Wasserstofftransport, viskoelastische Drift und ein Multiskalen-Charakterisierungsrahmen für Elastomerdichtungen unter Hochdruckwasserstoff

Die Exposition gegenüber Hochdruckwasserstoff kann transport- sowie diffusions- und relaxationsgesteuerte Veränderungen in elastomeren Dichtungsmaterialien hervorrufen, die sich von der herkömmlichen Fluidalterung unterscheiden. Die Wasserstoffaufnahme durch Lösungs-Diffusions-Prozesse kann zu Quellung, einer Umverteilung der molekularen Mobilität, einer viskoelastischen Entwicklung und unter bestimmten Bedingungen zu Kavitation oder Mikrohohlraumbildung während der Dekompression führen, was die langfristige Dichtungsleistung beeinträchtigen kann. Diese Übersichtsarbeit stellt experimentelle Ergebnisse für häufig verwendete Elastomere zusammen, darunter Nitrile Butadiene Rubber (NBR), hydrogenated nitrile butadiene rubber (HNBR), Fluoroelastomer (FKM), Ethylene Propylene Diene Monomer (EPDM) und Silikon, und fasst die berichteten Bereiche von Wasserstoffdiffusionskoeffizient, -löslichkeit und -permeabilität unter Hochdruckbedingungen zusammen. Diese Transporteigenschaften werden mit mechanischen und mikrostrukturellen Beobachtungen verglichen, die mittels Dynamic Mechanical Analysis (DMA), Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Dekompressionstests und mikro-computertomographischer Bildgebung (µXCT) gewonnen wurden. Die verfügbare Evidenz deutet darauf hin, dass wasserstoffinduzierte Veränderungen überwiegend durch physikalische Prozesse wie Quellung, weichmacherähnliche Mobilitätsänderungen und Umverteilung von Einschränkungen bestimmt werden, während ein ausgeprägter chemischer Abbau des Polymerrückgrats unter reinen Wasserstoffbedingungen im Allgemeinen begrenzt ist. Materialien mit ähnlichen konventionellen mechanischen Eigenschaften können daher eine unterschiedliche Wasserstoffaufnahme, viskoelastische Reaktion und Beständigkeit gegen Dekompressionsschäden aufweisen. Konventionelle mechanische Einzelpunktprüfungen wie Zugmessungen erfassen die für die Dichtungsleistung relevante zeitabhängige viskoelastische Entwicklung möglicherweise nicht vollständig. Diese Arbeit schlägt einen Rahmen zur Multiskalen-Charakterisierung vor, der Transport-, viskoelastische, molekulare und mikrostrukturelle Analysen integriert, um eine zuverlässigere Bewertung von Elastomeren im Wasserstoffeinsatz zu ermöglichen und verbesserte Qualifizierungsstrategien für Hochdruck-Wasserstoffsysteme zu unterstützen.