国家标准英文翻译/英文版 GB/T 42610-2023 英文版

国家标准英文翻译/英文版 GB/T 42610-2023 英文版 高压氢气瓶塑料内胆和氢气相容性试验方法

GB/T 42610-2023 英文版 Test method for evaluating hydrogen compatibility of plastic liner of high pressure gaseous hydrogen cylinders

1  范围
   本文件规定了高压氢气瓶塑料内胆氢气相容性试验的通用要求，试验条件、试验方法和试验报告。
   本文件适用于贮存介质为氢气、工作温度不低于－40℃且不高于85℃的高压氢气瓶用塑料内胆和氢气的相容性试验。
2  规范性引用文件
   下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
   GB／T 1033.1  塑料  非泡沫塑料密度的测定  第1部分：浸渍法﹑液体比重瓶法和滴定法
   GB／T 1040.1  塑料  拉伸性能的测定  第1部分：总则
   GB／T 1040.2  塑料  拉伸性能的测定  第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件
   GB／T 5163  烧结金属材料(不包括硬质合金)可渗透性烧结金属材料  密度、含油率和开孔率的测定
   GB／T 5330.1  工业用金属丝筛网和金属丝编制网  网孔尺寸与金属丝直径组合选择指南  第1部分：通则
   GB／T 5832.1  气体分析  微量水分的测定  第1部分：电解法
   GB／T 5832.2  气体分析  微量水分的测定  第2部分：露点法
   GB／T 6285  气体中微量氧的测定  电化学法
   GB／T 13005  气瓶术语
   GB／T 28726  气体分析  氦离子化气相色谱法
   GB／T 29729  氢系统安全的基本要求
   GB／T 34542.1  氢气储存输送系统  第1部分：通用要求
   GB／T 37244  质子交换膜燃料电池汽车用燃料  氢气
3  术语、定义和符号
3.1  术语和定义
   GB／T 13005  界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1.1
   塑料内胆  plastic liner
   外部缠绕碳纤维增强层，用于密封气体﹑按不承受压力载荷进行设计的内层塑料壳体。3.1.2
   无缝塑料内胆  seamless plastic liner
   采用一体成型、没有拼接焊缝的塑料内胆。
3.1.3
   焊接塑料内胆  welded plastic liner
   含有拼接焊缝的塑料内胆。
3.1.4
   鼓泡  blister
   聚合物中形貌如同气泡的局部缺陷。
3.1.5
   公称工作压力  nominal working pressure
   高压氢气瓶在基准温度(15℃)下的限定充装压力。
3.2  符号
   下列符号适用于本文件。
   B  圆片试样厚度，m；
   p  气瓶公称工作压力，MPa；
   Pe  材料的气体渗透系数，mol·m／(m2·s·Pa)；
   S  渗透试验时试样曝露于氢气的表面积，m2；
   Δp  渗透试验时试样高压侧与低压侧的压力差，Pa；
     稳定渗透时气体的传输速率，mol／s。
4  通用要求
4.1  高压氢气瓶塑料内胆氢气相容性试验包括塑料内胆材料试验和气瓶内胆试验。塑料内胆材料试验包括氢气渗透试验、物理性能试验、拉伸性能试验、氢气循环试验和氢气老化试验，气瓶内胆试验包括极限温度渗透试验、内胆屈曲和鼓泡试验。试验流程如图1所示。
4.2  氢气相容性试验装置应按照GB／T 29729和GB／T 34542.1进行总体设计、安装调试和使用管理。
4.3  氢气相容性试验装置中不应存在能与被测样品相互作用或会污染测试氢气环境的杂质成分。
5  试验条件
5.1  气体
5.1.1  氢气：应满足GB／T 37244的要求。
5.1.2  氮气或惰性气体：纯度≥99.999％。
5.2  置换
5.2.1  试验前，应用氮气或惰性气体置换试验系统和供氢管路系统，再用氢气置换。通入氢气前，应检测试验系统内氧气的体积分数，其值应小于或等于1％。置换结束时，试验系统内氧气的体积分数应小于或等于1×10－6，水的体积分数应小于或等于5×10－6。
5.2.2  氧气含量应按GB／T 28726或GB／T 6285的规定检测，水含量应按GB／T 5832.1或GB／T 5832.2的规定检测。
5.2.3  试验用氢气、置换气体和置换程序分别符合5.1.1、5.1.2和5.2.1的规定，且试验系统内氧气和水的含量在连续3次测试中均满足5.2.1的要求时，6个月内不需要检测试验系统内的氧气和水含量。

高压氢气版塑料内胆和氢气相容性试验
塑料内胆材料试验
试样
母材：12个
试样
母材：9个×2组
每道焊接接头：9个×2组
每道合模线：3个×2组
试样
母材：6个
每道焊接接头：6个
每道合模线：2个
氢气渗透试验
物理性能试验
拉伸性能试验
氢气老化试验
组
是否合格
不合格
材料性能变化评估
通过
气瓶内胆试验
气瓶(1个)
极限温度渗透试验
内胆屈曲和鼓泡试验
图1  高压氢气瓶塑料内胆和氢气相容性试验流程
6  试验方法
6.1  塑料内胆材料试验
6.1.1  一般要求
6.1.1.1  无缝塑料内胆应进行母材试验，焊接塑料内胆应进行母材试验和焊接接头试验。
6.1.1.2  母材试验应在同一内胆的两个环形截面处取样。在一个截面处沿环向每隔120°取4个氢气渗透试样和1个物理性能试样，在另一个截面处沿环向每隔120°取6个拉伸性能试样和2个氢气老化试样，如图2所示：
   a)  无缝塑料内胆：在筒体中部取样，截面间距应大于200mm；
   b)  焊接塑料内胆：含有一道环向焊接接头时，在筒体两端与焊接接头之间的中间部位取样；含有两道环向焊接接头时，在筒体中部取样，截面间距应大于200mm。
6.1.1.3  对于焊接塑料内胆，在每道焊接接头处沿环向每隔120°取6个拉伸性能试样和2个氢气老化试样，对于含合模线的吹塑内胆，在每道合模线处取6个拉伸性能试样和2个氢气老化试样，取样部位如图2所示。取样时应确保焊缝或合模线位于试样中部。

氢气渗透试样
物理性能试样
力学性能试样
氢气老化试样
无缝塑料内胆
焊接接头
焊接塑料内胆(含有一道环向焊接接头)
焊接塑料内胆(含有两道环向焊接接头)
合膜线
A向
吹塑内胆(含有四道合模线)
图2  塑料内胆材料试验取样位置
6.1.1.4  试样表面不应存在褶皱、折痕、夹杂、孔隙及其他缺陷。
6.1.1.5  试样应在干燥环境中妥善保存。
6.1.2  氢气渗透试验
6.1.2.1  取样
6.1.2.1.1  宜采用直径为(78±1)mm的圆片试样，试样与氢气接触区域的直径应大于或等于25mm，试样厚度取内胆厚度。
6.1.2.1.2  同一内胆材料应准备12个氢气渗透试样，分三组，每组4个。
6.1.2.1.3  试验前应将试样放置在绝对压力为1000Pa～5000Pa，温度为65℃的真空干燥箱内，直至试样在24h内的质量损失小于0.1％。
6.1.2.2  试验装置
6.1.2.2.1  氢气渗透试验装置主体基本结构参见附录A。
6.1.2.2.2  金属丝筛网的网孔尺寸应小于或等于0.15mm，筛分面积百分率应大于或等于35％，金属丝直径应按GB／T 5330.1的规定选取。
6.1.2.2.3  烧结金属支撑件的开孔率应大于或等于40％。试验前应按GB／T 5163的规定对烧结金属支撑件的开孔率进行标定。
6.1.2.2.4  每进行一次氢气渗透试验，宜更换密封圈。
6.1.2.2.5  温度控制装置的控制精度应不低于±1℃，压力控制装置的控制精度应不低于试验压力的±1％。
6.1.2.3  试验程序
6.1.2.3.1  试验前应按5.2.1的规定置换试样高压侧腔体。
6.1.2.3.2  每组试样分别在以下温度和压力条件下进行氢气渗透试验：
   a)  (55±1)℃，1.15倍气瓶公称工作压力；
   b  (15±1)℃，1.0倍气瓶公称工作压力；
   c)  (55±1)℃，0.1倍气瓶公称工作压力；
   d  (15±1)℃，0.1倍气瓶公称工作压力。
6.1.2.3.3  在规定的试验温度下，对试样高压侧加压至规定的试验压力，温度和高压侧压力稳定后，测量试样低压侧的氢气传输速率，在非稳态阶段至少每10min采样1次，在稳态阶段至少30min采样1次，直至在超过24h的时间内，氢气传输速率的最大偏差小于或等于±1％。记录低压侧氢气传输速率与时间关系曲线，如图3所示。
6.1.2.3.4  低压侧氢气传输速率测量方法包括但不限于：
   a)  测量低压侧的氢气浓度变化；
   b)  测量低压侧的气体压力变化；
   c)  测量低压侧的气体体积变化；
   d)  采用其他等效方法。
6.1.2.3.5  试验结束后试样高压侧的泄压速率应不小于实际使用时气瓶最大放氢气速率的1.2倍。
6.1.2.3.6  试验结束后应检查并记录试样表面是否存在鼓泡及其他缺陷，在试验前和试验结束48h后应分别测量并记录试样质量。
6.1.2.3.7  每组试样应按图1的试验流程，分别在氢气循环试验前和氢气循环试验结束48h后进行氢气渗透试验。
6.1.2.3.8  按公式(1)计算氢气渗透系数：
                                (1)

低压侧氢气传输速率／(mol／s)
非稳态阶段
时间／s
图3  低压侧氢气传输速率与时间关系曲线
6.1.3  物理性能试验
6.1.3.1  取样
6.1.3.1.1  宜采用长度(40±0.2)mm、宽度(10±0.2)mm的长条形试样，试样厚度取内胆厚度。6.1.3.1.2  同一内胆材料至少应准备3个物理性能试样。
6.1.3.2  试验装置
6.1.3.2.1  密度测量仪器和浸渍液应符合GB／T 1033.1中A法的相关规定。
6.1.3.2.2  样品的质量为1g～5g，测量值应精确到0.lmg；样品的质量大于5g，测量值应精确到1mg。
6.1.3.3  试验程序
6.1.3.3.1  按以下步骤测量样品质量、密度和体积：
   a)  使用数码相机记录试样的外观图像；
   b)  使用分析天平测量样品的干质量；
   c)  使用分析天平称量浸渍容器及浸渍液的总质量，并单独称量悬挂导线及沉降块的质量；
   d)  将试样浸没于浸渍液中，除去试样表面的气泡并称重，试样不应与浸渍容器壁接触；
   e)  对取出的试样进行表面干燥处理；
   f)  根据GB／T 1033.1的规定计算样品密度和体积。
6.1.3.3.2  使用工具显微镜或其他适合的测量仪器测量试样的尺寸。
6.1.3.3.3  分别在氢气循环试验开始前、试验结束1h内，试验结束24h后及试验结束48h后测量试样的尺寸、体积、质量和密度，并记录试样的表观图像。
6.1.3.3.4  计算氢气循环试验前后试样的体积变化率、质量变化率和密度变化率。
6.1.4  拉伸性能试验
6.1.4.1  取样
6.1.4.1.1  试样应采用GB／T 1040.2中规定的B型试样，试样厚度取内胆厚度。
6.1.4.1.2  同一内胆材料应准备18个母材试样，分两组，每组9个。对于焊接塑料内胆，在每道焊接接头处取18个试样，分两组，每组9个；对于含合模线的吹塑内胆，在每道合模线处取6个试样，分两组，每组3个。
6.1.4.2  试验装置
   试验装置应符合GB／T 1040.1、GB／T 1040.2以及相关标准的规定。
6.1.4.3  试验程序
   塑料内胆材料的拉伸性能试验应符合GB／T 1040.1、GB／T 1040.2以及相关标准的规定。试验应按以下步骤进行：
   a)  进行氢气循环试验前，第一组试样在(23±2)℃，(－50±2)℃和(90±2)℃下进行拉伸试验，记录拉伸曲线；
   b)  使用第二组试样完成氢气循环试验，氢气循环试验结束48h后，在(23±2)℃、(－50±2)℃和(90±2)℃下进行拉伸试验，记录拉伸曲线；
   c)  记录氢气循环试验前后的材料平均拉伸断裂应力变化率和平均拉伸断裂标称应变变化率，评估试样的力学性能。
6.1.5  氢气循环试验
6.1.5.1  取样
   进行氢气循环试验的试样应包括：
   a)  6.1.2中完成第一次氢气渗透试验的试样；
   b)  6.1.3中完成第一次物理性能试验的试样；
   c)  6.1.4中的第二组试样。
6.1.5.2  试验装置
6.1.5.2.1  试验应在温度可控的密闭容器中进行，温度控制精度应不低于±1℃。
6.1.5.2.2  供气系统应能满足试验的压力循环要求，对循环压力上下限的控制精度应不低于±1MPa。
6.1.5.3  试验程序
6.1.5.3.1  氢气循环试验分为三组，试验顺序和试验条件如表1所示。