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Engineering

सीटू में हाइड्रोजन वितरण बुनियादी सुविधाओं में प्रयुक्त आम बहुलक सामग्री का उच्च दाब हाइड्रोजन Tribological परीक्षण

Published: March 31, 2018 doi: 10.3791/56884
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1
1Energy and Environment Directorate, Pacific Northwest National Laboratory

Summary

हाइड्रोजन अवसंरचना सेवा में प्रयुक्त पॉलिमर के tribological गुणों को बढ़ाता है के लिए एक परीक्षण पद्धति का प्रदर्शन किया है और एक आम elastomer के लिए विशिष्ट परिणाम पर चर्चा कर रहे हैं ।

Abstract

उच्च दाब हाइड्रोजन गैस पर प्रतिकूल कंप्रेसर, वाल्व, नली के धातु घटकों को प्रभावित करने के लिए जाना जाता है, और प्रेरक । हालांकि, अपेक्षाकृत कम बहुलक सील और बाधा सामग्री भी इन घटकों के भीतर पाया पर उच्च दबाव हाइड्रोजन के प्रभाव के बारे में जाना जाता है । अधिक अध्ययन के क्रम में आम बहुलक उच्च दाब हाइड्रोजन के साथ हाइड्रोजन ईंधन वितरण बुनियादी सुविधाओं के घटकों में पाया सामग्री की अनुकूलता का निर्धारण करने के लिए आवश्यक है । नतीजतन, भौतिक गुणों में परिवर्तन पर विचार करने के लिए महत्वपूर्ण है जैसे घर्षण और सीटू में पहनने जबकि बहुलक उच्च दबाव हाइड्रोजन के संपर्क में है । इस प्रोटोकॉल में, हम घर्षण के परीक्षण और ईथीलीन propylene डिएनए मोनोमर (EPDM) के गुणों को पहनने के लिए एक विधि वर्तमान में एक 28 elastomer उच्च दबाव हाइड्रोजन वातावरण का उपयोग कर एक कस्टम-सीटू पिन-ऑन-सपाट रेखीय घूमकर में निर्मित tribometer । इस परीक्षण से प्रतिनिधि परिणाम प्रस्तुत कर रहे हैं जो संकेत मिलता है कि EPDM नमूना कूपन और इस्पात काउंटर सतह के बीच घर्षण के गुणांक उच्च दबाव हाइड्रोजन में इसी तरह मापा घर्षण के गुणांक की तुलना में वृद्धि हुई है परिवेशी वायु ।

Introduction

हाल के वर्षों में, हाइड्रोजन में एक संभावित शूंय उत्सर्जन के रूप में या वाहनों और स्थिर बिजली स्रोतों में शूंय उत्सर्जन ईंधन के रूप में काफी रुचि हुई है । के बाद से हाइड्रोजन कमरे के तापमान पर एक कम घनत्व गैस के रूप में मौजूद है, ज्यादातर अनुप्रयोगों के ईंधन के लिए संपीड़ित हाइड्रोजन के कुछ फार्म का उपयोग करें । 1 , 2 संकुचित, उच्च दबाव हाइड्रोजन गैस का उपयोग कर के एक संभावित दोष बुनियादी ढांचे के भीतर पाया कई सामग्री के साथ असंगति है2,3,4 और वाहनों अनुप्रयोगों5 जहां संगतता मुद्दों दोहराया दबाव और तापमान साइकिल चालन के साथ संयुक्त कर रहे हैं । एक शुद्ध हाइड्रोजन पर्यावरण hydride गठन, सूजन, सतह छाले, और embrittlement सहित विभिन्न तंत्र के माध्यम से कुछ स्टील्स और टाइटेनियम सहित धातु घटकों को नुकसान के लिए जाना जाता है । 2 , ६ , 7 , 8 गैर धातु घटक जैसे सीसा zirconate titanate (PZT) piezoelectric चीनी मिट्टी की चीज़ें में इस्तेमाल किया भी गिरावट की वजह से हाइड्रोजन असंगति प्रभाव की संभावना को साबित किया है जैसे सतह छाले और नेतृत्व प्रवास । 9 , 10 , 11 , 12 जबकि हाइड्रोजन जोखिम की वजह से नुकसान के इन उदाहरणों पहले से अध्ययन किया गया है, हाइड्रोजन के वातावरण में बहुलक घटकों की अनुकूलता केवल हाल ही में ब्याज की हो गई है । 13 , 14 , 15 , 16 यह काफी हद तक धातु का परिणाम है परमाणु और तेल और गैस अनुप्रयोगों में संरचनात्मक अखंडता उपलब्ध कराने के घटकों जबकि बहुलक घटकों आमतौर पर बाधाओं या जवानों के रूप में कार्य करते हैं । 17 , 18 , 19 , 20 एक परिणाम के रूप में, घर्षण और घटकों के भीतर बहुलक सामग्री के गुण ऐसे polytetrafluoroethylene (PTFE) वाल्व सीटें और nitrile ब्यूटाडाइन रबर (NBR) के रूप में पहनने के छल्ले उनके कार्य करने की क्षमता में महत्वपूर्ण कारक बन जाते हैं ।

हाइड्रोजन बुनियादी ढांचे के मामले में, वाल्व के रूप में घटकों, कम्प्रेसर, और भंडारण टैंक बहुलक सामग्री है कि धातु सतहों के साथ संपर्क में हैं होते हैं. बहुलक और धातु के बीच घर्षण बातचीत सतहों में से प्रत्येक के पहनने में परिणाम सतहों । घर्षण और दो बातचीत सतहों के पहनने के बीच संबंधों के विज्ञान ट्राइबोलोजी के रूप में जाना जाता है । पॉलिमर धातु की तुलना में लोचदार moduli और ताकत कम है, इसलिए बहुलक सामग्री के tribological गुण धातु सामग्री से बहुत अलग करते हैं । एक परिणाम के रूप में, बहुलक सतहों को अधिक से अधिक पहनते है और एक धातु की सतह के साथ घर्षण संपर्क के बाद नुकसान प्रदर्शन करते हैं । 21 , 22 एक हाइड्रोजन बुनियादी सुविधा आवेदन में, तेजी से दबाव और तापमान साइकिल चालन बहुलक और धातु सतहों के बीच बातचीत का कारण बनता है, घर्षण और बहुलक घटक पर पहनने की संभावना बढ़ रही है । इस क्षति को बढ़ाता है depressurization जो गैर tribological नुकसान का कारण हो सकता है के बाद बहुलक नमूना के संभावित विस्फोटक संपीड़न के कारण पूर्व सीटू चुनौतीपूर्ण हो सकता है । 23 इसके अतिरिक्त, कई वाणिज्यिक बहुलक उत्पादों कई fillers और additives जैसे मैग्नीशियम ऑक्साइड (MgO) है कि नकारात्मक hydriding के माध्यम से हाइड्रोजन गैस के साथ बातचीत कर सकते हैं, इन में पहनने के आगे उलझी पूर्व सीटू विश्लेषण सामग्री. 24 , 25

बहुलक depressurization और tribological पहनने के कारण नुकसान के दौरान हुई सामग्री को नुकसान के बीच अंतर की जटिलता के कारण पूर्व सीटू, वहां एक के लिए सीधे सीटू में गैर धातु सामग्री के घर्षण गुणों का अध्ययन करने की आवश्यकता है हाइड्रोजन वितरण बुनियादी सुविधाओं के भीतर मौजूद होने की संभावना है कि एक उच्च दबाव हाइड्रोजन वातावरण के भीतर. इस प्रोटोकॉल में, हम एक परीक्षण करने के लिए घर्षण मात्रा और एक उच्च दबाव हाइड्रोजन एक उद्देश्य का उपयोग वातावरण में बहुलक सामग्री के गुणों पहनते है- सीटू tribometer में बनाया विकसित पद्धति का प्रदर्शन । 26 हम भी प्रतिनिधि डेटा में सीटू tribometer और ईथीलीन propylene डिएनए मोनोमर (EPDM) रबर, एक आम बहुलक सील और बाधा सामग्री का उपयोग कर प्राप्त की । EPDM सामग्री के लिए जो प्रतिनिधि डेटा नीचे प्रोटोकॉल का उपयोग कर उत्पंन किया गया था ६०.९६ सेमी एक ०.३१७५ सेमी मोटाई के साथ वर्ग चादरें में खरीदा गया था और विक्रेता द्वारा सूचित किया गया था एक 60A कठोरता दर्ज़ा ।

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Protocol

प्रयोग यहां वर्णित हाइड्रोजन गैस जो बिना गंध, बेरंग है, और इस तरह मानव इंद्रियों द्वारा undetectable है के उपयोग की आवश्यकता है । हाइड्रोजन अत्यधिक ज्वलनशील और एक लगभग अदृश्य नीली लौ के साथ जलता है और ऑक्सीजन की उपस्थिति में विस्फोटक मिश्रण फार्म कर सकते हैं । अधिक से अधिक दबाव 6.9 MPa अतिरिक्त विस्फोट खतरों है कि उचित रूप में किसी भी परीक्षण के लिए तैयार करने के लिए योजना बनाई जानी चाहिए जोड़ें । संग्रहीत ऊर्जा की यह राशि एक गंभीर सुरक्षा खतरा है और इसलिए कारण परिश्रम, योजना का प्रतिनिधित्व करता है, और एक सुरक्षा मूल्यांकन इस तरह के एक प्रयोग करने से पहले सुनिश्चित करें कि इन खतरों को कम कर रहे है प्रदर्शन किया जाना चाहिए । यहां प्रस्तुत प्रयोग उचित वेंटिलेशन के साथ ३४.५ MPa के लिए सेट एक फट डिस्क के साथ यांत्रिक इंजीनियरों (ASME) प्रमाणित दबाव पोत के एक अमेरिकी समाज में उपयुक्त सुरक्षा सावधानियों के अनुसार किया जाता है ।

1. बहुलक शीट स्टॉक की तैयारी

  1. लागू करने के लिए डिटर्जेंट EDPM बहुलक शीट स्टॉक का उपयोग कर एक गैर घर्षण स्पंज और पानी के नीचे कुल्ला करने के लिए लगभग 3 मिनट के लिए तेल और पाउडर को हटाने के लिए विनिर्माण और शिपिंग प्रक्रिया के दौरान लागू पावडर ।
  2. सामग्री के काम के तापमान के 85% पर एक सुखाने ओवन में सूखी बहुलक शीट, के बारे में 75 ° c EPDM के लिए, लगभग 72 घंटे के लिए किसी भी धुलाई से शेष पानी की ड्राइव ।
  3. ओवन बंद करें और बहुलक शीट शेयर सामग्री ओवन के अंदर कमरे के तापमान को शांत करने के लिए अनुमति देते हैं ।
  4. पत्रक स्टॉक के एक कोने को बहुलक पत्रक के शीर्ष की ओर इंगित करते हुए तीर से चिह्नित करें । यह तीर नमूना कूपन पीढ़ी के दौरान चादर के उंमुखीकरण की पहचान के साथ सहायता, सुनिश्चित करना है कि नमूने बहुलक शीट से काट एक ही अभिविंयास के लगातार हो जाएगा ।
  5. स्टोर एक कमरे के तापमान में बहुलक स्टॉक शीट, आर्द्रता नियंत्रित 25% सापेक्ष आर्द्रता के पास पर्यावरण tribological परीक्षण करने से पहले ।

2. उत्पादन और बढ़ते नमूना कूपन

  1. जबकि पाउडर मुक्त दस्ताने, मार्क बहुलक शीट स्टॉक की तैयारी के दौरान चिह्नित तीर के पास का इरादा कूपन क्षेत्र में एक तीर के साथ बहुलक शीट स्टॉक कि दोनों तीर एक ही अभिविंयास है ।
  2. एक २.२२२ cm व्यास परिपत्र मरो और एक हथौड़ा का प्रयोग, बाहर तीर निशान के आसपास एक नमूना कूपन स्टांप ।
  3. हेक्स टोपी शिकंजा ढीला tribometer में पर नमूना दबाना हासिल करने, नमूना दबाना के सबसे आसानी से सुलभ कोने से हेक्स कैप पेंच और सटीक वसंत को हटा दें ।
  4. नमूना क्लैंप में स्लाइड नमूना कूपन, नमूना तीर के साथ उन्मुख है सुनिश्चित करने के लिए देखभाल लेने के नीचे चेहरा बताया और क्लैंप के पीछे की ओर जो tribometer की पीठ प्लेट के लिए निकटतम पक्ष है.
  5. नमूना दबाना के खाली कोने में परिशुद्धता वसंत और हेक्स टोपी पेंच बदलें और हाथ करने के लिए क्लैंप के हेक्स टोपी शिकंजा के सभी चार कस इस तरह है कि elastomer नमूना अपनी मूल ऊंचाई के 10% से संकुचित है जब तक आगे बढ़ना । एक ०.३१८ सेमी नमूना ऊंचाई संभालने, 10% संपीड़न क्लैंप के दो प्लेटों के बीच एक ०.२८७ सेमी गेज ब्लॉक का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है ।

3. सीटू में Tribometer की तैयारी

  1. सीधे ड्राइव पेंच के नीचे tribometer और नमूना स्लेज की दीवार के बीच एक २.४१३ सेमी गेज ब्लॉक रखें । सुनिश्चित करें कि डेटा संग्रह बॉक्स बंद है, तो नमूना स्लेज वापस करने के लिए एक दक्षिणावर्त गति में ड्राइव श्रृंखला बारी है कि स्लेज की बढ़त tribometer दीवार से २.४१३ सेमी है ।
  2. धीरे एक नरम कपड़े या एक प्रकार का वृक्ष के साथ काउंटर सतह के इस्पात गेंद पोंछ कम कागज तौलिया और लगभग 30 सेकंड के लिए एसीटोन के रूप में एक उपयुक्त विलायक जब तक काउंटर सतह की सतह किसी भी मलबे से मुक्त दिखाई देता है ।
  3. कांस्य काउंटर सतह वाहक और पीतल के वजन, 7.5 N की कुल सामांय लोड स्लाइड, नमूना स्लेज के लिए रेल सीधा पर, काउंटर गेंद को कीहोल और बहुलक नमूने पर आराम के बीच स्लाइड करने की अनुमति ।
  4. एक हेक्स कुंजी और दो कांस्य शिकंजा का उपयोग करना, पीतल काउंटर सतह धारक के लिए रैखिक चर अंतर ट्रांसफार्मर (LVDT) माप हाथ फिर से जोड़ना है कि LVDT के स्वतंत्र रूप से अस्थायी सिलेंडर हाथ पर टिकी हुई है ।
  5. ऊपर या नीचे जगह में LVDT धारण क्लैंप समायोजित ऐसे है कि LVDT के पास यह शूंय बिंदु है तो जगह में LVDT सुरक्षित दबाना कस के पास मापने है ।
  6. दबाव पोत में tribometer विधानसभा कम, यह सुनिश्चित करना है कि पोत के शीर्ष निकला हुआ किनारा में thermowell tribometer और पोत की दीवार के बीच की खाई में कम हो जाएगा ।
  7. दो और PTFE टेप की एक आधा परतों की कुल के साथ सील ओ-अंगूठी लपेटें । इस PTFE टेप लपेटकर ऐसा है कि प्रत्येक अतिरिक्त लपेटो के लगभग आधे के चारों ओर जा रहा है ओ-अंगूठी के व्यास के आसपास जा रहा है जब तक दो बार ओवरलैप द्वारा पूरा किया है । फिर ओ के व्यास लपेटो किसी भी ओवरलैप के बिना एक अंतिम समय अंगूठी । एक बार ओ-रिंग लपेटे जाने पर उसे नाली में डालकर दबाव पोत के होंठ में लगाएं ।
  8. खाते में तारों लेबल लेने, tribometer मोटर के लिए पांच बिजली तारों को जोड़ने, लोड सेल के लिए चार डेटा तारों, और LVDT के लिए पांच डेटा तारों.

4. दबाव पोत सील

  1. यह बंद करने के लिए दबाव पोत के ऊपर निकला हुआ किनारा कम, देखभाल करने के लिए शीर्ष निकला हुआ किनारा कम PTFE लिपटे सील ओ-अंगूठी पर धीरे ।
  2. आरोही क्रम में निर्माता द्वारा संकेत शीर्ष निकला हुआ किनारा पर गिने छेद में बोल्ट डालें जब तक वे तंग उंगली कर रहे हैं ।
  3. एक मैनुअल हेक्स कुंजी का उपयोग करना, टोक़ आरोही क्रम में निकला बोल्ट तंग हाथ और दोहराने तक बोल्ट अब कस नहीं किया जा सकता है ।
  4. 120 एनएम से शुरू और ~ 40 एनएम वेतन वृद्धि में वृद्धि, एक टोक़ रिंच का उपयोग प्रत्येक के लिए आरोही क्रम में निकला हुआ बोल्ट टोक़ करने के लिए ~ 40 एनएम वेतन वृद्धि जब तक वे 280 एनएम के लिए टोक़ रहे हैं ।

5. दबाव पोत भरना

  1. अब जब कि दबाव पोत सील है, आटोक्लेव ढक्कन के लिए गैस फिटिंग कनेक्ट और कम दबाव के साथ दबाव पोत फ्लश (~ 0.55 MPa) आर्गन गैस के लिए लगभग 1 घंटे के लिए जहाज के ऑक्सीजन सामग्री के नीचे गिरता है 10 पीपीएम एक ऑक्सीजन सेंसर का उपयोग करने में पाइपलाइन दबाव पोत का उत्पादन ।
  2. धीमे (< 0.25 MPa/s) हाइड्रोजन गैस के साथ जहाज को 6.9 MPa तक फ्लश करें, फिर धीरे से वायुमंडलीय दबाव से गैस वेंट करें । फ्लशिंग प्रक्रिया को दो बार दोहराएं ।
  3. दबाव पोत निस्तब्धता के बाद, धीरे (< 0.25 MPa/१३.७५ MPa तक हाइड्रोजन गैस के साथ दबाव पोत भरें और पोत को 10 मिनट के लिए आराम करने की अनुमति दें जैसे कि पोत के भीतर गैस का तापमान कमरे के तापमान को equilibrates ।
  4. २०.७ MPa के लिए पोत भरें और एक और 10 मिनट रुको ।
  5. लक्ष्य २७.६ MPa और बंद सभी वाल्व के लिए पोत लाओ ।
  6. प्रयोग शुरू करने से पहले पूरी permeation के लिए अनुमति देने के लिए पॉलिमर के नमूने को हाइड्रोजन गैस में कम से 12 घंटे के लिए भिगो दें ।

6. प्रयोग चल रहा है

  1. डबल चेक करें कि प्रेशर पोत से निकलने वाले सभी पास-पास के तारों को tribometer कंट्रोल बॉक्स से जुड़ी बला तारों के दोहन से सही ढंग से जोड़ा जाए, और फिर tribometer चालू कर दें ।
  2. tribometer सॉफ्टवेयर में प्रयोग समय 1 घंटे के लिए सेट 0.1 cm/s वेग में ०.१४० cm की एक पथ लंबाई के साथ । यह लगभग 3.5 m की दूरी से मेल खाती है ।
  3. लोड सेल धड़ा, और सुनिश्चित करें कि LVDT tribometer सॉफ्टवेयर है जो 0 मिमी के पास होना चाहिए में एक उचित गहराई रिपोर्टिंग है ।
  4. प्रयोग प्रारंभ करें ।

7. पद-प्रयोग

  1. एक बार प्रयोग पूरा हो गया है, धीरे से लगभग 0.35 MPa/एस पर हाइड्रोजन गैस के दबाव पोत वेंट, सुनिश्चित करना है कि दबाव पोत तापमान 0 डिग्री सेल्सियस से नीचे नहीं गिरा ।
  2. अंत में, 10 मिनट के लिए वायुमंडलीय दबाव में आर्गन गैस के साथ दबाव पोत मात्रा फ्लश यह सुनिश्चित करने के लिए कि पोत के भीतर कोई शेष हाइड्रोजन नहीं है ।

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Representative Results

प्रस्तुत पद्धति का उपयोग करना, एक elastomeric नमूना के लिए काइनेटिक घर्षण के गुणांक और पहनने के कारक मापा जा सकता है, जबकि एक उच्च दबाव हाइड्रोजन वातावरण में । आरेख 1 में प्रस्तुत किया गया प्रतिनिधि डेटा दिखाता है कि उच्च दबाव वाले हाइड्रोजन वातावरण में इस्पात काउंटर की सतह के नीचे EPDM बहुलक नमूनों को ले जाने के लिए अधिक बल की आवश्यकता होती है । सामांय बल fN और घर्षण बल fK घर्षण के गुणांक के बीच संबंध का प्रयोग, µ, EPDM नमूना और इस्पात गेंद के बीच निर्धारित किया जा सकता है । यह डेटा चित्रा 2 में प्रस्तुत किया जाता है जहां EPDM नमूने परिवेशी वायु में परीक्षण किए गए नमूनों की तुलना में हाइड्रोजन में घर्षण का एक उच्च गुणांक दर्शाते हैं । यह परिणाम इंगित करता है कि वहां अधिक घर्षण EPDM बहुलक इस्पात सतहों के बीच संपर्क फिसलने के कारण होने वाली है जबकि एक उच्च दबाव हाइड्रोजन वातावरण में परिवेशी वायु की तुलना में ।

चित्रा 3 से पता चलता है कि उच्च दबाव हाइड्रोजन में EPDM बहुलक नमूनों में प्रवेश की गहराई इस्पात काउंटर सतह के गहन परिवेश हवा के नमूनों में मापा गहराई से कम है । पिछले अध्ययनों में26के रूप में, प्रभावी पहनने के कारक, कश्मीर *, सतह से निकाली गई सामग्री की मात्रा का वर्णन करता है, प्रवेश गहराई एक्सपीडी, संपर्क दबाव पी, पहनने की मात्रा वी, और समय टी से समीकरण 1 का उपयोग कर परिकलित किया जा सकता है । यह कश्मीर * पैरामीटर एक "" प्रभावी पहनने के कारक के रूप में संदर्भित किया जाता है क्योंकि दोनों सामग्री को हटाने और बहुलक सतह कि एक पहनने गहराई LVDT स्थिति संवेदक द्वारा मापा करने के लिए योगदान के विरूपण के संयोजन । चित्रा 4 से पता चलता है कि EPDM नमूनों उच्च दबाव हाइड्रोजन में एक कम प्रभावी पहनने कारक प्रयोग के अंत तक है । यह घटना सबसे अधिक संभावना एक दबाव प्रभाव है और यह जरूरी नहीं कि हाइड्रोजन गैस में पहनने परिवेशी हवा की स्थिति में से कम है एक संकेत है ।

Equation 1

समीकरण 1: प्रभावी पहनने के कारक के बीच संबंध (K *) और प्रवेश गहराई (Xपीडी), संपर्क दबाव (P) का काउंटर-सतह बहुलक नमूना पर, पहनें ट्रैक की मात्रा (V), और समय (T).

Figure 1
चित्र 1 : प्रतिनिधि घर्षण लोड डेटा चक्र में एक EPDM बहुलक नमूना कूपन के सीटू tribometer लोड सेल में समय का एक समारोह के रूप में उपयोग कर लिया #120 । उच्च दबाव हाइड्रोजन में अधिग्रहीत डेटा नीले रंग में है, और परिवेशी वायु में अधिग्रहीत डेटा काले रंग में है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्र 2 : आरेख 1जैसे घर्षण वाले लोड डेटा से परिकलित घर्षण डेटा का गुणांक । EPDM नमूना और इस्पात काउंटर सतह के बीच घर्षण की मात्रा अधिक परिवेशी हवा की तुलना में उच्च दबाव हाइड्रोजन में अधिक है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्र 3 : पैठ गहराई डेटा EPDM बहुलक नमूनों पर परीक्षण से सीटू tribometer में के LVDT घटक से इकट्ठा हुए । घर्षण डेटा में के रूप में, उच्च दबाव हाइड्रोजन डेटा नीला है, जबकि परिवेश हवा डेटा काले रंग में है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4 : पहनें फैक्टर प्रवेश गहराई चित्रा 3में प्रस्तुत डेटा से गणना की । परिवेशी हवा के नमूने के पहनने के कारक उच्च दबाव हाइड्रोजन, जो सबसे अधिक संभावना एक दबाव प्रभाव है में परीक्षण नमूना के पहनने के कारक से अधिक है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Discussion

बहुलक सामग्री के tribological परीक्षण के लिए वर्तमान पूर्व सीटू तकनीक नमूने एक वाणिज्यिक tribometer का उपयोग कर परीक्षण किया जा रहा से पहले फिर दबाव डाला जाता है जो उच्च दबाव हाइड्रोजन को उजागर करने की आवश्यकता है. 15 , 24 , 25 इस प्रोटोकॉल में परीक्षण पद्धति सीटू मेंएक उच्च दबाव वातावरण में बहुलक नमूनों की tribological संपत्तियों के परीक्षण की अनुमति के लिए डिजाइन किया गया था । इस तरह के EPDM नमूने जब वे दबाव है ऊपर प्रस्तुत के रूप में बहुलक सामग्री परीक्षण करके, इस प्रोटोकॉल घने दबाव संकुचित बहुलक नमूना हाइड्रोजन वितरण बुनियादी सुविधाओं के घटकों में पाया की एक और अधिक यथार्थवादी माप के लिए अनुमति देता है । चूंकि सामग्री के tribological गुणों को सीटू मेंमापा जाता है, इसलिए भूतपूर्व सीटू विधियों में मौजूद विस्फोटक संपीड़न जैसे depressurization प्रभावों की वजह से डाटा विसंगतियों का शमन किया जाता है.

इस प्रोटोकॉल पर्याप्त नमूना tribometer उपकरण से जुड़ी बहुलक नमूने के समय सोख की आवश्यकता है ताकि यह सुनिश्चित करने के लिए कि हाइड्रोजन गैस पूरी तरह से बहुलक नमूना है, जो EPDM के मामले में लगभग 12 घंटे था भर में फैलाना है । उच्च दाब हाइड्रोजन गैस के लिए उजागर किया जा रहा है, जबकि बहुलक नमूना है tribological गुण का एक परिणाम माप के रूप में, धातु कार्यात्मक और इस प्रोटोकॉल में इस्तेमाल किया tribometer के संरचनात्मक घटकों हाइड्रोजन गैस संगत होना करने के लिए आवश्यक थे । इसलिए, सीटू tribometer में ज्यादातर एल्यूमीनियम से बाहर का निर्माण किया गया था और स्टेनलेस स्टील के उपयोग को कम किया गया. जैसे कार्यात्मक घटक मोटर नमूना चरण ड्राइविंग और एक समाई लोड करने के लिए हाइड्रोजन-संगत घटकों का उपयोग कर निर्माण tribometer में घर्षण लोड को मापने के सेल और विशेष रूप से इस परियोजना के लिए आदेश दिया गया था । इन घटकों ने पूर्व सीटू विकल्पों की तुलना में सीटू पद्धति में इस प्रदर्शन की लागत बढ़ाई.

यहां वर्णित सीटू परीक्षण पद्धति को मात्रात्मक रूप से घर्षण और बहुलक नमूनों के पहनने को मापने के लिए विकसित किया गया है जबकि एक हाइड्रोजन गैस वातावरण में हाइड्रोजन डिलिवरी के भीतर मौजूद उच्च दबाव की स्थिति के समान इंफ्रास्ट्रक्चर. इस परीक्षण के परिणामों में मदद करने के लिए हाइड्रोजन बुनियादी सुविधाओं और भंडारण अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए एक दिया बहुलक सामग्री की उपयुक्तता का निर्धारण किया जा सकता है । इस पद्धति का उपयोग कर उत्पंन डेटा और EPDM बहुलक नमूनों के लिए ऊपर प्रस्तुत पता चलता है कि इन नमूनों की सतह गुणांक घर्षण पहनने के साथ साथ EPDM नमूनों का अनुभव एक उच्च दबाव हाइड्रोजन वातावरण में वृद्धि हुई थी । यह पद्धति यह तय नहीं कर पा रही थी कि ये रुझान सीटू के वातावरण में या हाइड्रोजन गैस और EPDM पॉलीमर के बीच की बातचीत के दबाव प्रभाव के कारण थे या नहीं. भविष्य के अध्ययन के लिए एक उच्च दबाव हाइड्रोजन वातावरण में इन elastomeric नमूनों में दबाव और हाइड्रोजन संगतता के प्रभाव deconvolute करने के लिए आवश्यक है ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

यह अनुसंधान प्रशांत नॉर्थवेस्ट राष्ट्रीय प्रयोगशाला (PNNL) है, जो बैटल मेमोरियल संस्थान द्वारा ऊर्जा विभाग के लिए (डो) अनुबंध के तहत संचालित है पर प्रदर्शन किया गया । DE-AC05-76RL01830 ।

Materials

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

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References

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इंजीनियरिंग अंक 133 ट्राइबोलोजी हाइड्रोजन बुनियादी ढांचा पॉलिमर उच्च दाब हाइड्रोजन घर्षण वस्त्र
<em>सीटू में</em> हाइड्रोजन वितरण बुनियादी सुविधाओं में प्रयुक्त आम बहुलक सामग्री का उच्च दाब हाइड्रोजन Tribological परीक्षण
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Duranty, E. R., Roosendaal, T. J., Pitman, S. G., Tucker, J. C., Owsley Jr., S. L., Suter, J. D., Alvine, K. J. In Situ High Pressure Hydrogen Tribological Testing of Common Polymer Materials Used in the Hydrogen Delivery Infrastructure. J. Vis. Exp. (133), e56884, doi:10.3791/56884 (2018).

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