제자리에서 고압 수소 Tribological 수소 공급 인프라에 사용 되는 일반적인 고분자 재료의 테스트

Summary

수소 인프라 서비스에 사용 되는 고분자의 tribological 속성을 측정을 위한 테스트 방법을 설명 하 고 일반적인 엘라 스토 머에 대 한 특성 결과 설명.

Abstract

고압 수소 가스는 압축기, 밸브, 호스, 및 액츄에이터의 금속 부품을 저하로 알려져 있다. 그러나, 상대적으로 작은 중합체 씰링 및 자료 또한 이러한 구성 요소 내에서 발견에 고압 수소의 효과 대 한 알려져 있다. 더 연구는 고압 수소와 수소 연료 배달 인프라의 구성 요소에서 발견 하는 일반적인 고분자 재료의 호환성을 결정 하기 위해 필요 합니다. 결과적으로, 그것은 마찰 등 물리적 특성의 변화를 고려 하 고 중합체는 고압 수소에 노출 하는 동안 제자리에 착용 하는 것이 중요. 이 프로토콜에서 우리는 마찰을 테스트 하기 위한 방법을 제시 하 고 에틸렌 프로필 렌 디 엔 단위체 (EPDM) 탄성 중합체 샘플의 속성을 사용 하는 사용자 위치에 핀에 편평한 선형 왕복 28 MPa 고압 수소 환경에서 착용 tribometer입니다. 이 테스트는 대표적인 결과 EPDM 샘플 쿠폰 및 철강 카운터 표면 사이의 마찰 계수 측정 마찬가지로 마찰 계수에 비해 고압 수소에 증가 하는 것이 나타내는 제시 주변 공기입니다.

Introduction

최근 몇 년 동안에서 가능성 제로 방출으로 수소에 큰 관심 또는 차량 및 고정 전원에 0에 가까운 방출 연료 되었습니다. 실 온에서 저밀도 가스로 수소 있으므로 대부분의 응용 프로그램 연료 압축된 수소의 일종을 사용 합니다. ^{1 , 2} 압축을 사용 하 여 잠재적인 단점은, 고압 수소 가스는 호환 인프라^2,,34 시간과 차량 응용 프로그램⁵ 자료 많은 곳 호환성 문제는 반복적인된 압력 및 온도와 결합 된다 자전거. 순수 수소 환경 특정 철강 등 금속 부품 손상 알려져 있으며 수소 형성, 붓기를 포함 하는 다른 메커니즘을 통해 티타늄 표면에 젖어, 그리고 취. ^{2 , 6 , 7 ,} 리드 zirconate 타이타늄 (압) 압 전 세라믹에 사용 된 같은 ⁸ 비금속 구성 요소는 또한 표면 젖어 리드 마이그레이션 등 수소 호환성 효과 저하에 취약 입증 했다. ^{9 , 10 , 11 , 12} 수소 노출 때문에 손상의이 예제는 이전 공부 하는 동안 수소 환경에서 폴리머 컴포넌트의 호환성 최근에 되고있다 관심의. ^{13 , 14 , 15 , 16} 이 폴리머 구성 요소 일반적으로 장벽 또는 물개로 작동 하는 반면 핵에 구조적 무결성 및 석유 및 가스 응용 프로그램을 제공 하는 금속 부품의 주로 결과 이다. ^{17 , 18 , 19 , 20} 그 결과, 소계 (PTFE) 같은 구성 요소 내에서 폴리머 재료의 마찰 및 마모 특성 밸브 시트와 니트 릴 부 타 디 엔 고무 (NBR) O-링 될 중요 한 요소 기능을 그들의 능력에.

수소 인프라의 경우 밸브, 압축기, 저장 탱크 등의 구성 요소는 금속 표면에 접촉 하는 고분자 재료를 포함. 폴리머와 금속 표면 사이 마찰 상호 작용의 각 표면 마모에 발생합니다. 마찰과 마모 두 상호 작용 표면 사이의 관계의 과학 원상으로 알려져 있습니다. 고분자는 금속 보다 강도와 낮은 탄성 계수를가지고 하는 경향이, 따라서 tribological 속성 고분자 재료의 금속 재료에서 크게 다릅니다. 그 결과, 폴리머 표면 금속 표면 마찰 접촉 후 큰 마모와 손상을 전시 하는 경향이. ^{21 , 22} 는 수소 인프라 응용 프로그램, 급속 한 압력 및 온도 사이클링 폴리머와 금속 표면 간의 원인 반복된 상호 작용의 가능성을 높일 마찰 하 고 폴리머 구성 요소에 착용. 이 손상 측정 원래의 전 depressurization 비 tribological 손상을 일으킬 수 있습니다 후 폴리머 샘플의 가능한 폭발적인 감압으로 전하실 수 있습니다. ²³ 또한, 많은 상업적인 폴리머 제품 포함 많은 필러 및 산화 마그네슘 (MgO) hydriding에 착용의 분석 해 라 전 더 복잡 통해 수소 가스와 부정적인 상호 작용 하는 등 첨가제 재료입니다. ^{24 , 25}

Depressurization 및 tribological 착용 해 라 전하는 동안 발생 하는 고분자 재료에 손상을 구별의 복잡, 직접 비금속 재료 현장에서의 마찰 특성 연구 필요성이 있다 수소 배달 인프라 내에서 존재 하는 것은 고압 수소 환경 내에서. 이 프로토콜에서 설명 하는 테스트 방법론 개발 마찰 계량 및 목적 위치에 tribometer를 이용 하 여 고압 수소 환경에서 착용 하는 고분자 재료의 속성. ²⁶ 우리는 또한 제자리에 tribometer 및 에틸렌 프로필 렌 디 엔 단위체 (EPDM) 고무, 일반적인 중합체 씰링 및 격 벽 재료를 사용 하 여 인수 대표 데이터를 제시. EPDM 소재는 데이터 아래 프로토콜을 사용 하 여 생성 된 대표 0.3175 cm 두께 60.96 cm 정사각형 시트에서 구매 하 고 60A 경도 평가 하는 공급 업체에 의해 보고 되었다.

Protocol

여기에 설명 된 실험은 무 취, 무색, 그리고 따라서 인간의 감각에 의해 탐지 수소 가스의 사용을 해야 합니다. 수소는 가연성이 고 거의 보이지 않는 파란색 불꽃 화상과 양식 수 산소의 폭발성 혼합물. 6.9 MPa 이상의 높은 압력 모든 테스트에 대 한 준비에 대 한 적절 하 게 계획 해야 합니다 추가 폭발 위험을 추가 합니다. 이 저장 된 에너지이 양은 심각한 안전 위험 나타내고 그러므로 당연한 노?…

Representative Results

제시 하는 방법론을 사용 하 여, 탄성 샘플 운동 마찰과 마모 요인의 계수는 고압 수소 환경에서 측정할 수 있습니다. 그림 1 에서 제시 하는 대표적인 데이터 표시는 고압 수소 환경에 더 큰 힘 강철 카운터 표면 아래 EPDM 고분자 샘플을 이동 하는 데 필요한. 관계를 사용 하 여 정상 사이 FN 과 마찰력 FK 마찰 계수 µ, EPDM 샘플 사이 강?…

Discussion

고분자 재료의 tribological 테스트용 현재 원래의 전 기법 필요 고압 수소에 노출 되기 전에 depressurized 다음 샘플 상업적인 tribometer를 사용 하 여 테스트. ^{15 , 24 , 25} 이 프로토콜 테스트 방법론의 높은 압력 환경 제자리에서 폴리머 샘플 tribological 속성의 테스트를 허용 하도록 설계 되었습니다. 그들은 가압 하는 하는…

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