RU2786795C1

RU2786795C1 - Application of polymer material

Info

Publication number: RU2786795C1
Application number: RU2022109464A
Authority: RU
Inventors: Лев Владимирович Москвитин; Михаил Александрович Арсентьев; Сергей Витальевич Слесаренко
Original assignee: Сергей Витальевич Слесаренко
Filing date: 2022-04-08
Publication date: 2022-12-26

Abstract

FIELD: hydrogen energy.

SUBSTANCE: invention relates to the field of hydrogen energy. The use of a polymer material obtained by thermal radiation treatment of blanks from polytetrafluoroethylene, in which, after treatment with ionizing radiation, the polymer is subjected to heat treatment, is proposed for the manufacture of products intended for the generation, transportation, accumulation, separation and storage of hydrogen.

EFFECT: improving the operational properties and resistance to aggressive environments of hydrogen industry equipment by introducing a polymer material that makes it possible to reduce the negative impact of an aggressive environment when used in products designed for the generation, transportation, accumulation, separation and storage of hydrogen.

1 cl, 3 dwg, 1 tbl, 6 ex

Description

Изобретение относится к области водородной энергетики, а именно к новому применению полимерного материала, полученного способом, описанным в патенте РФ №2669841, в изделиях, предназначенных для генерации, транспортировки, накопления, разделения и хранения водорода, который в настоящее время используется в энергетике, химической, транспортной и других отраслях промышленности. The invention relates to the field of hydrogen energy, and in particular to a new use of a polymer material obtained by the method described in the patent of the Russian Federation No. 2669841, in products intended for the generation, transportation, accumulation, separation and storage of hydrogen, which is currently used in energy, chemical , transport and other industries.

Известно, что существует проблема отсутствия полимерных материалов, способных надежно генерировать, транспортировать и хранить водород. В водородной и аммиачной промышленностях, в производстве сжиженного природного газа (СПГ) и прочих, отсутствуют полимерные материалы, обладающие одновременно низкой проницаемостью к водороду, способностью работать в широком диапазоне температур, стойкостью к агрессивным средам, низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью и высокими физико-механическими характеристиками (например, растяжение, сжатие, отсутствие хладотекучести и пр.) и при этом обладать барьерными, мембранными свойствами. It is known that there is a problem of the lack of polymeric materials capable of reliably generating, transporting and storing hydrogen. In the hydrogen and ammonia industries, in the production of liquefied natural gas (LNG) and others, there are no polymer materials that simultaneously have low permeability to hydrogen, the ability to operate in a wide temperature range, resistance to aggressive media, low friction coefficient, high wear resistance and high physical mechanical characteristics (for example, tension, compression, lack of cold flow, etc.) and at the same time have barrier, membrane properties.

Из-за малого размера молекулярный и атомарный водород беспрепятственно проникает сквозь структуру материалов и разрушает их. Дополнительно, водород под давлением может проникать в структуру полимерных материалов, что при перепадах температуры и изменениях давления приводит к их набуханию, растрескиванию и снижению физикомеханических, мембранных и барьерных свойств. Это проявляется в приложениях с высоким давлением из-за разгерметизации системы (или быстрых изменений температуры), поскольку водород расширяется в свободном объеме и в порах внутри полимеров. Due to the small size, molecular and atomic hydrogen freely penetrates through the structure of materials and destroys them. Additionally, hydrogen under pressure can penetrate into the structure of polymeric materials, which, with temperature drops and pressure changes, leads to their swelling, cracking and a decrease in physico-mechanical, membrane and barrier properties. This manifests itself in high pressure applications due to system depressurization (or rapid temperature changes) as hydrogen expands in the free volume and in the pores within the polymers.

В результате, генерация, транспортировка, хранение и использование молекулярного и атомарного водорода является трудоемкой, затратной задачей. As a result, the generation, transportation, storage and use of molecular and atomic hydrogen is a laborious and costly task.

Из-за отсутствия материала, удовлетворяющего одновременно всем требованиям, производители оборудования вынуждены использовать различные материалы в виде композитов, сплавов, намоток/нанесения одного материала на другой и т.д. Это несет значительное удорожание изделия. Due to the lack of a material that satisfies all the requirements at the same time, equipment manufacturers are forced to use various materials in the form of composites, alloys, winding / applying one material to another, etc. This brings a significant increase in the cost of the product.

Недостатками всех известных материалов является неспособность одновременно обладать низкой проницаемостью к водороду, способностью работать в широком диапазоне температур, стойкостью к агрессивным средам и выдерживать циклические изменения давления и температуры в среде воздействия водорода. The disadvantages of all known materials is the inability to simultaneously have a low permeability to hydrogen, the ability to operate in a wide temperature range, resistance to aggressive environments and withstand cyclic changes in pressure and temperature in a hydrogen environment.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является применение полимерного материала, полученного способом, описанным в патенте РФ № 2669841, по новому назначению, а именно, для производства изделий, способных надежно удерживать, транспортировать и хранить водород. The task to be solved by the claimed invention is the use of a polymeric material obtained by the method described in RF patent No. 2669841 for a new purpose, namely, for the production of products capable of reliably retaining, transporting and storing hydrogen.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эксплуатационных свойств и стойкости к агрессивной среде оборудования водородной промышленности, за счет внедрения полимерного материала, полученного в соответствии со способом, описанном в патенте RU№2669841 превосходящего прочие материалы по совокупности и значениям свойств для снижения негативного воздействия агрессивной среды при использовании в изделиях, предназначенных для генерации (аккумулирования), транспортировки, накопления, разделения и хранения водорода. The technical result of the claimed invention is to increase the performance properties and resistance to aggressive environments of hydrogen industry equipment, due to the introduction of a polymer material obtained in accordance with the method described in patent RU No. use in products intended for generation (accumulation), transportation, accumulation, separation and storage of hydrogen.

Технический результат достигается за счет применения полимерного материала, полученного путем терморадиационной обработки заготовок из политетрафторэтилена, при котором их обрабатывают высокоэнергетическим ионизирующим излучением при температуре строго выше температуры плавления кристаллической фазы полимера в бескислородной среде, до поглощенной дозы 0,5-500 кГр, причем в процессе облучения температуру полимера понижают не более 0,5°С/10 кГр, а после обработки ионизирующим излучением полимер подвергают термообработке, для изготовления изделийиспользования в изделиях, предназначенных для генерации, транспортировки, накопления, разделения и хранения водорода. В частных случаях реализации полимерный материал, полученный по способу, описанному в патенте РФ №2669841, применяют в качестве уплотнительного, триботехнического, антифрикционного, барьерного материала для труб, деталей трубопроводов, запорной арматуры, компрессоров, газоперекачивающих установок, насосов резервуаров для хранения водорода, аммиака, сжиженного природного газа, мембран, деталей подшипников и пр. The technical result is achieved through the use of a polymer material obtained by thermoradiation processing of blanks from polytetrafluoroethylene, in which they are treated with high-energy ionizing radiation at a temperature strictly above the melting point of the crystalline phase of the polymer in an oxygen-free environment, to an absorbed dose of 0.5-500 kGy, and in the process irradiation, the temperature of the polymer is lowered by no more than 0.5 ° C / 10 kGy, and after treatment with ionizing radiation, the polymer is subjected to heat treatment for the manufacture of products for use in products intended for the generation, transportation, accumulation, separation and storage of hydrogen. In particular cases, the implementation of the polymer material obtained by the method described in the patent of the Russian Federation No. 2669841 is used as a sealing, tribotechnical, anti-friction, barrier material for pipes, pipeline parts, valves, compressors, gas compressor units, pumps for storage tanks for hydrogen, ammonia , liquefied natural gas, membranes, bearing parts, etc.

Полимерный материал, полученный путем совместного действия ионизирующего излучения, температуры и бескислородной среды остается химически политетрафторэтиленом, что позволяет сохранить химическую и термическую стойкость, присущие ему, но при этом плавно менять структуру от мембранных до барьерных свойств. Материал может быть применен в качестве материала заготовок для использования в изделиях, предназначенных для генерации, транспортировки, накопления, разделения и хранения водорода. The polymer material obtained by the combined action of ionizing radiation, temperature and an oxygen-free environment remains chemically polytetrafluoroethylene, which makes it possible to maintain the chemical and thermal resistance inherent in it, but at the same time smoothly change the structure from membrane to barrier properties. The material can be used as a blank material for use in products designed for the generation, transportation, accumulation, separation and storage of hydrogen.

За счет изменения структуры политетрафторэтилена по способу, указанному в патенте RU №2669841, вне зависимости от типа, вида и способа изготовления заготовок полимера, полимерный материал приобретает барьерные и мембранные свойства, а также высокую износостойкость и высокие прочностные характеристики (например, растяжение, сжатие, отсутствие хладотекучести и тд.) которые достигаются за счет совместного действия ионизирующего излучения, температуры и бескислородной среды. By changing the structure of polytetrafluoroethylene according to the method specified in patent RU No. 2669841, regardless of the type, type and method of manufacturing polymer blanks, the polymer material acquires barrier and membrane properties, as well as high wear resistance and high strength characteristics (for example, tension, compression, lack of cold flow, etc.) which are achieved due to the combined action of ionizing radiation, temperature and an oxygen-free environment.

Заявленное изобретение реализуется с помощью установки, основными частями которой являются ускоритель электронов и терморадиационная камера (ТРК). Изобретение поясняется чертежами, на которых: The claimed invention is realized with the help of an installation, the main parts of which are an electron accelerator and a thermoradiation chamber (TRC). The invention is illustrated by drawings, in which:

фиг. 1 – показана проницаемость пленок полимерного материала; fig. 1 - shows the permeability of films of polymeric material;

фиг. 2 – представлена герметичная ячейка с разделенными газовыми пространствами, внешний вид; fig. 2 - a sealed cell with separated gas spaces is presented, external view;

фиг. 3 – представлена герметичная ячейка с разделенными газовыми пространствами, внутренний вид. fig. 3 - a sealed cell with separated gas spaces is presented, internal view.

Вначале, фторполимер, в частности политетрафторэтилен, подготавливают согласно стандартным техническим условиям переработки фторполимерных материалов. Заготовка политетрафторэтилена может представлять собой или быть выполнена в виде пластины, втулки, стержня и других различных геометрических фигур и деталей. First, a fluoropolymer, in particular polytetrafluoroethylene, is prepared according to standard specifications for the processing of fluoropolymer materials. The polytetrafluoroethylene blank can be or be made in the form of a plate, bushing, rod, and other various geometric shapes and details.

Затем, полученные заготовки политетрафторэтилена (далее заготовки), направляют в зону подготовки и помещают в ТРК. В ТРК производится откачка кислорода до остаточного давления, затем ее заполняют инертным газом (например, аргон, азот и т.д.) до избыточного давления. Then, the resulting blanks of polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as blanks) are sent to the preparation zone and placed in the fuel dispenser. In the fuel dispenser, oxygen is pumped out to a residual pressure, then it is filled with an inert gas (for example, argon, nitrogen, etc.) to an overpressure.

В ТРК заготовки нагревают до температуры выше температуры первого плавления кристаллической фазы (для сформованного неспеченного политетрафторэтилена составляет 335°С), но не более 380°C со скоростью не более 60°C/ч, и далее проводят термостатирование при температуре выше температуры плавления кристаллической фазы, но не более 380°С. In the fuel dispenser, the billets are heated to a temperature above the first melting temperature of the crystalline phase (for molded unsintered polytetrafluoroethylene it is 335°C), but not more than 380°C at a rate of not more than 60°C/h, and then thermostating is carried out at a temperature above the melting temperature of the crystalline phase , but not more than 380°С.

Затем, заготовки направляются в зону облучения, не допуская снижения температуры фторполимера ниже температуры плавления. Then, the blanks are sent to the irradiation zone, preventing the temperature of the fluoropolymer from dropping below the melting point.

В зоне облучения ТРК, заготовки обрабатывается ионизирующим гамма-излучением с помощью ускорителя электронов со скорость облучения до 10 кГр/с, при температуре выше температуры плавления кристаллической фазы, но не более 380°C. Облучение проходит до поглощенной дозы 0,5–1000 кГр с понижением температуры изделия в процессе обработки от 0,001°С/10 кГр до 15°С /10 кГр. In the irradiation zone of the fuel dispenser, the workpieces are treated with ionizing gamma radiation using an electron accelerator with an irradiation rate of up to 10 kGy/s, at a temperature above the melting point of the crystalline phase, but not more than 380°C. Irradiation takes place up to an absorbed dose of 0.5–1000 kGy with a decrease in the temperature of the product during processing from 0.001°C/10 kGy to 15°C/10 kGy.

После прекращения облучения проводят дополнительную термообработку заготовок в режиме нагрев/ охлаждение в температурном диапазоне от начала кристаллизации обработанного политетрафторэтилена до 380°С для нормализации и стабилизации свойств. After the termination of irradiation, additional heat treatment of the blanks is carried out in the heating/cooling mode in the temperature range from the beginning of crystallization of the treated polytetrafluoroethylene to 380°C to normalize and stabilize the properties.

Финальная стадия процесса обработки - обработанные заготовки охлаждают до комнатной температуры, со скоростью не более 60 °С/ч. The final stage of the processing process - the processed workpieces are cooled to room temperature, at a rate of not more than 60 ° C / h.

Обработка заготовок фторполимеров, помимо указанного выше тормозного излучения, может быть произведена альфа-излучением, гаммаизлучением, электронным излучением, протонами и нейтронами с высокими энергиями, излучением от природных источников и любым другим видом ионизирующим излучением. Processing of fluoropolymer blanks, in addition to the above-mentioned bremsstrahlung, can be performed by alpha radiation, gamma radiation, electron radiation, high-energy protons and neutrons, radiation from natural sources and any other type of ionizing radiation.

Полученную заготовку полимерного материала, обеспечивающую значительное повышение показателей, а именно повышенную стойкость к агрессивной среде водорода, обрабатывают и после данной стадии, ее можно использовать в качестве: The resulting polymer material blank, which provides a significant increase in performance, namely increased resistance to an aggressive hydrogen environment, is processed after this stage, it can be used as:

- уплотнительного, триботехнического, антифрикционного, барьерного материала для различных труб и деталей трубопровода (коррозионностойкие вкладыши внутри трубы, межфланцевых соединений, материала труб и патрубков, сальниковой набивки, намотки и т.д.); - sealing, tribotechnical, anti-friction, barrier material for various pipes and pipeline parts (corrosion-resistant liners inside the pipe, interflange connections, material of pipes and branch pipes, stuffing box packing, winding, etc.);

- уплотнительного, триботехнического, антифрикционного, барьерного материала для запорной арматуры (различные прокладки, уплотнения, седла, уплотнения по шару, пробки, шайбы, втулки, сальниковая набивка и т.д.); - sealing, tribological, anti-friction, barrier material for valves (various gaskets, seals, seats, ball seals, plugs, washers, bushings, stuffing box packing, etc.);

- уплотнительного, триботехнического, антифрикционного, барьерного материала для компрессоров, газоперекачивающих установок, насосов (пластины-прокладки скольжения, поршневые кольца, различные подшипники и элементы подшипников, различные уплотнения, сальниковая набивка и т.д.); - sealing, tribotechnical, antifriction, barrier material for compressors, gas pumping units, pumps (sliding plates, piston rings, various bearings and bearing elements, various seals, gland packing, etc.);

- уплотнительного, триботехнического, антифрикционного, барьерного материала резервуаров для хранения водорода, аммиака, СПГ (в баллонах, в трубах, в промышленных системах хранения, в различных уплотнениях, вкладышах и т.д.) виде ориентированных и не ориентированных пленок, термоусаживающихся пленок, терморасширяемых рукавов и втулок, термоусаживающихся рукавов и втулок, пластин, втулок, стержней, емкостей или других изделий; - sealing, tribological, anti-friction, barrier material for storage tanks for hydrogen, ammonia, LNG (in cylinders, in pipes, in industrial storage systems, in various seals, liners, etc.) in the form of oriented and non-oriented films, heat-shrinkable films, thermally expandable sleeves and bushings, heat-shrinkable sleeves and bushings, plates, bushings, rods, containers or other products;

- материала для различных мембран (полимерная основа протонной трековой мембраны, полимерная основа композитной протонной мембраны, полимерная основа электролизной мембраны и т.д.); - material for various membranes (polymer base of a proton track membrane, polymer base of a composite proton membrane, polymer base of an electrolysis membrane, etc.);

- уплотнительного, триботехнического, антифрикционного, барьерного материала для деталей подшипников (колец, сепаратора и т.д.). - sealing, tribotechnical, antifriction, barrier material for bearing parts (rings, separator, etc.).

Примеры реализации изобретения Examples of the implementation of the invention

Пример 1. Применение полимерного материала, описанного в настоящем изобретении, в качестве уплотнительного, триботехнического, антифрикционного, барьерного материала для различных труб. Изделия, такие как коррозионностойкие вкладыши внутри трубы, межфланцевые соединения, материалы для труб и патрубков, сальниковой набивки, намотки и т.д., изготавливают из заготовок полимерного материала, полученного по способу, описанному выше, в форме пластин, втулок или стержней, с последующим формованием. Формование проводится с целью придания материалу эффекта «памяти формы», осуществляется методом термообработки заготовки полимерного материала, при температуре от 20 до 370 С, что позволяет добиться максимального контакта при использовании детали. Example 1. The use of the polymeric material described in the present invention as a sealing, tribological, anti-friction, barrier material for various pipes. Products such as corrosion-resistant liners inside the pipe, wafer connections, materials for pipes and nozzles, gland packing, winding, etc., are made from blanks of a polymer material obtained by the method described above, in the form of plates, bushings or rods, with subsequent molding. Molding is carried out in order to give the material the effect of "shape memory", it is carried out by heat treatment of the polymer material blank, at a temperature of 20 to 370 C, which allows achieving maximum contact when using the part.

Внедрение данных изделий позволит значительно увеличить эксплуатационные свойства труб и деталей трубопровода за счет высоких показателей водородной проницаемости и остальных свойств (пористость, износостойкость и т.д.). The introduction of these products will significantly increase the operational properties of pipes and pipeline parts due to high hydrogen permeability and other properties (porosity, wear resistance, etc.).

Пример 2. Применение полимерного материала, описанного в настоящем изобретении, в качестве уплотнительного, триботехнического, антифрикционного, барьерного материала для трубопроводной запорной арматуры (а именно, различные прокладки, уплотнения, седла, уплотнения по шару, пробки, шайбы, втулки и т.д.). Изделия изготавливаются из заготовок полимерного материала, полученного по способу, описанном в настоящем изобретении в форме пластин, втулок или стержней, с последующей обработкой методом точения или любым другим методом обработки. Внедрение данных изделий позволит значительно увеличить эксплуатационные свойства барьерного материала, за счет высоких показателей водородной проницаемости и остальных свойств (пористость, износостойкость и т.д.). Example 2. The use of the polymeric material described in the present invention as a sealing, tribological, anti-friction, barrier material for pipeline valves (namely, various gaskets, seals, seats, ball seals, plugs, washers, bushings, etc. .). Products are made from blanks of polymeric material obtained by the method described in the present invention in the form of plates, bushings or rods, followed by turning or any other processing method. The introduction of these products will significantly increase the operational properties of the barrier material due to high hydrogen permeability and other properties (porosity, wear resistance, etc.).

Пример 3. Применение полимерного материала, полученного по способу, описанному в настоящем изобретении, в качестве уплотнительного, триботехнического, антифрикционного, барьерного материала для компрессоров, газоперекачивающих установок, насосов (а именно, пластиныпрокладки скольжения, поршневые кольца, различные подшипники и элементы подшипников, различные уплотнения, сальниковая набивка и т.д.). Изделия изготавливаются из заготовок полимерного материала, описанному в настоящем изобретении, в форме пластин, втулок или стержней, с последующей обработкой методом точения или любым другим методом обработки, аналогично исходному фторполимеру. Внедрение данных изделий позволит значительно увеличить эксплуатационные свойства за счет высоких показателей водородной проницаемости и остальных свойств (пористость, износостойкость и т.д.). Example 3. The use of a polymer material obtained by the method described in the present invention, as a sealing, tribotechnical, anti-friction, barrier material for compressors, gas pumping units, pumps (namely, sliding gasket plates, piston rings, various bearings and bearing elements, various seals, gland packing, etc.). Products are made from blanks of the polymeric material described in the present invention, in the form of plates, bushings or rods, with subsequent processing by turning or any other processing method, similar to the original fluoropolymer. The introduction of these products will significantly increase the operational properties due to high hydrogen permeability and other properties (porosity, wear resistance, etc.).

Пример 4. Применение полимерного материала, описанного в настоящем изобретении, в качестве уплотнительного, триботехнического, антифрикционного, барьерного материала резервуаров (баллонов, различных системах хранения и т.д.) для хранения водорода, аммиака, сжиженного природного газа. Изделия из ориентированных и неориентированных пленок, термоусаживающихся пленок, терморасширяемых рукавов и втулок, термоусаживающихся рукавов и втулок, пластин, втулок, стержней, емкостей и т.д., изготавливаются из заготовок полимерного материала, описанного в настоящем изобретении, в форме пластин, втулок или стержней, с последующей обработкой методом точения или любым другим методом обработки, аналогично исходному политетрафторэтилену для получения конечных изделий (вкладышей). Внедрение данных изделий позволит значительно увеличить эксплуатационные свойства за счет высоких показателей водородной проницаемости и остальных свойств (пористость, износостойкость и т.д.). Example 4. Application of the polymeric material described in the present invention as a sealing, tribological, antifriction, barrier material for tanks (cylinders, various storage systems, etc.) for storing hydrogen, ammonia, liquefied natural gas. Products from oriented and non-oriented films, heat-shrinkable films, heat-expandable sleeves and sleeves, heat-shrinkable sleeves and sleeves, plates, sleeves, rods, containers, etc., are made from blanks of the polymeric material described in the present invention, in the form of plates, sleeves or rods, followed by processing by turning or any other processing method, similar to the original polytetrafluoroethylene to obtain final products (inserts). The introduction of these products will significantly increase the operational properties due to high hydrogen permeability and other properties (porosity, wear resistance, etc.).

Пример 5. Применение полимерного материала, описанного в настоящем изобретении, в качестве полимерной основы для мембран (а именно, для трековых мембран, композитных мембран, электролизных мембран, протонообменных мембран и пр.). Мембраны изготавливаются из заготовок полимерного материала, полученного по способу, описанному в настоящем изобретении в форме пластин, втулок или стержней, методом роспуска заготовки на пленку или любым другим способом изготовления пленок из блочного изделия с последующем изготовлением пор известными методами. Данные мембраны обладают значительно большим сроком эксплуатации за счет физико-химических свойств (широкий диапазон рабочих температур, стойкость к агрессивным средам, отсутствие хладотекучести). Example 5 Use of the polymer material described in the present invention as a polymer base for membranes (namely, track membranes, composite membranes, electrolysis membranes, proton exchange membranes, etc.). The membranes are made from blanks of a polymeric material obtained by the method described in the present invention in the form of plates, bushings or rods, by dissolving the blank onto a film, or by any other method of manufacturing films from a block product, followed by manufacturing pores by known methods. These membranes have a significantly longer service life due to their physical and chemical properties (wide operating temperature range, resistance to aggressive environments, lack of cold flow).

Пример 6. Применение полимерного материала, полученного по способу, описанном в настоящем изобретении, в качестве уплотнительного, триботехнического, антифрикционного, барьерного материала деталей различных подшипников (а именно, колец, сепаратора и т.д.). Изделия изготавливаются из заготовок полимерного материала, описанного в настоящем изобретении, в форме пластин, втулок или стержней, с последующей обработкой методом точения или любым другим методом обработки, аналогично исходному ПТФЭ. Внедрение данных изделий позволит значительно увеличить эксплуатационные свойства за счет высоких показателей водородной проницаемости и остальных свойств (пористость, износостойкость и т.д.). Example 6. The use of a polymeric material obtained by the method described in the present invention as a sealing, tribotechnical, antifriction, barrier material for parts of various bearings (namely, rings, cage, etc.). Products are made from blanks of the polymeric material described in the present invention, in the form of plates, bushings or rods, followed by turning or any other processing method, similar to the original PTFE. The introduction of these products will significantly increase the operational properties due to high hydrogen permeability and other properties (porosity, wear resistance, etc.).

Для оценки стойкости материала к проницаемости водорода из описанного в настоящем изобретении материала, была изготовлена пленка толщиной 20 микрон. Испытания на проницаемость водорода проводились в герметичной ячейке с разделенными газовыми пространствами Electrochem 25см2. Скорость подачи водорода – 80 мл/мин, скорость подачи воздуха 20100 мл/мин. Испытания в сравнении с пленками из материалов Teflon и Nafilon 211 (Teflon – торговая марка PTFE, Nafion - Перфторированная сульфоновая ионная мембрана на основе PTFE) показали результаты, представленные на фиг. 1, где показана проницаемость пленок полимерного материала, полученного по способу, описанном в настоящем изобретении (PTFE проектный), обычный PTFE, Nafion 211-материал, используемый в водородной энергетике. To evaluate the resistance of the material to hydrogen permeability of the material described in the present invention, a film was made with a thickness of 20 microns. Hydrogen permeability tests were carried out in a sealed cell with separated gas spaces Electrochem 25cm2. The hydrogen supply rate is 80 ml/min, the air supply rate is 20100 ml/min. Tests in comparison with films of Teflon and Nafilon 211 materials (Teflon is a trade name for PTFE, Nafion is a Perfluorinated Sulfonic Ion Membrane based on PTFE) showed the results shown in FIG. 1, which shows the permeability of films of polymer material obtained by the method described in the present invention (PTFE design), conventional PTFE, Nafion 211 is a material used in hydrogen energy.

Проницаемость пленки из полимерного материала, полученного по способу, описанном в настоящем изобретении, составляет (0.9±0.2) 10-9 моль·м-1·с-1·MПa-1. Сравнение полученных значений проницаемости по водороду с аналогичной информацией по другим материалам показало, что заявленный материал является 3-им по стойкости к водороду из исследованных полимерных материалов и находится на уровне PVC unplasticized (поливинилхлорид) (см. Technical Reference on Hydrogen Compatibility of Materials. C. San Marchi, Sandia National Laboratories, Livermore CA). The permeability of the film of polymeric material obtained by the method described in the present invention is (0.9±0.2) 10-9 mol·m-1·s-1·MPa-1. Comparison of the obtained hydrogen permeability values with similar information for other materials showed that the claimed material is the 3rd in terms of resistance to hydrogen from the studied polymeric materials and is at the level of PVC unplasticized (polyvinyl chloride) (see Technical Reference on Hydrogen Compatibility of Materials. C San Marchi, Sandia National Laboratories, Livermore CA).

Методика измерения. Измерение проницаемости водорода через пленки вели в герметичной ячейке с разделенными газовыми пространствами Electrochem 25см2 (см. фиг. 2, на которой представлен внешний вид ячейки, а на фиг. 3 - внутренний вид ячейки). В качестве уплотнителя использовались прокладки из Viton (торговая марка фторкаучука). Measurement technique. Measurement of the hydrogen permeability through the films was carried out in a sealed cell with separated gas spaces Electrochem 25 cm2 (see Fig. 2, which shows the external view of the cell, and Fig. 3 - the internal view of the cell). Viton gaskets (trademark for fluoroelastomer) were used as a sealant.

С одной стороны пленки подавался водород со скоростью 80 мл/мин, а с другой – воздух со скоростью 20-100 мл/мин. Потоки газов задавались регуляторами расхода газа Bronkhorst EL-flow. Концентрацию водорода в потоке воздуха, прошедшего через ячейку, измеряли потенциометрическим сенсором, для повышения точности измерений, ежедневно перед измерениями сенсор калибровали в диапазоне концентраций водорода 10010000 ppm при скорости потока воздушно-водородной смеси 100 мл/мин. Расчет проницаемости вели по формуле: On one side of the film, hydrogen was supplied at a rate of 80 ml/min, and on the other side, air was supplied at a rate of 20–100 ml/min. Gas flows were set by Bronkhorst EL-flow gas flow controllers. The hydrogen concentration in the air flow that passed through the cell was measured with a potentiometric sensor. To improve the measurement accuracy, the sensor was calibrated daily before measurements in the hydrogen concentration range of 10,010,000 ppm at an air–hydrogen mixture flow rate of 100 ml/min. Permeability was calculated using the formula:

,

где l - толщина пленки, S - площадь пленки, F - поток водорода, ∆Р - разница давления водорода. where l is the film thickness, S is the film area, F is the hydrogen flow, ∆Р is the hydrogen pressure difference.

Сравнение свойств. Property comparison.

В таблице 1 представлены известные прочностные свойства некоторых материалов, в сравнении с применяемым материалом. Материал, предложенный в настоящем изобретении, сопоставимо стоек к проницаемости водорода, но значительно превосходит все аналоги по совокупности свойств.Table 1 shows the known strength properties of some materials compared to the material used. The material proposed in the present invention is comparable resistant to hydrogen permeability, but significantly outperforms all analogues in terms of properties.

Таблица 1. Прочностные свойстваTable 1. Strength properties Материалыmaterials Проницаемость G,
(моль*м-1*с1*MПa-1)*109Permeability G,
(mol*m-1*s1*MPa-1)*109 Коэффициент тренияFriction coefficient Температура эксплуатации, ℃Operating temperature, ℃ Стойкость к агрессивным средамResistance to aggressive environments Влагопогло щение, %Moisture absorption, % Поливинилхлорид (ПВХ)
не пластифицированныйPolyvinyl chloride (PVC)
not plasticized 0,58-800.58-80 0,660.66 5 ÷ 605 ÷ 60 Не стоекnot racks 5five Поливинилфторид (ПВФ)Polyvinyl fluoride (PVF) 0,180.18 0,1-10.1-1 (-70) ÷ 120(-70) ÷ 120 Не стоекnot racks 5five Поливинилфторид (ПВФ) - Kynar™Polyvinyl Fluoride (PVF) - Kynar™ 0,180.18 0,05-0,20.05-0.2 (-55) ÷ 175(-55) ÷ 175 Не стоекnot racks 0,030.03 Полимерный материал, полученный заявленным способомPolymeric material obtained by the claimed method (0,9±0,2)(0.9±0.2) 0,180.18 (-269) ÷ 250(-269) ÷ 250 Стоекrack 00

Claims

The use of a polymeric material obtained by thermoradiation treatment of blanks from polytetrafluoroethylene, in which they are treated with high-energy ionizing radiation at a temperature strictly above the melting point of the crystalline phase of the polymer in an oxygen-free environment, to an absorbed dose of 0.5-500 kGy, and in the process of irradiation, the temperature of the polymer is not lowered more than 0.5°C/10 kGy, and after treatment with ionizing radiation, the polymer is subjected to heat treatment for the manufacture of products intended for the generation, transportation, accumulation, separation and storage of hydrogen.