Juntas de vedação, materiais essenciais para a produção de hidrogênio alcalino

A junta de vedação é um dos principais materiais de eletrolisador alcalino. Como principal componente da vedação do eletrolisador, a qualidade de sua vedação determina em grande parte a qualidade do desempenho de vedação e isolamento da câmara do eletrolisador e afeta diretamente a segurança e confiabilidade de todo o sistema de produção de hidrogênio por eletrólise de água alcalina.

1. Função da junta de vedação

(1) Função de vedação

A pressão operacional dos eletrolisadores alcalinos convencionais do tipo pressão geralmente não é superior a 1,6 MPa. O eletrolisador geralmente adota uma estrutura de filtro-prensa. O sistema de vedação é uma vedação de junta plana. A linha de água de vedação é aberta na borda da estrutura da placa e o desempenho do material da junta de vedação modificado é usado para garantir a vedação de todo o eletrolisador. O meio que flui dentro do eletrolisador inclui o eletrólito circulante e o hidrogênio e oxigênio gerados. A função da junta de vedação é evitar que a solução eletrolítica, hidrogênio e oxigênio vazem do eletrolisador nas condições de operação de solução de KOH a 30%, 90°C e 1,6 MPa.

(2) Função de isolamento

Além do desempenho de vedação, a junta de vedação também deve ter desempenho de isolamento para garantir o isolamento entre as duas estruturas polares da câmara de eletrólise e evitar curtos-circuitos dentro da câmara.

2. A estrutura da junta de vedação e sua posição na célula eletrolítica

A junta de vedação tem a forma de um anel. É necessário fazer furos na junta para fornecer espaço para o fluxo do eletrólito dentro da célula eletrolítica. Ao mesmo tempo, os orifícios de posicionamento da junta de vedação precisam ser processados para facilitar a instalação da junta de vedação.

Existe apenas uma junta de vedação na câmara da célula eletrolítica, que é colocada entre a placa e o diafragma na área do ânodo. A borda externa da junta de vedação coincide com a borda externa da estrutura do pólo, e a posição do anel interno e da borda geralmente excede a borda do diafragma em cerca de 10 mm. Portanto, a largura da junta de vedação inclui a largura da junta que se sobrepõe à linha d'água de vedação, a largura do orifício do canal de fluxo na junta e a largura da sobreposição entre a junta e o diafragma.

3. O material da junta de vedação

Como a junta de vedação precisa desempenhar uma função isolante, o desempenho é melhorado principalmente pela modificação do material de vedação isolante. Os fluoroplásticos modificados são um tipo de material de vedação que tem sido estudado de forma mais intensa e profunda na eletrólise de água alcalina. Atualmente, a maioria dos materiais de vedação por eletrólise de água alcalina doméstica são fibra de carbono, dissulfeto de molibdênio, etc. como cargas de reforço preenchidas com politetrafluoroetileno, que são obtidos por moldagem e sinterização. Os materiais de vedação usados atualmente ainda são propensos a fluxo a frio e fluência sob alta temperatura e alta pressão e desligamento intermitente de células eletrolíticas alcalinas, resultando em vazamento de células, o que afeta a vida útil da célula eletrolítica.

Ao examinar o desempenho dos materiais das juntas de vedação, geralmente examinamos três parâmetros principais: dureza Vickers, desempenho de recuperação de compressão e desempenho de relaxamento de fluência.

Dureza Vickers: A dureza é um dos indicadores abrangentes de desempenho composto por uma série de propriedades mecânicas, como elasticidade, plasticidade e tenacidade dos materiais de vedação. Ele pode medir a capacidade da superfície do material de vedação de resistir à pressão mecânica e também pode caracterizar o grau de ligação entre o enchimento de reforço e o corpo de politetrafluoroetileno até certo ponto. A dureza do material de vedação pode aumentar a capacidade da superfície do material de resistir à pressão mecânica até certo ponto e é um meio eficaz de aumentar a resistência à compressão do material.

Resiliência à compressão: A resiliência à compressão reflete a deformação elástica ou plástica do material de vedação, preenche os defeitos na superfície de vedação e realiza compensação elástica para manter a capacidade de vedação. É um indicador importante para medir o desempenho do material de vedação.

Desempenho de relaxamento de fluência: O desempenho de relaxamento de fluência é uma das propriedades mais importantes para caracterizar o material de vedação, refletindo a capacidade do material da gaxeta de resistir ao relaxamento de tensão e à deformação. Para juntas de vedação de PTFE modificadas, o relaxamento de fluência é a principal razão para vazamento no sistema de flange de parafuso durante a vida útil e desempenha um papel decisivo na capacidade de vedação da superfície da junta e na vida útil da junta. Geralmente, quanto menor a taxa de relaxamento de fluência, maior será a carga de compressão residual e melhor será o desempenho da vedação a longo prazo.

4. Processo de fabricação da junta de vedação

Atualmente, o processo de fabricação de juntas de vedação é geralmente baseado em fibra de carbono, sulfeto de polifenileno (PPS) e dissulfeto de molibdênio (MoS2) como cargas de reforço, e é fabricado pelo processo de sinterização por compressão de molde.

O politetrafluoroetileno (PTFE) pré-tratado e a carga misturada são pesados de acordo com a proporção, despejados em um misturador de alta velocidade com água de resfriamento para misturar e, em seguida, a mistura é colocada em um molde e moldada por uma prensa de comprimidos. Após a desmoldagem, obtém-se uma amostra pré-formada com 3 mm de espessura. A amostra pré-formada é sinterizada e resfriada em um forno de resistência tipo caixa de acordo com um determinado procedimento para obter uma junta de vedação acabada.