Name: その場で高圧水素トライボロジー水素配信インフラストラクチャで使用される一般的なポリマー材料の試験 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-03-31T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 1 s
Description: 学ぶ高圧水素環境におけるポリマー材料の摩擦摩耗特性評価法。水素インフラ用動的シール設計に必要なエラストマーの挙動をその場で測定する試験手法を解説し、材料選定の指針を示す。

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この研究を行ったで、太平洋の北西国立研究所 (なり)、ため、エネルギー省 (DOE) 契約番号の下でバテル記念研究所が運営します。デ-AC05-76RL01830。

ここで示した実験では、無臭、無色、およびこうして人間の感覚によって検出不可能である水素ガスの使用が必要です。水素は引火、やけどほぼ目に見えない青炎しフォームをすることができます酸素の存在下で爆発性混合物。6.9 MPa を超える高圧は、任意のテストに備えて追加爆発の危険を適切に計画する必要がありますを追加します。この蓄えられたエネルギー量は深刻な安全上の問題を表し、したがって適正評価、計画、および安全性に、評価をこれらの危険を軽減することを確認するこのような実験を実行する前に実行する必要があります。ここで示した実験は、34.5 MPa に設定され、適切な換気、バースト ディスクとアメリカ機械学会 (ASME) 認定加圧適切な安全上の注意に従って実行されます。
1. ポリマー シート素材の準備
<ol><li>非研磨スポンジを使用して EDPM ポリマー シート素材に洗剤を適用し、オイルを削除し、タルクの粉末製造と出荷プロセス中に適用される約 3 分のための水の下ですすいでください。</li>
	<li>洗濯の残り水のドライブに約 72 時間、マテリアルの作業温度、EPDM、約 75 ° C の 85% で乾燥炉内のポリマー シートを乾燥させます。</li>
	<li>オーブンの電源を切り、オーブン中室温に冷却する高分子シート ストック材料を許可します。</li>
	<li>ポリマー シートの上部を指している矢印の付いたシート素材の一角をマークします。この矢印はポリマー シートからカットのサンプルがあること一貫して同じ方向を確保するサンプル クーポン生成中にシートの向きを識別するのに役立ちます。</li>
	<li>部屋の温度でポリマー ストック シート、トライボロジー試験前に相対湿度が 25% 近くの湿度制御環境を格納します。</li>
</ol>2 を生成し、サンプル クーポンをマウント
<ol><li>粉を着て手袋を無料、対象クーポン、双方向の矢印がある同じ方向にポリマー シート素材の準備中にマークの矢印付近に矢のポリマー シート素材をマークします。</li>
	<li>2.222 cm 直径の円形死ぬと木槌を使って、矢印マークの周りのサンプル クーポンを根絶します。</li>
	<li>トライボメータその場で、六角のキャップ スクリューと精密試料留め具の一番アクセスし易いコーナーから春削除サンプル クランプを固定する六角キャップ ネジを緩めます。</li>
	<li>試料留め具、サンプルを確認する世話にスライド サンプル クーポンは方向の矢印が上下、トライボメータのバック プレートに近い側であるクランプの背面に向かって顔を指摘しました。</li>
	<li>精密スプリングとサンプルの空の隅に六角のキャップ スクリューをクランプし手に進むは、エラストマー サンプルは元の高さの 10% で圧縮するようフィットするまでクランプの hex キャップネジのすべての 4 つを締めます。0.318 cm サンプル高さを想定して、クランプの 2 つのプレート間 0.287 cm ゲージ ブロックを使用して、10% の圧縮を実現できます。</li>
</ol>3. 準備その場でトライボメータ
<ol><li>場所 2.413 cm ゲージ、トライボメータの壁とドライブのネジのすぐ下のサンプルそりブロックです。データ コレクション ボックスがオフし、時計回りに動き、そりのエッジがトライボメータ壁から 2.413 cm サンプルそりをバックアップするドライブ チェーンを有効にしていることを確認します。</li>
	<li>反対の表面の表面の任意の破片が無料表示されるまで約 30 秒間柔らかい布または糸くずのない紙タオル、アセトンなどの適当な溶剤で表面をカウンターの鋼球を軽く拭きます。</li>
	<li>ブロンズ カウンター表面キャリアとブロンズ重量、カウンター ボールの鍵穴に挿入し、ポリマー サンプルの残りの部分をできるようにサンプルそりに垂直のレール上に 7.5 N の合計荷重スライドさせます。</li>
	<li>自由に浮遊、LVDT シリンダーが腕にかかっていることなど、ブロンズ カウンター表面ホルダーにリニア可変差動トランス (LVDT) 測定アーム六角キーと 2 つの銅ネジを使用して、接続し直します。</li>
	<li>場所の LVDT を保持するクランプを調整したり、ダウンそれの近く、LVDT を測定するようなゼロ点、クランプを締める場所に LVDT をセキュリティで保護します。</li>
	<li>確保、トライボメータと容器の壁との間のギャップに、容器の上部のフランジに管が下がる圧力容器にトライボメータ アセンブリを下げます。</li>
	<li>ラップ シール o リング PTFE テープの 2 つ半層の合計。これは、各ラップと重なる約半分進むラップの o リングの直径を 2 回はやってまで PTFE テープでラップで。O リングの径をラップ重なることがなく最終的な時間。O リングをラップすると、一度は、圧力容器のリップの溝に配置します。</li>
	<li>考慮して配線ラベルは、トライボメータ モーターの 5 電源線、負荷セルの 4 つのデータ線と、LVDT の 5 つのデータ ケーブルを接続し直します。</li>
</ol>4. 圧力容器のシール
<ol><li>下を閉じ、PTFE にそっと上部フランジを下に注意しながら圧力容器上部フランジは o リングをシールをラップしました。</li>
	<li>彼らがタイトな指まで昇順でメーカーが示す上部フランジの番号の穴にボルトを挿入します。</li>
	<li>手動六角キーを使用すると、手にタイトな昇順のフランジ ボルトをトルクし、ボルトを強化されなくことができますまで繰り返します。</li>
	<li>最低 120 Nm と 〜 40 Nm ずつ増えていく昇順 〜 40 Nm 増分の彼らがカンカンまで 280 ボルト、トルクをトルクレンチを使用して Nm。</li>
</ol>5. 圧力容器の充填
<ol><li>今では圧力容器が密閉されているガス器具をオートクレーブ蓋に接続し、容器の酸素に配管酸素センサーを用いた 10 ppm を下回るまで約 1 h のアルゴンのガスを低圧 (~0.55 MPa) と圧力容器をフラッシュ圧力容器の出力。</li>
	<li>ゆっくりと (< 0.25 MPa ・ s) 6.9 MPa まで水素ガスの容器をフラッシュし、ゆっくりと大気圧ガスを発散します。フラッシュ プロセスをさらに 2 回繰り返します。</li>
	<li>ゆっくりと圧力容器をフラッシュした後 (< 0.25 MPa ・ s) 水素ガス 13.75 MPa までの圧力容器を記入し、容器内のガスの温度は部屋の温度にあるように 10 分の残りの部分に容器を許可します。</li>
	<li>20.7 mpa 容器記入し、別の 10 分を待ちます。</li>
	<li>ターゲット 27.6 まで容器をもたらす MPa と閉じるすべてのバルブをオフします。</li>
	<li>完全な浸透を可能にするのに実験を開始する前に、水素ガスで少なくとも 12 時間浸漬する高分子サンプルを許可します。</li>
</ol>6. 実験の実行
<ol><li>圧力容器を終了するすべてのパススルー ワイヤ トライボメータ コントロール ボックスに関連付けられたラベル付き配線ハーネスに正しく接続されていると、トライボメータ入れますダブル チェック。</li>
	<li>トライボメータでは、ソフトウェアは、実験時間を 0.140 cm のパスの長さを 0.1 cm/s の速度で 1 時間に設定します。これは約 3.5 m の距離に対応します。</li>
	<li>風袋、ロードセル、LVDT が 0 mm に近いことトライボメータ ソフトウェアの適切な深さを報告していることを確認.</li>
	<li>実験を開始します。</li>
</ol>7. 後の実験
<ol><li>約 0.35 MPa/s、圧力容器の温度は 0 ° C 下で落ちないことを確認で水素ガスの圧力容器をゆっくりと発散実験が完了すると、</li>
	<li>最後に、容器内の残りの水素がないことを確認する 10 分間大気圧アルゴン ガス圧力容器ボリュームをフラッシュします。</li>
</ol>

<ol><li>Schlapbach, L. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/460809a">Technology: Hydrogen-fuelled vehicles.</a> Nature. 460 (7257), 809-811 (2009).</li>
<li>Jones, R., Thomas, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJones%2C+R+%22Materials+for+the+Hydrogen+Economy%22">Materials for the Hydrogen Economy</a>. , CRC Press. Boca Raton. (2007).</li>
<li>Barth, R., Simons, K. L., San Marchi, C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBarth%2C+R+%22Polymers+for+Hydrogen+Infrastructure+and+Vehicle+Fuel+Systems%3A+Applications%2C+Properties%2C+and+Gap+Analysis%22">Polymers for Hydrogen Infrastructure and Vehicle Fuel Systems: Applications, Properties, and Gap Analysis</a>. , October 23-34 (2013).</li>
<li>Marchi, C., Somerday, B. P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMarchi%2C+C+%22Technical+Reference+on+Hydrogen+Compatibility+of+Materials%22">Technical Reference on Hydrogen Compatibility of Materials</a>. Ref, M. T. , No. code 8100 (2008).</li>
<li>Welch, A., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWelch%2C+A+%22Challenges+in+developing+hydrogen+direct+injection+technology+for+internal+combustion+engines%22">Challenges in developing hydrogen direct injection technology for internal combustion engines</a>. , SAE International, Paper No. 2008-01-2379 (2008).</li>
<li>Fukai, Y. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFukai%2C+Y+%22The+Metal-Hydrogen+System%22">The Metal-Hydrogen System</a>. , Springer: Verlag. Berlin Heidelberg. (2005).</li>
<li>Lu, G., Kaxiras, E. <a target="_blank" href="https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.94.155501">Hydrogen embrittlement of aluminum: The crucial role of vacancies.</a> Phys. Rev. Lett. 94 (15), 155501(2005).</li>
<li>Zhao, Z., Carpenter, M. A. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1927690">Annealing enhanced hydrogen absorption in nanocrystalline Pd∕AuPd∕Au sensing films.</a> J. Appl. Phys. 97 (12), 124301(2005).</li>
<li>Alvine, K. J., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.3517445">High-pressure hydrogen materials compatibility of piezoelectric films.</a> Appl. Phys. Lett. 97 (22), 221911(2010).</li>
<li>Alvine, K. J., et al. <a target="_blank" href="https://www.nist.gov/publications/hydrogen-species-motion-piezoelectrics-quasi-elastic-neutron-scattering-study">Hydrogen species motion in piezoelectrics: A quasi-elastic neutron scattering study.</a> J. Appl. Phys. 111 (5), 53505(2012).</li>
<li>Aggarwal, S., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.122339">Effect of hydrogen on Pb(Zr,Ti)O3Pb(Zr,Ti)O3-based ferroelectric capacitors.</a> Appl. Phys. Lett. 73 (14), (1998).</li>
<li>Ikarashi, N. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.122333">Analytical transmission electron microscopy of hydrogen-induced degradation in ferroelectric Pb(Zr, Ti)O3Pb(Zr, Ti)O3 on a Pt electrod.</a> Appl. Phys. Lett. 73 (14), (1998).</li>
<li>Castagnet, S., Grandidier, J., Comyn, M., Benoı, G. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319910008578">Hydrogen influence on the tensile properties of mono and multi-layer polymers for gas distribution.</a> Int. J. Hydrog. Energy. 35, 7633-7640 (2010).</li>
<li>Theiler, G., Gradt, T. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301679X1500239X">Tribological characteristics of polyimide composites in Hydrogen environment.</a> Tribol. Int. 92, 162-171 (2015).</li>
<li>Sawae, Y., et al. <a target="_blank" href="http://proceedings.asmedigitalcollection.asme.org/proceeding.aspx?articleid=1638174">Friction and wear of bronze filled PTFE and graphite filled PTFE in 40 MPA hydrogen gas.</a> Proceed. , IJTC2011 249-251 (2011).</li>
<li>Fujiwara, H., Ono, H., Nishimura, S. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319914032406">Degradation behavior of acrylonitrile butadiene rubber after cyclic high-pressure hydrogen exposure.</a> Int. J. Hydrogen Energy. 40 (4), 2025-2034 (2015).</li>
<li>Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319913000633">Influence of low temperature prestrain on hydrogen gas embrittlement of metastable austenitic stainless steels.</a> Int. J. Hydrogen Energy. 38 (25), 11181-11187 (2013).</li>
<li>Weber, S., Theisen, W., Martı, M. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319913005612">Development of a stable high-aluminum austenitic stainless steel for hydrogen applications.</a> Int. J. Hydrogen Energy. 38 (14), 5989-6001 (2013).</li>
<li>Papavinasam, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPapavinasam%2C+S+%22Corrosion+control+in+the+oil+and+gas+industry%22">Corrosion control in the oil and gas industry</a>. , Elsevier. (2013).</li>
<li>Yamamoto, S. <a target="_blank" href="https://www.jstage.jst.go.jp/article/matertrans/45/8/45_8_2647/_article">Hydrogen Embrittlement of Nuclear Power Plant Materials.</a> Mat. Trans. 45 (8), 2647-2649 (2004).</li>
<li>Rymuza, Z. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1644966512602350">Tribology of polymers.</a> Arch. Civ. Mech. Eng. 7 (4), 177-184 (2007).</li>
<li>Mckeen, L. W. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/book/9780323442015">1 Introduction to Fatigue and Tribology of Plastics and Elastomers</a>. , Second, Elsevier Inc. (2010).</li>
<li>Lorge, O., Briscoe, B. J., Dang, P. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032386198005278">Gas induced damage in poly(vinylidene fluoride) exposed to decompression.</a> Polymer. 40, 2981-2991 (1999).</li>
<li>Sawae, Y., Yamaguchi, A., Nakashima, K., Murakami, T., Sugimura, J. <a target="_blank" href="http://proceedings.asmedigitalcollection.asme.org/proceeding.aspx?articleid=1605418">Effects of Hydrogen Atmosphere on Wear Behavior of PTFE Sliding Against Austenitic Stainless Steel.</a> Proceed. , IJTC2007 1-3 (2008).</li>
<li>Sawae, Y., Nakashima, K., Doi, S., Murakami, T., Sugimura, J. <a target="_blank" href="http://proceedings.asmedigitalcollection.asme.org/proceeding.aspx?articleid=1648560">Effects of high pressure hydrogen on wear of PTFE and PTFE composite.</a> Proceed. , IJTC2009 233-235 (2010).</li>
<li>Duranty, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+in+situ+tribometer+for+measuring+friction+and+wear+of+polymers+in+a+high+pressure+hydrogen+environment%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">An in situ tribometer for measuring friction and wear of polymers in a high pressure hydrogen environment.</a> Rev. Sci. Instrum. 88 (9), (2017).</li>
</ol>

著者が明らかに何もありません。

高分子材料のトライボロジー試験のため現在元場テクニックには、される前に減圧される高圧水素にさらされるサンプルが必要商業トライボメータを使用してテストします。15,24,25このプロトコルのテスト方法は、高圧環境でその場でポリマー サンプルのトライボロジー特性のテストを許可するように設計されました。彼らが加圧され、上記に示した EPDM サンプルなどの高分子材料をテストすることにより、このプロトコルは、水素の輸送インフラのコンポーネントは、密度の高い圧力で圧縮されたポリマー サンプルのより現実的な測定できます。材料のトライボロジー特性の in situ測定なので、減圧効果爆発性減圧元場メソッドの存在などによって引き起こされるデータ異常が軽減されます。
このプロトコルには、水素ガスは EPDM の場合約 12 時間をした高分子サン...

近年、可能性ゼロ排出ガスとして水素の大きな関心や車、定置型電源のゼロに近い排出量の燃料をされています。室温で低密度のガスとして水素が存在するので、ほとんどのアプリケーションは燃料の圧縮水素のいくつかのフォームを使用します。1,2の圧縮を使用して潜在的な欠点は、高圧水素ガスは、インフラストラクチャ2,3,4と車載5内で見つかった多くの材料との互換性、互換性の問題が繰り返される圧力および温度と組み合わせてサイクリングします。純粋な水素環境は特定の鋼を含む金属の部品が損傷、腫れ、水素化物の形成を含むさまざまなメカニズムを通じてチタン表面とふくれ、脆化。2,6,7,ジルコン酸チタン酸鉛 (PZT) 圧電セラミックスの使用など8非金属部品も鉛の移行と表面ふくれなど水素非互換性効果による劣化を受けやすい証明しました。9,10,11,12水素照射による損傷のこれらの例は既に研究されている中、水素環境内の高分子のコンポーネントとの互換性が関心になるばかり。13,14,15,16主成分ポリマーは通常の障壁またはシールとして、核の構造の整合性とオイルとガスのアプリケーションを提供する金属のコンポーネントの結果です。17,18,19,20その結果、ポリテトラフルオロ エチレン (PTFE) などのコンポーネント内で高分子材料の摩擦・摩耗特性シートとバルブ トリル ブタジエンのゴム (NBR) O リングになる重要な要因で機能する能力で。
水素インフラの場合は、貯蔵タンク、コンプレッサー、バルブなどのコンポーネントは、金属表面と接触している高分子材料を含まれています。高分子と金属表面間の摩擦の相互作用は、各表面の摩耗の結果します。摩擦と相互作用する 2 つの表面の摩耗の関係の科学はトライボロジーと呼ばれます。低弾性率と金属よりも強度を持っている傾向があるポリマー、高分子材料のトライボロジー特性は金属材料から大きく異なるため。その結果、高分子表面は、金属表面との摩擦接触後以上の摩耗や損傷を展示する傾向があります。21,22水素インフラストラクチャ アプリケーション、高速圧力と温度サイクルが高分子と金属表面の相互作用の繰り返しの原因は、摩擦の可能性が高まるとポリマー成分に着用します。元場非トライボ損傷を引き起こす可能性があります減圧後ポリマー サンプルの可能な爆発性減圧のためこの損傷の定量化は難しい。23また、多くのポリマー製品含める多くのフィラーと水素化、元場これらの摩耗の解析をさらに複雑な中に水素ガスとの対話を通じて否定的マグネシウム酸化物 (MgO) などの添加物材料。24,25
減圧元場摩擦摩耗による損傷発生高分子材料への損傷間の差別化の複雑さのため直接非金属材料原の摩擦特性を調査する必要があります。水素配信インフラストラクチャ内に存在する可能性のある高圧水素環境で。このプロトコルでは、テストを示す摩擦を定量化し、専用の in situトライボメータを利用した高圧水素雰囲気下における高分子材料の性質を着用する方法論を開発しました。26本代表のデータ取得の in situトライボメータとエチレン プロピレンのジエンの単量体 (EPDM) ゴム、一般的なポリマー シールおよびバリア材を使用します。EPDM 素材 0.3175 cm 厚さで 60.96 cm 正方形シートで購入したデータは、以下のプロトコルを使用して生成された代表と 60A 硬さの評価を持っているベンダーによって報告されました。

<table><tbody><tr><td>EPDMポリマーストックシート</td><td>McMaster-Carr</td><td>8525T68</td><td>24 "x 24"、1/8 "厚さ</td></tr><tr><td>圧力容器、オートクレーブ</td><td>Fluitron Inc.</td><td>8308-1788-U</td><td>5インチ直径、1フィート高さ</td></tr><tr><td>高純度水素ガス</td><td>Praxair</td><td>HY4.5</td><td>グレード4.5、5ppm O2、5ppm H20</td></tr><tr><td>O2センサー</td><td>高度なマイクロインスツルメンツ</td><td>T2</td><td>0-5ppm 最小範囲、最大10,0000ppm</td></tr><tr><td>精製済みアルゴンガス</td><td>Oxarc</td><td>LCCO-HP818</td>高<td>純度、99.998%</td></tr><tr><td>液体食器用洗剤</td><td>McMaster-Carr</td><td>98365T89</td><td>32オンス注ぎボトル、レモンの香りの</td></tr><tr><td>防カビスポンジ</td><td>McMaster-Carr</td><td>7309T1</td><td>6 "長いx3-1 / 2"広いx高さ1"、黄色</td></tr><tr><td>のPTFEパイプスレッドシーラントテープ</td><td>McMaster-Carr</td><td>4591K12</td><td>1/2 "広い、白カラー</td></tr><tr><td>ガス管継手</td><td>スウェージロック</td><td>SS-400-1-4</td><td>1/4インチ OD、ステンレス鋼、オス NPT ねじ切り</td></tr><tr><td>ハンマー駆動ダイ</td><td>McMaster-Carr</td><td>3427A22</td><td>7/8インチ ハンマー駆動穴パンチ</td></tr><tr><td>線形可変差動変圧器</td><td>オメガ</td><td>LD320-2.5&nbsp;</td><td>2.5mm、AC出力、ガイド付き、スプリング付き</td></tr><tr><td>オートクレーブOシール</td><td>Fluitron Inc.</td><td>A-4511</td><td>ハステロイ C-276、5-3/4" OD x 5" ID x 3/8"</td></tr> <tr><td>トルク レンチ</td><td>McMaster-Carr</td><td>85555A422</td><td>調整可能なトルク制限レンチ、クイックリリース、1/2" スクエア ドライブ、50-250 ft.-lbs.トルク</td></tr><tr><td>マレット</td><td>McMaster-Carr</td><td>5939A11</td><td>硬質および超硬質ゴムハンマー、2-1 / 4ポンド</td></tr><tr><td>iLoad ミニ静電容量式ロード センサー</td><td>Loadstar センサー</td><td>MFM-050-050-S*C03</td><td>50 ポンド、U キャリブレーション、0.5% 精度、スチール</td></tr></tbody></table>

その場で高圧水素トライボロジー水素配信インフラストラクチャで使用される一般的なポリマー材料の試験

In Situ High Pressure Hydrogen Tribological Testing of Common Polymer Materials Used in the Hydrogen Delivery Infrastructure

高圧水素ガスは、コンプレッサー、バルブ、ホース、およびアクチュエータの金属部品に悪影響を与える知られています。しかし、比較的少しはまたこれらのコンポーネント内で見つかったポリマー シールとバリア材料の高圧水素の影響について知られています。多くの研究は、高圧水素と水素燃料の輸送インフラのコンポーネントは、一般的なポリマー材料の互換性を判断するために必要です。その結果、摩擦などの物理特性の変化を考慮し、ポリマーは、高圧水素にさらされている間その場で着用することが重要です。このプロトコルで摩擦試験方法とカスタムその場でピンのフラット直線往復を使用して 28 MPa 高圧水素環境におけるエチレン プロピレン ジエンの単量体 (EPDM) エラストマー試料の性質を着用トライボメータ。この試験は代表的な結果表示これは EPDM サンプル クーポンと鋼の反対の表面との間の摩擦係数が高圧水素で同様に測定した摩擦係数と比較すると増加することを示す周囲の空気。

紹介する方法を使用して、高圧水素環境中弾性サンプルの運動摩擦・摩耗率の係数を測定できます。図 1に示す代表的なデータは、高圧水素環境で大きな力が EPDM ポリマー サンプル スチール カウンター表面の下を移動する必要であることを示します。関係を使用して FNと EPDM のサンプル間の摩擦力 FK摩擦係数 μ、強制的に通常の間、鋼球を定めることができます。このデータは、EPDM のサンプルが周囲の空気でテストのサンプルよりもの水素摩擦のより高い係数を示す図 2で表示されます。この結果は、周囲の空気と比較して高圧水素環境で EPDM ポリマー鋼面、摺動接触に起因するより多くの摩擦があることを示します。
図 3では、高圧水素の EPD...

水素インフラ サービスで使用される高分子のトライボロジー特性を定量化するためのテスト方法を示したし、一般的なエラストマーの特徴的な結果について述べる。

High pressure hydrogen gas is known to adversely affect metallic components of compressors, valves, hoses, and actuators. However, relatively little is ...

水素ガスは、ニアゼロエミッション車に使用できる有望な燃料です。水素経済を実現するためには、燃料補給のインフラが必要です。インフラストラクチャ内の一般的なコンポーネントには、コンプレッサー、アクチュエーター、バルブ、レギュレーター、ホースなどがあります。その多くは、金属とポリマー材料の組み合わせを含んでいます。これらの部品に使用されている金属の大部分は、その適合性と高圧水素環境について深く研究されてきましたが、高圧水素がポリマーの適合性に与える影響を研究する研究は比較的少ないです。高圧水素下でのポリマーの摩擦特性と摩耗特性は、ダイナミックシールやコンポーネントを設計する際に理解することが非常に重要である可能性があります。水素の影響は、ポリマーの密度が低く、小分子の拡散に弱いため、金属の影響よりも大きくなる可能性があります。このビデオでは、最大4000 psiの高圧水素ガス環境下でポリマーの摩耗特性と摩擦特性を測定するために開発したin situ試験方法について説明します。警告のメモ。この実験では、高圧下での水素ガスの使用が必要であり、細心の注意が必要です。水素ガスは無臭、無色であるため、人間の感覚では検出できません。水素は可燃性が高く、ほとんど目に見えない青い炎で燃焼し、酸素の存在下で爆発性の混合物を形成する可能性があります。1, 000 psiを超える高圧は、あらゆる試験に備えて適切に計画しなければならない追加の爆発の危険性を追加します。この蓄積されたエネルギー量は、深刻な安全上の問題を表しています。したがって、このような実験を開始する前に、デューデリジェンス、計画、および安全性評価を実施して、これらの危険が軽減されるようにする必要があります。ここで紹介する実験は、適切な換気で5, 000 psiに設定されたバーストディスクを備えたASME認定圧力容器で、適切な安全対策に従って行われます。高圧水素環境下でのエラストマーの摩擦と摩耗を分析するために、密閉された圧力容器内で4、000psiで動作する独自のin situトライボメータを設計しました。トライボメータは、エラストマーサンプルを、サンプルと接触している垂直に荷重されたスチールピンに対して直線的に往復移動させるのに必要なin situ摩擦力を測定します。さらに、線形可変差動変圧器またはLVDTは、試験中に鋼球がポリマー表面にin situ圧痕の程度を測定します。エラストマーサンプルの調製には、製造プロセス中に塗布されたオイルとタルクパウダーを取り除き、ストックポリマーシートを洗浄します。次に、非研磨性のスポンジを使用して、ポリマーシートを石鹸と水で洗います。洗浄プロセスから残っている水分を追い払うには、ポリマーストリップを材料の最高使用温度の約85%に設定した乾燥オーブンで約72時間乾燥させます。次に、サンプルを室温まで冷まします。洗浄および乾燥させたポリマーストリップは、トライボロジー試験の前に相対湿度25%付近の湿度制御された環境で保管してください。ポリマーストリップが準備されたので、パウダーフリーの手袋を着用しながら、ポリマーストリップの一方の端に片面矢印をマークします。最初のマークから約1インチのスペースに、最初の矢印と同じ方向に2番目の矢印を作成します。これらのマークにより、取り付けプロセス中に一貫したサンプルの向きが保証されます。次に、2番目の矢印の周りに7/8インチの円形染料を置き、染料を使用してポリマーストリップからサンプルクーポンを切り取ります。六角キャップネジを緩め、サンプルクランプをin situトライボメータに固定します。サンプルクランプの近くの角からネジと精密スプリングを取り外します。サンプルクーポンにマークされた矢印がin situトライボメータの背面を指していることを確認して、サンプルクーポンをサンプルクランプにスライドさせます。精密スプリングと六角キャップネジをニアコーナースロットに再度挿入します。サンプルクランプの上部と下部の間の隙間に0.113インチのゲージブロックを挿入し、クランプがゲージブロックの周りで締められるまで六角キャップネジを締めて、サンプルがゲージブロックで10%圧縮されるようにします。トライボメータへの電源がオフになっていることを確認した後、サンプルステージの初期位置を設定するには、in situトライボメータの壁に沿って0.95インチのゲージブロックを駆動ネジの下に置きます。ドライブチェーンを使用して、サンプルステージをドライブスクリューに沿って、ステージがゲージブロックにぴったりと収まるまで戻します。実験用のin situトライボメータを準備するには、まず、柔らかい布と適切で適切な溶媒(この場合はアセトン)で鋼球の表面を清掃し、球から潜在的なポリマー転写膜を除去します。ブロンズボールキャリアをサンプルスレッドに垂直なレールにスライドさせ、カウンターボールを鍵穴にスライドさせてポリマーサンプルに載せるようにします。銅製の固定ウェイトをブロンズキャリアに置きます。六角レンチと 2 本のブロンズ製ネジを使用して、LVDT 測定アームをブロンズ製キャリアに再度取り付け、LVDT の自由に浮かぶシリンダーがアームに載るようにします。クランプを調整して、LVDTがゼロ点付近で測定されるように、LVDTを所定の位置に保持します。トライボメータアセンブリを圧力容器に下げ、容器の上部フランジにあるサーマルウェルがトライボメータと容器の壁との間の隙間に下がるようにします。ハステロイOリングを2層半のPTFEテープで包み、Oリングを圧力容器のリップの溝に置きます。トライボメータモータの5本の電源ワイヤ、ロードセルの4本のデータワイヤ、LVDTの5本のデータワイヤを再接続します。次に、圧力容器を密閉するには、圧力容器の上部フランジを下げて閉じ、上部をPTFEで包まれたOリングに優しく下げるように注意してください。下げるときは、データワイヤーと電源ワイヤーが蓋とレンズリングの間に挟まれないように、データワイヤーと電源ワイヤーの位置に注意してください。ボルトを上部フランジの番号付きの穴に昇順で挿入し、指で締めます。六角レンチを使用して、フランジを昇順でボルトを締め、手でしっかりと締め、ボルトを締めることができなくなるまで繰り返します。90フィートポンドから始まり、30フィートポンドの増分で増加し、トルクレンチを使用して、フランジボルトが200フィートポンドにトルクされるまで昇順でトルクをかけます。実験のこの部分では、高圧水素を使用する必要があります。可燃性ガスや高圧ガスを使用する際には、完全な安全性評価と適切な安全率を考慮することが重要です。スウェージロックのガス・フィッティングをオートクレーブの蓋に接続し、圧力容器の酸素含有量が10ppmを下回るまで、約80psiのアルゴン・ガスを低圧で約1時間洗浄します。酸素レベルが安全になったら、毎秒40psi未満でゆっくりと、純度99.995%の水素ガスで容器を1000psiまで洗い流し、ガスをゆっくりと排出します。フラッシング プロセスをさらに 2 回繰り返します。圧力容器を洗い流した後、圧力容器を最大 2 、 000 psi の水素ガスでゆっくりと満たし、容器内のガスの温度が室温に平衡化するように、容器を 10 分間休ませます。容器に高圧水素ガスを充填し続け、今回は最大3, 000 psiで満たし、さらに10分待ちます。最後に、水素ガスで容器を目標の4, 000 psiまで上げ、すべてのバルブを閉じます。ポリマーサンプルを水素ガスに約12時間浸してから、実験を始めてください。実験は1時間の直線運動で行われ、これはサンプルステージの120回の直線往復サイクルに変換されます。実験中、ロードセルは、エラストマーサンプルクーポンの表面を負荷された鋼球を横切ってスライドさせるのに必要な力の量を測定します。さらに、LVDT は、エラストマー サンプルへの鋼球の浸透深さを時間の関数として測定します。実験が完了したら、システムを毎秒50psi未満の速度でゆっくりと減圧して、爆発的な減圧を防ぎ、摩擦や摩耗のメカニズムを表さないポリマーサンプル表面の損傷を防ぎます。ロードセルで測定した摩擦力(F of k)と鋼球が加える垂直抗力(F of n)から、運動摩擦係数muを算出できます。LVDT の侵入深さデータ x と圧力、体積、時間を使用して、摩耗係数 (材料の耐摩耗性) を計算できます。これらのプロットには、このビデオで説明されているテスト方法を使用して収集された代表的なデータが含まれており、EPDMゴムと高圧水素ガスのテスト(青のデータ)、周囲圧力の空気のテスト(黒のデータ)が含まれています。ここに示すデータセットでは、EPDMポリマーサンプル上の鋼球の摩擦係数は、高圧水素ガス中で周囲空気と比較して増加しました。しかし、EPDMサンプルの耐摩耗性は、高圧水素の方が周囲圧力空気よりも低かった。これは、加圧されたサンプルの密度が増加したためである可能性が最も高いです。水素燃料の供給インフラは、新しい代替燃料自動車のニーズを満たすために急速に拡大しています。このインフラストラクチャの安全性と信頼性は、ソフトマテリアルの高圧水素との適合性を理解することにかかっています。ここでは、独自のin situトライボメータを使用して、高圧水素環境下でポリマー材料のトライボロジー特性を測定するための試験方法を実証しました。この試験方法は、水素インフラでのサービスに対するポリマー材料の適合性を評価するために使用できます。

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