Şimdi paylaş!
Yazarlar: Peter Schäfer ve Lorena Casasola | Ekim 2026 | Makale
Öne çıkan bilgiler
- Hidrojenin elastomerlerdeki çözünürlüğü düşüktür, ancak elastomerlerin içinden hızla difüze olur: Hem çözünürlük hem de difüzyon tarafından belirlenen permeasyon, polimer ailesine ve kullanılan özel bileşiğe bağlıdır; aynı polimer ailesi içinde bile önemli farklılıklar görülür. Sızdırmazlık testleri, gaz kaybının temel nedeninin malzeme içerisindeki permeasyon olduğunu göstermektedir.
- Uygun elastomerler iyi direnç gösterir: Farklı sıcaklıklarda yüzde 100 hidrojen kullanılarak gerçekleştirilen yaşlandırma testleri, incelenen malzemelerin özelliklerinde test süreleri boyunca çoğunlukla yalnızca küçük değişiklikler meydana geldiğini göstermektedir.
- Yeni testler veri tabanını genişletmektedir: ISO 15105-1 standardına göre ve Alman Gaz ve Su Teknik ve Bilimsel Birliği’nin (DVGW) test programına uygun olarak gerçekleştirilen permeasyon testleri, 70 ila 75 Shore A sertliğindeki FKM, HNBR, NBR ve EPDM malzemeler hakkında ek veriler sağlamaktadır. Yüksek basınç ve sıcaklıklarda gerçekleştirilen önceki testlere ek olarak, yeni testler yüzde 100 hidrojen ortamında 23 santigrat derece ve 1 bar koşullarında gerçekleştirilmiştir.
Hidrojen için sızdırmazlık malzemeleri seçilirken yalnızca teorik malzeme verileri yeterli değildir. Önemli olan, belirli bir malzemenin tanımlanmış koşullar altında gerçek hidrojenle temas ettiğinde nasıl davrandığıdır. Deneysel test verileri, hidrojen için doğrulanmış elastomer sızdırmazlık elemanlarının temelini oluşturur.
Angst+Pfister, hidrojen uygulamalarında gerçek çalışma koşulları altında gerçekleştirdiği testlerle bu veri temelini sürekli genişletmektedir. Sonuçlar, ilgili çalışma koşullarına daha uygun malzemelerin seçilmesini ve sızdırmazlık çözümlerinin buna göre tasarlanmasını mümkün kılar.
Zorluk: Hızlı Hidrojen Difüzyonu ve Yüksek Basınçlar
Moleküllerinin çok küçük olması nedeniyle moleküler hidrojen, elastomerlerin içinden hızla geçer. Malzemedeki çözünürlüğü düşüktür: Gaz, elastomer içinde neredeyse hiç kalmaz; bunun yerine hızla difüze olarak malzemenin içinden geçer. Hidrojenin bir sızdırmazlık malzemesinden ne ölçüde geçtiği, polimere, özel malzeme formülasyonuna, sıcaklığa ve basınca bağlıdır.
Buna bağlı olarak sızdırmazlık sistemlerinden beklenen gereksinimler de yüksektir. Hidrojen, havayla hacimce yaklaşık yüzde 4 ila 75 konsantrasyonlarda tutuşabilir karışımlar oluşturur. Yaklaşık 0,02 milijullük tutuşma enerjisi nedeniyle küçük bir kıvılcım bile tutuşma için yeterli enerjiyi sağlayabilir. Aynı zamanda çalışma koşulları son derece zorlu olabilir: Hidrojen uygulamaları, yaklaşık –240 ila +200 santigrat derece sıcaklıkları ve 1000 bar’a kadar basınçları kapsar.
Yüksek basınçlar başka bir risk daha oluşturur: Hızlı Gaz Dekompresyonu (RGD) sırasında elastomerde çözünmüş gaz, basınç düşürülürken hızla genleşerek malzemede kabarcıklara, çatlaklara veya boşluklara neden olabilir. Bu nedenle sızdırmazlık sistemleri, düşük permeasyon sağlamanın yanı sıra ilgili çalışma koşullarına uygun olarak tasarlanmalıdır.
Çözüm: Deneysel Testler Güvenilir Veriler Sağlar
Angst+Pfister, elastomerleri tanımlanmış koşullar altında hidrojen ortamında test eder. Örneğin, 90 Shore A sertliğindeki malzemelerle yapılan permeasyon ve sızdırmazlık testleri, 100 santigrat derece ve 150 bar basınçta, yüzde 100 hidrojen ortamında gerçekleştirilmiştir. Hızlı gaz dekompresyonu testleri ve 28 güne kadar süren yaşlanma testleri, malzeme seçimi için ek veriler sağlar.
70 ila 75 Shore A sertliğindeki daha yumuşak malzemeler için Alman Gaz ve Su Teknik ve Bilimsel Birliği’nin (DVGW) test programına uygun olarak ISO 15105-1 standardına göre gerçekleştirilen permeasyon testleri, orta basınçlı uygulamalara yönelik veri temelini genişletmektedir. Bu testler de yüzde 100 hidrojen ortamında gerçekleştirilmektedir.
Yüksek basınçlı sızdırmazlık elemanlarında Sonlu Elemanlar Analizi (FEA), deneysel testleri tamamlar. Angst+Pfister, sızdırmazlık sistemlerinin ilgili çalışma koşulları altındaki davranışını simüle etmek için bu yöntemi kullanır. Bu sayede örneğin gerilme dağılımı ve sızdırmazlık kuvveti analiz edilebilir; sızdırmazlık elemanının geometrisi, malzemesi ve destek elemanları birbiriyle uyumlu hâle getirilebilir.
Sonuçlar ve Performans Kanıtı
Elastomerlerin Hidrojen Geçirgenliği
| Karışım | Sertlik (Shore A) | Geçirgenlik* |
|---|---|---|
| FKM HITEC | 75 | 164 |
| HNBR | 70 | 360 |
| PERTEC® CIP FKM | 75 | 489 |
| HNBR | 70 | 582 |
| NBR | 70 | 638 |
| EPDM DW | 70 | 1'049 |
* Geçirgenlik birimi (cm³ × mm) / (m² × 24 h × bar)
Test yöntemi DVGW CERT ZP 5101:2021’e uygun olarak ISO 15105-1
Test koşulları 23 °C, 1 bar, %100 H₂
Test numuneleri 2 mm kalınlığında levhalar
%100 Hidrojen Ortamında Yaşlanma – 28 Gün Sonra Temel Malzeme Özelliklerindeki Değişim
Yüzde 100 hidrojen ortamında gerçekleştirilen daha yeni yaşlanma testleri ek bulgular sağlamaktadır. Yaklaşık 90 Shore A sertlik aralığında incelenen beş karışım için, 28 güne kadar süren testlerin ardından sertlik, hacim, modül, çekme dayanımı ve kopma uzamasındaki değişimler değerlendirilmiştir. 136 ve 151 santigrat derecede önemli bir etki gözlenmemiştir. 151 santigrat derecede bir HNBR karışımı, mekanik özelliklerinde biraz daha büyük değişimler göstermiştir. Bu sıcaklık, söz konusu polimer ailesinin üst çalışma sıcaklığı sınırında olduğundan bu sonuç beklenmiştir.
Çoğunlukla önemli bir değişim yoktur; HNBR 90 Shore A-2 için bazı çekme testi değerlerinde daha belirgin değişimler görülmüştür.
Hidrojen Sızdırmazlık Sistemleri İçin Malzemeler
Malzeme seçiminde Angst+Pfister, doğrulanmış malzemeleri kullanır veya malzemeleri ilgili uygulamaya özel olarak test eder. Hidrojen temel kriterdir. Sıcaklık, basınç ve sızdırmazlık elemanının tasarımı gibi çalışma koşulları da belirleyicidir. Örneğin elektrolizörlerde sızdırmazlık elemanları oksijen veya diğer akışkanlarla da temas eder.
Gaz hâlindeki hidrojen için FKM, HNBR ve EPDM gibi polimer ailelerinden test edilmiş elastomerler mevcuttur. Fiziksel hâl önemli bir fark yaratır: Sıvı hidrojende sıcaklıklar yaklaşık -250 santigrat dereceye ulaşır. Bu uygulamalarda PTFE karışımları kullanılır ve bu malzemelerin kendine özgü mekanik özelliklerini ve geniş sıcaklık aralığını dikkate alan özel sızdırmazlık tasarımları gerekir.
| Malzeme | Sıcaklık aralığı | Basınç aralığı |
|---|---|---|
| FKM | -25 ila +200 °C Özel karışımlarla -60 °C’ye kadar |
30 MPa destek halkası ile 95 MPa’ya kadar |
| HNBR | -50 ila +165 °C | 30 MPa destek halkası ile 95 MPa’ya kadar |
| EPDM | -50 ila +150 °C Özel karışımlarla -60 °C’ye kadar |
30 MPa destek halkası ile 95 MPa’ya kadar |
| NBR | -50 ila +110 °C | 30 MPa destek halkası ile 95 MPa’ya kadar |
| TPU | -55 ila +100 °C Özel karışımlarla +125 °C’ye kadar |
50 MPa destek halkası ile 70 MPa’ya kadar |
| Modifiye PTFE ör. Kelfoy 121 |
-200 ila +260 °C | 50 MPa destek halkası ile 100 MPa’ya kadar |
| PEEK | -65 ila +240 °C | 100 MPa |
Uygulama Örnekleri: Yüksek Basınçlı Depolamadan Bağlantı Sistemlerine
Angst+Pfister’ın gerçek uygulama örnekleri, malzeme ve mühendislik uzmanlığının somut çözümlere nasıl dönüştürüldüğünü göstermektedir.
Hidrojen Depolama Sistemleri için Vanalar ve Basınç Tahliye Vanaları
Angst+Pfister, hidrojen depolama sistemlerindeki yüksek basınçlı vanalara yönelik sızdırmazlık çözümleri konusunda geniş bir deneyime sahiptir. Bunlar arasında 700 bar depolama sistemleri için kombinasyon vanaları ve termal olarak etkinleştirilen basınç tahliye vanaları yer almaktadır. Fonksiyona ve yüke bağlı olarak farklı sızdırmazlık konseptleri kullanılmaktadır: Örneğin statik uygulamalar için HNBR, FKM, EPDM veya NBR gibi elastomerler; dinamik uygulamalar için ise güçlendirilmiş ve yay enerjili PTFE contalar gibi çözümler tercih edilmektedir. Belgelendirilmiş uygulamalar, 700 ila 900 bar arasındaki basınçları ve –40 ila +120 santigrat derece arasındaki sıcaklıkları kapsamaktadır.
Kombinasyon valfleri ve termal olarak etkinleştirilen basınç tahliye valfleri, 700 bar basınçlı hidrojen depolama sistemlerinde kullanılmaktadır.
Sızdırmazlık konsepti, işleve ve yüke bağlıdır. Statik konumlarda seçilmiş elastomerler; dinamik konumlarda ise güçlendirilmiş veya yay enerjili PTFE contalar kullanılabilir.
.png)
.png)
.png)
Boru ve Bağlantı Sistemleri
Boru ve bağlantı sistemleri: Angst+Pfister; boru bağlantı parçaları, flanşlar ve hızlı bağlantı elemanları için çeşitli çözümler sunmaktadır. Uygulama aralığı atmosfer basıncından 900 bara ve –250 santigrat derecelik kriyojenik sıcaklığa kadar uzanmaktadır. Boru bağlantı parçaları ve hızlı bağlantı elemanlarında elastomerler ve TPU gibi malzemeler kullanılırken, kriyojenik hidrojenle temas eden düz contalarda modifiye PTFE kullanılmaktadır. Destek halkaları PTFE veya PEEK malzemeden üretilebilir.
- Dişli boru bağlantıları
- Flanşlar
- Hızlı bağlantı elemanları
atm · 350 · 700 · 900 bar
-250 °C (LH₂) ila +120 °C
Dişli boru bağlantıları ve hızlı bağlantı elemanları:
HNBR, FKM, EPDM, NBR, TPU
Kriyojenik (LH₂) uygulamalar için yassı contalar:
Modifiye PTFE
Destek halkaları:
PTFE veya PEEK
.png)
.png)
.png)
Yüksek Basınçlı Hidrojen Depolama için MUPU® Conta*
Angst+Pfister, son derece zorlu depolama uygulamaları için özel PTFE bileşiği Kefloy® 121, bir PEEK yay elemanı ve ekstrüzyona karşı bir köşe destek halkasından oluşan Mupu® Conta çözümünü geliştirmiştir. Tasarımda metalik veya elastomerik sızdırmazlık elemanları kullanılmaz: Bu sayede metalik sızdırmazlık elemanlarında hidrojen gevrekleşmesi ve elastomerlerde hızlı gaz dekompresyonu ortadan kaldırılır. Çözüm, su ile gerçekleştirilen testlerde 30 bardan 1000 bara ve tekrar 30 bara uzanan 100’000 basınç döngüsünü tamamlamıştır. Ardından hidrojen testinde, 950 barın üzerindeki basınçtan 500 bara ve tekrar 950 barın üzerine uzanan 60’000 döngü gerçekleştirilmiştir.
*Mupu®, Angst+Pfister Grubu üyesi OL Seals A/S şirketinin bir markasıdır.
Zorlu hidrojen depolama uygulamaları için sızdırmazlık çözümü.
Basınç: 1.000 bar
Sıcaklık: -15 °C ila +50 °C
- Kefloy® 121 = O.L.-Seals A/S şirketinin modifiye PTFE'si (Angst+Pfister Grubu Üyesi)
- PEEK yay elemanı
- Ekstrüzyona karşı köşe destek halkası
- Metalik sızdırmazlık elemanı yok
- Elastomerik sızdırmazlık elemanı yok
- Elastomerik sızdırmazlık bileşeni yok
Su:
100.000 çevrim
30 → 1.000 → 30 bar
Hidrojen:
60.000 çevrim
>950 → 500 → >950 bar
Sonuç
Kritik olan tek başına malzeme değil, malzemenin conta tasarımı ve çalışma koşullarıyla etkileşimidir. Hidrojen uygulamaları için malzeme seçimi, güvenilir test verilerine dayanmalıdır. Angst+Pfister'in araştırmaları, tanımlanmış hidrojen koşulları altında bu konuda giderek büyüyen bir veri tabanı sağlamaktadır.
Yüzde 100 hidrojen ortamında gerçekleştirilen daha güncel yaşlanma testleri, incelenen malzemelerin özelliklerinde yalnızca küçük değişiklikler olduğunu göstermektedir. 70 ila 75 Shore A sertliğine sahip daha yumuşak elastomerlerle yapılan yeni DVGW geçirgenlik testleri, veri tabanını genişletmekte ve geçirgenliğin yalnızca polimer türünden değil, aynı zamanda ilgili malzeme formülasyonundan da etkilendiğini doğrulamaktadır.
Angst+Pfister için bu durum, uygun mevcut malzemelerin seçilmesi ve müşterilerle iş birliği içinde uygulamaya özel sızdırmazlık çözümleri geliştirilmesi için bir temel oluşturmaktadır.
FAQ
Elastomer contalardaki hidrojen permeasyonu, diğer gaz sızıntılarından temel olarak nasıl farklıdır?
Elastomer contalardaki hidrojen permeasyonu öncelikle hızlı difüzyon ile belirlenir. Küçük moleküler boyutu nedeniyle hidrojen, kauçuk matris içindeki polimer zincirleri arasındaki serbest hacim boyunca kolayca hareket eder. Hidrojen (H₂), elastomerin içinde birikmek yerine, nitrojen veya metan gibi daha büyük moleküllere göre çok daha yüksek oranlarda conta gövdesinden difüze olur. Permeasyonu en aza indirmek için; dinamik ve statik basınçlar altında gaz taşınımını engellemek amacıyla yüksek çapraz bağ yoğunluğuna, özel dolgu maddelerine ve sıkı moleküler yapılara sahip bileşikler gereklidir.
70-ShA elastomerler hidrojen uygulamalarında güvenle kullanılabilir mi, yoksa 90-ShA bileşikleri zorunlu mu?
90-ShA (Shore A) bileşikleri, yüksek ekstrüzyon direncini garanti etmek amacıyla geleneksel olarak aşırı yüksek basınç uygulamaları (700–1000 bar) için belirtilse de, daha güncel ampirik DVGW permeasyon testleri, özel olarak formüle edilmiş 70-ShA elastomerlerin düşük ve orta basınçlı hidrojen sistemlerinde yüksek düzeyde operasyonel güvenlik sağladığını doğrulamaktadır. Daha yumuşak 70-ShA contalar mükemmel uyum sağlama yeteneği, montaj alanında daha düşük gerekli temas kuvvetleri ve düzensiz sızdırmazlık yüzeylerinde iyileştirilmiş sızdırmazlık sunar. Standartlaştırılmış DVGW permeasyon testleriyle yapılan validasyonun ardından, bu daha yumuşak bileşikler sistem bütünlüğünden ödün vermeden kararlı permeasyon oranları ve mükemmel elastik geri dönüş sergiler.
Teorik malzeme verileri zaten mevcutken neden %100 hidrojende yaşlandırma testleri gereklidir?
Teorik malzeme verileri ve standart hava veya azot ısıl yaşlandırma testleri, saf hidrojen ile elastomer matrisleri arasında basınç ve sıcaklık altında gerçekleşen benzersiz kimyasal ve fiziksel etkileşimi dikkate almaz. %100 H₂ atmosferinde otoklavda gerçekleştirilen uzun süreli yaşlandırma testleri, hidrojenle uzun süreli temasın sertlik, hacim, modül, çekme dayanımı ve kopma uzaması gibi malzeme özelliklerini nasıl etkilediğini inceler. Ampirik maruziyet testleri, tanımlanmış hidrojen koşulları altında malzeme özelliklerinin uzun süreler boyunca nasıl değiştiğini göstererek mühendislere tamamen teorik varsayımlar yerine doğrulanmış veriler sunar.
Mupu®Seal gibi PTFE contalar, yüksek basınçlı hidrojen sızıntısı ve hızlı gaz dekompresyonu riskleriyle nasıl başa çıkar?
Mupu®Seal, son derece zorlu yüksek basınç uygulamaları için geliştirilmiştir ve özel PTFE bileşiği Kefloy® 121'i, bir PEEK yay elemanını ve ekstrüzyona karşı bir köşe destek halkasını bir arada sunar. Tasarımda metal veya elastomer sızdırmazlık elemanları kullanılmaz. Bu, metal sızdırmazlık elemanlarının hidrojen gevrekleşmesini ve elastomerlerin hızlı gaz dekompresyonunu ortadan kaldırır. Su ile bu çözüm, 30'dan 1000'e ve tekrar 30 bara kadar 100.000 basınç döngüsünü tamamlamıştır. Hidrojen testinde bunu 950'nin üzerinden 500'e ve tekrar 950 barın üzerine 60.000 döngü takip etmiştir.
Hidrojen contaları için malzeme validasyonu CO₂ ve CCUS uygulamalarına nasıl aktarılabilir?
Hidrojen (H₂) ve karbondioksit (CO₂), sızdırmazlık sistemleri açısından farklı zorluklar oluşturur. Hidrojen yüksek difüzyon ve permeasyon oranlarıyla karakterize edilirken CO₂, H₂’den farklı olarak polimer içinde çözünür, şişmeye neden olur ve hızlı gaz dekompresyonuna (RGD) karşı direnci özellikle önemli hâle getirir. Bu nedenle, hidrojen uygulamalarında malzemeler, test yöntemleri ve conta tasarımı alanında edinilen deneyim, CO₂ ve CCUS çözümlerinin geliştirilmesinde kullanılabilir. Bununla birlikte, bir malzemenin uygunluğu ilgili akışkan ve özel çalışma koşulları için ayrıca test edilmelidir.
İlgili Makaleler ve İndirilebilir İçerikler
.2026-10-05-12-31-34.png)
.2026-10-05-12-31-34.png)
Yazarlar Hakkında
Peter Schäfer, Angst+Pfister’da Kıdemli Mühendislik Lideri; Lorena Casasola ise Malzeme Mühendisidir. Çalışmaları, özellikle hidrojen alanındaki zorlu uygulamalara yönelik sızdırmazlık çözümlerinin ve malzemelerin geliştirilmesine ve doğrulanmasına odaklanmaktadır.
İşe yaramasını sağlıyoruz!
Sadece bizimle iletişime geçin ve size hızlı bir şekilde geri dönelim!
Güncel kalın!
Bugün bültenimize kaydolun ve ürünler ve en son endüstri trendleri hakkındaki en yeni güncellemelerimizi alın!