Name: 제자리에서 고압 수소 Tribological 수소 공급 인프라에 사용 되는 일반적인 고분자 재료의 테스트 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-03-31T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 1 s
Description: 학습하세요 고압 수소 환경에서 고분자 재료의 마찰 및 마모 특성을 평가하는 방법을. 이 기법은 수소 인프라용 동적 밀봉 부품 설계에 필수적인 데이터를 제공합니다.

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이 연구에는 평화로운 북 서 국립 연구소 (PNNL), Battelle 기념탑 학회 운영에 대 한 학과의 에너지 (DOE) 계약 번호에서 수행 되었다 드-AC05-76RL01830입니다.

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 노력, 계획, 및 안전 평가 수행 해야 합니다 이러한 위험 완화는 되도록 같은 실험을 수행 하기 전에. 여기에 제시 된 실험 적절 한 환기와 34.5 MPa로 설정 파열 디스크는 미국 기계 기술자 협회 (ASME) 인증된 압력 용기에 적절 한 안전 조치에 따라 수행 됩니다.
1. 폴리머 시트 재고 준비
<ol><li>EDPM 폴리머 시트 재고 비 연마 스폰지를 사용 하 여 세제를 적용 하 고 오일을 제거 하 고 활석 분말 제조 및 배송 프로세스 동안 적용 하 약 3 분 동안 물에서 씻어.</li>
	<li>어떤 물 세척에서 남아 있는 드라이브에 약 72 시간 동안 폴리머 시트 재료의 작동 온도, EPDM, 약 75 ° C의 85%에서 건조 오븐에서 건조.</li>
	<li>오븐 끄고 오븐 안에 실내 온도에 냉각 폴리머 시트 재고 물자를 허용.</li>
	<li>폴리머 시트 위쪽을 가리키는 화살표와 함께 시트 재고의 한 모서리를 표시 합니다. 이 화살표는 샘플 폴리머 시트에서 잘라 동일한 방향을 일관 되 게 될 것입니다 보장 샘플 쿠폰 생성 하는 동안 시트의 방향을 식별과 도움이 됩니다.</li>
	<li>실내 온도에서 고분자 소재 시트, 습도 제어 환경 tribological 테스트 이전에 25% 상대 습도 근처를 저장 합니다.</li>
</ol>2. 생성 하 고 샘플 쿠폰을 장착
<ol><li>분말을 입고 장갑 무료, 폴리머 시트 재고 폴리머 시트 재고의 준비 하는 동안 같은 두 화살표는 동일한 방향을 표시 하는 화살표 근처 의도 쿠폰 지역에 화살표와 함께 표시.</li>
	<li>Using 2.222 cm 직경 원형 다 고 망치, 샘플 쿠폰 화살표 마크 주위에 밖으로 스탬프.</li>
	<li>Tribometer 현장에서 여자 마법사 모자 나사와 정밀 스프링 샘플 클램프의 가장 쉽게 접근할 수 모퉁이에서 제거에 샘플 클램프를 고정 하는 16 진수 캡 나사를 풉니다.</li>
	<li>슬라이드 샘플 쿠폰 샘플을 확인 하도록 샘플 클램프에는 화살표와 함께 얼굴 아래로 클램프는 tribometer의 백 플레이트에 가장 가까운 쪽은 뒤쪽으로 지적 했다.</li>
	<li>바꾸기 정밀 봄, 샘플의 빈 모서리에 육각 캡 스크류 클램프와 손을 진행 되도록 탄성 샘플은 그것의 원래 높이의 10%에 의해 압축 아늑한까지 클램프의 육 모자 나사 4를 조입니다. 가정 0.318 cm 샘플 높이, 10% 압축 클램프의 2 개의 격판덮개 사이 0.287 cm 게이지 블록을 사용 하 여 얻을 수 있습니다.</li>
</ol>3. 제자리에서 Tribometer 준비
<ol><li>장소 2.413 cm는 tribometer의 벽 사이 드라이브 나사 바로 아래 샘플 썰매 블록 게이지. 데이터 수집 상자 꺼져 다음 드라이브 체인 썰매의 가장자리는 tribometer 벽에서 2.413 cm 샘플 썰매를 다시 시계 방향으로 모션에 다는 것을 확인 하십시오.</li>
	<li>부드럽게 카운터 표면의 표면 어떤 파편의 무료 나타날 때까지 약 30 초간 부드러운 헝겊 또는 보풀 없는 종이 타월 및 아세톤 등 적절 한 용 매는 카운터의 강철 볼을 닦으십시오.</li>
	<li>청동 카운터 표면 캐리어와 청동 무게, 열쇠 구멍으로 사이 슬라이드 및 폴리머 샘플에 카운터 볼 수 있도록 샘플 썰매에 수직 레일에 7.5 N의 총 정상 부하를 밉니다.</li>
	<li>팔에 달려있다 고 LVDT의 자유롭게 떠 있는 실린더는 16 진수 키 및 2 개의 청동 색 나사 using, 청동 카운터 표면 홀더를 선형 가변 차동 트랜스포머 (LVDT) 측정 팔을 다시 연결 합니다.</li>
	<li>장소에 LVDT를 견디고 클램프 조정 또는 아래로 LVDT 근처의 측정은 그런 영점 조여 장소에 LVDT를 확보 하기 위해 클램프.</li>
	<li>Tribometer 어셈블리에 압력 용기에는 tribometer와 그릇의 벽 사이 간격으로 그릇의 상단 플랜지에서 thermowell 낮출 것 이다 보장 낮은.</li>
	<li>씰링 포장 PTFE 테이프의 2와 1/2 층의 총 오 링. 이 각 추가 포장 겹치는 약 절반 진행 무릎의 o-링의 직경 주위에 두 번가까지 PTFE 테이프를 배치 하 여 수행 됩니다. 다음에 o-링의 직경 어떤 오버랩 없이 마지막 시간 랩. O-링 포장 되 면 압력 용기의 입술에서 홈에 놓습니다.</li>
	<li>계정으로 배선 레이블 tribometer 모터에 대 한 5 개의 전원 와이어, 4 개의 데이터 로드 셀에 대 한 전선과 5 데이터 전선은 LVDT 다시 연결 합니다.</li>
</ol>4. 압력 용기 씰링
<ol><li>낮은 압력 용기를 닫습니다, PTFE에 부드럽게 상단 플랜지 낮은 돌의 상단 플랜지 o-링 밀봉 포장.</li>
	<li>제조 업체 들은 손가락 꽉 때까지 오름차순으로 표시 하는 상단 플랜지에 번호가 매겨진된 구멍에 볼트를 삽입 합니다.</li>
	<li>수동 16 진수 키를 사용 하 여 오름차순 손을 꽉 플랜지 볼트 토크 하 고 볼트 강화 이상 수 때까지 반복.</li>
	<li>120에서 시작 Nm와 ~ 40 Nm 단위로 증가 토크 오름차순 각 ~ 40 Nm 증가 대 한 때까지 그들은 torqued는 280을 플랜지 볼트를 토크 렌치를 사용 하 여 Nm.</li>
</ol>5. 충전 압력 용기
<ol><li>이제 압력 용기 밀폐 가스 피팅 압력솥 뚜껑에 연결 하 고 혈관의 산소 함유량에 plumbed 산소 센서를 사용 하 여 10 ppm 이하로 떨어질 때까지 약 1 시간에 대 한 낮은 압력 (~0.55 MPa) 아르곤 가스로 압력 용기를 플러시 압력 용기의 출력입니다.</li>
	<li>천천히 (< 0.25 MPa/s) 6.9 MPa까지 수소 가스와 용기를 플러시 다음 천천히 대기 압력의 가스를 환기. 물 내리는 과정이 두 번 더 반복 합니다.</li>
	<li>압력 용기를 천천히 내리는 후 (< 0.25 MPa/s) 압력 용기 13.75 MPa까지 수소 가스를 선박 내의 가스의 온도 실내 온도에 equilibrates는 10 분 동안 휴식을 배 허용.</li>
	<li>20.7 mpa 배와 다른 10 분 기다립니다.</li>
	<li>대상 27.6까지 용기를가지고 MPa 주변에서 모든 밸브.</li>
	<li>완전 한 침투 수 있도록 실험을 시작 하기 전에 적어도 12 h 수소 가스에 대 한 흡수 폴리머 샘플을 수 있습니다.</li>
</ol>6. 실험 실행
<ol><li>압력 용기를 종료 하는 모든 통과 전선 이라는 배선 하네스 tribometer 제어 상자에 연결 된에 올바르게 연결 하 고는 tribometer에 설정 하는 두 번 확인 합니다.</li>
	<li>tribometer에서 소프트웨어 0.140 cm의 경로 길이 0.1 cm/s 속도로 1 시간 실험 시간을 설정합니다. 이 약 3.5 m의 거리에 해당합니다.</li>
	<li>로드 셀을 포장 하는 LVDT 0 m m 가까이 있어야 하는 tribometer 소프트웨어에 적절 한 깊이 보고는 확인 합니다.</li>
	<li>실험을 시작 합니다.</li>
</ol>7입니다. 후 실험
<ol><li>실험 완료 되 면 천천히 환기 약 0.35 MPa/s, 압력 용기 온도 0 ° c 삭제 되지 않습니다 보장에 수소 가스의 압력 용기</li>
	<li>마지막으로, 선박 내에서 아무 남아 있는 수소는 되도록 10 분 동안 대기 압력에서 아르곤 가스로 압력 용기 볼륨 플러시.</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>

저자는 공개 없다.

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 동안 위에서 나오는 EPDM 샘플 등 고분자 재료를 테스트 하 여이 프로토콜 밀도 압력 압축 폴리머 샘플 수소 공급 인프라의 구성 요소에의 더 현실적인 측정에 대 한 수 있습니다. 재료의 tribological 특성 측정 제자리에있기 때문에, depressurization 효과 폭발성 감압 라 예 방법에 의해 발생 하는 데이터 예외 ...

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 인프라2,,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.

<table><tbody><tr><td>EPDM 폴리머 스톡 시트</td><td>McMaster-Carr</td><td>8525T68</td><td>24" x 24", 1/8" 두께의</td></tr><tr><td>압력 용기, 오토클레이브</td><td>Fluitron Inc.</td><td>8308-1788-U</td><td>5 "직경, 1 '높이</td></tr><tr><td>고순도 수소 가스</td><td>Praxair</td><td>HY4.5</td><td>등급 4.5, 5ppm O2, 5ppm H20</td></tr><tr><td>O2 센서</td><td>Advanced Micro Instruments</td><td>T2</td><td>0-5ppm 최소 범위, 최대 10,0000ppm</td></tr><tr><td>사전 정제된 아르곤 가스</td><td>Oxarc</td><td>LCCO-HP818</td><td>고순도, 99.998%</td></tr> <tr><td>액체 식기 세척 세제</td><td>McMaster-Carr</td><td>98365T89</td><td>32oz 병, 레몬</td></tr><tr><td>향 곰팡이 방지 스폰지</td><td>McMaster-Carr</td><td>7309T1</td><td>6" 길이 x 3 -1/2" 너비 x 1" 높이, 노란색</td></tr><tr><td>PTFE 파이프 나사산 밀봉 테이프</td><td>McMaster-Carr</td><td>4591K12</td><td>1/2" 너비, 흰색 컬러</td></tr><tr><td>가스 튜브 피팅</td><td>Swagelok</td><td>SS-400-1-4</td><td>1/4" OD, 스테인리스 스틸, 남성 NPT 스레딩</td></tr><tr><td>해머 구동 다이</td><td>McMaster-Carr</td><td>3427A22</td><td>7/8" 해머 구동 홀 펀치</td></tr><tr><td>선형 가변 차동 변압기</td><td>Omega</td><td>LD320-2.5&nbsp;</td><td>2.5mm, AC 출력, 가이드 w/spring</td></tr><tr><td>오토클레이브 O-링 씰</td><td>Fluitron Inc.</td><td>A-4511</td><td>Hastelloy C-276, 5-3/4" OD x 5" ID x 3/8"</td></tr> <tr><td>토크 렌치</td><td>McMaster-Carr</td><td>85555A422</td><td>조정 가능한 토크 제한 렌치, 퀵 릴리스, 1/2" 스퀘어 드라이브, 50-250 ft.-lbs. 토크</td></tr><tr><td>망치</td><td>McMaster-Carr</td><td>5939A11</td><td>하드 및 초경질 고무 해머, 2-1/4파운드.</td></tr><tr><td>iLoad 미니 정전 용량 부하 센서</td><td>Loadstar 센서</td><td>MFM-050-050-S*C03</td><td>50 lb, U 캘리브레이션, 0.5% 정확도, 스틸</td></tr></tbody></table>

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

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

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.

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 강제 하 고 강철 공을 확인할 수 있습니다. 이 데이터는 어디 EPDM 샘플 전시는 높은 마찰 계수 수소에서 주변 공기에서 테스트 샘플 보다 그림 2 에 표시 됩니다. 이 결과 더 많은 마찰을 주변 공기에 비해 고압 수소 환경에 EPDM 고분자 철강 표면 사이 슬라이딩 접촉으로 인해 발생 하는 나타냅니다.
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수소 인프라 서비스에 사용 되는 고분자의 tribological 속성을 측정을 위한 테스트 방법을 설명 하 고 일반적인 엘라 스토 머에 대 한 특성 결과 설명.

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

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

수소 가스는 무공해에 가까운 차량에 사용할 수 있는 유망한 잠재적 연료입니다. 수소 경제를 실현하기 위해서는 연료 보급 인프라가 필요합니다. 인프라 내의 일반적인 구성 요소에는 압축기, 액추에이터, 밸브, 레귤레이터 및 호스가 포함됩니다.그 중 다수는 금속과 고분자 재료의 일부 조합을 포함합니다. 이러한 부품에 사용되는 대부분의 금속은 호환성과 고압 수소 환경에 대해 많은 연구가 이루어졌지만, 고압 수소가 폴리머 호환성에 미치는 영향을 연구하는 작업은 상대적으로 적었습니다. 고압 수소 하에서 폴리머의 마찰 및 마모 특성은 동적 씰 및 구성 요소를 설계할 때 이해하는 것이 잠재적으로 매우 중요합니다.수소의 영향은 폴리머의 밀도가 낮고 소분자 확산에 민감하기 때문에 금속의 영향보다 클 수 있습니다. 이 비디오에서는 최대 4000psi의 고압 수소 가스 환경에서 폴리머의 마모 및 마찰 특성을 측정하기 위해 개발한 현장 테스트 방법론에 대해 설명합니다. 경고의 메모.이 실험은 고압에서 수소 가스를 사용해야 하며 각별한 주의가 필요합니다. 수소 가스는 무취, 무색이므로 인간의 감각으로 감지할 수 없습니다. 수소는 가연성이 높으며 거의 보이지 않는 푸른 불꽃으로 연소되며 산소가 있는 상태에서 폭발성 혼합물을 형성할 수 있습니다.1, 000psi를 초과하는 고압은 모든 테스트를 준비하기 위해 적절하게 계획해야 하는 추가 폭발 위험을 추가합니다. 이 정도의 저장된 에너지는 심각한 안전 위험을 나타냅니다. 따라서 이러한 위험을 완화하기 위해 이러한 실험을 시작하기 전에 실사, 계획 및 안전성 평가를 수행해야 합니다.여기에 제시된 실험은 적절한 환기와 함께 버스트 디스크가 5, 000psi로 설정된 ASME 인증 압력 용기에서 적절한 안전 예방 조치에 따라 수행됩니다. 고압 수소 환경 내에서 엘라스토머의 마찰과 마모를 분석하기 위해 우리는 4, 000psi의 밀폐된 압력 용기에서 작동할 수 있는 고유한 현장 마찰계를 설계했습니다. 마찰 마모계는 샘플과 접촉하는 수직으로 하중이 가해진 강철 핀에 대해 엘라스토머 샘플을 선형 왕복 방식으로 이동하는 데 필요한 현장 마찰력을 측정합니다.또한 선형 가변 차동 변압기 또는 LVDT는 테스트 중에 강철 볼이 폴리머 표면으로 들어가도록 현장에서 움푹 들어간 정도를 측정합니다. 엘라스토머 샘플을 준비하기 위해 제조 공정에서 적용된 오일과 활석 분말을 제거하여 원성 폴리머 시트를 세척합니다. 그런 다음 비연마성 스폰지를 사용하여 비누와 물로 폴리머 시트를 씻습니다.세척 과정에서 남아 있는 수분을 제거하려면 재료의 최대 작동 온도의 약 85%로 설정된 건조 오븐에서 폴리머 스트립을 약 72시간 동안 건조합니다. 그런 다음 샘플을 실온으로 식히십시오. 세척 및 건조된 폴리머 스트립을 마찰 테스트 전에 상대 습도 25%에 가까운 습도가 제어되는 환경에 보관하십시오.이제 폴리머 스트립이 준비되었으므로 파우더가 없는 장갑을 끼고 폴리머 스트립의 한쪽 끝을 한쪽 화살표로 표시합니다. 첫 번째 표시에서 약 1인치 떨어진 공간에서 첫 번째 표시와 같은 방향으로 두 번째 화살표를 만듭니다. 이러한 표시는 장착 과정에서 일관된 샘플 방향을 보장합니다.이제 두 번째 화살표 주위에 7/8인치 원형 염료를 놓고 염료를 사용하여 폴리머 스트립에서 샘플 쿠폰을 자릅니다. 육각 캡 나사를 풀어 s를 고정합니다.amp 현장 마찰계에 있습니다. s의 가까운 모서리에서 나사와 정밀 스프링을 제거하십시오.amp.샘플 쿠폰에 표시된 화살표가 현장 마찰 분석기의 뒷면을 가리키도록 주의하면서 샘플 쿠폰을 샘플 클램프에 밀어 넣습니다. 정밀 스프링과 육각 캡 나사를 가까운 모서리 슬롯에 다시 삽입합니다. 샘플 클램프의 상단과 하단 사이의 틈에 0.113인치 게이지 블록을 삽입하고 클램프가 게이지 블록 주위로 조여질 때까지 육각 캡 나사를 조여 게이지 블록으로 샘플의 10% 압축을 보장합니다.마찰 마모계의 전원이 꺼진 것을 확인한 후 s의 초기 위치를 설정합니다.ample stage, 드라이브 나사 아래의 현장 마찰 마모계 벽을 따라 0.95인치 게이지 블록을 놓습니다. 드라이브 체인을 사용하여 스테이지가 게이지 블록에 꼭 맞을 때까지 드라이브 나사를 따라 샘플 스테이지를 뒤로 돌립니다. 실험을 위해 현장 마찰 마모계를 준비하려면 먼저 부드러운 천과 적절하고 적절한 용제(이 경우 아세톤)로 강철 볼의 표면을 청소하여 볼에서 잠재적인 폴리머 전사 필름을 제거합니다.청동 볼 캐리어를 샘플 썰매에 수직인 레일에 밀어 카운터 볼이 열쇠 구멍으로 미끄러져 들어가 폴리머 샘플에 놓이도록 합니다. 청동 캐리어에 구리 고정 추를 놓습니다. 육각 키와 두 개의 청동 나사를 사용하여 LVDT의 자유롭게 떠 있는 실린더가 암에 놓이도록 LVDT 측정 암을 청동 캐리어에 다시 부착합니다.CL을 조정하십시오.ampLVDT가 영점 근처에서 측정되도록 LVDT를 제자리에 고정합니다. 마찰 마모계 어셈블리를 압력 용기로 낮추어 용기 상단 플랜지의 열 우물이 마찰 마모계와 용기 벽 사이의 틈으로 내려가도록 합니다. hastelloy O-링을 두 겹 반의 PTFE 테이프로 감싸고 O-링을 압력 용기 립의 홈에 놓습니다.마찰 마모계 모터용 전원 와이어 5개, 로드 셀용 데이터 와이어 4개, LVDT용 데이터 와이어 5개를 다시 연결합니다. 이제 압력 용기를 밀봉하려면 압력 용기의 상단 플랜지를 내려 닫고 상단을 PTFE로 감싼 O-링 위로 부드럽게 낮추도록 주의하십시오. 내리는 동안 데이터와 전원선의 위치를 주의하여 뚜껑과 렌즈 링 사이에 끼이지 않도록 하십시오.손가락으로 조일 때까지 상단 플랜지의 번호가 매겨진 구멍에 볼트를 오름차순으로 삽입합니다. 육각 키를 사용하여 플랜지 볼트를 오름차순으로 비틀어 단단히 조이고 볼트를 더 이상 조일 수 없을 때까지 반복합니다. 90피트 파운드에서 시작하여 30피트 파운드 단위로 증가하면 토크 렌치를 사용하여 200피트 파운드로 토크가 조정될 때까지 플랜지 볼트를 오름차순으로 조입니다.실험의 이 부분에서는 고압 수소를 사용해야 합니다. 가연성 및 고압 가스를 사용할 때 완전한 안전 평가와 적절한 안전 계수를 고려하는 것이 중요합니다. 스웨즈락 가스 피팅을 오토클레이브 뚜껑에 연결하고 용기의 산소 함량이 10ppm 미만으로 떨어질 때까지 약 80psi 아르곤 가스의 저압으로 압력 용기를 세척합니다.산소 수치가 안전해지면 초당 40psi 미만으로 천천히 용기를 99.995% 순도의 수소 가스로 최대 1000psi까지 세척한 다음 가스를 천천히 배출합니다. 플러싱 과정을 두 번 더 반복합니다. 압력 용기를 세척한 후 압력 용기에 최대 2, 000psi의 수소 가스를 천천히 채우고 용기 내의 가스 온도가 실온과 평형을 이루도록 용기를 10분 동안 그대로 둡니다.이번에는 최대 3, 000psi까지 용기에 고압 수소 가스를 계속 채운 다음 10분 더 기다립니다. 마지막으로 수소 가스로 용기를 목표 4, 000psi까지 가져오고 모든 밸브를 닫습니다. 실험을 시작하기 전에 폴리머 샘플을 수소 가스에 약 12시간 동안 담가두십시오.이 실험은 1시간 동안 직선 동작으로 수행되며, 이는 샘플 스테이지의 120회 선형 왕복 주기로 변환됩니다. 실험하는 동안 로드셀은 엘라스토머 샘플 쿠폰의 표면을 적재된 강구를 가로질러 밀어 넣는 데 필요한 힘의 양을 측정합니다. 또한 LVDT는 시간의 함수로 강구가 엘라스토머 샘플에 침투하는 깊이를 측정합니다.실험이 완료되면 초당 50psi 미만의 속도로 시스템을 천천히 감압하여 폭발 가능한 감압을 방지하여 마찰 또는 마모 메커니즘을 대표하지 않는 폴리머 샘플 표면의 손상을 방지합니다. F의 k라고 불리는 로드셀에 의해 측정된 마찰력과 F의 n이라고 불리는 강철 공에 의해 가해지는 수직력으로부터, 마찰 mu의 운동 계수를 계산할 수 있습니다. LVDT 침투 깊이 데이터 x와 압력, 부피 및 시간, 마모 계수, 재료의 내마모성을 사용하여 계산할 수 있습니다.이 플롯에는 EPDM 고무 및 고압 수소 가스(파란색 데이터)와 상압 공기(검은색 데이터)를 테스트하는 동안 이 비디오에 설명된 테스트 방법론을 사용하여 수집된 대표 데이터가 포함되어 있습니다. 여기에 표시된 데이터 세트에서 EPDM 폴리머 샘플의 스틸 볼에 대한 마찰 계수는 주변 공기에 비해 고압 수소 가스에서 증가했습니다. 그러나 EPDM 샘플의 내마모성은 상압 공기보다 고압 수소에서 낮았습니다.이는 가압된 샘플의 밀도가 증가했기 때문일 가능성이 큽니다. 수소 연료 공급 인프라는 새로운 대체 연료 차량의 요구를 충족하기 위해 빠르게 확장되고 있습니다. 이 인프라의 안전성과 신뢰성은 연질 소재와 고압 수소의 호환성을 이해하는 데 달려 있습니다.여기에서는 고유한 현장 마찰계를 사용하여 고압 수소 환경에서 고분자 재료의 마찰 특성을 측정하기 위한 테스트 방법론을 시연했습니다. 이 테스트 방법론은 수소 인프라에서 사용하기 위한 고분자 재료의 적합성을 평가하는 데 사용할 수 있습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

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