低应力的密封垫圈制造技术

一种多层、一体的垫圈，它包括：至少一可扩展ＰＴＦＥ的内层（１５），该内层位于一第一基本不透气的外层（１４）与一第二基本不透气的外层（１４）之间；以及一基本不透气的区域（１３），该区域桥接第一和第二不透气的层（１４）。在以低应力对本发明专利技术的垫圈加压时，该垫圈形成一基本不透气的密封。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及垫圈，更具体地说，本专利技术涉及在低于现有垫圈所需应力下形成密封的垫圈。
技术介绍
众所周知，可使用多种垫圈来进行密封。如今广泛地将可扩展的聚四氟乙烯(PTFE)用作一垫圈材料。如授予Gore的美国专利No.3,953,566中揭示的那样，该材料具有许多高度适合垫圈的特性。这些特性包括易压缩性和一致性、耐化学性、相对较高的强度以及比不可扩展地充分密集的PTFE小得多的蠕变倾向和密封压力损失。在许多密封应用中，使用垫圈来密封凸缘之间的连接，例如管道之间的连接。在上述应用中，由于将可扩展的PTFE垫圈放置在凸缘之间，然后施加作用力(例如螺栓的紧固力)将两凸缘加压在一起，因此可扩展的PTFE是垫圈的理想材料。该作用力对可扩展的PTFE加压。在对可扩展的PTFE加压时，其初始孔隙体积减少，从而使可扩展的PTFE致密。尤其是金属对金属的凸缘，它可以向凸缘施加足够的力(或“应力”)，以使可扩展的PTFE充分密集。因而，在至少一部分可扩展的PTFE垫圈中，孔隙体积基本降低至零，以使致密的、无孔隙的、用来密封凸缘的PTFE垫圈可防止容纳在管道中的流体从凸缘之间渗出。在许多应用中，尤其是在使用易破坏金属的强腐蚀(harsh)化学制品或者会污染正在运输或封装的化学制品的金属时，通常使用玻璃衬里的钢、玻璃或玻璃纤维增强塑料(“FRP”)的管道和容器。由于该装备通常用于强烈腐蚀的化学制品，而且PTFE具有众所周知的优良的耐化学性，因此很需要使用PTFE垫圈来密封该装备的连接凸缘。不幸的是，不可扩展的、充分密集的PTFE垫圈通常不能充分适合于有效地密封该类装备。在玻璃衬里的钢制凸缘的情况下，尽管光洁度相对较高，但经常会有与凸缘相关的较大的不平整度或缺少平直度。这种不平整度或缺少平直度需要垫圈与周长周围以及凸缘的内外径之间的较大变化相一致，以便形成一有效的密封。因而，一不可扩展的、充分密集的PTFE垫圈不能充分地适合于密封许多这些应用场合。由于可扩展的PTFE具有较好的一致性，因此最好使用可扩展的PTFE来密封这些通常不平整的凸缘。不幸的是，这些应用中有许多场合不能充分地向凸缘施加足够的作用力，形成足够的垫圈应力，使可扩展的PTFE垫圈充分致密以形成一有效的密封。例如，玻璃衬里的钢管凸缘、玻璃凸缘或FPR管凸缘在施加数量较大的应力时会变形、折断或破裂。因而，在这些应用中，一可扩展的PTFE垫圈的密度不能完全达到无孔隙的状态，由于可以施加在凸缘上，而且不会使它们碎裂的最大应力不足以使垫圈致密，因此无法起到防漏的作用。在许多情况下，垫圈不仅必须在封装或运输时可以密封实际的流体，而且还需要提供一可通过工业中通常称为“气泡试验”的气密密封。在允许系统在生产中用于运送实际流体之前，通常要进行这种用来检查管道系统中的渗漏的预先考核试验。在该测试中，用空气对垫圈管道系统加压，然后喷洒肥皂水。用视觉来检查管道和凸缘组件，肥皂水中出现气泡表明有漏气。必须消除所有的漏气部位，以通过气泡试验。因而，多年来需要的是一易于使用的、具有高度耐化学性的垫圈，该垫圈可以有效地与装备一致，并为该装备提供一气密密封，而且可形成密封的负荷或应力较低。为了提供一种可有效地密封所述困难的应用场合的垫圈，已经进行了许多尝试。大多数尝试涉及一个两片式垫圈。这些垫圈通常称为包络垫圈(envelopegasket)。在大多数包络垫圈中，形成一PTFE的外包层，然后分别填入一更易压缩的填充材料，例如可压缩的石棉或其它毡制的垫圈填充物、一弹性体或一塑料材料、或一有波纹的金属环(通常是不锈钢)。基本概念是用于包络垫圈的PTFE护套(jacket)可提供耐化学性，同时填充材料提供一致性。不幸的是，如同授予Pitolaj的美国专利No.4,900,629中解释的那样，包络垫圈具有许多缺点。在安装垫圈的过程中，包络护套经常会在自身上折叠，从而在垫圈中形成引起泄漏的折痕。同样，包层本身可能具有渗漏的小孔，会使腐蚀物质侵蚀包络填充物，导致填充物的降解。在填充物降解时，密封应力将减少，并发生渗漏。可导致的另一问题是降解的填充材料会污染容纳在管或容器内的流体。在某些情况下，PTFE的包络护套与顺从的填充材料分离，仅仅在填充物上方拉伸包层会产生波纹或折叠，并再次发生渗漏。同样，如果不平整的凸缘发生扭转，护套将承受过度的应力并破裂，再次使腐蚀材料侵蚀填充物，导致填充物的降解和密封的失效。另一问题是这些包络垫圈还易受到冷流或蠕变，这需要定期对螺栓重新加转矩。在授予Nicholson的美国专利No.5,195,759中，采用了一种具有PTFE外壳的包络垫圈，该外壳内有一精巧的金属填料，该金属填料由开孔的薄金属条的卷绕或嵌套的若干圈构成，以便沿它们的宽度方向提供回弹力。可不同程度地移动或折叠单圈，藉此适合缺乏平整度的待密封表面。不透流体材料圈可分布在开孔条带圈之间。尽管该垫圈具有一些优点，但是它仍然具有许多与上述包络垫圈有关的缺点，例如在某些条件下化学制品会侵蚀金属填料。在授予Nicholson的美国专利No.5,558,347中，揭示的一垫圈包括抗化学性的一PTFE包层和包层中的一金属填料圈，该填料圈的形状形成小室。小室中可充满加压惰性气体，以便缓冲垫圈上的增大的负荷。尽管该垫圈也具有一些优点，但它仍然具有许多与上述包络垫圈有关的相同缺点。在授予Udea等人的日本公开专利申请号4-331876中，提出了另一种包络(护套)垫圈，该垫圈核心的外缘由低密度的多孔隙PTFE构成，该PTFE已经纤维化(可扩展)，其密度为1.8克/立方厘米或更小，并用高密度的烧结PTFE构成的护层覆盖。尽管该垫圈具有100％PTFE的优点，并因此不会具有外包层中的小孔渗漏产生的化学侵蚀问题，但该垫圈在其安装过程中仍然具有上述外包层或护套折叠在自身上方，从而在垫圈中形成可产生渗漏的折痕的问题。垫圈还具有上述PTFE的包络护套与顺从的填充材料分离，形成导致渗漏的波纹或折叠的问题。该垫圈具有的另一问题是在包络护套与内部的多孔隙PTFE核心之间没有沿垫圈内径的紧密的配合接触，因而在该区域中留下了没有背衬的包络护套，因此该垫圈在安装过程和使用的同时更易损坏。如同授予Pitolaj的美国专利No.4,900,629中提到的那样，在纠正与包络垫圈相关的一些问题的尝试中，研制了一种均匀同质的、充满微型气泡(例如玻璃微气泡)的PTFE垫圈材料。如纽约州的Palmyra的Garlock股份有限公司制造的Garlock 3504型垫圈所示，该材料使用玻璃微气泡来使一PTFE粘合剂具有可压缩性(25％至35％)，藉此提供一更易变形的垫圈，而且不具备多构件垫圈的缺点。由于结合了微气泡，因此该均匀同质的PTFE/微气泡垫圈材料呈现出增大的可压缩性和密封性能，同时保持了PTFE提供的抗化学性和提高的温度特性。然而，向PTFE添加微气泡使纯净的PTFE垫圈提供的抗拉强度性能降低。此外，该垫圈无法享受可扩展PTFE超过不可扩展PTFE的上述若干优点中的一些优点。在授予Pitolaj的美国专利No.4,900,629中，试图通过在垫圈表层中加入更多微气泡，同时留下一未充填PTFE的中心部分，来克服均匀同质PTFE/微气泡垫圈的固有弱点。各形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多层、一体的垫圈，它包括：至少一个可扩展ＰＴＦＥ的内层，所述内层位于一第一基本不透气的外层与一第二基本不透气的外层之间，以及一基本不透气的区域，所述区域桥接所述第一和第二基本不透气的层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RB迈纳，RG小埃格雷斯，K达夫，DJ米尔斯，久野博一，A里德，
申请(专利权)人：戈尔企业控股股份有限公司，WL戈尔有限公司，日本戈尔得克斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]