Name: In Situ Hoge druk waterstof Tribological testen van gemeenschappelijke polymeermaterialen gebruikt in de levering van de waterstofinfrastructuur (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-03-31T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 1 s
Description: Leer tribologisch testen van polymeren onder hoge druk waterstof voor waterstofinfrastructuur. Deze methode meet wrijving en slijtage van elastomeren om dynamische afdichtingen te optimaliseren.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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.

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
<ol><li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Zet de oven en laat polymeer voorraad plaatmateriaal afkoelen tot kamertemperatuur in de oven.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Bewaar de polymeer voorraad blad in een kamer temperatuur, vochtigheid-gecontroleerde omgeving in de buurt van 25% relatieve vochtigheid vóór de tribological test.</li>
</ol>2. genereren en montage monster Coupons
<ol><li>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.</li>
	<li>Met behulp van een circulaire sterven van 2.222 cm diameter en een hamer, uitroeien van een monster coupon rond de pijl merk.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
</ol>3. voorbereiding van de Tribometer In Situ
<ol><li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
</ol>4. het afdichten van het drukvat
<ol><li>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.</li>
	<li>Plaats de bouten in de genummerde gaten op de bovenste flens aangegeven door de fabrikant in oplopende volgorde totdat zij vinger strak zijn.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
</ol>5. invullen van het drukvat
<ol><li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Vul het schip 20.7 MPa en een ander 10 min wachten.</li>
	<li>Brengen van het schip tot de doelstelling 27,6 MPa en sluiten uitschakelen alle afsluiters.</li>
	<li>Het polymeer monster ten minste 12 uur in het waterstofgas weken voordat het experiment te voorzien in volledige permeatie toestaan.</li>
</ol>6. het uitvoeren van Experiment
<ol><li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Start het experiment.</li>
</ol>7. post Experiment
<ol><li>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.</li>
	<li>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.</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>

De auteurs hebben niets te onthullen.

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 omgev...

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.

```html
<table><tbody><tr><td>EPDM-polymeer plaat</td><td>McMaster-Carr</td><td>8525T68</td><td>24" x 24", 1/8" dik</td></tr><tr><td>Drukvat, Autoclaaf</td><td>Fluitron Inc.</td><td>8308-1788-U</td><td>5" diameter, 1' hoogte</td></tr><tr><td>Hoge zuiverheid waterstofgas</td><td>Praxair</td><td>HY4.5</td><td>Klasse 4.5, 5ppm O2, 5 ppm H20</td></tr><tr><td>O2 sensor</td><td>Advanced Micro Instruments</td><td>T2</td><td>0-5ppm min. bereik, 10.000ppm max.</td></tr><tr><td>Voorgereinigd Argon gas</td><td>Oxarc</td><td>LCCO-HP818</td><td>Hoge zuiverheid, 99,998%</td></tr><tr><td>Vloeibare afwasmiddel</td><td>McMaster-Carr</td><td>98365T89</td><td>32 oz uitloopfles, citroen geur</td></tr><tr><td>Schimmelbestendige spons</td><td>McMaster-Carr</td><td>7309T1</td><td>6" lang x 3 -1/2" breed x 1" hoog, geel</td></tr><tr><td>PTFE pijpdraad afdichtingstape</td><td>McMaster-Carr</td><td>4591K12</td><td>1/2" breed, wit</td></tr><tr><td>Gasbuis fittingen</td><td>Swagelok</td><td>SS-400-1-4</td><td>1/4" OD, roestvrij staal, mannelijke NPT draad</td></tr><tr><td>Hamer aangedreven matrijs</td><td>McMaster-Carr</td><td>3427A22</td><td>7/8" hamer aangedreven perforator</td></tr><tr><td>Lineaire variabele differentiële transformator</td><td>Omega</td><td>LD320-2.5&nbsp;</td><td>2.5mm, AC uitgang, geleid met veer</td></tr><tr><td>Autoclaaf O-ring afdichting</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>Draagmomentsleutel</td><td>McMaster-Carr</td><td>85555A422</td><td>Instelbare momentbegrenzer, snel los, 1/2" vierkant drijf, 50-250 ft.-lbs. draagmoment</td></tr><tr><td>Hamer</td><td>McMaster-Carr</td><td>5939A11</td><td>Hard en extra hard rubberen hamer, 2-1/4 lbs.</td></tr><tr><td>iLoad Mini capacitieve belastingsensor</td><td>Loadstar Sensors</td><td>MFM-050-050-S*C03</td><td>50 lb, U kalibratie, 0,5% nauwkeurigheid, Staal</td></tr></tbody></table>
```

in situ hoge druk waterstof tribological testen van gemeenschappelijke polymeermaterialen gebruikt in de levering van de waterstofinfrastructuur

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

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.

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...

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.

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

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

Waterstofgas is een veelbelovend potentieel brandstof voor gebruik in voertuigen met bijna nul emissies. Om de waterstofeconomie te realiseren, is een tankinfrastructuur nodig. Typische componenten binnen de infrastructuur omvatten compressoren, actuatoren, kleppen, regelaars en slangen.Veel daarvan bevatten een combinatie van metalen en polymeermaterialen. Terwijl de meeste metalen die in deze componenten worden gebruikt, grondig zijn bestudeerd op hun compatibiliteit en hogedrukwaterstofomgevingen, is er relatief weinig werk gedaan over de impact van hogedrukwaterstof op de compatibiliteit van polymeren. Wrijvings- en slijtage-eigenschappen van polymeren onder hogedrukwaterstof zijn mogelijk zeer belangrijk om te begrijpen bij het ontwerpen van dynamische afdichtingen en componenten.Effecten van waterstof kunnen groter zijn dan die in metalen vanwege de lagere dichtheid van een polymeer en de gevoeligheid voor diffusie van kleine moleculen. In deze video zullen we een in situ testmethodologie beschrijven die we hebben ontwikkeld om de slijtage- en wrijvingseigenschappen van polymeren onder een hogedrukwaterstofgasomgeving tot 4000 psi te meten. Een waarschuwing.Dit experiment vereist het gebruik van waterstofgas onder hoge druk en vereist extreme voorzichtigheid. Waterstofgas is geurloos, kleurloos en dus ondetecteerbaar door de menselijke zintuigen. Waterstof is zeer ontvlambaar en brandt met een bijna onzichtbare blauwe vlam en kan explosieve mengsels vormen in de aanwezigheid van zuurstof.Hoge drukken van meer dan 1.000 psi voegen extra explosiegevaren toe die moeten worden gepast gepland in de voorbereiding van elk testen. Deze hoeveelheid opgeslagen energie vertegenwoordigt een ernstig veiligheidsrisico. Daarom moet due diligence, planning en veiligheidsevaluatie worden uitgevoerd voordat een dergelijk experiment wordt gestart om ervoor te zorgen dat deze gevaren worden beperkt.Het experiment dat hier wordt gepresenteerd, wordt uitgevoerd in overeenstemming met de juiste veiligheidsmaatregelen in een ASME-gecertificeerde drukvaten met een burstdisk ingesteld op 5.000 psi met goede ventilatie. Om de wrijving en slijtage van de elastomeren binnen een hogedrukwaterstofomgeving te analyseren, hebben we een uniek in situ tribometer ontworpen die werkbaar is in een verzegelde drukvat bij 4.000 psi. De tribometer meet de in situ wrijvingskracht die nodig is om het elastomerenmonster in een lineaire heen- en weerbeweging te bewegen tegen een verticaal geladen stalen pin in contact met het monster.Bovendien meet een lineaire variabele differentiële transformator of LVDT, de mate van de in situ indrukking van de stalen bal in het polymeeroppervlak tijdens het testen. Om de elastomerenmonsters voor te bereiden, reinigen we de stapel polymeerblad door oliën en talkpoeder te verwijderen die tijdens het fabricageproces zijn aangebracht. En was vervolgens het polymeerblad met zeep en water met behulp van een niet-schurende spons.Om eventueel resterend water van het wasproces te verwijderen, droogt u de polymeerstrook in een droger ingesteld op ongeveer 85%van de maximale werktemperatuur van het materiaal gedurende ongeveer 72 uur. Laat vervolgens het monster afkoelen tot kamertemperatuur. Bewaar de gewassen en gedroogde polymeerstroken in een vochtigheidsgecontroleerde omgeving met een relatieve vochtigheid van ongeveer 25%voorafgaand aan tribologisch testen.Nu de polymeerstrook is voorbereid, merkt u, terwijl u poedervrije handschoenen draagt, één uiteinde van de polymeerstrook met een eenzijdige pijl. Maak in een ruimte van ongeveer een centimeter vanaf het eerste merkteken een tweede pijl in dezelfde richting als de eerste. Deze markeringen zorgen voor een consistente monsteroriëntatie tijdens het montageproces.Plaats nu een 7/8 inch ronde kleurstof rond de tweede pijl en gebruik de kleurstof om een steekproefcoupon van de polymeerstrook te snijden. Draai de zeshoekige kapschroeven los, die de steekproefklem op de in situ tribometer beveiligen. Verwijder de schroef en de precisieveer van de nabijgelegen hoek van de steekproefklem.Zorg ervoor dat de pijl die op de steekproefcoupon is gemarkeerd naar de achterkant van de in situ tribometer wijst, schuif de steekproefcoupon in de steekproefklem. Plaats de precisieveer en de zeshoekige kapschroef opnieuw in de sleuf in de nabijgelegen hoek. Plaats een 0,113 inch maatblok in de opening tussen de boven- en onderkant van de steekproefklem en draai de zeshoekige kapschroeven vast tot de klem is vastgezet rond het maatblok, waarbij een 10%-compressie van het monster met het maatblok wordt gegarandeerd.Nadat u ervoor hebt gezorgd dat de stroom naar de tribometer is uitgeschakeld, plaatst u een 0,95 inch maatblok langs de muur van de in situ tribometer onder de aandrijfschroef om de beginpositie van het monsterstuk in te stellen. Gebruik de aandrijfketting om het monsterstuk langs de aandrijfschroef terug te duwen totdat het monsterstuk strak zit met het maatblok. Om de in situ tribometer voor te bereiden op het experiment, maakt u eerst het oppervlak van de stalen bal schoon met een zachte doek en een geschikte en geschikte oplosmiddel, in dit geval aceton, om eventuele overdracht van polymeerfilm van de bal te verwijderen.Schuif de bronzen balendrager op de rail loodrecht op de monsterslee, zodat de tegenbal in de sleutelgat kan glijden en op het polymeermonster kan rusten. Plaats het koperstationaire gewicht op de bronzen drager. Gebruik een zeskantsleutel en twee bronzen schroeven om de LVDT-meetarm opnieuw aan de bronzen drager te bevestigen, zodat de vrij zwevende cilinder van de LVDT op de arm rust.Pas de klem aan die de LVDT op zijn plaats houdt, zodat de LVDT in de buurt van het nulpunt meet. Laat de tribometerassemblage in de drukvaten zakken, ervoor zorgen dat de thermische put op de bovenflens van de vat in de opening tussen de tribometer en de wand van de vat zakt. Wikkel de hastelloy o-ring met twee en een half laag PTFE-tape en plaats de o-ring in de groef in de lip van de drukvaten.Sluit de vijf

in-situ-high-pressure-hydrogen-tribological-testing-common-polymer

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Is er hernieuwde belangstelling voor het ontwikkelen polymeer kleppen. Hier, de doelstellingen zijn om de haalbaarheid van het wijzigen van een commerciële impuls duplicator aan tri-folder geometrieën tegemoet en een protocol te definiëren polymeer ventiel hydrodynamische gegevens te presenteren in vergelijking met autochtone en kunstklep data onder bijna-identieke omstandigheden verzameld demonstreren.

Protocol voor Relatieve Hydrodynamische Beoordeling van Tri-folder Polymer Valves

De duurzaamheid van polymeren en vezelversterkte polymeercomposietmaterialen in gebruik is een cruciaal aspect voor hun ontwerp en onderhoud op basis van de toestand. We presenteren een nieuwe, goedkope laboratoriumtestplatform voor het onderzoek naar de invloed van gelijktijdige mechanische en omgevingsbelastingen, en kunnen helpen bij het ontwerpen van efficiëntere en toch veiligere composietstructuren.

Een Testen Platform Duurzaamheid Studies van Polymeren en vezelversterkte Polymer Composites onder Concurrent Hygrothermo-mechanische stimuli

We rapporteren een protocol voor het combineren van de atomaire metrologie van de Scanning Tunneling Microscope voor oppervlaktemodellering met selectieve Atomic Layer Deposition en Reactieve Ionen Etching. Met behulp van een robuust proces dat talrijke atmosferische blootstellingen en transport omvat, worden 3D nanostructuren met atomaire metrologie vervaardigd.

Atomair traceerbaar Nanostructuur Fabrication

We illustreren de toepassing van 1 H (15 N, αγ) 12 C resonante nucleaire reactie analyse (NRA) de dichtheid van waterstofatomen op het oppervlak kwantitatief evalueren, het volume, en een tussenlaag van vaste stoffen. Het nabije oppervlak waterstof diepteprofilering van een Pd (110) monokristal en SiO2 / Si (100) stapels beschreven.

Kwantificering van waterstof concentraties in Functionele Lagen en Bulk Materials door middel van diepte- met Nuclear Reaction Analysis

Dit artikel beschrijft een opstelling en methode voor de in situ visualisatie van oliemonsters onder verschillende temperatuur- en drukcondities die zijn ontworpen om raffinage- en upgradeprocessen na te bootsen. Het wordt voornamelijk gebruikt voor het bestuderen van isotrope en anisotrope media die betrokken zijn bij het vervuilingsgedrag van aardolie-inputs.

In Situ Visualisatie van het fasegedrag van Oil Monsters Under raffinageproces Voorwaarden

Een handige methode voor de synthese van 2 nm ondersteunde bimetale nanoparticle Pt-Cu katalysatoren voor propaan dehydrogenering wordt hier vermeld. In situ synchrotron röntgen technieken maken het mogelijk om de katalysatorstructuur vast te stellen, die typisch onbereikbaar is met behulp van laboratoriuminstrumenten.

Synthese en testen van ondersteunde Pt-Cu vaste oplossing Nanoparticle Catalysts voor Propa Dehydrogenation

Hier presenteren we een protocol om te meten de tribocorrosion tarief en slijtage-corrosie synergie van dunne film en bulk Al legeringen in gesimuleerde zeewater op kamertemperatuur.

Bepalen Tribocorrosion tarief en slijtage-corrosie synergie van Bulk en dunne Film aluminium legeringen

Om hoge hoeveelheden waterstof in aluminium en aluminiumlegeringen te introduceren, werd een nieuwe methode van waterstoflading ontwikkeld, genoemd de wrijving in waterprocedure.

Waterstof opladen van aluminium met behulp van wrijving in water

Membraanreactoren maken hydrogenering in omgevingsomstandigheden mogelijk zonder directe H2-input . We kunnen de waterstofproductie en -gebruik in deze systemen volgen met behulp van atmosferische massaspectrometrie (atm-MS) en gaschromatografie massaspectrometrie (GC-MS).

Waterstofproductie en -gebruik in een membraanreactor

De laser verwarmde diamant aambeeld cel gecombineerd met synchrotron micro-diffractie stelt onderzoekers de aard en eigenschappen van nieuwe fasen van materie op extreme druk en temperatuur (PT) omstandigheden verkennen. Heterogene monsters kan worden...

Synthese en microdiffraction bij extreme drukken en temperaturen

Leer tribologisch testen van polymeren onder hoge druk waterstof voor waterstofinfrastructuur. Deze methode meet wrijving en slijtage van elastomeren om dynamische afdichtingen te optimaliseren.

In Situ Hoge druk waterstof Tribological testen van gemeenschappelijke polymeermaterialen gebruikt in de levering van de waterstofinfrastructuur (Video) | JoVE Journal

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

Meer video's verkennen