墊圈材料,墊圈,以及相關(guān)方法
【專利說明】墊圈材料，墊圈，以及相關(guān)方法
【背景技術(shù)】
[0001] 墊圈，在某些方面，是機(jī)械接頭的兩個(gè)可分離部件或者凸緣之間夾住的材料或者 材料組合。墊圈的功能是產(chǎn)生凸緣之間的密封并在一段延長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)維持密封。凸緣可與 螺栓固定在一起形成接頭。常見的可能影響接頭的力量包括螺栓負(fù)載，流體靜端力，和噴射 壓力。墊圈，在許多應(yīng)用中，一定要能夠密封配合表面，并且是不可滲透的和耐密封介質(zhì)，這 可被稱作化學(xué)惰性。墊圈也一定要能夠承受許多應(yīng)用中的高溫和高壓應(yīng)用。
[0002] 腐蝕性應(yīng)用中的管道，比如在化工廠中會(huì)遇到的，經(jīng)常使用塑料如聚氯乙烯 (PVC)，纖維增強(qiáng)塑料（FRP)，和搪玻璃的管道?？梢岳斫獾氖牵褂眠@些材料的管道系統(tǒng)有 些易碎并且需要在相對(duì)低螺栓負(fù)載下產(chǎn)生密封的墊圈，因?yàn)楦呗菟ㄘ?fù)載可能使凸緣破裂或 受到其他損傷。墊圈也必須尺寸穩(wěn)定，以便在過程中可能的溫度變化范圍內(nèi)維持密封（即， 一般被稱為耐蠕變性），并且具有廣泛的化學(xué)相容性（例如，一般被稱為化學(xué)惰性）。
[0003] 在此之前的嘗試，以解決在易碎凸緣接頭使用中的墊圈相關(guān)的問題包括，例如，包 絡(luò)墊圈，橡膠墊圈，橡膠/聚四氟乙烯（PTFE)墊圈，填充PTFE片墊圈，減小面積的墊圈（即， 切除移走部分墊圈），多孔PTFE片墊圈（例如擴(kuò)展PTFE)，微孔PTFE墊圈和復(fù)合PTFE片墊 圈，僅舉出這幾個(gè)。PTFE被普遍用于襯墊在嚴(yán)重或腐蝕性的化學(xué)環(huán)境中，因?yàn)樗鳛閴|圈 材料使用具有許多理想的屬性。例如，PTFE本身是堅(jiān)韌的，具有化學(xué)惰性，具有良好的抗張 強(qiáng)度，并且在寬溫度范圍內(nèi)是穩(wěn)定的。但是，純PTFE多聚物不具有高度可壓縮性（這意味 著PTFE墊圈通常需要更好的螺栓負(fù)載），并且也容易產(chǎn)生蠕變，這兩者都可能導(dǎo)致泄露路 徑的形成。
[0004] 包絡(luò)墊圈是復(fù)合結(jié)構(gòu)，PTFE包絡(luò)被可壓縮性更高的填充物填充，比如壓縮纖維或 者毛氈。PTFE包絡(luò)提供耐化學(xué)性，同時(shí)填充物材料提供可形變性。但是，PTFE包絡(luò)相對(duì)較 薄，在生產(chǎn)或者服務(wù)期間會(huì)產(chǎn)生針孔，從而將填充物暴露到不相容的腐蝕性材料中，由于填 充物通常不能抵抗腐蝕環(huán)境，這可能導(dǎo)致泄露路徑的形成。包絡(luò)墊圈也擁有最不可壓縮的 部件，即，作為最外墊圈表面的PTFE包絡(luò)。
[0005] 橡膠墊圈，因?yàn)槠淇蓧嚎s性和回彈性以及其在相對(duì)低螺栓負(fù)載的密封能力，通常 用于塑料和FRP凸緣。但是，橡膠墊圈具有有限的耐化學(xué)性和耐溫性，并且必須為每個(gè)應(yīng)用 指定合適的化合物。所以，使用同一管道的多個(gè)工藝流可能需要耗時(shí)且稍微昂貴的墊圈變 化。一些包絡(luò)墊圈使用橡膠/PTFE組合，即在橡膠墊圈的內(nèi)部空間使用PTFE包絡(luò)。包絡(luò)加 強(qiáng)了耐化學(xué)性同時(shí)橡膠基質(zhì)提供了可壓縮性和可形變性。但是同樣，PTFE包絡(luò)較薄，在生 產(chǎn)或者服務(wù)期間會(huì)產(chǎn)生針孔，從而將橡膠基質(zhì)暴露到不兼容的腐蝕性材料中。同樣地，PTFE 包絡(luò)，不具有高度可壓縮性，是橡膠/PTFE包絡(luò)墊圈的最外層。
[0006] 填充PTFE片墊圈，具有良好的可壓縮性，可以通過在PTFE片材料中加入微氣球來 實(shí)現(xiàn)。盡管PTFE片材料提供了終端用戶刪減和修改的靈活性，填充PTFE片材料通常需要 相對(duì)較高的螺栓負(fù)載來密封。微孔PTFE片可使用許多技術(shù)來生產(chǎn)，其中一個(gè)包括在形成片 之前向PTFE加入填充物，然后在片形成后去除填充物。所以，空隙保留在PTFE片材料中， 給了其理想的多孔性（即，微孔PTFE)。另一種方法包含一個(gè)擠出，伸展，然后加熱以形成被 稱為擴(kuò)展PTFE的產(chǎn)品的特定順序。但是，微孔和多孔PTFE通常非常柔軟，有彈性，并且在 有限的凸緣分離的情況下難以安裝。進(jìn)一步，因?yàn)槲⒖缀蛿U(kuò)展PTFE片是多孔的，無論從那 種切下的墊圈都必須被完全壓縮以除去空隙，來避免墊圈中的泄露，并且從這些片切下的 墊圈通常需要相對(duì)較高螺栓負(fù)載來密封。為解決微孔PTFE材料相關(guān)的剛性問題，已提出將 多層微孔PTFE和/或擴(kuò)展PTFE片層壓成全密度的PTFE基材，但試驗(yàn)表明，這些材料同樣 需要相對(duì)較高的螺栓負(fù)載來密封。
[0007] 鑒于上述情況，需要改進(jìn)的墊圈材料，墊圈和相關(guān)方法。
[0008] 概述
[0009] 在本公開的一個(gè)方面，制造墊圈材料的方法可包括將多聚物片插入到壓機(jī)中。
[0010] 在本技術(shù)的另一個(gè)方面，墊圈材料的片或者預(yù)制件可通過燒結(jié)過程以及將墊圈材 料的片或者預(yù)制件冷模制形成最終形式來形成。燒結(jié)過程被用于形成用于冷模制的填充的 或者未填充的，重組的或者刮削的PTEF。冷模制過程可塑性地使片材料形變?yōu)槔硐胄问健?br>[0011] 在可能與任何其他方面相結(jié)合的另一個(gè)方面，該方法可進(jìn)一步包括壓制多聚物片 之前加熱多聚物片。
[0012] 在可能與任何其他方面相結(jié)合的另一個(gè)方面，壓制多聚物片之前加熱多聚物片， 可包括加熱所述多聚物片達(dá)到凝膠點(diǎn)。
[0013] 在其可能與任何其他方面相結(jié)合的另一個(gè)方面，壓制多聚物片之前加熱多聚物 片，可包括加熱所述多聚物片至溫度大約371 °C。
[0014] 在其可能與任何其他方面相結(jié)合的另一個(gè)方面，該方法可進(jìn)一步包括在模具中加 熱多聚物片。
[0015] 在其可能與任何其他方面相結(jié)合的另一個(gè)方面，該方法可進(jìn)一步包括加熱多聚物 片大約15分鐘。
[0016] 在可能與任何其他方面相結(jié)合的另一個(gè)方面，該方法可進(jìn)一步包括在模具中冷卻 多聚物片。
[0017] 在可能與任何其他方面相結(jié)合的另一個(gè)方面，在模具中冷卻多聚物片可包括在模 具中冷卻多聚物片大約10分鐘。
[0018] 在可能與任何其他方面相結(jié)合的另一個(gè)方面，用模具壓制多聚物片可進(jìn)一步包括 用模具形成比多聚物片的互連密封脊線密度高的凹槽區(qū)域。
[0019] 在其可能與任何其他方面相結(jié)合的另一個(gè)方面，將多聚物片插入到所述壓機(jī)中可 進(jìn)一步包括將燒結(jié)的和/或未燒結(jié)的，重組的和/刮削的PTFE片插入到壓機(jī)中。
[0020] 在可能與任何其他方面相結(jié)合的另一個(gè)方面，將PTFE片插入到壓機(jī)中可進(jìn)一 步包括將填充有微氣球，鋇，硫酸鹽，和結(jié)晶二氧化硅，以及其它聚合物/有機(jī)物（PPS， Ekonol，PPS02, PEEK等等）和/或無機(jī)填充物（碳化硅，玻璃纖維，氧化鋁等等）中的至少 一種，燒結(jié)的和/或未燒結(jié)的，重組的和/或刮削的PTFE片插入到壓機(jī)中。
[0021] 在可能與任何其他方面相結(jié)合的另一個(gè)方面，該方法可進(jìn)一步包括在將PTFE片 插入到壓機(jī)前，干燥PTFE片，以實(shí)質(zhì)地去除PTFE片中的任何溶劑。
[0022] 在可能與任何其他方面相結(jié)合的另一個(gè)方面，干燥PTFE片可包括加熱PTFE片至 溫度大約107 °C。
[0023] 在可能與任何其他方面相結(jié)合的另一個(gè)方面，該方法進(jìn)一步包括該方法進(jìn)一步包 括通過壓機(jī)在多聚物片上施加在大約13. 8兆帕和大約20. 7兆帕之間的平均壓力。
[0024] 在本公開的另一個(gè)方面，墊圈材料可包括多聚物片，該多聚物片包括第一主表面 和第二主表面，第二主表面在第一主表面的反面。
[0025] 在可能與任何其他方面相結(jié)合的另一個(gè)方面，互連密封脊線可界定多聚物片的第 一主表面的凹槽陣列。
[0026] 在可能與任何其他方面相結(jié)合的另一個(gè)方面，互連密封脊線可界定多聚物片的第 二主表面的凹槽陣列，與第一主表面基本對(duì)稱。
[0027] 在可能與任何其他方面相結(jié)合的另一個(gè)方面，，多聚物片可包括燒結(jié)的和/或未 燒結(jié)的，重組的和/或刮削的PTFE片。
[0028] 在可能與任何其他方面相結(jié)合的另一個(gè)方面，PTFE片可包括填充有微氣球，鋇，硫 酸鹽，和結(jié)晶二氧化硅，以及其它聚合物/有機(jī)物（PPS，Ekonol，PPS02, PEEK等等）和/或 無機(jī)填充物（碳化硅，玻璃纖維，氧化鋁等等）中的至少一種的PTFE。
[0029] 在可能與任何其他方面相結(jié)合的另一個(gè)方面，多聚物片的凹槽區(qū)域的密度可比多 聚物片的互連密封脊線密度高。
[0030] 在可能與任何其他方面相結(jié)合的另一個(gè)方面，在第一主表面的互連密封脊線，可 界定多聚物片的第一主表面上的矩形或者正方形或者圓形或者蜂窩狀凹槽陣列，并且在第 二主表面的互連密封脊線，可界定多聚物片的第二主表面上的矩形或者正方形或者圓形或 者蜂窩狀凹槽陣列。
【附圖說明】
[0031] 附圖描述了多個(gè)示例性實(shí)施例，并且是說明書的一部分。連同下面的描述，這些附 圖展示并解釋了本公開的各種原理。
[0032] 圖1是根據(jù)當(dāng)前公開的實(shí)施例，墊圈材料片的等距視圖，包括形成蜂窩狀圖案的 互連密封脊線。
[0033] 圖2是從如圖1所示的墊圈材料片，切除的墊圈的等距視圖。
[0034] 圖3是包括如圖2所示的墊圈的凸緣接頭的側(cè)視圖。
[0035] 圖4A是圖3所示凸緣接頭部分的橫截面詳視圖，其中凸緣接頭處于打開位置，墊 圈處于未壓縮狀態(tài)。
[0036] 圖4B展示了圖4A所示的凸緣接頭處于完全關(guān)閉位置，墊圈處于壓縮狀態(tài)的橫截 面詳視圖。
[0037] 圖5是制備如圖1所示的墊圈材料片的模具零件等距視圖。
[0038] 圖6是圖5所示的模具的等距詳圖。
[0039] 圖7是與模具（比如圖5所示）一起使用的印壓機(jī)的等距視圖。
[0040] 圖8是制造如圖1所示的墊圈材料片中使用的滾壓機(jī)的等距視圖。
[0041] 圖9是根據(jù)本公開的實(shí)施例的，制備包括矩形突起的墊圈材料片的模具板的等距 詳圖。
[0042] 圖10是根據(jù)本公開的實(shí)施例的，包括界定如由圖9所示的模具制備的矩形凹槽的 互連脊線的墊圈材料片的等距詳圖。