सीटू में हाइड्रोजन वितरण बुनियादी सुविधाओं में प्रयुक्त आम बहुलक सामग्री का उच्च दाब हाइड्रोजन Tribological परीक्षण
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 ।
Protocol
Representative Results
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 ह?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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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