Deel nu!
Auteurs: Peter Schäfer en Lorena Casasola | Oktober 2026 | Artikel
De belangrijkste feiten in één oogopslag
- Waterstof heeft een lage oplosbaarheid in elastomeren, maar diffundeert er snel doorheen: Permeatie, die zowel door oplosbaarheid als diffusie wordt bepaald, hangt af van de polymeerfamilie en de specifieke compound, waarbij zelfs binnen dezelfde polymeerfamilie aanzienlijke verschillen bestaan. Lektests tonen aan dat permeatie door het materiaal de belangrijkste oorzaak van gasverlies is.
- Geschikte elastomeren vertonen een goede bestendigheid: Verouderingstests met 100 procent waterstof bij verschillende temperaturen laten gedurende de geteste perioden overwegend slechts geringe veranderingen in de materiaaleigenschappen van de onderzochte materialen zien.
- Nieuwe tests breiden de gegevensbasis uit: Permeatietests volgens ISO 15105-1, overeenkomstig het testprogramma van de Duitse Technische en Wetenschappelijke Vereniging voor Gas en Water (DVGW), leveren aanvullende gegevens op over FKM-, HNBR-, NBR- en EPDM-materialen met een hardheid van 70 tot 75 Shore A. Naast eerdere tests bij hoge drukken en temperaturen zijn de tests nu uitgevoerd bij 23 graden Celsius en 1 bar in 100 procent waterstof.
Bij de selectie van afdichtingsmaterialen voor waterstof zijn theoretische materiaalgegevens alleen niet voldoende. Van belang is hoe een specifiek materiaal zich onder vastgelegde praktijkomstandigheden in contact met waterstof gedraagt. Empirische testgegevens vormen de basis voor gevalideerde elastomeerafdichtingen voor waterstof.
Angst+Pfister breidt deze gegevensbasis voortdurend uit met tests onder praktijkomstandigheden in waterstoftoepassingen. Dankzij de resultaten kunnen materialen gerichter voor de betreffende bedrijfsomstandigheden worden geselecteerd en kunnen afdichtingsoplossingen dienovereenkomstig worden ontworpen.
De uitdaging: snelle waterstofdiffusie en hoge drukken
Door zijn zeer kleine moleculen beweegt moleculaire waterstof zich snel door elastomeren. De oplosbaarheid in het materiaal is laag: het gas blijft nauwelijks in het elastomeer aanwezig, maar diffundeert er snel doorheen. De mate waarin waterstof door een afdichtingsmateriaal permeëert, hangt af van het polymeer, de specifieke materiaalsamenstelling, de temperatuur en de druk.
De eisen aan afdichtingssystemen zijn dan ook hoog. Waterstof vormt ontvlambare mengsels met lucht bij concentraties van ongeveer 4 tot 75 volumeprocent. Met een ontstekingsenergie van circa 0,02 millijoule kan zelfs een kleine vonk voldoende energie leveren voor ontsteking. Tegelijkertijd kunnen de bedrijfsomstandigheden extreem zijn: waterstoftoepassingen omvatten temperaturen van ongeveer –240 tot +200 graden Celsius en drukken tot 1000 bar.
Hoge drukken brengen nog een risico met zich mee: bij snelle gasdecompressie (RGD) kan gas dat in het elastomeer is opgelost tijdens de drukverlaging snel uitzetten, waardoor blazen, scheuren of holtes in het materiaal ontstaan. Naast een lage permeatie moeten afdichtingssystemen daarom ook zijn afgestemd op de betreffende bedrijfsomstandigheden.
De oplossing: empirische tests leveren betrouwbare gegevens
Angst+Pfister test elastomeren onder vastgelegde omstandigheden in waterstof. Permeatie- en lektests met materialen met een hardheid van 90 Shore A zijn bijvoorbeeld uitgevoerd bij 100 graden Celsius en 150 bar in 100 procent waterstof. Tests op snelle gasdecompressie en verouderingstests met een duur tot 28 dagen leveren aanvullende gegevens voor de materiaalkeuze.
Voor zachtere materialen met een hardheid van 70 tot 75 Shore A breiden permeatietests volgens ISO 15105-1, overeenkomstig het testprogramma van de Duitse technisch-wetenschappelijke vereniging voor gas en water (DVGW), de gegevensbasis uit voor toepassingen bij gematigde drukken. Ook deze tests worden uitgevoerd met 100 procent waterstof.
Voor hogedrukafdichtingen vormt eindige-elementenanalyse (FEA) een aanvulling op de empirische tests. Angst+Pfister gebruikt deze methode om het gedrag van afdichtingssystemen onder de betreffende bedrijfsomstandigheden te simuleren. Hiermee kunnen bijvoorbeeld de spanningsverdeling en de afdichtingskracht worden geanalyseerd en de afdichtingsgeometrie, het materiaal en de ondersteuningselementen op elkaar worden afgestemd.
Resultaten en bewijs van prestaties
Permeabiliteit van elastomeren voor waterstof
| Compound | Hardheid (Shore A) | Permeabiliteit* |
|---|---|---|
| FKM HITEC | 75 | 164 |
| HNBR | 70 | 360 |
| PERTEC® CIP FKM | 75 | 489 |
| HNBR | 70 | 582 |
| NBR | 70 | 638 |
| EPDM DW | 70 | 1'049 |
* Eenheid van permeabiliteit (cm³ × mm) / (m² × 24 h × bar)
Testmethode ISO 15105-1 overeenkomstig DVGW CERT ZP 5101:2021
Testomstandigheden 23 °C, 1 bar, 100% H₂
Proefstukken platen van 2 mm dik
Veroudering in 100% waterstof – Verandering in de belangrijkste materiaaleigenschappen na 28 dagen
Recentere verouderingstests in 100 procent waterstof leveren aanvullende bevindingen op. Voor vijf onderzochte compounds met een hardheid rond 90 Shore A werden veranderingen in hardheid, volume, modulus, treksterkte en rek bij breuk na maximaal 28 dagen geëvalueerd. Bij 136 en 151 graden Celsius werden geen significante effecten waargenomen. Bij 151 graden Celsius vertoonde één HNBR-compound iets grotere veranderingen in de mechanische eigenschappen, zoals verwacht omdat deze temperatuur aan de bovengrens van de bedrijfstemperatuur voor deze polymeerfamilie ligt.
Overwegend geen significante veranderingen; grotere veranderingen in afzonderlijke trekproefwaarden voor HNBR 90 Shore A-2.
Materialen voor waterstofafdichtingssystemen
Bij de materiaalkeuze maakt Angst+Pfister gebruik van gevalideerde materialen of test deze voor de specifieke toepassing. Waterstof is het centrale criterium. Ook de bedrijfsomstandigheden, zoals temperatuur, druk en afdichtingsontwerp, zijn doorslaggevend. In elektrolysers komen afdichtingen bijvoorbeeld ook in contact met zuurstof of andere media.
Voor gasvormige waterstof zijn geteste elastomeren beschikbaar uit onder andere de polymeerfamilies FKM, HNBR en EPDM. De aggregatietoestand maakt een aanzienlijk verschil: bij vloeibare waterstof bereiken de temperaturen ongeveer -250 graden Celsius. Voor deze toepassingen worden PTFE-compounds gebruikt. Deze vereisen speciale afdichtingsconcepten die rekening houden met hun specifieke mechanische eigenschappen en het brede temperatuurbereik.
| Materiaal | Temperatuurbereik | Drukbereik |
|---|---|---|
| FKM | -25 tot +200 °C Speciale compounds tot -60 °C |
30 MPa met steunring tot 95 MPa |
| HNBR | -50 tot +165 °C | 30 MPa met steunring tot 95 MPa |
| EPDM | -50 tot +150 °C Speciale compounds tot -60 °C |
30 MPa met steunring tot 95 MPa |
| NBR | -50 tot +110 °C | 30 MPa met steunring tot 95 MPa |
| TPU | -55 tot +100 °C Speciale compounds tot +125 °C |
50 MPa met steunring tot 70 MPa |
| Gemodificeerd PTFE bijv. Kelfoy 121 |
-200 tot +260 °C | 50 MPa met steunring tot 100 MPa |
| PEEK | -65 tot +240 °C | 100 MPa |
Praktijkvoorbeelden: van hogedrukopslag tot verbindingssystemen
Praktijkvoorbeelden van Angst+Pfister laten zien hoe materiaalkennis en technische expertise worden omgezet in concrete oplossingen.
Ventielen en drukontlastingsventielen voor waterstofopslagsystemen
Angst+Pfister heeft ruime ervaring met afdichtingsoplossingen voor hogedrukventielen in waterstofopslagsystemen. Hieronder vallen combinatieventielen en thermisch geactiveerde drukontlastingsventielen voor opslagsystemen van 700 bar. Afhankelijk van de functie en belasting worden verschillende afdichtingsconcepten toegepast: voor statische toepassingen bijvoorbeeld elastomeren zoals HNBR, FKM, EPDM of NBR; voor dynamische toepassingen onder andere versterkte en veerbekrachtigde PTFE-afdichtingen. De gedocumenteerde toepassingen omvatten drukken van 700 tot 900 bar en temperaturen van –40 tot +120 graden Celsius.
Combinatieventielen en thermisch geactiveerde drukontlastingsventielen worden toegepast in waterstofopslagsystemen van 700 bar.
Het afdichtingsconcept is afhankelijk van de functie en de belasting. Voor statische posities kunnen geselecteerde elastomeren worden gebruikt; voor dynamische posities kunnen versterkte of veerbekrachtigde PTFE-afdichtingen worden toegepast.
.png)
.png)
.png)
Leiding- en verbindingssystemen
Leiding- en verbindingssystemen: Angst+Pfister biedt diverse oplossingen voor leidingfittingen, flenzen en snelkoppelingen. Het bereik loopt van atmosferische druk tot 900 bar en tot een cryogene temperatuur van –250 graden Celsius. Voor leidingfittingen en snelkoppelingen worden onder meer elastomeren en TPU toegepast, terwijl gemodificeerd PTFE wordt gebruikt voor vlakke pakkingen bij cryogene waterstof. Steunringen kunnen van PTFE of PEEK worden vervaardigd.
- Leidingverbindingen met schroefdraad
- Flenzen
- Snelkoppelingen
atm · 350 · 700 · 900 bar
-250 °C (LH₂) tot +120 °C
Leidingverbindingen met schroefdraad en snelkoppelingen:
HNBR, FKM, EPDM, NBR, TPU
Vlakke pakkingen voor cryogene toepassingen (LH₂):
Gemodificeerd PTFE
Steunringen:
PTFE of PEEK
.png)
.png)
.png)
MUPU®-afdichting* voor waterstofopslag onder hoge druk
Voor bijzonder veeleisende opslagtoepassingen heeft Angst+Pfister de Mupu®-afdichtingsoplossing ontwikkeld, bestaande uit de speciale PTFE-compound Kefloy® 121, een PEEK-veerelement en een hoeksteunring tegen extrusie. Het ontwerp maakt geen gebruik van metalen of elastomere afdichtingselementen: hierdoor worden waterstofbrosheid van metalen afdichtingselementen en snelle gasdecompressie in elastomeren uitgesloten. Tijdens tests met water doorstond de oplossing 100’000 drukcycli van 30 naar 1000 en terug naar 30 bar. Daarna volgden tijdens de waterstoftest 60’000 cycli van meer dan 950 naar 500 en terug naar meer dan 950 bar.
*Mupu® is een merknaam van OL Seals A/S – lid van de Angst+Pfister Groep
Sealing solution for demanding hydrogen storage applications.
Pressure: 1,000 bar
Temperature: -15 °C to +50 °C
- Kefloy® 121 = modified PTFE of O.L.-Seals A/S (Member of the Angst+Pfister Group)
- PEEK spring element
- Corner support ring against extrusion
- No metallic sealing elements
- No elastomeric sealing elements
- No elastomeric sealing components
Water:
100,000 cycles
30 → 1,000 → 30 bar
Hydrogen:
60,000 cycles
>950 → 500 → >950 bar
Conclusie
Niet alleen het materiaal is doorslaggevend, maar ook de wisselwerking met het afdichtingsontwerp en de bedrijfsomstandigheden. De materiaalkeuze voor waterstoftoepassingen moet gebaseerd zijn op betrouwbare testgegevens. De onderzoeken van Angst+Pfister bieden hiervoor een groeiende gegevensbasis, verkregen onder vastgelegde omstandigheden in waterstof.
Recentere verouderingstests in 100 procent waterstof laten geringe veranderingen zien in de materiaaleigenschappen van de onderzochte materialen. Nieuwe DVGW-permeatietests met zachtere elastomeren met een hardheid van 70 tot 75 Shore A breiden de gegevensbasis uit en bevestigen dat permeatie niet alleen wordt beïnvloed door het polymeertype, maar ook door de specifieke materiaalsamenstelling.
Voor Angst+Pfister vormt dit de basis voor het selecteren van geschikte bestaande materialen en het ontwikkelen van toepassingsspecifieke afdichtingsoplossingen in samenwerking met klanten.
Veelgestelde vragen
Hoe verschilt waterstofpermeatie in elastomere afdichtingen fundamenteel van andere gaslekkage?
Waterstofpermeatie in elastomere afdichtingen wordt primair bepaald door snelle diffusie. Vanwege zijn kleine moleculaire grootte beweegt waterstof zich gemakkelijk door het vrije volume tussen de polymeerketens in de rubbermatrix. In plaats van zich op te hopen in het elastomeer, diffundeert waterstof (H₂) door het afdichtingslichaam met aanzienlijk hogere snelheden dan grotere moleculen zoals stikstof of methaan. Om permeatie tot een minimum te beperken, zijn compounds met een hoge vernettingsdichtheid, speciale vulstoffen en strakke moleculaire structuren vereist om gastransport onder dynamische en statische drukken te remmen.
Kunnen 70-ShA-elastomeren veilig worden gebruikt in waterstoftoepassingen, of zijn 90-ShA-compounds verplicht?
Hoewel 90-ShA-compounds (Shore A) traditioneel worden voorgeschreven voor extreme hogedruktoepassingen (700–1000 bar) om een hoge extrusieweerstand te garanderen, bevestigen recentere empirische DVGW-permeatietesten dat speciaal geformuleerde 70-ShA-elastomeren een hoog niveau van operationele veiligheid bieden in waterstofsystemen met een lage tot matige druk. Zachtere 70-ShA-afdichtingen bieden een uitstekende vervormbaarheid, lagere vereiste contactkrachten in de inbouwruimte en een verbeterde afdichting op onregelmatige afdichtingsoppervlakken. Na validatie via genormeerde DVGW-permeatietesten vertonen deze zachtere compounds stabiele permeatiesnelheden en een uitstekend elastisch herstel zonder de systeemintegriteit in gevaar te brengen.
Waarom zijn verouderingstesten in 100% waterstof noodzakelijk als er al theoretische materiaalegevens beschikbaar zijn?
Theoretische materiaalegevens en standaard warmteverouderingstesten in lucht of stikstof houden geen rekening met de unieke chemische en fysische wisselwerking tussen pure waterstof en elastomeermatrices onder druk en temperatuur. Langdurige verouderingstesten in een autoclaaf in een atmosfeer van 100% H₂ onderzoeken hoe langdurig contact met waterstof de materiaaleigenschappen zoals hardheid, volume, modulus, treksterkte en breukrek beïnvloedt. Empirische blootstellingstesten laten zien hoe materiaaleigenschappen veranderen over langere perioden onder gedefinieerde waterstofomstandigheden, waardoor ingenieurs worden voorzien van gevalideerde gegevens in plaats van puur theoretische aannames.
Hoe pakken PTFE-afdichtingen zoals Mupu®Seal de risico's van hogedrukwaterstoflekkage en snelle gasdecompressie aan?
Mupu®Seal is ontwikkeld voor veeleisende hogedruktoepassingen en combineert de speciale PTFE-compound Kefloy® 121, een PEEK-veerelement en een hoeksteunring tegen extrusie. Het ontwerp maakt geen gebruik van metalen of elastomere afdichtingselementen. Dit elimineert waterstofbrosheid van metalen afdichtingselementen en snelle gasdecompressie van elastomeren. Met water voltooide de oplossing 100.000 drukcycli van 30 tot 1000 en terug naar 30 bar. In de waterstoftest werd dit gevolgd door 60.000 cycli van meer dan 950 tot 500 en terug naar meer dan 950 bar.
Hoe kan de materiaalvalidatie voor waterstofafdichtingen worden overgedragen naar CO₂- en CCUS-toepassingen?
Waterstof (H₂) en koolstofdioxide (CO₂) stellen afdichtingssystemen voor verschillende uitdagingen. Waterstof wordt gekenmerkt door hoge diffusie- en permeatiesnelheden, terwijl CO₂, in tegenstelling tot H₂, in het polymeer oplost. Dit veroorzaakt zwelling en maakt bestendigheid tegen snelle gasdecompressie (RGD) bijzonder belangrijk. Ervaring met materialen, testmethoden en afdichtingsontwerp uit waterstoftoepassingen kan daarom worden gebruikt om oplossingen voor CO₂ en CCUS te ontwikkelen. De geschiktheid van een materiaal moet echter ook voor het betreffende medium en de specifieke bedrijfsomstandigheden worden getest.
Gerelateerde artikelen en downloads
.2026-10-05-12-31-34.png)
.2026-10-05-12-31-34.png)
Over de auteurs
Peter Schäfer is Senior Engineering Leader en Lorena Casasola materiaalingenieur bij Angst+Pfister. Zij richten zich op de ontwikkeling en validatie van afdichtingsoplossingen en materialen voor veeleisende toepassingen, met name op het gebied van waterstof.
Wij zorgen dat het werkt
Neem gewoon contact met ons op en we nemen snel contact met u op!
Blijf op de hoogte!
Meld u vandaag nog aan voor onze nieuwsbrief en ontvang onze nieuwste updates over producten en de laatste trends in de branche!