Waiting
Login processing...

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

Engineering

في الموقع ارتفاع ضغط الهيدروجين Tribological اختبار المواد البوليمرية الشائعة المستخدمة في البنية التحتية لإيصال الهيدروجين

Published: March 31, 2018 doi: 10.3791/56884
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1
1Energy and Environment Directorate, Pacific Northwest National Laboratory

Summary

هو أظهر اختبار منهجية لقياس خصائص tribological من البوليمرات المستخدمة في خدمة البنية التحتية الهيدروجين وتناقش نتائج مميزة الاستومر مشتركة.

Abstract

ومن المعروف غاز الهيدروجين الضغط العالي تؤثر سلبا على المكونات المعدنية الضواغط والصمامات وخراطيم المياه والمحركات. ومع ذلك، يعرف سوى القليل نسبيا هو حول آثار ارتفاع ضغط الهيدروجين على مواد البوليمر الختم والحاجز كما وجدت داخل هذه المكونات. مطلوب مزيد من الدراسة من أجل تحديد مدى توافق المواد البوليمر الشائعة الموجودة في مكونات البنية التحتية تسليم وقود الهيدروجين مع ارتفاع ضغط الهيدروجين. كنتيجة لذلك، من المهم النظر في التغييرات في الخصائص الفيزيائية مثل الاحتكاك وارتداء في عين المكان في حين يتعرض البوليمر للهيدروجين الضغط العالي. في هذا البروتوكول، ونحن تقديم طريقة لاختبار الاحتكاك وارتداء خصائص الإثيلين والبروبيلين ديين مونومر (EPDM) الاستومر العينات في 28 الآلام والكروب ذهنية ارتفاع ضغط هيدروجين بيئة استخدام مبنية خصيصا في الموقع دبوس في شقة خطية ترددية تريبوميتير. عرض نتائج تمثيلية من هذه التجارب هي التي تشير إلى أن معامل الاحتكاك بين القسيمة عينة EPDM والسطح الصلب العداد يزداد في الهيدروجين الضغط العالي بالمقارنة بمعامل الاحتكاك وبالمثل تقاس في الهواء المحيط.

Introduction

في السنوات الأخيرة، كان هناك اهتمام كبير بالهيدروجين كالانبعاثات المحتملة صفر أو الوقود انبعاثات تقترب من الصفر في مصادر الطاقة الثابتة والمركبات. معظم التطبيقات حيث يوجد الهيدروجين كغاز ذات الكثافة السكانية منخفضة في درجة حرارة الغرفة، استخدم نوعا من الهيدروجين المضغوط للوقود. 1 , 2 عيب محتمل لاستخدام مضغوط، ارتفاع ضغط غاز الهيدروجين هو عدم التوافق مع العديد من المواد التي توجد داخل البنية التحتية2،،من34 و5 من تطبيقات المركبات حيث يتم الجمع بين مشاكل التوافق مع الضغط المتكرر ودرجة الحرارة ركوب الدراجات. من المعروف في بيئة نقية هيدروجين تلف المكونات المعدنية بما في ذلك بعض أنواع الفولاذ والتيتانيوم من خلال آليات مختلفة، بما في ذلك تشكيل هيدريد، تورم، السطحي عنيفا، وتقصف. 2 , 6 , 7 , وقد أثبتت المكونات 8 اللافلزية مثل تيتانات زركونات الرصاص (PZT) المستخدمة في السيراميك كهرضغطية أيضا عرضه للتدهور بسبب تأثير عدم التوافق الهيدروجين مثل تقرحات سطحية وتؤدي الهجرة. 9 , 10 , 11 , 12 بينما هذه الأمثلة من الأضرار الناجمة عن التعرض للهيدروجين وقد درست سابقا، أصبح التوافق بين مكونات البوليمر داخل بيئات الهيدروجين إلا في الآونة الأخيرة من الاهتمام. 13 , 14 , 15 , 16 وهذا إلى حد كبير نتيجة للمكونات المعدنية توفير السلامة الهيكلية في النووي وتطبيقات النفط والغاز بينما مكونات البوليمر عادة بمثابة حواجز أو الأختام. 17 , 18 , 19 , 20 ونتيجة الاحتكاك وارتداء خصائص المواد البوليمرية ضمن مكونات مثل تترافلوروايثيلين (PTFE) صمام مقاعد والنتريل بوتادين المطاط (NBR) سين بين عصابات أصبحت عوامل هامة في قدرتها على العمل.

في حالة البنية التحتية الهيدروجين، تحتوي على مكونات مثل الصمامات والضواغط وصهاريج تخزين المواد البوليمرية التي على اتصال مع الأسطح المعدنية. نتائج التفاعل الاحتكاك بين البوليمر والأسطح المعدنية في ارتداء كل الأسطح. ويعرف علم العلاقة بين الاحتكاك وارتداء اثنين من السطوح المتفاعلة علم احتكاك المفاصل. البوليمرات تميل إلى أن تكون أقل بواقي مرونة وقوة من المعادن الفلزية، ولذا خصائص tribological من مواد البوليمر تختلف إلى حد كبير من المواد المعدنية. كنتيجة لذلك، تميل السطوح البوليمر يحمل ملابس أكبر والأضرار بعد اتصال احتكاكي مع سطح معدني. 21 , 22 تطبيق البنية التحتية الهيدروجين والضغط السريع ودرجة الحرارة ركوب الدراجات أسباب التفاعل المتكرر بين البوليمر والأسطح المعدنية، يزيد من احتمالات الاحتكاك وارتداء على مكون البوليمر. التحديد الكمي لهذا الضرر يمكن أن يكون تحديا ت الموقع بسبب الضغط المتفجرة المحتملة من عينة البوليمر بعد تنفيسها التي قد تتسبب في أضرار غير tribological. 23 بالإضافة إلى ذلك، العديد من المنتجات التجارية البوليمر تحتوي على كثير من الحشو والإضافات مثل أكسيد المغنيسيوم (MgO) التي قد تتفاعل سلبا مع غاز الهيدروجين عن طريق هيدريدينج، مما يزيد من تعقيد التحليل السابق الموقع ارتداء في هذه المواد. 24 , 25

نظراً للطابع المعقد للتفريق بين الضرر لمادة البوليمر تسببت خلال تنفيسها والتلف بسبب ارتداء tribological السابقين الموقع، هناك حاجة إلى دراسة خصائص احتكاكي المواد اللافلزية في الموقع مباشرة داخل بيئة هيدروجين ذات الضغط العالي التي من المحتمل أن توجد داخل البنية التحتية التسليم الهيدروجين. في هذا البروتوكول، ونظهر اختبار وضع منهجية لقياس الاحتكاك وارتداء خصائص المواد البوليمرية في بيئة هيدروجين الضغط العالي الاستفادة من بني لهذا الغرض في الموقع تريبوميتير. 26 نقدم أيضا ممثلة من البيانات المكتسبة باستخدام تريبوميتير في الموقع والايثيلين والبروبيلين ديين مونومر (EPDM) المطاط وختم البوليمر المشترك مواد الجدار. EPDM المواد التي تم شراؤها في أوراق مربعة 60.96 سم بسمك سم 0.3175 ممثل بيانات تم إنشاؤها باستخدام بروتوكول أدناه وأبلغ البائع يحصل على تقدير صلابة 60A.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

التجربة الموضحة هنا يتطلب استخدام غاز الهيدروجين وعديم الرائحة وعديم اللون ومن ثم لا يمكن الكشف عنها بالحواس البشرية. الهيدروجين الاشتعال وشعلة بيرنز مع أزرق غير مرئية تقريبا ويمكن نموذج الخلائط المتفجرة وجود الأكسجين. الضغوط العالية التي تتجاوز 6.9 الآلام والكروب الذهنية إضافة مخاطر الانفجار الإضافية التي يجب أن يخطط له على نحو مناسب للتحضير لأي اختبار. هذه الكمية من الطاقة المخزنة يمثل خطرا على سلامة خطيرة و لذلك يجب إجراء تقييم العناية الواجبة، والتخطيط، وسلامة قبل القيام بهذه تجربة لضمان أن يتم التخفيف من هذه المخاطر. التجربة المعروضة هنا تتم وفقا لاحتياطات السلامة المناسبة في سفينة مصدقة ضغط مجتمع أمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME) مع قرص انفجر تعيين إلى 34.5 MPa مع توفير التهوية المناسبة.

1. إعداد الأسهم ورقة البوليمر

  1. تنطبق المنظفات ادبم البوليمر ورقة المخزون باستخدام اسفنجة غير الكاشطة وشطف تحت الماء لحوالي 3 دقيقة إزالة الزيوت والتلك بودرة تطبيقها أثناء التصنيع والنقل البحري عملية.
  2. جاف ورقة البوليمر في فرن تجفيف في 85% من عامل درجة الحرارة المواد التي، حوالي 75 درجة مئوية ل EPDM، لمدة 72 ساعة تقريبا إلى محرك أقراص من أي مياه متبقية من الغسيل.
  3. إيقاف تشغيل الفرن والسماح للبوليمر الورقة مواد المخزون لتبرد في درجة حرارة الغرفة داخل الفرن.
  4. مارك أحد أركان الأسهم ورقة مع سهم يشير إلى الجزء العلوي من الورقة البوليمر. وسيساعد هذا السهم مع تحديد اتجاه الورقة خلال الجيل القسيمة عينة، ضمان أن عينات قطع من صفائح البوليمر دائماً في نفس الاتجاه.
  5. تخزين ورقة الأسهم البوليمر في درجة حرارة الغرفة، بيئة تسيطر عليها الرطوبة القريبة من 25% رطوبة نسبية قبل اختبار tribological.

2-توليد وتركيب العينة القسائم

  1. بينما يرتدي مسحوق مجاناً القفازات، ومارك الأسهم ورقة البوليمر مع سهم في منطقة القسيمة المقصود بالقرب من السهم ملحوظ أثناء إعداد المخزون ورقة البوليمر مثل أن كل الأسهم بنفس الاتجاه.
  2. باستخدام مطرقة وتموت دائرية قطرها سم 2.222، القضاء على قسيمة عينة حول علامة سهم.
  3. قم بفك مسامير غطاء عرافة تأمين المشبك عينة على في الموقع تريبوميتير، إزالة عرافة كاب المسمار والدقة في الربيع من الزاوية الأكثر سهولة المشبك عينة.
  4. شريحة عينة القسيمة إلى المشبك عينة، مع الحرص على التأكد من العينة تتجه مع السهم أشار الوجه لأسفل ونحو الجزء الخلفي من المشبك وهو الجانب الأقرب إلى الخلف-اللوحة تريبوميتير.
  5. استبدال الربيع الدقة والمسمار كاب عرافة في الزاوية الفارغة من العينة المشبك والمضي قدما لجهة تشديد كل أربعة من مسامير غطاء عرافة من المشبك حتى دافئ مثل أن يتم ضغط العينة الاستومر بنسبة 10% طوله الأصلي. بافتراض ارتفاع عينة 0.318 سم، يمكن ضغط 10% باستخدام كتلة قياس سم 0.287 بين لوحات اثنين من المشبك.

3-إعداد تريبوميتير في الموقع

  1. مكان سم 2.413 قياس كتلة بين الجدار تريبوميتير ومزلقه عينة، مباشرة أسفل المسمار محرك الأقراص. تأكد من أن المربع جمع البيانات يتم إيقاف تشغيل، ثم تحويل السلسلة بالسيارة في اتجاه حركة عقارب الساعة إلى الخلف مزلقة عينة تكون حافة مزلقة 2.413 سم من الجدار تريبوميتير.
  2. امسح الكرة الصلب من السطح العداد بقطعة قماش ناعمة أو منشفة ورقية أقل لينت ومذيب مناسب مثل الأسيتون برفق لمدة 30 ثانية تقريبا حتى يظهر سطح سطح العداد خالية من أي حطام.
  3. شريحة عداد البرونزية السطحية الناقل والوزن البرونزية، وحمولة عادية مجموع 7.5 ن، على السكك الحديدية عمودي على مزلقة عينة، السماح للكرة مضادة للانزلاق بين إلى ثقب المفتاح وتستند إلى عينة البوليمر.
  4. استخدام مفتاح الهيكس ومسامير برونزية اثنين، أعد ذراع قياس محول تفاضلي متغير خطي (LVDT) إلى صاحب العداد البرونزية السطحية أن الاسطوانة بحرية عائمة لفدت تقع في الذراع.
  5. ضبط المشبك عقد لفدت في مكان أو أسفل ذلك هو قياس لفدت القرب من أنها نقطة الصفر ثم تشديد المشبك لتأمين لفدت في مكان.
  6. انخفاض الجمعية تريبوميتير في وعاء الضغط، ضمان أن ثيرموويل في الشفة العليا من السفينة سوف يخفض إلى الفجوة بين تريبوميتير والجدار من السفينة.
  7. التفاف الختم الدائري مع مجموعة طبقات سنتين ونصف من الشريط السليكوون. ويتم ذلك بالتفاف الشريط السليكوون أن كل التفاف إضافية تتداخل حوالي نصف اللفة الدعوى حتى يحدث في جميع أنحاء القطر من يا الدائري مرتين. ثم التفاف قطر يا الدائري وقت نهائي دون أي تداخل. حالما يتم التفاف يا الدائري، ضعه في الاخدود في شفة وعاء الضغط.
  8. مع مراعاة إعادة تسميات الأسلاك، أسلاك الكهرباء خمسة للمحرك تريبوميتير وأربعة أسلاك البيانات لخلية التحميل وخمسة أسلاك البيانات لفدت.

4-عزل وعاء الضغط

  1. انخفاض ملفوفة شفة أعلى من وعاء الضغط لإغلاقه، مع الحرص على انخفاض شفة عليا بلطف إلى PTFE الختم الدائري.
  2. إدراج البراغي في الثقوب مرقمة على شفة أعلى تحددها الشركة المصنعة في ترتيب تصاعدي حتى أنهم الإصبع ضيق.
  3. باستخدام مفتاح الهيكس يدوية، عزم الدوران البراغي شفة بترتيب تصاعدي لجهة ضيق وكرر حتى يمكن لم يعد يمكن تشديد البراغي.
  4. ابتداء من 120 نانومتر وزيادة تزايدات ~ 40 نانومتر، استخدام وجع عزم دوران إلى عزم الدوران الشفة مسامير مرتبة ترتيبا تصاعدياً لكل زيادة نانومتر ~ 40 حتى أنها هي توركويد إلى 280 نيوتن متر.

5-ملء وعاء الضغط

  1. والآن بعد أن أغلقت وعاء الضغط، الاتصال تجهيزات الغاز غطاء اﻷوتوكﻻف واستواء السفينة الضغط مع الضغط المنخفض (~0.55 الآلام والكروب الذهنية) غاز الأرجون لحوالي 1 ح حتى ينقص محتوى الأكسجين السفينة 10 أجزاء من المليون باستخدام جهاز استشعار الأوكسجين سبرت في إخراج وعاء الضغط.
  2. ببطء (< 0.25 MPa/s) تدفق السفينة بغاز الهيدروجين تصل إلى 6.9 الآلام والكروب الذهنية، ثم ببطء تنفيس الغاز إلى الضغط الجوي. كرر عملية التنظيف مرتين أخريين.
  3. وبعد التنظيف وعاء الضغط، ببطء (< 0.25 MPa/s) ملء وعاء الضغط مع غاز الهيدروجين حتى 13.75 الآلام والكروب الذهنية، والسماح للسفينة الراحة لمدة 10 دقائق بدرجة حرارة الغاز داخل السفينة اكويليبراتيس لدرجة حرارة الغرفة.
  4. ملء السفينة إلى 20.7 الآلام والكروب الذهنية، وانتظر 10 دقائق أخرى.
  5. إحضار السفينة حتى الهدف 27.6 قبالة الآلام والكروب الذهنية، وإغلاق جميع الصمامات.
  6. تسمح عينة البوليمر نقع على الأقل 12 ح في غاز الهيدروجين قبل البدء بالتجربة للسماح بتخلل كاملة.

6-تشغيل التجربة

  1. مضاعفة فحص جميع الأسلاك المار تغادر السفينة الضغط متصلاً بشكل صحيح وصفت الأسلاك تسخير تعلق على مربع عنصر التحكم تريبوميتير، وثم قم بتشغيل في تريبوميتير.
  2. في تريبوميتير تعيين البرامج وقت التجربة 1 ساعة في 0.1 سم/s سرعة مع طول مسار من سم 0.140. وهذا يتوافق مع مسافة حوالي 3.5 متر.
  3. تحميل الخلية الفارغة، وضمان أن لفدت هو الإبلاغ عمق مناسبة في هذا البرنامج تريبوميتير والذي ينبغي أن يكون بالقرب من 0 ملم.
  4. بدء التجربة.

7-بعد التجربة

  1. وبمجرد الانتهاء من هذه التجربة، ببطء تنفيس وعاء الضغط لغاز الهيدروجين في حوالي 0.35 MPa/s، ضمان أن السفينة الضغط درجة الحرارة لا تنخفض إلى 0 درجة مئوية.
  2. وأخيراً، تدفق حجم السفينة الضغط مع غاز الأرجون في الضغط الجوي لمدة 10 دقائق التأكد من أنه لا يوجد أي الهيدروجين المتبقية داخل السفينة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

استخدام المنهجية المقدمة، يمكن قياس معامل معامل الاحتكاك وارتداء الحركية لنموذج المرنة أثناء وجوده في بيئة هيدروجين عالي الضغط. إظهار الممثل البيانات المعروضة في الشكل 1 أن قوة أكبر في بيئة هيدروجين عالي ضغط المطلوب لنقل العينات البوليمر EPDM تحت السطح الصلب العداد. باستخدام العلاقة بين العادي القوة وN وقوة الاحتكاك FK معامل الاحتكاك، μ، بين العينة EPDM ويمكن تحديد الكرة الفولاذية. وترد هذه البيانات في الشكل 2 حيث يحمل عينات EPDM ارتفاع معامل احتكاك في الهيدروجين من عينات اختبار في الهواء المحيط. هذه النتيجة تشير إلى أن هناك المزيد من الاحتكاك التي تحدث بسبب انزلاق جهة الاتصال بين السطوح البوليمر الصلب EPDM بينما في بيئة ذات الضغط العالي الهيدروجين مقارنة بالهواء المحيط.

3 الشكل يكشف عن أن عمق الاختراق للسطح الصلب العداد في عينات البوليمر EPDM في ارتفاع ضغط الهيدروجين أقل من العمق يقاس في عينات الهواء المحيط. كما في السابق دراسات26، عامل ارتداء فعالة، ك *، يصف كمية المواد التي تم إزالتها من على سطح الأرض يمكن أن تحسب باستخدام المعادلة 1 من العمق X الاختراقPDوالضغط الاتصال ف وارتداء المجلد الخامس والوقت ت. هذه المعلمة ك * يشار إليها بارتداء "فعالة" عامل للمزيج من إزالة المواد وتشوه سطح البوليمر التي تسهم بعمق ارتداء تقاس باستشعار موقف LVDT. ويبين الشكل 4 عينات EPDM أن انخفاض معامل ارتداء فعالة في الهيدروجين عالي الضغط في نهاية التجربة. هذه الظاهرة هي على الأرجح تأثير ضغط وليس بالضرورة مؤشرا على أن ارتداء في غاز الهيدروجين أقل منه في المحيط الجوي الظروف.

Equation 1

المعادلة 1: العلاقة بين معامل ارتداء فعالة (ك *) وعمق الاختراق (XPD)، ضغط الاتصال (P) على السطح مكافحة في عينة البوليمر، وحجم ارتداء المسار (V)، والوقت (T).

Figure 1
الشكل 1 : تحميل احتكاكي تمثيلية البيانات المكتسبة باستخدام تحميل خلية في الموقع تريبوميتير القسيمة عينة البوليمر EPDM في دورة 120 # كدالة للزمن. البيانات المكتسبة في الهيدروجين الضغط العالي في الزرقاء، والبيانات التي يحصل عليها في الهواء المحيط باللون الأسود. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
الشكل 2 : حساب معامل الاحتكاك البيانات من تحميل احتكاكي البيانات كما هو الحال في الشكل 1. مقدار الاحتكاك بين العينة EPDM والسطح الصلب العداد الهيدروجين الضغط العالي من أعلى بكثير في الهواء المحيط. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3 : اختراق عمق البيانات التي جمعت من عنصر لفدت في تريبوميتير في الموقع من اختبار عينات البوليمر EPDM. كما هو الحال في البيانات الاحتكاك، البيانات هيدروجين عالي الضغط باللون الأزرق بينما بيانات الهواء المحيط باللون الأسود. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الشكل 4 : حساب عامل ملابس من الاختراق عمق البيانات المعروضة في الشكل 3. عامل ارتداء العينة الهواء المحيط وأعلى من عامل ارتداء عينة اختبار في ارتفاع ضغط الهيدروجين، الذي على الأرجح تأثير ضغط. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

الحالي السابقين الموقع تقنيات لاختبار tribological من مواد البوليمر تتطلب عينات يتعرضون للضغط العالي الهيدروجين التي يتم للالتحام ثم قبل اختبار باستخدام تريبوميتير تجارية. 15 , 24 , 25 تهدف إلى السماح باختبار خصائص tribological من عينات البوليمر في بيئة ارتفاع ضغط الموقع فياختبار المنهجية في هذا البروتوكول. عن طريق اختبار المواد البوليمرية مثل عينات EPDM المعروضة أعلاه، وفي حين أنها هي الضغط، يتيح هذا البروتوكول لقياس كثافة البوليمر مضغوطة ضغط العينة الموجودة في مكونات البنية التحتية التسليم الهيدروجين أكثر واقعية. نظراً لخصائص tribological المواد المقاسة في عين المكان، هي التخفيف من الشذوذ البيانات الناجمة عن آثار تنفيسها مثل الضغط المتفجرة الموجودة في أساليب السابقين الموقع .

ويتطلب هذا البروتوكول أوقات نقع عينة كافية من عينة البوليمر يعلق على الصك تريبوميتير من أجل ضمان أن غاز الهيدروجين تماما قد تنتشر في جميع أنحاء عينة البوليمر، الذي كان ما يقرب من 12 ساعة في حالة EPDM. وكنتيجة لذلك قياس خصائص tribological العينة البوليمر أثناء التعرض للضغط العالي غاز الهيدروجين، مكونات وظيفية وهيكلية معدنية تريبوميتير المستخدمة في هذا البروتوكول اشترط أن يكون متوافق مع غاز الهيدروجين. ولذلك، تريبوميتير في الموقع وشيد معظمها من الألومنيوم وتم التقليل من استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ. العناصر الوظيفية مثل السيارات مرحلة عينة وخلية تحميل بالسعة المستخدمة لقياس الحمولة احتكاكي في تريبوميتير شيدت باستخدام المكونات المتوافقة مع الهيدروجين وصدرت خصيصا لهذا المشروع. هذه المكونات زيادة تكلفة تنفيذ هذه المنهجية في الموقع بالمقارنة مع البدائل خارج الموقع .

في الموقع اختبار المنهجية الموضحة هنا قد وضعت لقياس كمي بالاحتكاك وارتداء عينات البوليمر أثناء وجوده في بيئة غاز الهيدروجين مشابهة لظروف الضغط العالي التي توجد داخل إيصال الهيدروجين البنية التحتية. نتائج هذا الاختبار يمكن استخدامها للمساعدة في تحديد مدى ملاءمة مادة البوليمر معين للاستخدام في تطبيقات البنية التحتية وتخزين الهيدروجين. البيانات التي تم إنشاؤها باستخدام هذه المنهجية والمعروضة أعلاه لعينات البوليمر EPDM يوحي بأن زاد الاحتكاك معامل السطحية لهذه العينات جنبا إلى جنب مع عينات EPDM ارتداء ذوي الخبرة في بيئة عالية ضغط هيدروجين. هذه المنهجية لم يكن قادراً على تحديد ما إذا كانت هذه الاتجاهات بسبب آثار ضغوط البيئة في عين المكان أو التفاعل بين غاز الهيدروجين والبوليمر EPDM. دراسة المستقبل مطلوب ديكونفولوتي آثار الضغط والهيدروجين التوافق في هذه العينات المرنة مع بيئة هيدروجين عالي ضغط.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgments

تم إجراء هذا البحث في شمال غرب المحيط الهادئ الوطنية المختبر (بننل)، الذي تديره معهد ميموريال Battelle للطاقة (وزارة) تحت "رقم العقد" دي-AC05-76RL01830.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
EPDM Polymer Stock Sheet McMaster-Carr 8525T68 24" x 24", 1/8" Thick
Pressure Vessel, Autoclave Fluitron Inc. 8308-1788-U 5" diameter, 1' height
High Purity Hydrogen Gas Praxair HY4.5 Grade 4.5, 5ppm O2, 5 ppm H20
O2 Sensor Advanced Micro Instruments T2 0-5ppm min. range, 10,0000ppm max.
Pre-purified Argon Gas Oxarc LCCO-HP818 High-purity, 99.998%
Liquid Dishwashing Detergent McMaster-Carr 98365T89 32 oz pour bottle, lemon scented
Mildew Resistant Sponge McMaster-Carr 7309T1 6" long x 3 -1/2" Wide x 1" High, yellow
PTFE Pipe Thread Sealant Tape McMaster-Carr 4591K12 1/2" wide, white color
Gas Tube Fittings Swagelok SS-400-1-4 1/4" OD, stainless steel, male NPT threading
Hammer Driven Die McMaster-Carr 3427A22 7/8" Hammer driven hole punch
Linear Variable Differential Transformer Omega LD320-2.5  2.5mm, AC output, guided w/spring
Autoclave O-ring Seal Fluitron Inc. A-4511 Hastelloy C-276, 5-3/4" OD x 5" ID x 3/8"
Torque Wrench McMaster-Carr 85555A422 Adjustable Torque-Limiting Wrench, Quick-Release, 1/2" Square Drive, 50-250 ft.-lbs. Torque
Mallet McMaster-Carr 5939A11 Hard and Extra-Hard Rubber Hammer, 2-1/4 lbs.
iLoad Mini Capacitive Load Sensor Loadstar Sensors MFM-050-050-S*C03 50 lb, U Calibration, 0.5% Accuracy, Steel

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

الهندسية، العدد 133، علم احتكاك المفاصل، البنية التحتية الهيدروجين، البوليمرات، والهيدروجين عالي الضغط والاحتكاك، وارتداء
<em>في الموقع</em> ارتفاع ضغط الهيدروجين Tribological اختبار المواد البوليمرية الشائعة المستخدمة في البنية التحتية لإيصال الهيدروجين
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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

Duranty, E. R., Roosendaal, T. J., Pitman, S. G., Tucker, J. C., Owsley Jr., S. L., Suter, J. D., Alvine, K. J. In Situ High Pressure Hydrogen Tribological Testing of Common Polymer Materials Used in the Hydrogen Delivery Infrastructure. J. Vis. Exp. (133), e56884, doi:10.3791/56884 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

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

Waiting X
Simple Hit Counter