Långsiktigt stabilt material för regenerativa bränslen

Syntetiska bränslen är avsedda att avsevärt förbättra klimatavtrycket för konventionella enheter. Nya resultat från materialforskning vid Freudenberg Sealing Technologies visar nu vilket inflytande OME, som diskuteras som en dieselersättning, har på tätningens långsiktiga stabilitet. Följaktligen är tätningar baserade på det redan utbredda materialet fluorgummi (FKM) i princip också lämpliga för förnybara bränslen. Men det finns överraskande stora skillnader mellan de enskilda FKM-typerna.

För att minska CO2-utsläpp från vägtrafik förlitar sig inte bilindustrin enbart på elektriska enheter. Även konventionella förbränningsmotorer bör bli mer klimatvänliga genom användning av syntetiska bränslen. Dessa är flytande eller gasformiga bränslen som inte produceras på basis av fossil råolja, men med hjälp av sol- och vindkraft från kol och väte. De kan blandas med konventionellt producerade bränslen för att omedelbart minska CO2-utsläpp så länge det använda kolet antingen har tagits bort från luften eller återvunnits från oundvikliga industriutsläpp. Hittills finns det dock liten erfarenhet av hur de nya bränslena påverkar den långsiktiga stabiliteten hos tätningar i bränslesystem.  

För första gången testade tätningsbeteende

I omfattande test har leverantören Freudenberg Sealing Technologies nu för första gången undersökt beteendet hos tätningsmaterial som länge har utsatts för OME ("oxymetylenetrar"), ett av de mest diskuterade syntetiska bränslena. Testbränslena bestod av en standarddiesel blandad med OME i koncentrationer från 10 till 30% volymfraktion. Ytterligare experiment gjordes med ren OME och som referens med 100% fossil diesel.

Volymutvidgningen såväl som förändringen i den mekaniska styrkan hos olika tätningsmaterial, nämligen FKM med olika fluorinnehåll, FFKM, NBR och EPDM, som lagrades i testmediet under 168 h vid en temperatur av 125 ° C under en tidsperiod, mättes. Med enskilda bränslekombinationer genomfördes en outsourcingstudie under en period av 1000 h för att studera långtidseffekter. Ju mer materialet sväller under denna tid, desto mer minskar styrkan, vilket är särskilt märkbart vid en tappning i töjningen vid brott.

Skyddssköld för basmaterialet

Varför är experten i utvärderingen av detta nya bränslesystem lika med en relativt dyr polymer som FKM? Dr. Boris Traber, chef för global materialutveckling på Freudenberg Sealing Technologies, förklarar valet: "Fluoratomer är betydligt större än kolatomer, och bildar ett slags skyddande sköld för packningsmaterialets basmaterial. Dessutom är fluor-kol-föreningar mycket symmetriska, vilket neutraliserar laddningscentralerna. Effekten vi observerade liknar en icke-stick stekpanna, där både vatten och fett rullar av. "Tillämpat på bränslena betyder det att inte bara skärmar icke-polära fraktioner som kolväten utan också polära fraktioner som vatten och eter och orsakar därför endast en svag svullnad.

Resultaten förvånade även de erfarna materialspecialisterna: Pure OME resulterade i nästan alla testade tätningsmaterial i en volymutvidgning, som var långt över de vanliga svällvärdena. Överraskande var bilden som framkom i FKM-blandningarna. Man kunde ha förväntat sig att med ökande fluorinnehåll minskar volymsvullningen. Men det var inte fallet, så volymutvidgningen är inte linjär med fluorinnehållet. Denna avvikelse beror på korrelationen med väteinnehållet i FKM-typen: Ett högt väteinnehåll leder också till höga svullnadsvärden. Som ett resultat hade perfluorubber (FFKM), som också testades, mycket goda värden, men detta är betydligt dyrare. I ren OME visar också en EPDM låg svullnad.

Bränslekvaliteten kan variera

Testserien visade också att med en OME-blandning upp till 30% volymfraktion av alla testade FKM-material hade en svullnad på en betydligt lägre nivå. Samtidigt ser Traber ett positivt meddelande: "Med material tillgängliga idag skulle vi omedelbart kunna ersätta en del av fossilt dieselbränsle med OME." Samtidigt varnar experten: "Vår erfarenhet visar att - framför allt utanför Europa - den faktiska bränslekvaliteten beror på okontrollerade blandningar kan variera mycket. Därför bör valet av tätningsmaterial alltid göras i samarbete med specialister. "

I mer än ett decennium har tätningspecialisten genomfört testserier för att undersöka hur fluktuerande bränslekompositioner påverkar tätningsmaterial. I våra egna laboratorier undersöktes svullnadsuppförandet i sojabönmetylestrar och hydrerade vegetabiliska oljor. Dessutom har forskarna utvecklat sitt eget testbänkskoncept, med vilket permeabiliteten för bränslena kan undersökas med tätningsmaterialet, som kontinuerligt utsätts för ett visst bränsle under lång tid. Därmed observerades dörröppnareffekten att små polära molekyler som metanol har på annars ogenomträngliga kolväten: Permeabiliteten förändras med tiden.

Sammantaget visade sig FKM-material vara överlägsna i alla testserier, varigenom inte bara fluorinnehållet utan hela materialstrukturen beslutade om styrka och täthet. Traber ser därför inget grundläggande hinder för införandet av regenererande bränslen: "Om de är korrekt utformade finns lämpliga material redan tillgängliga idag."