Afdichtingspakkingen, belangrijke materialen voor de productie van alkalische waterstof

Afdichtingspakking is een van de belangrijkste materialen van alkalische elektrolyseur. Als hoofdcomponent van de elektrolyzerafdichting bepaalt de kwaliteit van de afdichting grotendeels de kwaliteit van de afdichtings- en isolatieprestaties van de elektrolysekamer en heeft deze rechtstreeks invloed op de veiligheid en betrouwbaarheid van het gehele waterstofproductiesysteem voor alkalische waterelektrolyse.

1. Functie van afdichtingspakking

(1) Afdichtingsfunctie

De werkdruk van conventionele alkalische elektrolysers van het druktype bedraagt doorgaans niet meer dan 1,6 MPa. De elektrolyseur heeft over het algemeen een filterpersstructuur. Het afdichtingssysteem is een vlakke pakking. De afdichtingswaterleiding wordt geopend aan de rand van het plaatframe en de prestaties van het gemodificeerde afdichtingspakkingmateriaal worden gebruikt om de afdichting van de gehele elektrolyseur te garanderen. Het stromende medium in de elektrolyseur omvat de circulerende elektrolyt en de gegenereerde waterstof en zuurstof. De functie van de afdichtingspakking is om te voorkomen dat de elektrolytoplossing, waterstof en zuurstof uit de elektrolyseur lekken onder de bedrijfsomstandigheden van 30% KOH-oplossing, 90°C en 1,6 MPa.

(2) Isolatiefunctie

Naast afdichtingsprestaties moet de afdichtingspakking ook isolatieprestaties hebben om de isolatie tussen de twee poolframes van de elektrolysekamer te garanderen en kortsluitingen in de kamer te voorkomen.

2. De structuur van de afdichtingspakking en zijn positie in de elektrolytische cel

De afdichtingspakking heeft de vorm van een ring. Er moeten gaten in de pakking worden geboord om ruimte te bieden voor de elektrolytstroom in de elektrolytische cel. Tegelijkertijd moeten de positioneringsgaten van de afdichtingspakking worden bewerkt om de installatie van de afdichtingspakking te vergemakkelijken.

Er is slechts één afdichting in een elektrolytische celkamer, die tussen de plaat en het membraan in het anodegebied wordt geplaatst. De buitenrand van de afdichtingspakking valt samen met de buitenrand van het paalframe, en de positie van de binnenring en de rand overschrijdt doorgaans de rand van het diafragma met ongeveer 10 mm. Daarom omvat de breedte van de afdichtingspakking de breedte van de pakking die overlapt met de afdichtingswaterlijn, de breedte van het stromingskanaalgat op de pakking en de breedte van de overlap tussen de pakking en het membraan.

3. Het materiaal van de afdichtingspakking

Omdat de afdichtingspakking een isolerende rol moet spelen, worden de prestaties voornamelijk verbeterd door het aanpassen van het isolerende afdichtingsmateriaal. Gemodificeerde fluorkunststoffen zijn een soort afdichtingsmateriaal dat intensiever en diepgaander is onderzocht bij alkalische waterelektrolyse. Momenteel zijn de meeste afdichtingsmaterialen voor huishoudelijke alkalische waterelektrolyse koolstofvezels, molybdeendisulfide, enz. als versterkende vulstoffen gevuld met polytetrafluorethyleen, die worden verkregen door gieten en sinteren. De afdichtingsmaterialen die momenteel worden gebruikt, zijn nog steeds gevoelig voor koude vloei en kruip onder hoge temperatuur en hoge druk en het periodiek uitschakelen van alkalische elektrolytische cellen, wat resulteert in cellekkage, wat de levensduur van de elektrolytische cel beïnvloedt.

Bij het onderzoeken van de prestaties van materialen voor afdichtingspakkingen onderzoeken we doorgaans drie hoofdparameters: Vickers-hardheid, compressie-rebound-prestaties en kruip-relaxatie-prestaties.

Vickers-hardheid: Hardheid is een van de uitgebreide prestatie-indicatoren die bestaat uit een reeks mechanische eigenschappen zoals elasticiteit, plasticiteit en taaiheid van afdichtingsmaterialen. Het kan het vermogen van het oppervlak van het afdichtingsmateriaal om mechanische druk te weerstaan meten, en kan tot op zekere hoogte ook de mate van binding tussen het versterkende vulmiddel en het polytetrafluorethyleenlichaam karakteriseren. De hardheid van het afdichtingsmateriaal kan het vermogen van het materiaaloppervlak om mechanische druk te weerstaan tot op zekere hoogte vergroten, en is een effectief middel om de druksterkte van het materiaal te vergroten.

Compressieveerkracht: Compressieveerkracht weerspiegelt de elastische of plastische vervorming van het afdichtingsmateriaal, vult de defecten op het afdichtingsoppervlak en voert elastische compensatie uit om het afdichtingsvermogen te behouden. Het is een belangrijke indicator om de prestaties van het afdichtingsmateriaal te meten.

Kruiprelaxatieprestaties: Kruiprelaxatieprestaties zijn een van de belangrijkste eigenschappen om het afdichtingsmateriaal te karakteriseren, en weerspiegelen het vermogen van het pakkingmateriaal om spanningsrelaxatie en vervorming te weerstaan. Bij gemodificeerde PTFE-afdichtingspakkingen is kruiprelaxatie de belangrijkste reden voor lekkage in het boutflenssysteem tijdens de levensduur, en speelt het een beslissende rol in het afdichtingsvermogen van het verbindingsoppervlak en de levensduur van de pakking. In het algemeen geldt: hoe kleiner de kruiprelaxatiesnelheid, hoe groter de resterende compressiebelasting en hoe beter de afdichtingsprestaties op lange termijn.

4. Productieproces van afdichtingspakkingen

Momenteel is het productieproces van afdichtingspakkingen over het algemeen gebaseerd op koolstofvezel, polyfenyleensulfide (PPS) en molybdeendisulfide (MoS2) als versterkende vulstoffen, en wordt vervaardigd door middel van een sinterproces door middel van matrijscompressie.

Het voorbehandelde polytetrafluorethyleen (PTFE) en de gemengde vulstof worden afgewogen volgens de verhouding, in een hogesnelheidsmixer met koelwater gegoten om te mengen, en vervolgens wordt het mengsel in een mal geplaatst en gevormd door een tabletpers. Na het ontvormen wordt een voorgevormd monster met een dikte van 3 mm verkregen. Het voorgevormde monster wordt gesinterd en gekoeld in een weerstandsoven van het doostype volgens een bepaalde procedure om een afgewerkte afdichtingspakking te verkrijgen.