Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

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

Published: March 31, 2018 doi: 10.3791/56884

Summary

Een test-methodologie voor het kwantificeren van de tribological eigenschappen van polymeren in waterstof infrastructuurdienst gebruikt wordt aangetoond en karakteristiek resultaten voor een gemeenschappelijk elastomeer worden besproken.

Abstract

Hogedruk waterstofgas is bekend dat het nadelig beïnvloeden van metalen onderdelen voor compressoren, kleppen, slangen en actuatoren. Echter is relatief weinig bekend over de effecten van hoge druk waterstof op de polymeermaterialen voor afdichting en barrière ook binnen deze onderdelen gevonden. Meer onderzoek is nodig om de compatibiliteit van gemeenschappelijke polymeermaterialen gevonden in de onderdelen van de waterstof brandstof levering infrastructuur met hoge druk waterstof. Dientengevolge, is het belangrijk rekening houden met de veranderingen in de natuurkundige eigenschappen zoals wrijving en slijtage in situ terwijl het polymeer wordt blootgesteld aan hoge druk waterstof. In dit protocol, we presenteren een methode voor het testen van de wrijving en slijtage eigenschappen van ethyleen propyleen dieen monomeer (EPDM) elastomeer monsters in een 28 MPa hogedruk waterstof omgeving met behulp van een custom-built in situ lineaire pin-op-flat op-en neergaande tribometer. Representatieve resultaten uit deze testen zijn gepresenteerd waaruit blijkt dat de wrijvingscoëfficiënt tussen het EPDM monster coupon en stalen teller oppervlak wordt verhoogd met hoge druk waterstof in vergelijking met de wrijvingscoëfficiënt op dezelfde manier gemeten in de lucht.

Introduction

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 binnen3,4 van de2,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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Het experiment beschreven hier vereist het gebruik van waterstofgas reukloos, kleurloos en dus kan niet worden getraceerd door de menselijke zintuigen is. Waterstof is zeer brandbaar en brandwonden met een bijna onzichtbaar blue flame en formulier kunnen explosieve mengsels in aanwezigheid van zuurstof. Hoge druk boven 6.9 MPa toevoegen extra explosiegevaren dat naar behoren moeten worden gepland ter voorbereiding alle tests. Dit bedrag van opgeslagen energie vertegenwoordigt een ernstig veiligheidsrisico en daarom due diligence, planning, en een veiligheid evaluatie moet worden uitgevoerd voordat het uitvoeren van dergelijke een experiment om ervoor te zorgen dat deze risico's worden beperkt. Het experiment hier gepresenteerd is verricht overeenkomstig de passende veiligheidsmaatregelen in een Amerikaanse samenleving van Mechanical Engineers (ASME) gecertificeerde drukvat met een burst-schijfset tot 34.5 MPa met goede ventilatie.

1. voorbereiding van de polymeer blad voorraad

  1. Wasmiddel van toepassing op de EDPM polymeer blad voorraad met een niet-schurende spons en spoel onder water voor ongeveer 3 min verwijderen van oliën en talk poeder toegepast tijdens de vervaardiging en verzending van proces.
  2. Droog polymeer blad in een droogstoof bij 85% van de bedrijfstemperatuur van het materiaal, ongeveer 75 ° C voor EPDM, ongeveer 72 uur naar station water resterende hoeveelheid van wassen.
  3. Zet de oven en laat polymeer voorraad plaatmateriaal afkoelen tot kamertemperatuur in de oven.
  4. Mark één hoek van het vel materieel met een pijl die wijst naar de top van het polymeer blad. Deze pijl zal helpen met het identificeren van de oriëntatie van het blad tijdens de coupon generatie van monster, ervoor te zorgen dat de monsters gesneden uit het vel van het polymeer van dezelfde afdrukstand consequent zal zijn.
  5. Bewaar de polymeer voorraad blad in een kamer temperatuur, vochtigheid-gecontroleerde omgeving in de buurt van 25% relatieve vochtigheid vóór de tribological test.

2. genereren en montage monster Coupons

  1. Terwijl het dragen van poeder free handschoenen, markeert de polymeer blad voorraad met een pijl op het gebied van de beoogde coupon in de buurt van de pijl gemarkeerd tijdens de voorbereiding van het polymeer vel materieel zodanig dat beide pijlen dezelfde afdrukstand hebben.
  2. Met behulp van een circulaire sterven van 2.222 cm diameter en een hamer, uitroeien van een monster coupon rond de pijl merk.
  3. Los de hex cap schroeven beveiligen de monster-klem op de in situ tribometer, verwijderen de hex cap schroef en precisie de meest toegankelijke hoek van de klem van het monster ontspringen.
  4. Dia monster coupon in monster-klem, zorg om ervoor te zorgen dat het monster is gericht met het pijltje erop te gezicht naar beneden en naar de achterkant van de klem die het dichtst bij de rug-plaat van de tribometer kant.
  5. Vervang de precisie lente en hex cap schroef in de lege hoek van het monster klem en gaan bij de hand Draai alle vier de hex cap schroeven van de klem tot snug zodanig dat het monster van elastomeer wordt gecomprimeerd door 10% van de oorspronkelijke hoogte. Ervan uitgaande dat een hoogte van 0.318 cm monster, kan 10% compressie worden bereikt met behulp van een blok gauge 0.287 cm tussen de twee platen van de klem.

3. voorbereiding van de Tribometer In Situ

  1. Plaats een 2.413 cm gauge blok tussen de muur van de tribometer en de monster slee, direct onder de schroef van het station. Zorg ervoor dat de gegevens-verzamelbox uitstaat, draai dan de station-keten in een rechtsom beweging back van de slee monster zodanig zijn dat de rand van de slee 2.413 cm vanaf de muur tribometer.
  2. Veeg voorzichtig de stalen bal van het oppervlak van de teller met een zachte doek of lint-minder papieren handdoek en een geschikt oplosmiddel zoals aceton gedurende ongeveer 30 seconden totdat het oppervlak van het oppervlak van de teller vrij van alle vuil verschijnt.
  3. Schuif de bronzen teller oppervlakte vervoerder en bronzen gewicht, een totale normale belasting van 7.5 N, op de spoorstaaf loodrecht op de slee van de steekproef, waardoor de teller bal schuif tussen in het sleutelgat te rusten op het polymeer monster.
  4. Met behulp van een hexadecimale sleutel en twee bronzen schroeven, opnieuw koppelen het lineair variabele differentiaaltransformator (LVDT) meting arm aan de bronzen teller oppervlakte houder zodat de vrij zwevende cilinder van de LVDT op de arm berust.
  5. Aanpassen van de klem de LVDT op zijn plaats te houden of naar beneden zodat de LVDT is het meten van in de buurt van het nulpunt vervolgens draai de klem om de LVDT in plaats veilig te stellen.
  6. Het verlagen van de vergadering van de tribometer in het drukvat, ervoor te zorgen dat de thermowell in de bovenste flens van het vaartuig zal lager in de kloof tussen de tribometer en de muur van het schip.
  7. Wikkel de verzegeling o-ring met een totaal van twee en een half lagen van PTFE tape. Dit wordt bereikt door het wikkelen van de PTFE tape zodanig dat elke extra wrap ongeveer de helft van de procedure-ronde overlapt tot twee keer de diameter van de o-ring rondgaan. Vervolgens wikkel de diameter van de o-ring een laatste keer zonder overlappingen. Zodra de o-ring wordt verpakt, plaats u het in de groef in de lip van het drukvat.
  8. Rekening houdend met de bedrading etiketten, sluit de draden van de vijf macht voor de tribometer motor, vier draden van de gegevens voor de cel belasting en vijf gegevens draden voor de LVDT.

4. het afdichten van het drukvat

  1. De bovenste flens van het drukvat om het te sluiten, te verlagen van de bovenste flens zachtjes op de PTFE verzorgen verpakt lager o-ring afdichting.
  2. Plaats de bouten in de genummerde gaten op de bovenste flens aangegeven door de fabrikant in oplopende volgorde totdat zij vinger strak zijn.
  3. Met behulp van een handmatige hexadecimale sleutel, koppel de flens bouten in oplopende volgorde bij de hand strak en herhaal tot de bouten niet langer kunnen worden aangescherpt.
  4. Basisgewicht van 120 Nm en verhogen in stappen van ~ 40 Nm, gebruiken een momentsleutel aan koppel de flens bouten in oplopende volgorde voor elke ~ 40 Nm en totdat zij worden torqued tot 280 Nm.

5. invullen van het drukvat

  1. Nu dat het drukvat is verzegeld, de gas fittingen verbinden met de autoclaaf deksel en spoelen van het drukvat met lage druk (~0.55 MPa) argon gas voor ongeveer 1 h totdat het zuurstofgehalte van het schip zakt tot onder de 10 ppm, met behulp van een zuurstofsensor loodrecht in de output van het drukvat.
  2. Langzaam (< 0,25 MPa/s) spoelen van het vaartuig met waterstofgas tot 6,9 MPa, dan langzaam vent het gas aan de atmosferische druk. Herhaal de afboekingsmethode proces twee meer tijden.
  3. Na het spoelen van het drukvat, langzaam (< 0,25 MPa/s) Vul het drukvat met waterstofgas tot 13.75 MPa en toestaan van het vaartuig te rusten gedurende 10 minuten zodat de temperatuur van het gas binnen het schip equilibrates tot kamertemperatuur.
  4. Vul het schip 20.7 MPa en een ander 10 min wachten.
  5. Brengen van het schip tot de doelstelling 27,6 MPa en sluiten uitschakelen alle afsluiters.
  6. Het polymeer monster ten minste 12 uur in het waterstofgas weken voordat het experiment te voorzien in volledige permeatie toestaan.

6. het uitvoeren van Experiment

  1. Dubbel te controleren dat alle verlaten van het drukvat Pass Through-kabels correct zijn aangesloten op de gelabelde kabelboom aangesloten op de tribometer control box en schakel vervolgens op de tribometer.
  2. In de tribometer wordt in software de experiment-tijd instellen tot 1 uur op 0,1 cm/s snelheid met een weglengte van 0.140 cm. Dit komt overeen met een afstand van ongeveer 3,5 m.
  3. Tarra van de cel van de lading, en ervoor te zorgen dat de LVDT een passende diepte in de tribometer-software die in de buurt van 0 mm worden moet is de rapportage.
  4. Start het experiment.

7. post Experiment

  1. Zodra het experiment is voltooid, langzaam vent het drukvat van waterstofgas bij ongeveer 0.35 MPa/s, ervoor te zorgen dat de druk vaartuig temperatuur niet vallen onder de 0 ° C.
  2. Ten slotte spoel het druk vaartuig volume met argon gas bij atmosferische druk gedurende 10 minuten om ervoor te zorgen dat er geen resterende waterstof in het voertuig.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Met behulp van de voorgestelde methodologie, kan de coëfficiënt van kinetische wrijving en slijtage factor voor een elastomere steekproef worden gemeten terwijl in de omgeving van een hogedruk waterstof. De representatieve gegevens gepresenteerd in Figuur 1 blijkt dat in de omgeving van een hogedruk waterstof grotere kracht moet verplaatsen van EPDM polymeer monsters onder de oppervlakte van de stalen teller. Met behulp van de relatie tussen de normale kracht FN en de wrijvingskracht FK de wrijvingscoëfficiënt, µ, tussen het EPDM-monster en de stalen bal kan worden bepaald. Deze gegevens worden gepresenteerd in Figuur 2 waar de EPDM monsters een hogere wrijvingscoëfficiënt in waterstof dan monsters getest in de lucht vertonen. Dit resultaat geeft aan dat er meer wrijving die zich voordoen als gevolg van de glijdende contact tussen de EPDM polymeer stalen oppervlakken terwijl in de omgeving van een hogedruk waterstof ten opzichte van de lucht.

Figuur 3 blijkt dat de diepte van de penetratie van het oppervlak van de stalen teller in de EPDM polymeer monsters in hogedruk waterstof minder dan de diepte gemeten in de lucht monsters is. Zoals in eerdere studies26, de effectieve slijtage factor, K *, beschrijft de hoeveelheid materiaal van het oppervlak verwijderd kan worden berekend met de vergelijking van de penetratie diepte XPD, de contact druk P, de slijtage volume V en de tijd T. 1 Deze K-parameter wordt aangeduid als een "effectieve" factor, dragen omdat de combinatie van zowel verwijdering van materiaal en de vervorming van het polymeer oppervlak die bijdragen tot een diepte van slijtage door de LVDT positie sensor gemeten. Figuur 4 laat zien dat de EPDM-monsters een lagere effectieve slijtage factor in hogedruk waterstof door het einde van het experiment hebben. Dit verschijnsel is zeer waarschijnlijk een druk-effect en is niet noodzakelijkerwijs een indicatie dat slijtage in waterstofgas is minder dan in ambient air voorwaarden.

Equation 1

Vergelijking 1: Relatie tussen de effectieve slijtage factor (K *) en de indringingsdiepte (XPD), de contact druk (P) van het contra oppervlak op het polymeer monster, het volume van de track van de slijtage (V) en tijd (T).

Figure 1
Figuur 1 : Representatieve frictional laden gegevens verkregen met behulp van de in situ tribometer belasting cel van een EPDM polymeer monster coupon op cyclus #120 als een functie van de tijd. Met hoge druk waterstof verkregen gegevens is in het blauw, en gegevens verworven in de lucht in het zwart. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2 : Wrijvingscoëfficiënt gegevens berekend op basis van frictional laden gegevens zoals in Figuur 1. De hoeveelheid wrijving tussen het EPDM-monster en het oppervlak van het staal teller is veel hoger bij hoge druk waterstof dan in de lucht. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3 : Penetratie diepte gegevens verzameld uit de LVDT bestanddeel van de tribometer in situ van testen op monsters die EPDM polymeer. Zoals in de gegevens van de wrijving is de hogedruk waterstof gegevens blauw, terwijl de gegevens van de lucht in het zwart is. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4 : De slijtage factor berekend op basis van de penetratie diepte gegevens in Figuur 3. De factor van de slijtage van het monster van de omgevingslucht is hoger dan de factor van de slijtage van monster getest met hoge druk waterstof, die waarschijnlijk een effect van de druk. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Huidige ex situ technieken voor het testen van de tribological van polymeermaterialen vereisen monsters te worden blootgesteld aan hoge druk waterstof, die vervolgens zijn depressurized voordat ze worden getest met behulp van een commerciële tribometer. 15 , 24 , 25 de methodologie van de test in dit protocol werd ontworpen om toestaan testen van de tribological eigenschappen van polymeer monsters in een hoge druk omgeving in situ. Door het testen van polymeermaterialen zoals de monsters van de EPDM hierboven terwijl ze zijn drukkend, voorziet dit protocol in een meer realistische meting van het dichte druk-gecomprimeerd polymeer monster gevonden in onderdelen van de levering van de waterstofinfrastructuur. Aangezien de tribological eigenschappen van het materiaal gemeten in situ zijn, worden gegevens afwijkingen veroorzaakt door drukverlaging effecten zoals explosieve decompressie aanwezig in de ex situ methoden beperkt.

Dit protocol moet adequaat monster soak tijden van het polymeer monster gekoppeld aan de tribometer instrument om ervoor te zorgen dat de waterstofgas volledig heeft verspreid in het polymeer monster, die in het geval van EPDM ongeveer 12 uur was. Dientengevolge meting van het polymeer monster van tribological eigenschappen terwijl blootgesteld aan hoge druk waterstofgas, de metalen functionele en structurele componenten van de tribometer in dit protocol gebruikt moesten worden waterstofgas compatibel. Daarom, de tribometer in situ was meestal opgebouwd uit aluminium en het gebruik van roestvast staal werd geminimaliseerd. Functionele componenten zoals de motor rijden de monster-fase en een capacitieve belasting cel gebruikt om te meten de frictional belasting in de tribometer gebouwd met behulp van waterstof-compatibele onderdelen en speciaal voor dit project werden besteld. Deze onderdelen stegen de kosten van het uitvoeren van deze methodologie in situ in vergelijking met de ex situ -alternatieven.

De in situ test methodologie hier beschreven is ontwikkeld voor kwantitatief maatregel de wrijving en slijtage van polymeer monsters terwijl in een omgeving van waterstof gas vergelijkbaar met de hogedruk-omstandigheden die bestaan binnen de waterstof-levering infrastructuur. De resultaten van deze testen kan worden gebruikt om te helpen bij het bepalen van de geschiktheid van een bepaald polymeer materiaal voor gebruik in toepassingen van waterstof-infrastructuur en -opslag. De gegevens gegenereerd met behulp van deze methode en voor EPDM polymeer monsters hierboven suggereert dat de oppervlakte coëfficiënt wrijving van deze monsters samen met de slijtage EPDM monsters ervaren in een omgeving met hoge druk waterstof werd verhoogd. Deze methode was niet in staat om te bepalen of deze trends te wijten aan de gevolgen van de druk van het milieu in situ of de interactie tussen het waterstofgas en het EPDM-polymeer waren. Toekomstige studie is vereist om te deconvolute van de gevolgen van druk en waterstof compatibiliteit in deze elastomere monsters met in de omgeving van een hogedruk waterstof.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Dit onderzoek werd uitgevoerd op de Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), die wordt beheerd door Battelle Memorial Instituut voor het Department of Energy (DOE) onder Contract nr. 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Schlapbach, L. Technology: Hydrogen-fuelled vehicles. Nature. 460 (7257), 809-811 (2009).
  2. Jones, R., Thomas, G. Materials for the Hydrogen Economy. , CRC Press. Boca Raton. (2007).
  3. Barth, R., Simons, K. L., San Marchi, C. Polymers for Hydrogen Infrastructure and Vehicle Fuel Systems: Applications, Properties, and Gap Analysis. , October 23-34 (2013).
  4. Marchi, C., Somerday, B. P. Technical Reference on Hydrogen Compatibility of Materials. Ref, M. T. , No. code 8100 (2008).
  5. Welch, A., et al. Challenges in developing hydrogen direct injection technology for internal combustion engines. , SAE International, Paper No. 2008-01-2379 (2008).
  6. Fukai, Y. The Metal-Hydrogen System. , Springer: Verlag. Berlin Heidelberg. (2005).
  7. Lu, G., Kaxiras, E. Hydrogen embrittlement of aluminum: The crucial role of vacancies. Phys. Rev. Lett. 94 (15), 155501 (2005).
  8. Zhao, Z., Carpenter, M. A. Annealing enhanced hydrogen absorption in nanocrystalline Pd∕AuPd∕Au sensing films. J. Appl. Phys. 97 (12), 124301 (2005).
  9. Alvine, K. J., et al. High-pressure hydrogen materials compatibility of piezoelectric films. Appl. Phys. Lett. 97 (22), 221911 (2010).
  10. Alvine, K. J., et al. Hydrogen species motion in piezoelectrics: A quasi-elastic neutron scattering study. J. Appl. Phys. 111 (5), 53505 (2012).
  11. Aggarwal, S., et al. Effect of hydrogen on Pb(Zr,Ti)O3Pb(Zr,Ti)O3-based ferroelectric capacitors. Appl. Phys. Lett. 73 (14), (1998).
  12. Ikarashi, N. Analytical transmission electron microscopy of hydrogen-induced degradation in ferroelectric Pb(Zr, Ti)O3Pb(Zr, Ti)O3 on a Pt electrod. Appl. Phys. Lett. 73 (14), (1998).
  13. Castagnet, S., Grandidier, J., Comyn, M., Benoı, G. Hydrogen influence on the tensile properties of mono and multi-layer polymers for gas distribution. Int. J. Hydrog. Energy. 35, 7633-7640 (2010).
  14. Theiler, G., Gradt, T. Tribological characteristics of polyimide composites in Hydrogen environment. Tribol. Int. 92, 162-171 (2015).
  15. Sawae, Y., et al. Friction and wear of bronze filled PTFE and graphite filled PTFE in 40 MPA hydrogen gas. Proceed. , IJTC2011 249-251 (2011).
  16. Fujiwara, H., Ono, H., Nishimura, S. Degradation behavior of acrylonitrile butadiene rubber after cyclic high-pressure hydrogen exposure. Int. J. Hydrogen Energy. 40 (4), 2025-2034 (2015).
  17. Zhang, L., et al. Influence of low temperature prestrain on hydrogen gas embrittlement of metastable austenitic stainless steels. Int. J. Hydrogen Energy. 38 (25), 11181-11187 (2013).
  18. Weber, S., Theisen, W., Martı, M. Development of a stable high-aluminum austenitic stainless steel for hydrogen applications. Int. J. Hydrogen Energy. 38 (14), 5989-6001 (2013).
  19. Papavinasam, S. Corrosion control in the oil and gas industry. , Elsevier. (2013).
  20. Yamamoto, S. Hydrogen Embrittlement of Nuclear Power Plant Materials. Mat. Trans. 45 (8), 2647-2649 (2004).
  21. Rymuza, Z. Tribology of polymers. Arch. Civ. Mech. Eng. 7 (4), 177-184 (2007).
  22. Mckeen, L. W. 1 Introduction to Fatigue and Tribology of Plastics and Elastomers. , Second, Elsevier Inc. (2010).
  23. Lorge, O., Briscoe, B. J., Dang, P. Gas induced damage in poly(vinylidene fluoride) exposed to decompression. Polymer. 40, 2981-2991 (1999).
  24. Sawae, Y., Yamaguchi, A., Nakashima, K., Murakami, T., Sugimura, J. Effects of Hydrogen Atmosphere on Wear Behavior of PTFE Sliding Against Austenitic Stainless Steel. Proceed. , IJTC2007 1-3 (2008).
  25. Sawae, Y., Nakashima, K., Doi, S., Murakami, T., Sugimura, J. Effects of high pressure hydrogen on wear of PTFE and PTFE composite. Proceed. , IJTC2009 233-235 (2010).
  26. Duranty, E., et al. An in situ tribometer for measuring friction and wear of polymers in a high pressure hydrogen environment. Rev. Sci. Instrum. 88 (9), (2017).

Tags

Engineering kwestie 133 tribologie waterstofinfrastructuur polymeren hoge druk waterstof wrijving dragen
<em>In Situ</em> Hoge druk waterstof Tribological testen van gemeenschappelijke polymeermaterialen gebruikt in de levering van de waterstofinfrastructuur
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Duranty, E. R., Roosendaal, T. J.,More

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter