenschappen van polymeermaterialen in de omgeving van een hogedruk waterstof met behulp van een speciaal gebouwde in situ tribometer. ²⁶ presenteren we ook representatieve gegevens verkregen met behulp van de tribometer in situ ethyleen propyleen dieen monomeer (EPDM) rubber, een gemeenschappelijk polymeer afdichting en barrièremateriaal. Het EPDM materiaal waarvoor vertegenwoordiger gegevens werd gegenereerd met behulp van het onderstaande protocol werd gekocht in 60,96 cm vierkante vellen met een 0.3175 cm dikte en werd gemeld door de leverancier een 60A hardheid beoordeling hebben.