党的二十大将能源安全作为国家安全体系和能力现代化的重要组成部分，并站在人与自然和谐共生的高度谋划能源绿色发展，积极稳妥推进碳达峰、碳中和。氢能作为21世纪重要的清洁能源之一，备受各国重视。美国、日本、欧盟等发达国家/地区均将发展氢能作为国家战略。我国《能源技术革命创新行动计划(20162030年)》已将氢能与燃料电池技术列为重点创新任务，2022年发布的《氢能产业发展中长期规划(20212035年)》明确了氢能是我国未来国家能源体系重要组成部分的战略定位，并指出氢能是推动我国能源绿色低碳转型与实现双碳目标的重要载体。
随着氢能产业规模扩大，应用场景增加，氢能承压设备的种类和数量快速增长。然而，氢能承压设备密封失效导致的氢气泄漏爆炸是国内外氢能产业发展面临的共同挑战之一。我国对于氢能装备的密封技术研究起步较晚，相关技术资料尤为匮乏，难以满足中国氢能产业迅速发展对氢气密封抗泄漏安全保障的迫切需求。因此，系统梳理氢能装备橡胶密封技术的发展现状，介绍氢能装备橡胶密封的失效机理及调控方法，具有重要理论意义和实际应用参考价值。
本书共5章，第1章主要介绍氢能装备与橡胶密封的基本术语与概念；第2章主要介绍氢在橡胶中的传输行为；第3章从密封材料层面系统梳理氢环境下橡胶密封材料的氢损伤，包括鼓泡断裂、吸氢膨胀、力学性能氢致劣化、化学结构损伤等；第4章从结构层面论述氢能装备密封性能的氢损伤，包括静密封性能、动密封特性、摩擦磨损特性；第5章介绍氢能装备橡胶密封结构设计，包括密封设计方法、密封性能预测、密封性能优化、密封结构的失效与防治等。
本书按照双碳目标的国家战略需求，在国内外氢能市场化起步大背景下编写，可为氢能源领域工程技术人员，氢能源安全专业教师及本科、研究生提供行业亟须的氢能装备密封技术方面的知识。
本书得到国家自然科学基金项目(No.52075183)、广东省自然科学基金项目(No.2023A1515010692)、华南理工大学研究生教材建设项目& 华南理工大学研究生精品教材修订专项项目(No.2023XJZX08)的资助，谨致谢忱。
在本书编撰过程中，浙江大学郑津洋院士、华东理工大学涂善东院士提出了宝贵的意见和建议。
特别感谢课题组研究生郑益然同学在书稿编写、制图、校对等方面付出的辛勤劳动，感谢刘先晖、戴鹏智、黄炎磊、薛金鑫等同学对本书出版付出的辛勤努力。
由于编著者水平有限，书中难免有不妥之处，敬请读者指正。
周池楼
华南理工大学
2023年6月
第1章橡胶密封与氢系统1
1.1氢系统中橡胶密封的应用 1
1.1.1氢能装备概述 1
1.1.2典型密封部件 6
1.1.3密封类型 12
1.2橡胶密封材料概述 15
1.2.1基本性能 15
1.2.2典型密封材料 17
1.2.3常用添加剂 18
1.3橡胶密封氢相容性概述 19
1.3.1橡胶密封主要失效模式 19
1.3.2橡胶密封氢相容性 20
1.3.3橡胶密封氢相容性研究方法 21
参考文献 22
第2章氢在橡胶中的传输24
2.1氢溶解 24
2.1.1氢的存在状态 24
2.1.2氢吸附模式 26
2.1.3氢浓度 27
2.1.4氢溶解度 34
2.2氢扩散 40
2.2.1氢扩散系数定义 40
2.2.2氢扩散机理 40
2.2.3氢扩散系数影响因素 42
2.2.4典型密封材料氢扩散系数 47
2.3氢渗透 51
2.3.1氢渗透系数定义 51
2.3.2氢渗透理论模型 51
2.3.3氢渗透系数影响因素 54
2.3.4典型密封材料氢渗透系数 56
参考文献 60
第3章密封材料的氢损伤64
3.1鼓泡断裂 64
3.1.1鼓泡断裂定义 64
3.1.2鼓泡断裂机理 64
3.1.3鼓泡断裂影响因素 79
3.2吸氢膨胀 92
3.2.1吸氢膨胀定义 92
3.2.2吸氢膨胀机理 93
3.2.3吸氢膨胀下的微观形貌演化 93
3.2.4吸氢膨胀影响因素 97
3.3力学性能氢致劣化 109
3.3.1拉伸性能 109
3.3.2压缩性能 118
3.3.3疲劳性能 121
3.3.4动态热机械性能 124
3.4化学结构损伤 129
3.4.1单次氢气暴露化学结构 129
3.4.2氢气循环暴露化学结构 130
参考文献 131
第4章密封性能的氢损伤135
4.1静密封性能 135
4.1.1橡胶密封件自紧密封机理 135
4.1.2典型橡胶组合密封结构 137
4.1.3静密封氢损伤影响因素 139
4.2动密封特性 147
4.2.1橡胶密封件动密封概述 147
4.2.2动密封氢损伤影响因素 148
4.3摩擦磨损特性 154
4.3.1摩擦磨损概述 154
4.3.2摩擦行为 155
4.3.3磨损行为 158
参考文献 162
第5章氢能装备橡胶密封结构设计164
5.1密封设计方法 164
5.1.1密封结构选材原则 164
5.1.2密封结构设计原则 168
5.1.3密封结构设计 170
5.2密封性能预测 179
5.2.1密封特性预测 179
5.2.2磨损预测 187
5.2.3泄漏预测 192
5.3密封性能优化 194
5.3.1抗氢损伤的优化方法 194
5.3.2抗氢渗透的优化方法 198
5.3.3抗磨减摩的优化方法 200
5.3.4阻氢与耐磨协同优化方法 205
5.4密封结构的失效与防治 206
参考文献 208
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