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

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 infrastrutture^2,3,4 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.