Joints d'étanchéité, matériaux clés pour la production d'hydrogène alcalin

Le joint d’étanchéité est l’un des matériaux clés de électrolyseur alcalin. En tant que composant principal de l'étanchéité de l'électrolyseur, la qualité de son étanchéité détermine en grande partie la qualité des performances d'étanchéité et d'isolation de la chambre de l'électrolyseur et affecte directement la sécurité et la fiabilité de l'ensemble du système de production d'hydrogène par électrolyse de l'eau alcaline.

1. Fonction du joint d'étanchéité

(1) Fonction d'étanchéité

La pression de fonctionnement des électrolyseurs alcalins à pression conventionnels ne dépasse généralement pas 1,6 MPa. L'électrolyseur adopte généralement une structure de filtre-presse. Le système d'étanchéité est un joint plat. La conduite d'eau d'étanchéité est ouverte sur le bord du cadre de plaque et les performances du matériau de joint d'étanchéité modifié sont utilisées pour assurer l'étanchéité de l'ensemble de l'électrolyseur. Le fluide circulant à l’intérieur de l’électrolyseur comprend l’électrolyte en circulation ainsi que l’hydrogène et l’oxygène générés. La fonction du joint d'étanchéité est d'empêcher la solution électrolytique, l'hydrogène et l'oxygène de s'échapper de l'électrolyseur dans les conditions de fonctionnement d'une solution à 30 % de KOH, 90°C et 1,6 MPa.

(2) Fonction d'isolation

En plus des performances d'étanchéité, le joint d'étanchéité doit également avoir des performances d'isolation pour assurer l'isolation entre les deux cadres polaires de la chambre d'électrolyse et éviter les courts-circuits à l'intérieur de la chambre.

2. La structure du joint d'étanchéité et sa position dans la cellule électrolytique

Le joint d'étanchéité a la forme d'un anneau. Des trous doivent être percés sur le joint pour laisser de l'espace pour le flux d'électrolyte à l'intérieur de la cellule électrolytique. Dans le même temps, les trous de positionnement du joint d'étanchéité doivent être traités pour faciliter l'installation du joint d'étanchéité.

Il n'y a qu'un seul joint d'étanchéité dans une chambre de cellule électrolytique, qui est placé entre la plaque et le diaphragme dans la zone anodique. Le bord extérieur du joint d'étanchéité coïncide avec le bord extérieur du cadre polaire, et la position de la bague intérieure et du bord dépasse généralement le bord du diaphragme d'environ 10 mm. Par conséquent, la largeur du joint d'étanchéité comprend la largeur du joint chevauchant la ligne de flottaison d'étanchéité, la largeur du trou du canal d'écoulement sur le joint et la largeur du chevauchement entre le joint et le diaphragme.

3. Le matériau du joint d'étanchéité

Le joint d'étanchéité devant jouer un rôle isolant, les performances sont principalement améliorées en modifiant le matériau d'étanchéité isolant. Les plastiques fluorés modifiés sont un type de matériau d’étanchéité qui a été étudié de manière plus intensive et approfondie dans l’électrolyse de l’eau alcaline. À l'heure actuelle, la plupart des matériaux d'étanchéité pour l'électrolyse de l'eau alcaline domestique sont des fibres de carbone, du bisulfure de molybdène, etc. en tant que charges de renforcement remplies de polytétrafluoroéthylène, qui sont obtenues par moulage et frittage. Les matériaux d'étanchéité actuellement utilisés sont toujours sujets à l'écoulement à froid et au fluage sous haute température et haute pression et à l'arrêt intermittent des cellules électrolytiques alcalines, ce qui entraîne des fuites de cellules, ce qui affecte la durée de vie de la cellule électrolytique.

Lors de l'examen des performances des matériaux des joints d'étanchéité, nous examinons généralement trois paramètres principaux : la dureté Vickers, les performances de rebond en compression et les performances de relaxation en fluage.

Dureté Vickers : la dureté est l'un des indicateurs de performance complets composés d'une série de propriétés mécaniques telles que l'élasticité, la plasticité et la ténacité des matériaux d'étanchéité. Il peut mesurer la capacité de la surface du matériau d'étanchéité à résister à la pression mécanique et peut également caractériser dans une certaine mesure le degré de liaison entre la charge renforçante et le corps en polytétrafluoroéthylène. La dureté du matériau d'étanchéité peut augmenter la capacité de la surface du matériau à résister dans une certaine mesure à la pression mécanique et constitue un moyen efficace pour améliorer la résistance à la compression du matériau.

Résilience à la compression : la résilience à la compression reflète la déformation élastique ou plastique du matériau d'étanchéité, comble les défauts sur la surface d'étanchéité et effectue une compensation élastique pour maintenir la capacité d'étanchéité. C'est un indicateur important pour mesurer les performances du matériau d'étanchéité.

Performances de relaxation par fluage : les performances de relaxation par fluage sont l'une des propriétés les plus importantes pour caractériser le matériau d'étanchéité, reflétant la capacité du matériau du joint à résister à la relaxation sous contrainte et à la déformation. Pour les joints d'étanchéité en PTFE modifiés, la relaxation par fluage est la principale raison des fuites dans le système de bride à boulon pendant la durée de vie et elle joue un rôle décisif dans la capacité d'étanchéité de la surface du joint et la durée de vie du joint. Généralement, plus le taux de relaxation par fluage est faible, plus la charge de compression résiduelle est élevée et meilleures sont les performances d'étanchéité à long terme.

4. Processus de fabrication des joints d'étanchéité

À l'heure actuelle, le processus de fabrication des joints d'étanchéité est généralement basé sur la fibre de carbone, le sulfure de polyphénylène (PPS) et le bisulfure de molybdène (MoS2) comme charges de renforcement, et est fabriqué par un processus de frittage par compression de moule.

Le polytétrafluoroéthylène (PTFE) prétraité et la charge mélangée sont pesés selon le rapport, versés dans un mélangeur à grande vitesse avec de l'eau de refroidissement pour le mélange, puis le mélange est placé dans un moule et moulé par une presse à comprimés. Après démoulage, un échantillon préformé de 3 mm d'épaisseur est obtenu. L'échantillon préformé est fritté et refroidi dans un four à résistance de type boîte selon une certaine procédure pour obtenir un joint d'étanchéité fini.