BR112016015873B1

BR112016015873B1 - Junta de expansão flexível

Info

Publication number: BR112016015873B1
Application number: BR112016015873-3A
Authority: BR
Inventors: Louis J. Mattina; Stephen Joseph Cramb; Brandon T. Phillips; Benjamin James Whipple; Sherwin A. Damdar
Original assignee: Garlock Sealing Technologies Llc
Priority date: 2014-01-08
Filing date: 2015-01-08
Publication date: 2022-06-21
Also published as: MX2016008952A; US20180313484A1; US20150192231A1; CA2936257A1; WO2015106000A1; CA2936257C; US10066771B2; MX2020007258A; BR112016015873A2; US10400926B2

Abstract

PARTES DE BORRACHA PARA SEREM USADAS PARA SERVIÇOS DE MANUSEIO DE FLUIDO, QUE INCLUEM UMA CAMADA INTERNA DE POLIURETANO. Trata-se de partes de borracha para serem usadas para sistemas de manuseio de fluido que incluem uma estrutura em quatro camadas, em que a camada mais interna da estrutura em quatro camadas é uma camada de poliuretano. O poliuretano pode ser poliuretano desbastável. O poliuretano usado na camada mais interna pode ser produzido reagindo-se diisocianato com um poliéster e/ou polióis de poliéter e um extensor de cadeia. A parte de borracha para ser usada pode ser uma junta de expansão, uma válvula de estrangulamento ou uma mangueira.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO(S) RELACIONADO(S)

[001] Este pedido reivindica a prioridade do pedido provisório de patente US 61/925,009, depositado em 8 de janeiro de 2014, cuja totalidade está incorporada ao presente documento a título de referência.

ANTECEDENTES

[002] Existem muitas diferentes partes de borracha para serem usadas em serviços de manuseio de fluido. Tais partes utilizáveis de borracha fornecem diversas funções em, por exemplo, o transporte de fluido. As partes de borracha podem ser usadas para controlar o fluxo de fluido, fornecer passagens para fluxo de fluido, e conectar juntos segmentos contíguos de um sistema de passagem, para citar apenas alguns exemplos. Os exemplos específicos de partes de borracha para serem usadas em serviços de manuseio de fluido incluem, mas não estão limitados a, juntas de expansão, válvulas de estrangulamento e mangueiras.

[003] As juntas de expansão geralmente são usadas em sistemas de tubulação rígidos para compensar por movimento axial, lateral, torcional e/ou angular e mau alinhamento devido a, por exemplo, expansão e contração térmica, efeitos mecânicos, estabelecimento de sistema, surtos ou mudanças de pressão e vibrações de sistema.

[004] As válvulas de estrangulamento são um tipo de válvula de controle que usam um efeito de estrangulamento para controlar fluxo de fluido. Quando uma válvula de estrangulamento for aberta, o fluido geralmente flui livremente através da válvula de estrangulamento. Quando uma válvula de estrangulamento for fechada, o efeito de estrangulamento obstrui o fluxo de fluido. As válvulas de estrangulamento são usadas frequentemente em sistemas em que pastas aquosas ou fluidos com sólidos arrastados são os meios fornecidos devido ao fato da manga de borracha flexível de uma válvula de estrangulamento permitir que a válvula se feche de forma estanque ao redor de sólidos.

[005] As mangueiras geralmente são passagens cilíndricas ocas que podem ser usadas para fornecer fluidos por diversas distâncias. As mangueiras são frequentemente flexíveis em natureza para fornecer alguma medida de liberdade na disposição da mangueira ao redor ou sobre as obstruções e similares. As mangueiras também podem ser projetadas para absorver vibração de sistema, compensar por expansão e contração térmica e reduzir ruído.

[006] Muitas partes de borracha para serem usadas conhecidas anteriormente usam certos elastômeros limitados como um componente da parte de borracha. Por exemplo, certos tipos de elastômeros são usados normalmente como a camada mais interna de partes de borracha. Em adição ao fornecimento do grau de flexibilidade tipicamente necessário em partes de borracha para serem usadas para serviços de manuseio de fluido, os elastômeros foram usados tipicamente devido a seu baixo custo e resistência à abrasão.

[007] Entretanto, a resistência à abrasão desses certos tipos de elastômeros é menos que ideal. Por exemplo, alguns meios, como fluidos com uma grande quantidade de partículas sólidas arrastadas, degradarão os elastômeros por um período de tempo relativamente curto, de modo que as partes de borracha para serem usadas precisam ser substituídas frequentemente. Essa vida útil reduzida aumenta os custos e a desaceleração da manutenção.

[008] Devido ao fato de elastômeros convencionais geralmente não terem resistência à abrasão suficiente para uso em algumas aplicações altamente abrasivas, foram envidados esforços para identificar materiais alternativos para uso como a camada mais interna das partes de borracha a serem usadas. Um material que tem resistência maior à abrasão que certos tipos de elastômeros é o poliuretano. Entretanto, o poliuretano não tem sido usado como uma camada mais interna em partes de borracha para serem usadas devido ao fato de diversos problemas que podem surgir do uso de poliuretano.

[009] Um problema particular com o uso de poliuretano como uma camada mais interna é que o poliuretano é difícil de processar no formato necessário para uma camada mais interna de uma parte de borracha a ser usada. A viscosidade do poliuretano é geralmente alta, o que torna difícil registrar o material no formato desejado.

[0010] Outro problema é que a indústria geralmente considera poliuretano como não tendo resistência à água suficiente para uso como uma camada mais interna de uma parte de borracha a ser usada.

[0011] Os problemas também surgem em relação à adesão de camadas mais internas de poliuretano a camadas adjacentes na estrutura de compósito da parte de borracha a ser usada. A fim de fornecer uma parte útil de borracha a ser usada, a ligação entre a camada mais interna de poliuretano e a camada adjacente deve ser tanto forte o bastante para resistir à delaminação e flexível o bastante para permitir o grau de movimento necessário em partes de borracha a serem usadas para manuseio de fluido. Os adesivos típicos não têm capacidade para fornecer nenhuma dessas características. Por exemplo, um adesivo típico similar a cimento pode fornecer a ligação necessária entre a camada mais interna de poliuretano e uma camada adjacente, mas o adesivo seco é quebradiço e, portanto, não fornece a flexibilidade necessária.

[0012] Devido a pelo menos um ou mais dos problemas identificados acima, o poliuretano foi rejeitado pela indústria para uso como uma camada mais interna de uma parte de borracha a ser usada. Entretanto, se alguns ou todos os problemas identificados acima puderem ser resolvidos, o uso de poliuretano como uma camada mais interna de uma parte de borracha a ser usada seria útil devido a suas características de boa resistência à abrasão e adequação para uso em aplicações altamente abrasivas.

SUMÁRIO

[0013] Este Sumário é fornecido para introduzir uma seleção de conceitos de forma simplificada que são descritos com mais detalhes abaixo na descrição detalhada. Este Sumário, e os Antecedentes supracitados, não estão destinados a identificar aspectos chave ou aspectos essenciais da matéria reivindicada. Ademais, este Sumário não está destinado para uso como uma ajuda na determinação do escopo da matéria reivindicada.

[0014] Em algumas modalidades, uma junta de expansão adequada para uso em sistemas de manuseio de fluido é revelada. A junta de expansão pode incluir uma camada mais interna que compreende poliuretano, uma camada dupla de ligação (bonding ply), uma camada de reforço e uma camada externa. O poliuretano pode ser um poliuretano desbastável. A camada externa pode ser um composto elastomérico flexível.

[0015] Em algumas modalidades, a junta de expansão compreende uma porção de corpo principal cilíndrico que tem uma passagem oca que se estende através da mesma e um flange em uma das extremidades da porção de corpo principal cilíndrico. A camada mais interna da junta de expansão pode compreender poliuretano desbastável.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0016] As modalidades não limitantes e não exaustivas dos métodos e sistemas revelados no presente documento estão descritas com referência às Figuras a seguir, em que os números de referência semelhantes se referem às partes semelhantes ao longo das várias vistas, exceto quando especificado em contrário.

[0017] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma junta de expansão de arco fluido de acordo com diversas modalidades descritas no presente documento.

[0018] A Figura 2 é uma vista em perspectiva de uma junta de expansão de arco abrupto de acordo com diversas modalidades descritas no presente documento.

[0019] A Figura 3 é uma vista em corte transversal da junta de expansão mostrada na Figura 1.

[0020] A Figura 4 é uma vista em corte transversal da junta de expansão mostrada na Figura 2.

[0021] A Figura 5 é uma vista em corte transversal de uma válvula de estrangulamento de acordo com diversas modalidades descritas no presente documento.

[0022] A Figura 6 é uma vista em corte transversal de uma mangueira de acordo com diversas modalidades descritas no presente documento.

[0023] A Figura 7 é um fluxograma que ilustra um método de fabricação de uma junta de expansão flexível de acordo com diversas modalidades descritas no presente documento.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0024] As partes de borracha a serem usadas descritas no presente documento geralmente incluem uma camada interna de poliuretano que é resistente a fluido altamente abrasivo e, portanto, supera alguns ou todos os problemas delineados nos Antecedentes. Em algumas modalidades, o poliuretano é poliuretano desbastável, que tem capacidade para ser fabricado nos formatos necessários para uso em partes de borracha a serem usadas. A camada interna de poliuretano pode ser aderida a uma camada adjacente com o uso de uma camada dupla de ligação.

[0025] As partes de borracha a serem usadas que têm camadas internas de poliuretano podem incluir geralmente qualquer parte utilizável de borracha para ser usada tradicionalmente em sistemas de manuseio de fluido para o propósito de facilitar a transferência de um fluido que atravessa o sistema de manuseio de fluido. Em algumas modalidades, as partes de borracha a serem usadas são partes flexíveis de borracha a serem usadas projetadas especificamente para uso em aplicações dinâmicas. As partes flexíveis de borracha para serem usadas são projetadas para permitir um pouco de movimento necessário em sistemas de manuseio de fluido e, portanto, devem incluir partes componentes que também tenham capacidade de flexibilidade e movimento. Os exemplos de partes de borracha para serem usadas incluem, mas não estão limitados a, juntas de expansão flexíveis, válvulas de estrangulamento flexíveis e mangueiras flexíveis. Os fluidos com capacidade para serem transportados em sistemas de manuseio de fluido que incorporam partes de borracha para serem usadas incluem líquidos, gás, plasma e fluidos que têm sólidos suspensos dentro do fluido.

[0026] Em algumas modalidades, as partes de borracha para serem usadas incluem uma estrutura em quatro camadas. A estrutura em quatro camadas inclui uma camada interna de poliuretano, uma camada dupla de ligação, uma camada de reforço e uma camada externa. Em algumas modalidades, a camada dupla de ligação é ligada quimicamente à camada mais interna em uma superfície e ligada mecanicamente à camada de reforço na superfície oposta para fornecer, desse modo, a ligação necessária para a parte de borracha a ser usada. Cada camada da estrutura em quatro camadas é descrita em maiores detalhes abaixo.

JUNTA DE EXPANSÃO

[0027] Em algumas modalidades, a parte de borracha a ser usada que inclui uma camada interna de poliuretano é uma junta de expansão flexível. As juntas de expansão flexível são usadas geralmente para conectar unidades adjacentes de um sistema de manuseio de fluido, como dois segmentos de tubulação adjacentes. A flexibilidade da junta de expansão prevê que segmentos de tubulação adjacentes se movam independentemente enquanto continuam a conectar de modo fluido os dois segmentos adjacentes.

[0028] Com referência às Figuras 1 e 2, diversas modalidades de uma junta de expansão flexível 100, 200 descritas no presente documento são mostradas. A junta de expansão flexível 100, 200 inclui uma porção de corpo principal flexível, geralmente cilíndrica 110, 210 que tem uma passagem oca interna 120, 220 que se estende através da mesma, e flanges 130, 230 localizados em extremidades opostas da porção de corpo principal cilíndrico 110, 210. Embora as Figuras 1 e 2 forneçam dois tipos exemplificativos de juntas de expansão flexíveis, a tecnologia descrita no presente documento não deve ser limitada aos tipos especificamente enumerados de juntas de expansão flexíveis.

[0029] A Figura 1 mostra uma junta de expansão de arco fluido 100, em que o corpo principal cilíndrico flexível 110 inclui um arco gradual 140 que se estende ao longo de uma porção substancial do comprimento da porção de corpo principal cilíndrico 110. A junta de expansão de arco fluido 100 pode ser adequada para uso em aplicações dinâmicas de alta pressão em que baixos coeficientes de mola e um arco autoajustável são necessários. A junta de expansão de arco fluido 100 pode ser projetada e fabricada especialmente para compensar por mau alinhamento permanente de tubulação. A junta de expansão de arco fluido 100 pode impedir o acúmulo de sedimento e fornecer capacidades de alta pressão, enquanto também pode fornecer baixos coeficientes de mola. As indústrias que usam as juntas de expansão de arco fluido podem incluir mineração, unidades de geração de potência com unidades de dessulfurização de gás de combustão, e a indústria de fertilizantes para citar algumas poucas indústrias.

[0030] A Figura 2 mostra uma junta de expansão de arco abrupto 200, em que o corpo principal cilíndrico flexível 210 inclui um arco curto 240 que se estende ao longo de uma porção minoritária do comprimento do corpo principal cilíndrico 210. A junta de expansão de arco abrupto 200 pode ser adequada para uso em condições dinâmicas em que as preocupações com pressão e vácuo estão presentes. A junta de expansão de arco abrupto 200 pode ser projetada e fabricada especialmente para compensar por mau alinhamento permanente de tubulação. A junta de expansão de arco abrupto 200 pode impedir o acúmulo de sedimento e fornecer capacidades de alta pressão, enquanto também pode fornecer baixos coeficientes de mola. As indústrias que usam as juntas de expansão de arco abrupto podem incluir mineração, unidades de geração de potência com unidades de dessulfurização de gás de combustão, e a indústria de fertilizantes para citar algumas poucas indústrias.

[0031] As dimensões das juntas de expansão flexíveis 100, 200 mostradas nas Figuras 1 e 2 geralmente não são limitadas e podem ser adaptadas para a aplicação específica da junta de expansão flexível. Em algumas modalidades, as faixas de tamanho padrão incluem um mínimo de 1,27 cm (^") de ID (diâmetro interno) até um máximo de 304,8 cm (120") de ID e um OD (diâmetro externo) de faixa de tamanho de 6,35 cm (2-1/2") até 356,24 cm (140-1/4"). As dimensões face a face (isto é, comprimento) também podem variar com base nas necessidades do cliente, mas as faixas de tamanho padrão podem ser de 15,24 cm (6") a 30,48 cm (12"). Em algumas modalidades, uma faixa de tamanho específica para juntas de expansão de poliuretano são aproximadamente de 10,16 a 121,92 cm (4" a 48") de ID.

[0032] Em algumas modalidades, a junta de expansão flexível inclui uma estrutura em quatro camadas. Com referência às Figuras 3 e 4, a estrutura em quatro camadas pode incluir uma camada mais interna 300, uma camada dupla de ligação 305, uma camada de reforço 310 e uma camada externa 330. A Figura 3 é uma vista em corte transversal da junta de expansão de arco fluido 100 mostrada na Figura 1 e a Figura 4 é uma vista em corte transversal da junta de expansão de arco abrupto 200 mostrada na Figura 2.

[0033] Em algumas modalidades, a camada mais interna 300 compreende poliuretano. Em algumas modalidades, a camada mais interna 300 é predominantemente ou inteiramente de poliuretano, enquanto, em outras modalidades, a camada mais interna 300 tem menos de 100% de poliuretano. Outros componentes que podem ser incluídos na camada mais interna, quando a mesma tiver menos de 100% de poliuretano, incluem aditivos e preenchimentos usados tipicamente em compostos de elastômero (por exemplo, sílica, argila, talco e plastificantes). Em algumas modalidades, a camada mais interna 300 inclui 70% ou mais de poliuretano, sendo que o restante é de aditivos. Em algumas modalidades, os componentes aditivos podem ser incluídos em uma faixa de 40 a 55% em peso da camada mais interna, em qualquer combinação, sendo que o teor de poliuretano, portanto, é de 45 a 60% em peso.

[0034] O poliuretano pode ser classificado geralmente em uma de três categorias: refratário, termoplástico e desbastável. Em algumas modalidades, o poliuretano usado na junta de expansão descrita no presente documento é poliuretano desbastável. Os poliuretanos desbastáveis são polímeros sólidos que têm propriedades similares aos uretanos refratários (líquidos) enquanto também são uretanos subindexados, o que significa que existe uma deficiência estequiométrica de grupos isocianato em comparação com grupos hidroxila na reação geral. Em algumas modalidades, o poliuretano desbastável é MillathaneTM E34, fabricado pela TSE Industries, de Clearwater, FL.

[0035] Os poliuretanos desbastáveis podem ser feitos reagindo-se diisocianato com um poliol e um extensor de cadeia. O poliol usado na reação pode ser um poliéster, um poliéter ou uma combinação de ambos. Em algumas modalidades, o poliuretano usado nas modalidades descritas no presente documento é feito com o uso de apenas ou predominantemente polióis de poliéter na reação. Esses polióis de poliéter transmitem maior resistência à água ao poliuretano resultante e, dessa forma, tornam o poliuretano mais adequado para uso em uma junta de expansão flexível.

[0036] Em algumas modalidades, como na qual a junta de expansão flexível é para uso com óleo como um meio fornecido, os polióis que reagiram para formar poliuretano desbastável podem incluir polióis de poliéster devido ao fato do poliuretano desbastável do tipo poliéster ter melhor resistência a óleo, então, o poliuretano desbastável do tipo poliéter. Um poliuretano desbastável do tipo poliéster terá resistência a óleo igual a um composto de nitrila, enquanto um poliuretano desbastável do tipo poliéter terá resistência a óleo entre um composto de nitrila e de neopreno.

[0037] A espessura da camada mais interna geralmente não é limitada e pode ser adaptada para se adequar à aplicação específica da junta de expansão flexível. Em algumas modalidades, a camada mais interna tem uma espessura mínima de 0,32 cm (1/8"). Essa espessura mínima ajuda a garantir que a camada mais interna seja à prova de vazamento e compatível com os meios fornecidos.

[0038] Em algumas modalidades, a espessura da camada mais interna é uniforme ao longo de toda a junta de expansão flexível. Em outras modalidades, a espessura da camada mais interna é variável em diferentes porções da junta de expansão flexível. Por exemplo, a espessura da camada mais interna pode ser menor ou maior nos flanges 350 da junta de expansão flexível. A espessura da camada mais interna também pode ser variada (menor ou maior) na porção de arco gradual ou curto da junta de expansão flexível.

[0039] A camada dupla de ligação 305 fornece ligação entre a camada mais interna 300 e a camada de reforço 310. Em algumas modalidades, a camada dupla de ligação 305 é uma camada sólida de um material de borracha disposto entre a camada mais interna 300 e a camada de reforço 310 e que tem capacidade para fornecer ligação sites para formar ligações químicas com o material da camada mais interna. Em algumas modalidades, a camada de borracha é uma camada de borracha de neopreno. Outras camadas de borracha que têm capacidade para fornecer ligação química suficiente com a camada mais interna 300 e ligação mecânica com a camada de reforço 310 também podem ser usadas.

[0040] A espessura da camada dupla de ligação geralmente não é limitada e pode ter qualquer espessura adequada necessária para fornecer ligação entre a camada mais interna 300 e a camada de reforço 310 enquanto também fornece a flexibilidade necessária para o processo de fabricação (por exemplo, para que a mesma possa ser enrolada ao redor de um molde cilíndrico) e no produto terminado. Em algumas modalidades, a camada dupla de ligação tem uma espessura na faixa de 0,16 centímetro (0,063 polegada) a 0,24 centímetro (0,093 polegada). Em algumas modalidades, duas ou mais camadas duplas de ligação podem ser usadas, no caso da espessura da camada dupla de ligação de compósito poder ser o dobro ou mais da faixa de espessura fornecida acima. Geralmente, a camada dupla de ligação terá uma espessura uniforme, embora uma camada dupla de ligação com uma espessura variável também possa ser usada.

[0041] Na interface entre a camada mais interna 300 e a camada dupla de ligação 305, a ligação pode ser uma ligação química. Em algumas modalidades, a ligação química se dá entre cadeias de carbono em cada uma dentre a camada mais interna 300 e a camada dupla de ligação 305. Em algumas modalidades, a superfície da camada mais interna 300 pode ser tratada com um solvente a fim de fornecer locais de ligação que se ligam à camada dupla de ligação 305. Esse tratamento de solvente é descrito em maiores detalhes abaixo. Outros tratamentos que fornecem os locais de ligação desejados também podem ser usados.

[0042] Na interface entre a camada dupla de ligação 305 e a camada de reforço 310, a ligação pode ser uma ligação mecânica. Em algumas modalidades, o material da camada dupla de ligação 305 se infiltra no material da camada de reforço durante o processo de fabricação e, dessa forma, cria uma ligação mecânica entre as duas camadas uma vez que a camada dupla de ligação 305 esteja endurecida. Por exemplo, quando a camada de reforço 310 for uma camada de reforço de tecido com uma construção relativamente aberta, o material da camada dupla de ligação 305 se infiltrará nos espaços intersticiais da camada de reforço de tecido para fornecer, desse modo, a ligação mecânica entre as duas camadas.

[0043] A camada de reforço 310 pode ser qualquer material de reforço ou combinação de materiais de reforço adequados. Em algumas modalidades, o material de reforço é um material de reforço de tecido. As camadas adequadas de material de reforço de tecido incluem, mas não estão limitadas a, talhe (poli)reto de 567 gramas (20 onças), talhe (poli)enviesado de 567 gramas (20 onças), (poli)desnatado de 567 gramas (20 onças), reto com cordonel de náilon para pneu, enviesado com cordonel de náilon para pneu, fibra de vidro Kevlar com clorobutila (CFK), fibra de vidro de Kevlar com Viton (VFK), fibra de vidro de Kevlar com nitrila (NFK), fibra de vidro de Kevlar com Hypalon (HFK), neopoliéster de acordo com a FDA, poliéster de butila de acordo com a FDA, poliéster de HNBR, neopoliéster, cordonel Kevlar tratado com cloro, cordonel Kevlar com HNBR e cordonel para pneus à base de HNBR/Náilon.

[0044] Em algumas modalidades, a camada de reforço 310 é feita de múltiplas camadas empilhadas dos materiais mesmos ou diferentes. Qualquer quantidade de camadas em qualquer combinação de materiais pode ser usada. Por exemplo, a camada de reforço pode incluir duas ou mais camadas de tecido com camadas de sustentação de metal dispostas entre si. A pilha de camadas que forma a camada de reforço também pode incluir, por exemplo, uma ou mais camadas butila. Em um exemplo específico, um mínimo de 4 dobras de cordonel para pneus de alta qualidade (por exemplo, cordonel para pneus de náilon), impregnadas com elastômeros compatíveis, são usadas para fornecer flexibilidade assim como durabilidade.

[0045] A espessura da camada de reforço geralmente não é limitada e pode ser adaptada para se adequar à aplicação específica da junta de expansão flexível. Em algumas modalidades, a camada de reforço geral tem uma espessura na faixa de 0,64 a 5,08 centímetros (0,25 a 2 polegadas). Em algumas modalidades, cada camada de tecido reforçado usada tem 0,11 cm (0,043") (0,13 cm (0,053") no caso de camadas raspadas).

[0046] Em algumas modalidades, a espessura da camada de reforço é uniforme ao longo de toda a junta de expansão flexível. Em outras modalidades, a espessura da camada de reforço é variável em diferentes porções da junta de expansão flexível. Por exemplo, a espessura da camada de reforço pode ser menor ou maior nos flanges 350 da junta de expansão flexível. A espessura da camada de reforço também pode ser variada (menor ou maior) na porção de arco gradual ou curto da junta de expansão flexível.

[0047] A camada externa 320 pode ser qualquer material ou combinação de materiais adequados que protegem a junta de expansão flexível contra condições ambientais e/ou dano mecânico. Em algumas modalidades, a camada externa é um composto elastomérico. Os compostos elastoméricos adequados incluem, mas não estão limitados a, clorobutila, borracha natural, neopreno, neopreno de FDA, nitrilo, FKM (Viton), EPDM de FDA, CSM (Hypalon), EPDM, HNBR ou combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, a camada externa é um material que cumpre a ASTM D2000 4AA 610 A13 EA14.

[0048] Em algumas modalidades, a camada externa 320 é feita de um composto elastomérico que tem flexibilidade adequada de modo que a camada externa seja adequada para uso em uma junta de expansão flexível. As juntas de expansão flexível requerem flexibilidade para que as mesmas possam se mover e se ajustar a vibrações e outros movimentos no sistema de manuseio de fluido. Em algumas modalidades, a camada externa 320 tem uma flexibilidade similar ou idêntica à flexibilidade da camada interna 300.

[0049] A espessura da camada externa geralmente não é limitada e pode ser adaptada para se adequar à aplicação específica da junta de expansão. Em algumas modalidades, a camada externa tem uma espessura mínima de 0,16 cm (1/16").

[0050] Em algumas modalidades, a espessura da camada externa é uniforme ao longo de toda a junta de expansão flexível. Em outras modalidades, a espessura da camada externa é variável em diferentes porções da junta de expansão flexível. Por exemplo, a espessura da camada externa pode ser menor ou maior nos flanges 350 da junta de expansão flexível. A espessura da camada externa também pode ser variada (menor ou maior) na porção de arco gradual ou curto da junta de expansão flexível.

[0051] A ligação entre a camada de reforço 310 e a camada externa 320 pode ser qualquer adequada ligação que fornece a adesão necessária entre as camadas. Em algumas modalidades, cada material tem uma pegajosidade suficiente para que uma ligação física suficiente seja fornecida entre os dois materiais. Em outras modalidades, uma substância pegajosa (como um solvente com uretano desbastável dissolvido no mesmo) pode ser fornecida entre as duas camadas para auxiliar na ligação. Em algumas modalidades, a camada externa 320 é dimensionada de modo que a mesma se aperte junto com a camada de reforço, a camada dupla de ligação e a camada mais interna. Em tais modalidades, essa força de aperto pode fornecer ligação mecânica suficiente entre a camada de reforço e a camada externa.

[0052] Em algumas modalidades, a camada de reforço 310 e/ou a camada externa 320 podem ser feitas do mesmo material de poliuretano que a camada mais interna. Em uma modalidade em que a camada de reforço é material de poliuretano, a camada dupla de ligação 305 não pode ser necessária. Nas modalidades em que tanto a camada de reforço 310 quanto a camada externa 320 são feitas de poliuretano, o corte transversal da junta de expansão pode aparecer como uma massa unitária de material de poliuretano (opcionalmente com diversos materiais de sustentação, como anéis de metal, dispostos dentro da massa unitária).

[0053] Para a junta de expansão de arco abrupto mostrada na Figura 4, o reforço de metal pode ser incluído dentro da camada reforçada 310. O reforço de metal pode ser fio metálico ou anéis de corpo metálico retangular/redondo. Quando for usado fio, o mesmo pode ser revestido com tecido a fim de obter força de ligação adequada com o tecido e dobras de borracha subsequentes. As juntas de expansão flexível abaixo de 12,7 cm (5" de ID) pode usar 0,16 cm (1/16") de diâmetro mínimo de fio para reforço. As juntas de expansão flexível 12,7 cm (5" de ID) e maiores podem usar anéis de corpo metálico que têm, no mínimo 0,64 cm (1/4") de altura.

[0054] Em algumas modalidades, a junta de expansão flexível inclui apenas as quatro camadas discutidas acima (isto é, a camada mais interna, a camada de reforço, a camada externa). Em algumas modalidades, as camadas adicionais podem ser incluídas.

[0055] Uma camada protetora externa opcional também pode ser incluída tanto na junta de expansão de arco quanto na de arco fluido. A camada protetora externa tem o objetivo de impedir a deterioração da junta de expansão flexível devido a condições ambientais. A camada protetora externa pode ser um revestimento de tinta de acrílico que exibe características excelentes de desintegração sem impedir a flexibilidade do produto. O revestimento pode ser aplicado de modo completo e uniforme.

[0056] Com referência à Figura 7, um método 700 de fabricação da junta de expansão flexível pode incluir uma etapa 710 de depósito de uma camada de poliuretano ao redor de um cilindro, uma etapa 720 de revestimento da camada de poliuretano com um solvente, uma etapa 730 de depósito de uma camada dupla de ligação na camada de solvente, uma etapa 740 de depósito de uma camada de reforço na camada dupla de ligação, uma etapa 750 de depósito de uma camada externa na camada de reforço, e uma etapa 760 de aquecimento da estrutura de compósito. A formação de camadas sequencial desse processo forma uma estrutura cilíndrica de compósito que, quando aquecida, se forma junta para resultar em uma junta de expansão flexível conforme descrito no presente documento.

[0057] Na etapa 710, uma camada de poliuretano é depositada em um molde cilíndrico. Por exemplo, a camada de poliuretano pode ter um comprimento igual à circunferência do molde cilíndrico e um comprimento igual ou menor que o comprimento do molde cilíndrico de modo que a camada do poliuretano possa ser enrolada ao redor da circunferência do molde cilíndrico com pouca ou nenhuma sobreposição.

[0058] O molde cilíndrico geralmente pode ter um diâmetro igual ao diâmetro interno desejado da junta de expansão flexível final. O molde cilíndrico pode ser feito de qualquer material adequado. Em algumas modalidades, o material do molde cilíndrico é selecionado de modo que o material da camada mais interna não reaja ou, de outro modo, adira ao molde cilíndrico. Uma vez que a junta de expansão flexível seja formada, a junta de expansão desliza para fora do molde cilíndrico e, portanto, qualquer tipo de ligação entre o molde cilíndrico e a junta de expansão é indesejável.

[0059] O material da camada de poliuretano depositado no molde cilíndrico na etapa 710 pode ser similar ou idêntico ao material descrito acima em relação à camada mais interna 300. Em algumas modalidades, a camada de poliuretano depositada no molde cilíndrico é poliuretano desbastável.

[0060] Na etapa 720, uma camada de solvente é revestida no topo da camada de poliuretano. A camada de solvente revestimento etapa é projetada para preparar a camada de poliuretano para a ligação química com a dobra de ligação. Em algumas modalidades, o solvente usado na etapa 720 é qualquer solvente que tem capacidade para reagir com a camada de poliuretano para fornecer locais de ligação disponíveis para a superfície da camada de poliuretano. Em algumas modalidades, o solvente fornece locais de ligação disponíveis na extremidade de cadeias de hidrocarboneto na superfície da camada de poliuretano.

[0061] Conforme notado acima, qualquer solvente adequado com capacidade para fornecer locais de ligação no material da camada mais interna (por exemplo, poliuretano) pode ser usada. Em algumas modalidades, o solvente é metil etil cetona (MEK). Outros solventes adequados incluem heptano, acetona e terc-butil acetato. Em algumas modalidades, uma quantidade do material usado como a camada mais interna (por exemplo, poliuretano) é dissolvida no solvente.

[0062] Em algumas modalidades, as etapas 710 e 720 são repetidas uma ou mais vezes. Em tais modalidades, uma segunda camada de poliuretano é revestida no topo da camada de solvente fornecida na etapa 720 e, então, uma segunda camada de solvente é revestida no topo da segunda camada de poliuretano. Uma vez que a estrutura de compósito seja aquecida, o solvente se dispersará e as duas camadas de poliuretano se fundirão juntas de modo que, no produto final, apenas uma massa única de poliuretano seja visível quando se olha uma vista em corte transversal do produto. A repetição dessas etapas permite fornecer uma camada mais interna mais espessa da estrutura de compósito.

[0063] Na etapa 730, uma camada dupla de ligação é depositada na camada de solvente. O modo de depósito da camada dupla de ligação na camada de solvente é similar a como a camada de poliuretano é depositada no molde cilíndrico (isto é, uma lâmina do material pode ser enrolada ao redor do material já depositado no molde cilíndrico). A camada dupla de ligação pode ser similar ou idêntica à camada dupla de ligação descrita acima em relação à camada dupla de ligação 305. Em algumas modalidades, a camada dupla de ligação é uma camada de borracha de neopreno. Uma vez que a camada dupla de ligação seja depositada no solvente, alguma ligação química entre a camada dupla de ligação e o poliuretano começa a ocorrer. Entretanto, a reticulação total dessas duas camadas geralmente não é conseguida até após a etapa de aquecimento 760.

[0064] Na etapa 740, a camada de reforço é depositada no topo da camada dupla de ligação da etapa 730. O modo de depósito da camada de reforço na camada dupla de ligação é similar a como a camada de poliuretano é depositada no molde cilíndrico (isto é, uma lâmina do material pode ser enrolada ao redor do material já depositado no molde cilíndrico). Conforme discutido acima, a camada de reforço pode incluir duas ou mais camadas de materiais diferentes e, portanto, a etapa 730 pode incluir uma ou mais subetapas nas quais cada camada da camada de reforço é depositada sequencialmente no material já enrolado ao redor do molde.

[0065] Conforme discutido acima, em maiores detalhes acima, a ligação entre a camada dupla de ligação e a camada de reforço é geralmente uma ligação mecânica. A infiltração da camada dupla de ligação na camada de reforço pode começar a ocorrer uma vez que a camada de reforço seja formada, quando for aplicada pressão à estrutura de compósito (conforme descrito em maiores detalhes abaixo) e/ou durante a etapa de aquecimento 760. A ligação mecânica final entre as duas camadas for, por fim, alcançada após o material ser aquecido e seco, de modo que o material da camada dupla de ligação que se infiltra na camada de reforço se solidifica.

[0066] Na etapa 750, uma camada externa é depositada na camada de reforço. O modo de depósito da camada externa na camada de reforço é similar a como a camada de poliuretano é depositada no molde cilíndrico (isto é, uma lâmina do material pode ser enrolada ao redor do material já depositado no molde cilíndrico). A camada externa pode ser similar ou idêntica à camada externa descrita acima em relação à camada externa 320.

[0067] Em algumas modalidades, o método inclui adicionalmente enrolar toda a estrutura de compósito formada no molde em um material de lâmina que aperta a estrutura de compósito junta antes de aquecer a estrutura de compósito. Qualquer material adequado pode ser usado, como um material de tecido de alta temperatura com capacidade para suportar a etapa de aquecimento 760. O uso do material enrolado para apertar juntas as camadas da estrutura de compósito ajuda a promover as interações entre camada adjacentes durante a etapa de aquecimento.

[0068] Na etapa 760, a estrutura de compósito é aquecida. A etapa de aquecimento pode ser executada com o uso de qualquer adequada aparelho de aquecimento, que inclui, mas não se limita a um forno. A etapa de aquecimento pode ser executada em qualquer temperatura adequada e por qualquer período de tempo necessário adequado para executar interações entre camadas adjacentes que, por fim, levam a um nível aumentado de ligação (química, mecânica ou de outro modo) entre camadas adjacentes. A etapa de aquecimento promove a interação entre camadas adjacentes e a formação do produto de junta de expansão final. Em algumas modalidades, a etapa de aquecimento promove pelo menos ligação química adicional entre a camada de poliuretano e a camada dupla de ligação.

[0069] A camada de solvente usada entre a camada de poliuretano e a camada dupla de ligação na etapa 720 pode ser usada opcionalmente entre outras camadas da estrutura de compósito. Por exemplo, em algumas modalidades, uma camada de solvente similar ou idêntica à camada de solvente na etapa 720 é fornecida entre a camada de reforço e a camada externa a fim de fornecer pegajosidade e ligação mecânica entre as duas camadas.

[0070] Após a etapa de aquecimento 760, o material enrolado (caso usado) é removido e a junta de expansão é removida do molde cilíndrico.

[0071] O processo revelado acima descreve um modo no qual a junta de expansão flexível pode ser fabricada. Outros processos conhecidos às pessoas de habilidade comum na técnica, como moldagem, calandragem, extrusão, etc., também podem ser usados para fabricar a junta de expansão revelada acima.

[0072] O material de poliuretano é usado predominantemente na camada mais interna da junta de expansão para proteger o reforço de tecido contra meios abrasivos. Os métodos de precaução são tomados durante o processo de fabricação para garantir uma ligação forte entre as camadas para reduzir o risco de delaminação e falha. De modo geral, diversos cimentos de borracha podem ser usados para aderir as camadas entre si. As ligações fortes entre camadas podem ser obtidas com o uso de uma formulação de cimento de borracha de neopreno para aderir ao material de poliuretano a outras camadas da junta de expansão. A ligação entre compostos de poliuretano e neopreno permitirá que as juntas de expansão para realização sob vácuo, assim como permitirá vida útil mais longa que a que é vista no mercado atualmente.

[0073] As juntas de expansão conforme descrito no presente documento têm excelente resistência à abrasão. Os resultados de teste de abrasão de padrão Din, abrasão de padrão Picco e abrasão de padrão Taber são excelentes em comparação com outros elastômeros convencionais. Em alguns testes de laboratório, as medições de abrasão Picco são melhoradas por um múltiplo de mais de 2 quando em comparação com uma junta de expansão que tem um revestimento interno de borracha natural a uma junta de expansão conforme descrito no presente documento.

[0074] O poliuretano usado nas juntas de expansão tem propriedades de foça excelentes com valores tênseis acima de 27,58 MPa (4.000 psi). A força tênsil muito alta também rende excelentes propriedades de resistência a rasgamento e corte. Em muitas aplicações, partículas afiadas tipicamente cortarão e rasgarão um elastômero que causa falha do produto. Em muitas aplicações, esse corte e esse rasgo são considerados abrasão do elastômero. As juntas de expansão com o uso de poliuretano podem resistir esse corte e rasgamento devido à força tênsil.

VÁLVULA DE ESTRANGULAMENTO

[0075] Com referência à Figura 5, uma válvula de estrangulamento 500 de acordo com diversas modalidades descritas no presente documento é mostrada. A válvula de estrangulamento 500 geralmente inclui uma porção de carcaça externa 510 no formato geral de um cilindro com uma passagem oca que se estende através da mesma. Uma manga flexível cilíndrica 520 é posicionada dentro da porção de carcaça 510 e geralmente é alinhada de modo coaxial com a carcaça 510. Em algumas modalidades, a manga 520 tem um diâmetro externo aproximadamente igual ao diâmetro interno da carcaça 510 de modo que a manga 520 se estende contra a superfície interna da carcaça 510. A válvula de estrangulamento 500 inclui adicionalmente uma roda 530 conectada de modo operacional a um apertador 540. O apertador 540 é alinhado em perpendicular ao eixo geométrico longitudinal da carcaça 510. Virar a roda 530 move e o apertador 540 para dentro ou para fora da carcaça 510. Quando o apertador 540 se move para a carcaça 510, o mesmo se pressiona contra a manga 520, que é flexível e, portanto, se move para dentro com o apertador 540. Conforme mostrado na Figura 5, o apertador 540 pode incluir uma porção correspondente 540a que também é conectada de modo operacional à roda 530. A porção correspondente 540a se move na carcaça 510 em conjunto com o apertador 540 e, dessa forma, empurra para o lado oposto da manga 520. O apertador 540 e a porção correspondente 540a, por fim, trarão lados opostos da manga 520 juntos e fecham a passagem de fluido através da manga 510. Desse modo, a válvula de estrangulamento 500 pode reduzir ou parar o fluxo de fluido através de um sistema de manuseio de fluido.

[0076] A manga 510 pode ter uma estrutura em quatro camadas que é similar ou idêntica à estrutura em quatro camadas descritas acima em relação à junta de expansão. Dessa forma, conforme mostrado na Figura 5, a manga flexível 520 pode incluir uma camada mais interna 300, uma camada dupla de ligação 305, uma camada de reforço 310 e uma camada externa 320. Cada camada da estrutura em quatro camadas pode ser similar ou idêntica às camadas descritas acima em relação à junta de expansão, que inclui o modo no qual a ligação das camadas adjacentes uma a outra se dá. Em algumas modalidades, a camada mais interna 300 da manga flexível 520 é poliuretano e, mais especificamente, poliuretano desbastável. Como ocorre com a junta de expansão, o uso de poliuretano para a camada mais interna 300 permite que a válvula de estrangulamento 500 seja usada em conjunto com fluidos altamente abrasivos.

MANGUEIRA

[0077] Com referência à Figura 6, uma mangueira flexível 600 de acordo com diversas modalidades descritas no presente documento é mostrada. A mangueira tem um formato geralmente cilíndrico com uma passagem oca que se estende através da mesma. O comprimento e o diâmetro da mangueira geralmente não são limitados e podem ser selecionados com base nas necessidades do sistema de manuseio de fluido particular dentro do qual a mangueira é usada. A mangueira geralmente fornece uma passagem para que o fluido seja transportado por uma distância. Devido ao fato da mangueira geralmente ser flexível, a mesma pode ser usada para transportar fluido ao redor ou por obstruções.

[0078] A mangueira 600 pode ter uma estrutura em quatro camadas que é similar ou idêntica à estrutura em quatro camadas descritas acima em relação à junta de expansão. Dessa forma, conforme mostrado na Figura 6, a mangueira pode incluir uma camada mais interna 300, uma camada dupla de ligação 305, uma camada de reforço 310 e uma camada externa 320. Cada camada da estrutura em quatro camadas pode ser similar ou idêntica às camadas descritas acima em relação à junta de expansão, que inclui o modo no qual a ligação das camadas adjacentes uma à outra se dá. Em algumas modalidades, a camada mais interna 300 da mangueira 600 é poliuretano e, mais especificamente, poliuretano desbastável. Como ocorre com a junta de expansão, o uso de poliuretano para a camada mais interna 300 permite que a mangueira 600 seja usada em conjunto com fluidos altamente abrasivos.

[0079] A partir do supracitado, ficará evidente que as modalidades específicas da invenção foram descritas neste documento para os propósitos de ilustração, mas que várias modificações podem ser produzidas sem que se desvie do escopo da invenção. Consequentemente, a invenção não é limitada, exceto pelas reivindicações anexas.

Claims

1. Junta de expansão flexível, caracterizada pelo fato de que compreende: uma camada mais interna que compreende poliuretano; uma camada dupla de ligação; uma camada de reforço; e uma camada externa; sendo que que a dita junta de expansão flexível é uma junta de expansão de arco fluido.

2. Junta de expansão flexível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o poliuretano é poliuretano desbastável.

3. Junta de expansão flexível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a camada mais interna consiste em poliuretano.

4. Junta de expansão flexível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a camada mais interna compreende mais de 70% em peso de poliuretano.

5. Junta de expansão flexível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o poliuretano da camada mais interna é produzido reagindo-se diisocianato com um poliol e um extensor de cadeia, e em que o poliol é apenas ou predominantemente polióis de poliéter.

6. Junta de expansão flexível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o poliuretano da camada mais interna é produzido reagindo-se diisocianato com um poliol e um extensor de cadeia, e em que o poliol inclui polióis de poliéster.

7. Junta de expansão flexível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a camada dupla de ligação compreende borracha de neopreno.

8. Junta de expansão flexível, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a borracha de neopreno se liga quimicamente à camada mais interna.

9. Junta de expansão flexível, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a borracha de neopreno se liga mecanicamente à camada de reforço.

10. Junta de expansão flexível, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a camada de reforço compreende material de reforço de tecido.

11. Junta de expansão flexível, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a camada externa compreende um composto elastomérico.

12. Junta de expansão flexível, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que compreende: uma porção de corpo principal cilíndrico, que apresenta uma passagem oca, que se estende através da mesma, sendo que a camada mais interna, a camada dupla de ligação, a camada de reforço e a camada externa estão contidas na porção cilíndrica de corpo principal; e um flange em uma das extremidades da porção de corpo principal cilíndrico, sendo que cada flange inclui uma superfície de acoplamento.

13. Junta de expansão flexível, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o poliuretano desbastável é produzido reagindo-se diisocianato com um poliol e um extensor de cadeia, e em que o poliol inclui polióis de poliéster.

14. Junta de expansão flexível, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o poliuretano desbastável da camada mais interna é produzido reagindo-se diisocianato com um poliol e um extensor de cadeia, e em que o poliol é apenas ou predominantemente polióis de poliéter.

15. Junta de expansão flexível, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que a camada mais interna também forma as superfícies de acoplamento dos flanges.

16. Junta de expansão flexível, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que a camada de reforço compreende um material de reforço de tecido.

17. Junta de expansão flexível, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que compreende ainda uma camada externa que compreende um composto elastomérico.