Sammenfatning og konklusioner

Polymerer i anlæg med CO2 som kølemiddel

Formål med projektet

Formålet med projektet var at afklare, hvilke polymertyper (til både pakninger og konstruktionselementer), der er anvendelige i anlæg med CO₂ som kølemiddel, samt hvilke materialeparametre, der er kritiske i forhold til CO₂.

De testede polymertyper er blevet udvalgt på baggrund af projektdeltagernes erfaringer på området. Polymerernes styrke, solubilitet og diffusion er blevet testet med det formål at bestemme, hvilke polymertyper, der udviser mindst påvirkning i CO₂-miljøet, samt hvilke parametre (som tryk og temperatur), der påvirker polymererne mest. Selvom det er blevet påpeget af projektgruppen, at olien (foruden tryk og temperatur) også kan have indflydelse på polymerernes fysiske egenskaber, så har man valgt at se bort fra denne parameter.

Resultat af projektet

Der er blevet opbygget en forsøgsstand, hvor polymerernes brudstyrke kunne bestemmes i underkritisk og overkritisk CO₂. Brudstyrke er blevet bestemt på følgende polymermaterialer:

EPDM, FKM, HNBR, PTFE, PVDF, PEEK

Opløselighed og diffusion er blevet målt ved hjælp af højtryksvægten på følgende polymermaterialer:

EPDM, HNBR

Permeabilitet er blevet direkte målt ved hjælp af 2D permeationscelle på følgende polymermaterialer:

PTFE, PTFE + 10% Ekonol, PTFE + PPSO₂ + grafit,
FKM
TFM, TFM + 10% glas

Konklusion

Permeabilitet

På basis af permeabilitetsmålingerne kan man sige, at polymererne ligger i følgende rækkefølge fra ”bedst” til ”værst”, dvs. mindst permeabel til mest:

TFM,
PTFE,
TFM + 10% glas,
FKM,
PTFE + 10% Ekonol,
PTFE + PPSO₂ + grafit.

Der er dog ikke en stor forskel mellem de første fem. Den sidste (PTFE + PPSO₂ + grafit) er væsentligt værre end de øvrige fem. Endvidere kan man sige, at polymererne bliver mere permeable, når man tilsætter noget (fx glas, ekonol, grafit, PPSO₂).

Opløselighed og diffusion

Generel opløselighed af CO₂ i HNBR er omkring dobbelt så stor som i EPDM, derimod er diffusion ca. en størrelsesorden mindre. Selvom opløselighed er højere i HNBR, så er diffusionskoefficienten betydelig mindre, hvilket medfører at permeabiliteten er mindre i HNBR. Dette gælder for alle temperatur og tryk spand.

Polymerernes mekaniske egenskaber:

Alle testede elastomertyper (EPDM, FKM, HNBR) ser ud til at være kraftigt påvirket af CO₂. Fælles for dem alle var, at deres brudstyrke viste en stor afhængighed af både CO₂-temperatur og tryk. Brudforlængelsen for disse materialer ser ud til at falde, og det gør brudstyrken også. Ved overkritisk drift skal man forvente styrkereduktion med over 60 %. Litteraturstudiet har bekræftet måleresultaterne. Forsøgene udført i 1999 på University of Wales i Swansea i Storbritannien på fluorelastomer, silikoneelastomer og nitril viste samme tendenser dvs. faldende brudstyrke og brudforlængelse.

PTFE viste gode tendenser, idet dens brudstyrke så ud til at være stort set uafhængig af trykket. Derimod faldt brudstyrken, når CO₂-temperaturen blev øget.

PVDF og PEEK - Det har været svært at få gode resultater i hus for de to plastmaterialer pga. meget kort brudforlængelse især for PEEK. Dog var det betegnende for de to materialer (PVDF og PEEK) at deres egenskaber ændres ved højere tryk og temperatur, hvor brudforlængelsen bliver betydelig længere. PVDF-brudstyrken ser også ud til at være påvirket af både CO₂ tryk og temperatur.