Name: In Situ Hidrogênio de alta pressão tribológicas de ensaios de materiais de polímero comum usados na infra-estrutura de entrega de hidrogênio (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-03-31T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 1 s
Description: Aprenda a avaliar propriedades tribológicas de polímeros em hidrogênio de alta pressão usando um tribômetro in situ. Este método auxilia no design de selos dinâmicos para infraestrutura de entrega de hidrogênio.

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Esta pesquisa foi realizada no laboratório nacional Noroeste Pacífico (PNNL), que é operado pelo Battelle Memorial Institute para o departamento de energia (DOE) sob o n º do contrato DE-AC05-76RL01830.

O experimento aqui descrito requer o uso de gás de hidrogênio que é inodoro, incolor e assim indetectável pelos sentidos humanos. O hidrogênio é altamente inflamável e queima com um azul quase invisível da flama e pode se formar misturas explosivas na presença de oxigênio. Altas pressões superiores a 6.9 MPa adicionar perigos de explosão adicional que devem ser adequadamente planejados para preparação para qualquer teste. Esta quantidade de energia armazenada representa um perigo de segurança graves e, portanto, due diligence, planejamento e uma segurança avaliação deve ser executada antes de realizar tal experiência para assegurar que estes riscos são atenuados. A experiência aqui apresentada é efectuada de acordo com as precauções de segurança apropriadas em um vaso de pressão certificadas da sociedade americana de engenheiros mecânicos (ASME) com um disco conjunto para 34,5 MPa com ventilação adequada.
1. preparar o estoque de folha de polímero
<ol><li>Aplicar detergente para o estoque de folha de polímero EDPM usando uma esponja não abrasiva e lave em água por aproximadamente 3 min remover óleos e talco aplicado durante a fabricação e o processo de envio.</li>
	<li>Secar a folha de polímero em um forno de secagem em 85% da temperatura de trabalho do material, cerca de 75 ° C para EPDM, para aproximadamente 72 horas para movimentação de um eventual água de lavagem.</li>
	<li>Desligar o forno e deixe o material conservado em estoque de polímero folha arrefecer à temperatura ambiente no interior do forno.</li>
	<li>Marca um canto da unidade populacional de folha com uma seta apontando para a parte superior da folha de polímero. Esta seta ajudará com a identificação de orientação da folha durante a geração de cupom de amostra, assegurando que amostras de corte da folha de polímero será consistentemente da mesma orientação.</li>
	<li>Armazene o estoque folha de polímero em uma temperatura ambiente, controle de umidade ambiente perto de 25% de humidade relativa antes do teste tribológicas.</li>
</ol>2. geração e montagem da amostra cupons
<ol><li>Enquanto usava pó livre luvas, marcar o estoque de folha de polímero com uma seta na área pretendida cupom perto da seta marcada durante a preparação da unidade populacional de folha do polímero tal que ambas as setas têm a mesma orientação.</li>
	<li>Usando um morrer de circular 2,222 cm de diâmetro e um malho, acabar com um cupom de amostra em torno da marca de seta.</li>
	<li>Desaperte os parafusos de tampão hexadecimais fixando o grampo de amostra em situ tribometer, remova o parafuso sextavado e precisão da mola do canto mais facilmente acessível da mordaça amostra.</li>
	<li>Cupom de exemplo de slide na mordaça da amostra, tendo o cuidado de certificar-se de que a amostra é orientada com a seta apontada para baixo e para trás da mordaça que é o lado mais próximo a tampa de volta a tribometer a cara.</li>
	<li>Substituir a primavera de precisão e o parafuso sextavado no canto vazio da amostra braçadeira e proceder à mão apertar todos os quatro dos parafusos hexagonais tampa da mordaça até confortável tal que a amostra de elastômero é comprimida em 10% da sua altura original. Supondo que uma altura de amostra de 0,318 cm, 10% de compressão pode ser conseguida usando um bloco de calibre de 0,287 cm entre as duas placas da mordaça.</li>
</ol>3. preparar o Tribometer In Situ
<ol><li>Lugar uma 2,413 cm bitola bloco entre a parede do tribometer e o trenó de amostra, diretamente abaixo do parafuso da unidade. Verifique se a caixa de coleta de dados é desligado, depois vire a corrente em um movimento no sentido horário para fazer o trenó de amostra tal que a borda do trenó é 2,413 cm da parede tribometer.</li>
	<li>Limpe suavemente a bola de aço da superfície do balcão com um pano macio ou toalha de papel sem fiapos e solvente adequado como acetona durante aproximadamente 30 segundos até que a superfície da superfície do balcão parece livre de quaisquer detritos.</li>
	<li>Deslize a superfície transportadora contador bronze e bronze peso, uma carga normal total de 7,5 N, ao corrimão perpendicular ao trenó amostra, permitindo que a bola de contador deslizar entre a fechadura e descansar sobre a amostra de polímero.</li>
	<li>Usando uma chave Allen e parafusos de bronze, recoloque o braço de medição transformador diferencial variável linear (LVDT) ao titular de superfície do bronze contador tais que o cilindro livremente flutuante do LVDT repousa sobre o braço.</li>
	<li>Ajuste a mola segurando o LVDT em lugar de ou para baixo tal que o LVDT é medir perto do ponto zero em seguida aperte o grampo para fixar o LVDT no lugar.</li>
	<li>Baixe o assembly tribometer dentro do vaso de pressão, garantindo que os tubos de proteção no flange superior do navio abaixará a na lacuna entre a tribometer e a parede do recipiente.</li>
	<li>Enrole a vedação o-ring com um total de dois anos e meio de camadas de fita PTFE. Isso é feito envolvendo a fita PTFE, tal que cada envoltório adicional sobrepõe-se aproximadamente metade da volta prosseguir até circundando o diâmetro do anel-o duas vezes. Em seguida, enrole o diâmetro do anel-o o um momento final, sem qualquer sobreposição. Uma vez que o-Ring é empacotado, coloque-o na ranhura no gargalo do vaso de pressão.</li>
	<li>Tendo em conta as etiquetas de fiação, reconecte os fios para o motor de tribometer de cinco, quatro cabos de dados para a célula de carga e cinco cabos de dados para o LVDT.</li>
</ol>4. vedação do vaso de pressão
<ol><li>Inferior a flange superior do vaso de pressão para fechá-la, tendo o cuidado de diminuir a flange superior suavemente no PTFE envolto o-ring de vedação.</li>
	<li>Insira os parafusos nos orifícios numerados na flange superior indicada pelo fabricante em ordem crescente, até que eles são o dedo apertado.</li>
	<li>Usando uma chave de hex manual, aperte os parafusos do flange em ordem crescente, a mão firme e repita até que os parafusos não podem ser apertados.</li>
	<li>Começando em 120 Nm e aumentar em incrementos de ~ 40 Nm, use uma chave de torque torque flange de parafusos em ordem para cada incremento de Nm ~ 40 crescente até que eles são apertados a 280 Nm.</li>
</ol>5. enchimento do vaso de pressão
<ol><li>Agora que o vaso de pressão é selado, conectar os acessórios de gás para a tampa da autoclave e irrigue o vaso de pressão com gás de argônio de baixa pressão (~0.55 MPa) por cerca de 1h até o conteúdo de oxigênio do navio cai abaixo de 10 ppm utilizando um sensor de oxigênio canalizado para a saída do vaso de pressão.</li>
	<li>Lentamente (< 0.25 MPa/s) Lave o recipiente com gás hidrogênio até 6.9 MPa e, em seguida, lentamente ventilar o gás à pressão atmosférica. Repita o processo de lavagem mais duas vezes.</li>
	<li>Após o enxaguamento do vaso de pressão, lentamente (< 0.25 MPa/s) encha o recipiente sob pressão com gás hidrogênio até 13.75 MPa e permitir que o navio descansar por 10 min, tal que a temperatura do gás dentro do navio se equilibra a temperatura ambiente.</li>
	<li>Preencher o recipiente para 20,7 MPa e esperar mais 10 minutos.</li>
	<li>Levar a nave até o destino 27,6 MPa e fechar fora todas as válvulas.</li>
	<li>Permitir que a amostra de polímero de molho pelo menos 12 h do gás hidrogênio antes de iniciar o experimento para permitir a completa permeação.</li>
</ol>6. execução do experimento
<ol><li>Verifique que todos os fios de passagem saindo do vaso de pressão estão conectados corretamente para a fiação rotulados anexada à caixa de controle de tribometer e em seguida, ligue o tribometer.</li>
	<li>No tribometer software definir o tempo de experiência de 1 hora a velocidade de 0,1 cm/s com um comprimento de caminho de 0,140 cm. Isso corresponde a uma distância de aproximadamente 3,5 m.</li>
	<li>Tare a célula de carga e certifique-se de que o LVDT está relatando uma profundidade adequada no software tribometer que deve ser perto de 0 mm.</li>
	<li>Comece o experimento.</li>
</ol>7. pós-experiência
<ol><li>Uma vez que o experimento foi concluído, exalar lentamente do vaso de pressão de gás hidrogênio a aproximadamente 0,35 MPa/s, garantindo que a temperatura do vaso de pressão não cair abaixo de 0 ° C.</li>
	<li>Finalmente, irrigue o volume do vaso de pressão com gás argônio à pressão atmosférica durante 10 minutos para garantir que não há nenhum hidrogênio restante dentro do navio.</li>
</ol>

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<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>

Os autores não têm nada para divulgar.

Técnicas atuais de ex situ para tribológicas de teste de materiais de polímero requerem amostras para ser exposto ao hidrogênio de alta pressão, que são então despressurizadas antes de ser testado utilizando um tribometer comercial. 15 , 24 , 25 a metodologia de teste neste protocolo foi projetada para permitir testes das propriedades tribológicas de amostras de polímero em um ambiente de alta pressão em situ. ...

Nos anos recentes, tem havido grande interesse em hidrogênio como uma emissão de potencial zero ou quase zero de emissões combustível em veículos e fontes de energia estacionária. Desde que o hidrogênio existe como um gás de baixa densidade à temperatura ambiente, a maioria dos aplicativos usam alguma forma de hidrogénio comprimido para combustível. 1 , 2 uma desvantagem potencial do uso comprimido, gás de hidrogênio de alta pressão é incompatibilidade com muitos materiais encontrados dentro infra-estrutura2,3,4 e aplicações veiculares5 onde problemas de compatibilidade são combinados com repetidas de pressão e temperatura de ciclismo. Um ambiente de hidrogênio puro é conhecido por danificar componentes metálicos, incluindo alguns aços e superfície de titânio através de diferentes mecanismos, incluindo formação de hidreto, inchaço, bolhas e fragilização. 2 , 6 , 7 , 8 não-metálicos componentes como titanato de zirconato de chumbo (PZT) usado em cerâmicas piezoelétricas também provaram suscetíveis à degradação devido ao efeito de incompatibilidade de hidrogênio como bolhas de superfície e a migração de chumbo. 9 , 10 , 11 , 12 enquanto estes exemplos de danos devido à exposição de hidrogênio foram previamente estudados, a compatibilidade dos componentes do polímero dentro de ambientes de hidrogênio só recentemente se tornou de interesse. 13 , 14 , 15 , 16 este é em grande parte resultado de componentes metálicos, fornecendo integridade estrutural em nuclear e aplicações de óleo e gás, Considerando que os componentes do polímero normalmente agem como barreiras ou selos. 17 , 18 , 19 , 20 como resultado, as propriedades de fricção e o desgaste dos materiais de polímero dentro dos componentes tais como politetrafluoretileno (PTFE) válvula assentos e nitrilo butadieno (NBR) de borracha Anéis tornam-se importantes fatores na sua capacidade de função.
No caso da infra-estrutura de hidrogênio, componentes como válvulas, compressores e tanques de armazenamento contêm materiais de polímero que estão em contacto com superfícies metálicas. A interação de fricção entre o polímero e superfícies metálicas resulta em desgaste de cada uma das superfícies. A ciência da relação entre o atrito e o desgaste de duas superfícies de interação é conhecida como tribologia. Polímeros tendem a ter mais baixo módulo elástico e força do que metálico, portanto as propriedades tribológicas de materiais de polímero diferem grandemente de materiais metálicos. Como resultado, superfícies polímero tendem a apresentar maior desgaste e danos após fricção contacto com uma superfície metálica. 21 , 22 em um aplicativo de infra-estrutura de hidrogênio, rápida pressão e temperatura ciclismo causas repetidas interação entre o polímero e superfícies metálicas, aumentando a probabilidade de atrito e desgaste na componente de polímero. Quantificar este dano pode ser um desafio ex situ devido à descompressão explosiva possível da amostra polímero após despressurização que pode causar danos não-tribológicas. 23 além disso, muitos produtos de polímeros comerciais contêm muitas cargas e aditivos tais como óxido de magnésio (MgO) que pode interagir negativamente com o gás de hidrogênio através de hydriding, complicando ainda mais a ex situ análise de desgaste em estas materiais. 24 , 25
Devido à complexidade de diferenciar entre danos ao material polímero causado durante a despressurização e danos causados pelo desgaste tribológicas ex situ, há uma necessidade de estudar diretamente as propriedades de fricção dos materiais não-metálicos in situ dentro de um ambiente de hidrogênio de alta pressão que é provável que existam dentro da infra-estrutura de entrega de hidrogênio. Neste protocolo, demonstramos um teste metodologia desenvolvida para quantificar o atrito e desgaste Propriedades de materiais de polímero em um ambiente de hidrogênio de alta pressão utilizando um purpose-built em situ tribometer. 26 apresentamos também dados representativos adquiridos utilizando o tribometer em situ e borracha de etileno propileno dieno monômero (EPDM), uma selagem de polímero comum e material de barreira. O material EPDM para que representante dados foi gerados usando o protocolo abaixo foi comprado em folhas de 60,96 cm quadrado com uma espessura de 0,3175 cm e foi relatado pelo vendedor para ter uma avaliação da dureza de 60A.

<table><tbody><tr><td>Folha de Estoque de Polímero EPDM</td><td>McMaster-Carr</td><td>8525T68</td><td>24" x 24", 1/8" Vaso de Pressão de</td></tr><tr><td>Espessura, Autoclave</td><td>Fluitron Inc.</td><td>8308-1788-U</td><td>5" diâmetro, 1' categoria</td></tr><tr>4,5 de <td>Praxair</td><td>HY4.5</td> do<td>gás de hidrogênio da pureza alta</td><td>, 5ppm O2, 5 ppm Sensor avançado</td></tr><tr>do<td>O2</td><td>do T2</td><td>0-5ppm dos micro instrumentos escala mínima, máximo de 10,0000ppm.</td><td></td></tr><tr><td>Detergente Líquido para Lavar Louça Pré-purificado Argon Gas</td><td>Oxarc</td><td>LCCO-HP818</td><td>de Alta Pureza, 99.998%</td></tr><tr><td>Garrafa</td><td>de</td><td></td><td>32 oz, Esponja</td></tr><tr><td>Resistente ao Mofo</td> com aroma de limão <td>McMaster-Carr</td><td>7309T1</td><td>6" de comprimento x 3 -1/2" de largura x 1" de altura, fita</td></tr><tr><td>selante de rosca de tubo PTFE</td> amarela <td>McMaster-Carr</td><td>4591K12</td><td>1/2" de largura, branco Conexões de</td></tr><tr><td>Tubo de Gás</td> Color <td>Swagelok</td><td>SS-400-1-4</td><td>1/4" OD, aço inoxidável, rosca macho NPT</td></tr><tr><td>Matriz de Acionamento por Martelo</td><td>McMaster-Carr</td><td>3427A22</td> Transformador Diferencial Variável Linear de <td>7/8" com Furador de Martelo</td></tr><tr><td></td><td>Omega</td><td>LD320-2.5&nbsp;</td><td>2,5 mm, saída CA, guiada com mola</td></tr><tr><td>Anel de vedação para autoclave</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>Chave de Torque</td><td>McMaster-Carr</td><td>85555A422</td><td>Chave Limitadora de Torque Ajustável, Liberação Rápida, 1/2" Acionamento Quadrado, 50-250 pés-lbs. Martelo de</td></tr><tr>Borracha Dura e Extra-Dura <td>McMaster-Carr</td><td>5939A11</td> da Torque<td>Mallet</td><td>, 2-1/4 lbs.</td></tr><tr><td>Sensor de Carga Capacitivo Mini iLoad</td><td>Sensores Loadstar</td><td>MFM-050-050-S*C03</td><td>50 lb, Calibração U, Precisão de 0,5%, Aço</td></tr></tbody></table>

in situ hidrogênio de alta pressão tribológicas de ensaios de materiais de polímero comum usados na infra-estrutura de entrega de hidrogênio

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

Gás de hidrogênio de alta pressão é conhecido por afetar adversamente componentes metálicos de compressores, mangueiras, válvulas e atuadores. No entanto, relativamente pouco é conhecido sobre os efeitos de hidrogênio de alta pressão sobre os materiais de vedação e barreira de polímero também encontrados dentro desses componentes. Estudo mais é necessário para determinar a compatibilidade de materiais de polímero comum encontrado nos componentes da infra-estrutura de entrega de combustível de hidrogênio com hidrogênio de alta pressão. Como resultado, é importante considerar as alterações nas propriedades físicas, tais como o atrito e desgaste em situ , enquanto o polímero é exposto a hidrogênio de alta pressão. Neste protocolo, apresentamos um método para testar a fricção e usar propriedades de amostras de elastômero etileno propileno dieno monômero (EPDM) em um ambiente hidrogênio de alta pressão MPa 28 usando um Custom-Built em situ pin-na-plano linear reciprocating tribometer. Resultados representativos de teste são apresentaram que indicam que o coeficiente de atrito entre o cupom de amostra EPDM e superfície de aço do contador é aumentada em hidrogênio de alta pressão em comparação com o coeficiente de atrito, da mesma forma, medido em ar ambiente.

Utilizando a metodologia apresentada, o coeficiente do fator de atrito e desgaste cinético para uma amostra de elastómero pode ser medido em um ambiente de hidrogênio de alta pressão. Os dados representativos apresentados na Figura 1 mostram que, em um ambiente de hidrogênio de alta pressão, maior força é necessária para mover a amostras de polímero EPDM sob a superfície de aço do contador. Usando a relação entre a normal da força FN e a força de a...

Uma metodologia de ensaio para quantificar Propriedades tribológicas dos polímeros utilizados no serviço de infra-estrutura de hidrogênio é demonstrada e resultados característicos de um elastômero comuns são discutidos.

In Situ Hidrogênio de alta pressão tribológicas de ensaios de materiais de polímero comum usados na infra-estrutura de entrega de hidrogênio

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

O gás hidrogênio é um combustível potencial promissor para uso em veículos com emissões quase zero. Para realizar a economia do hidrogênio, é necessária uma infraestrutura de reabastecimento. Os componentes típicos da infraestrutura incluem compressores, atuadores, válvulas, reguladores e mangueiras.Muitos dos quais incluem alguma combinação de materiais metálicos e poliméricos. Embora a maioria dos metais usados nesses componentes tenha sido fortemente estudada por sua compatibilidade e ambientes de hidrogênio de alta pressão, tem havido relativamente pouco trabalho estudando o impacto do hidrogênio de alta pressão na compatibilidade do polímero. As propriedades de atrito e desgaste de polímeros sob hidrogênio de alta pressão são potencialmente muito importantes para entender ao projetar vedações e componentes dinâmicos.Os efeitos do hidrogênio podem ser maiores do que os dos metais devido à menor densidade e suscetibilidade de um polímero à difusão de pequenas moléculas. Neste vídeo, descreveremos uma metodologia de teste in situ que desenvolvemos para medir as propriedades de desgaste e atrito de polímeros sob um ambiente de gás hidrogênio de alta pressão de até 4000 psi. Uma nota de advertência.Este experimento requer o uso de gás hidrogênio sob altas pressões e requer extrema cautela. O gás hidrogênio é inodoro, incolor e, portanto, indetectável pelos sentidos humanos. O hidrogênio é altamente inflamável e queima com uma chama azul quase invisível e pode formar misturas explosivas na presença de oxigênio.Altas pressões superiores a 1.000 psi adicionam riscos adicionais de explosão que devem ser planejados adequadamente em preparação para qualquer teste. Essa quantidade de energia armazenada representa um sério risco à segurança. Portanto, a devida diligência, planejamento e avaliação de segurança devem ser realizados antes de iniciar tal experimento para garantir que esses perigos sejam mitigados.O experimento apresentado aqui é realizado de acordo com as precauções de segurança apropriadas em um vaso de pressão certificado pela ASME com um disco de ruptura ajustado para 5.000 psi com ventilação adequada. A fim de analisar o atrito e o desgaste dos elastômeros em um ambiente de hidrogênio de alta pressão, projetamos um tribômetro in situ exclusivo operável em um vaso de pressão selado a 4.000 psi. O tribômetro mede a força de atrito in situ necessária para mover a amostra de elastômero de forma linear e recíproca contra um pino de aço carregado verticalmente em contato com a amostra.Além disso, um transformador diferencial variável linear ou LVDT mede a extensão do recuo in situ da esfera de aço na superfície do polímero durante o teste. Para preparar as amostras de elastômero, limpamos a folha de polímero de estoque removendo óleos e pó de talco aplicados durante o processo de fabricação. Em seguida, lave a folha de polímero com água e sabão usando uma esponja não abrasiva.Para remover qualquer água restante do processo de lavagem, seque a tira de polímero em um forno de secagem ajustado para aproximadamente 85% da temperatura máxima de trabalho do material por aproximadamente 72 horas. Em seguida, deixe a amostra esfriar até a temperatura ambiente. Armazene as tiras de polímero lavadas e secas em um ambiente com umidade controlada perto de 25% de umidade relativa antes do teste tribológico.Agora que a tira de polímero está preparada, enquanto estiver usando luvas sem pó, marque uma extremidade da tira de polímero com uma seta unilateral. Em um espaço a cerca de uma polegada da primeira marca, faça uma segunda flecha na mesma direção da primeira. Essas marcas garantirão uma orientação consistente da amostra durante o processo de montagem.Agora coloque um corante circular de 7/8 de polegada ao redor da segunda seta e use o corante para cortar um cupom de amostra da tira de polímero. Afrouxe os parafusos sextavados, prendendo o sample clamp no tribômetro in situ. Remova o parafuso e a mola de precisão do canto próximo do sample clamp.Tomando cuidado para garantir que a seta marcada no cupom de amostra esteja apontando para a parte de trás do tribômetro in situ, deslize o cupom de amostra no grampo de amostra. Reinsira a mola de precisão e o parafuso sextavado na ranhura do canto próximo. Insira um bloco de calibre de 0,113 polegadas no espaço entre a parte superior e inferior do sample clamp e aperte os parafusos sextavados até que o clamp esteja apertado ao redor do bloco de medição, garantindo uma compressão de 10% da amostra com o bloco de medição.Depois de garantir que a energia do tribômetro esteja desligada, para definir a posição inicial do sample stage, coloque um bloco de calibre de 0.95 polegadas ao longo da parede do tribômetro in situ sob o parafuso de acionamento. Usando a corrente de transmissão, volte o sample stage ao longo do parafuso de acionamento até que o stage esteja confortável com o bloco de medição. Para preparar o tribômetro in situ para o experimento, primeiro limpe a superfície da esfera de aço com um pano macio e um solvente apropriado e apropriado, neste caso acetona, para remover qualquer filme de transferência de polímero potencial da esfera.Deslize o suporte da esfera de bronze no trilho perpendicular ao suporte de amostra, permitindo que a contra-esfera deslize para dentro do buraco da fechadura e repouse sobre a amostra de polímero. Coloque o peso estacionário de cobre no suporte de bronze. Usando uma chave sextavada e dois parafusos de bronze, reconecte o braço de medição LVDT ao suporte de bronze, de modo que o cilindro flutuante do LVDT fique apoiado no braço.Ajuste o clamp segurando o LVDT no lugar, de modo que o LVDT esteja medindo próximo ao ponto zero. Abaixe o conjunto do tribômetro no vaso de pressão, garantindo que o poço térmico no flange superior do vaso abaixe no espaço entre o tribômetro e a parede do vaso. Enrole o anel de vedação hastelloy com duas camadas e meia de fita PTFE e coloque o anel de vedação na ranhura na borda do vaso de pressão.Reconecte os cinco fios de alimentação do motor do tribômetro, os quatro fios de dados da célula de carga e os cinco fios de dados do LVDT. Agora, para vedar o vaso de pressão, abaixe o flange superior do vaso de pressão para fechá-lo, tomando cuidado para abaixar a parte superior suavemente sobre o anel de vedação envolto em PTFE. Ao abaixar, esteja ciente da posição dos fios de dados e alimentação, de modo que eles não fiquem presos entre a tampa e o anel da lente.Insira os parafusos nos orifícios numerados no flange superior em ordem crescente até que estejam apertados com os dedos. Usando uma chave sextavada, torça os parafusos do flange em ordem crescente para apertar manualmente e repita até que os parafusos não possam mais ser apertados. Começando em 90 libras-pé e aumentando em incrementos de trinta libras-pé, use uma chave de torque para apertar os parafusos do flange em ordem crescente até que sejam apertados para 200 libras-pé.Esta parte do experimento requer o uso de hidrogênio de alta pressão. É fundamental que a avaliação de segurança completa e os fatores de segurança apropriados sejam considerados ao usar gás inflamável e de alta pressão. Conecte as conexões de gás swagelok à tampa da autoclave e lave o vaso de pressão com baixa pressão em torno de 80 psi de gás argônio por aproximadamente uma hora até que o teor de oxigênio do vaso caia abaixo de 10 ppm.Uma vez que os níveis de oxigênio estejam seguros, lentamente, a menos de 40 psi por segundo, lave o vaso com gás hidrogênio de 99,995% de pureza até 1000 psi e, em seguida, ventile lentamente o gás. Repita o processo de lavagem mais duas vezes. Depois de lavar o vaso de pressão, encha lentamente o vaso de pressão com gás hidrogênio até 2.000 psi e deixe o vaso descansar por 10 minutos, de modo que a temperatura do gás dentro do vaso se equilibre à temperatura ambiente.Continue a encher o recipiente com gás hidrogênio de alta pressão, desta vez até 3.000 psi e aguarde mais 10 minutos. Finalmente, traga o vaso até o alvo 4.000 psi com gás hidrogênio e feche todas as válvulas. Deixar a amostra de polímero de molho durante cerca de 12 horas no hidrogénio gasoso antes de iniciar a experiência.O experimento é realizado por uma hora de movimento linear, o que se traduz em 120 ciclos alternativos lineares do estágio de amostra. Durante o experimento, a célula de carga mede a quantidade de força necessária para deslizar a superfície do cupom de amostra de elastômero através da esfera de aço carregada. Além disso, o LVDT mede a profundidade de penetração da esfera de aço na amostra de elastômero em função do tempo.Uma vez concluído o experimento, despressurize lentamente o sistema a uma taxa abaixo de 50 psi por segundo para evitar possível descompressão explosiva e, assim, danos à superfície da amostra de polímero não representativos de quaisquer mecanismos de atrito ou desgaste. A partir da força de atrito medida pela célula de carga chamada F de k, e a força normal exercida pela esfera de aço, chamada F de n, o coeficiente cinético de atrito mu pode ser calculado. Usando os dados de profundidade de penetração LVDT x, e a pressão, volume e tempo, o fator de desgaste, a resistência do material ao desgaste, podem ser calculados.Esses gráficos contêm dados representativos coletados usando a metodologia de teste descrita neste vídeo, durante o teste de borracha EPDM e gás hidrogênio de alta pressão, os dados azuis e um ar à pressão ambiente, os dados pretos. No conjunto de dados mostrado aqui, o coeficiente de atrito para a esfera de aço na amostra de polímero EPDM foi aumentado em gás hidrogênio de alta pressão em comparação com o ar ambiente. No entanto, a resistência ao desgaste da amostra de EPDM foi menor no hidrogênio de alta pressão do que no ar de pressão ambiente.Isso provavelmente se deve ao aumento da densidade das amostras pressurizadas. A infraestrutura de fornecimento de combustível de hidrogênio está se expandindo rapidamente para atender às necessidades de novos veículos movidos a combustíveis alternativos. A segurança e a confiabilidade dessa infraestrutura dependerão da compreensão da compatibilidade do material macio com o hidrogênio de alta pressão.Aqui, demonstramos uma metodologia de teste para medir as propriedades tribológicas de materiais poliméricos em um ambiente de hidrogênio de alta pressão usando um tribômetro in situ exclusivo. Esta metodologia de teste pode ser usada para avaliar a adequação de materiais poliméricos para serviço na infraestrutura de hidrogênio.

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