BRPI0817807B1 - Método para preparar um par de superfícies de material à base de ptfe, método para unir partes de material à base de ptfe, e par de porções de extremidade de material à base de ptfe - Google Patents

Abstract

soldagem de partes de ptfe durante a união das partes de ptfe (1 o), um aglutinante (20) é aplicado às superfícies de junta das partes de ptfe, por exemplo, por sol dagem, antes das partes serem unidas. estabelecendo uma ligação entre o ptfe e um aglutinante em um processo separado inicial, os parâmetros desse processo inicial podem ser determinados sem levar em conta outras condições, como a preservação das dimensões, e a qualidade dessa ligação pode ser controlada e aprovada antes da união subsequente das partes de ptfe. durante a união subsequente, a temperatura pode ser mantida a um nível, que é suficientemente baixo de modo a não deformar permanentemente o material de ptfe, ou a união pode ser executada por meio de um processo, que não exija aquecimento, por exemplo, a colagem.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA PREPARAR UM PAR DE SUPERFÍCIES DE MATERIAL À BASE DE PTFE, MÉTODO PARA UNIR PARTES DE MATERIAL À BASE DE PTFE, E PAR DE PORÇÕES DE EXTREMIDADE DE MATERIAL À BASE DE PTFE". A presente invenção refere-se a um método de união de partes de PTFE (politetrafluoretileno), sendo que as partes são aquecidas a temperaturas nas quais o material é plasticizado.

Antecedentes da Invenção O PTFE é um material com propriedades particulares, como baixo atrito, baixa adesão a outros materiais, baixa tensão superficial, alta resistência a produtos químicos, etc. Quando o PTFE é aquecido a temperaturas nas quais a união pode ser realizada, ocorre um aumento substancial no volume. A união das partes de PTFE por meio de aquecimento é usualmente chamada de soldagem. As partes frequentemente têm um formato particular e tolerâncias particulares, que são desejáveis de se manter após a soldagem. A fim de obter uma soldagem satisfatória, o material de PTFE deve ser aquecido a temperaturas próximas do ponto de fusão, e normalmente, determinadas precauções são exigidas para evitar deformações permanentes, que deverão ser usinadas adicionalmente para a obtenção das dimensões desejadas. O documento DE 23 11 096 descreve um método de união das partes de PTFE pela adição, durante a soldagem, de uma camada intermediária de um aglutinante fundível contendo o polímero de perfluoroalcóxi (PFA).

Na configuração industrial, as partes de PTFE são, em geral, soldadas em uma junção direta, isto é, as superfícies de união das partes a serem soldadas são posicionadas diretamente em oposição uma à outra, e o aquecimento pode ser usado por meio de superfícies de aquecimento, que estão em contato com as partes de PTFE conforme descrito no documento US 4.211.594. No caso de partes em formato de bastão, as superfícies de aquecimento também cobrem os lados das partes a alguma distância das superfícies de soldagem das partes, e as superfícies de aquecimento assumem a forma de um anel fechado, que total ou parcialmente circunda a zona de soldagem. Dessa forma, as possibilidades de produção das partes móveis uma em relação à outra, conforme descrito na patente, são limitadas. Como um resultado, o anel de aquecimento é usualmente construído com um determinado tamanho exagerado para que o contato seja obtido devido a uma expansão térmica, conforme descrito na patente US 4.701.291. Em conformidade, o anel de aquecimento também irá servir como um meio de assegurar o posicionamento mútuo correto das partes a serem unidas. O aglutinante pode, por exemplo, ser adicionado às superfícies de soldagem como um componente separado sob a forma de um filme, por exemplo, no mesmo momento que as partes são colocadas na ferramenta de soldagem, e a ligação ou soldagem é obtida através do aquecimento a uma temperatura, que está, usualmente, acima da temperatura de fusão do PTFE, tipicamente entre 330 e 370°C, no mesmo momento, como uma determinada pressão de contato, tipicamente entre 0,1 e 2 MPa, é exercida. Como um resultado da alteração no volume devido ao aquecimento e à influência mecânica do macio, alterações permanentes indesejáveis do material de PTFE aquecido ocorrem frequentemente até as dimensões em redor da zona de soldagem. Isto constitui um problema quando perfis finalizados estão para serem unidos, e irão requerer usualmente um tratamento mecânico adicional da área próxima da soldagem para a obtenção das dimensões desejadas.

Sumário da Invenção No método, de acordo com a invenção, um aglutinante é aplicado às superfícies de união das partes de PTFE, por exemplo, por soldagem, antes das partes serem unidas. Após a união das partes, a junção é subsequentemente separada para que superfícies de junção complementares sejam obtidas. Isto torna o processo de união subsequente menos complicado visto que as superfícies de união complementares asseguram o au-toalinhamento das partes a serem unidas, o que é uma vantagem visto que a união final pode ser executada no sítio de uso sem a necessidade de uma ferramenta de alinhamento. Com o estabelecimento de uma ligação entre o PTFE e o aglutinante em um processo separado inicia, os parâmetros desse processo inicial podem ser determinados independentemente de outras condições, tal como a manutenção das dimensões, e a qualidade dessa ligação pode ser controlada e aprovada antes da união subsequente das partes de PTFE. Durante a união final subsequente, a temperatura pode ser mantida a um nível, que é suficientemente baixo para evitar uma deformação permanente do material de PTFE, ou a união pode ser executada através de um processo, que não requer aquecimento, por exemplo, colagem.

Breve Descrição dos Desenhos A figura 1 ilustra um exemplo de uma parte alongada de um material à base de PTFE, As figuras 2 a 4 ilustram etapas esquemáticas de aplicação de um aglutinante a uma superfície terminal de uma parte de um material à base de PTFE. A figura 5 ilustra esquematicamente o processo de união das extremidades de duas partes separadas, de acordo com a figura 4, para formar um anel, ou de duas extremidades de uma parte, de acordo com a figura 1, A figura 6 ilustra a parte, de acordo com a figura 1, as extremidades das mesmas sendo unidas conforme mostrado na figura 5 para formar um anel, por exemplo, um anel vedante, As figuras 7 a 9 ilustram esquematicamente um método alternativo de preparação de duas extremidades de um material à base de PTFE para a união por meio de soldagem.

Descrição Detalhada da Invenção A seguir, uma modalidade da invenção em que duas extremidades opostas de uma peça em formato de bastão de um material de PTFE são unidas para formar um anel, por exemplo, um vedante a ser montado por meio da união no lugar em maquinaria em que um vedante já existente está para ser substituído. A figura 1 ilustra uma peça em formato de bastão 10 de um ma- terial de PTFE tendo um comprimento que corresponde à circunferência desejada do vedante final. Esta peça pode ter uma seção transversal, que é a peça final da vedação finalizada, ou ela pode estar sob a forma de uma se-mifabricação em formato de bastão com uma seção transversal não-final. A figura 2 ilustra uma peça terminal da peça em formato de bastão 10 do material de PTFE de acordo com a figura 1 com uma extremidade livre a ser preparada para uma união subsequente por meio de soldagem. A figura 3 ilustra uma camada de um aglutinante 20 aplicada à extremidade livre da peça em formato de bastão 10 posicionada em um e-lemento aquecedor 30, que circunda a peça terminal 10 em uma área ao redor da extremidade. Através de uma haste de impulso 31 com uma superfície terminal conformada apropriadamente, uma pressão adequada é exercida sobre o aglutinante 20. A haste de impulso pode ter uma superfície de sustentação plana para o aglutinante, ou pode ter uma superfície perfilada. Em conformidade, duas superfícies de extremidade para uma união subsequente podem ser atribuídas a perfis complementares de modo que eles se combinem de uma maneira específica e, consequentemente, se au-toalinhem. A figura 4 ilustra a peça em formato de bastão 10 após a aplicação do aglutinante 20 e o resfriamento da parte. A figura 5 ilustra o modo em que duas peças terminais 10 com o aglutinante 20, por exemplo, um material à base de PFA sobre as superfícies de extremidade unido em um processo de soldagem, incluindo a aplicação de calor por meio de um elemento aquecedor 30 que circunda as peças terminais 10 em uma zona no redor da junção . A temperatura de soldagem pode ser selecionada principalmente sobre a base das propriedades do a-glutinante e, a uma extensão menor sobre a base com a temperatura de fusão do PTFE. Isso é uma vantagem, visto que um aglutinante com uma temperatura de fusão mais baixa que a temperatura de fusão do PTFE pode ser usado, para que uma temperatura mais baixa possa ser usada durante a soldagem, através da qual as alterações em dimensão como um resultado do aquecimento sejam reduzidas ou completamente evitadas, da mesma forma que a possibilidade de obtenção da intensidade e uniformidade desejadas da junção também é maior. A figura 6 ilustra um anel formado a partir da parte em formato de bastão da figura 1 pelas etapas de processo mencionadas acima, que também é ilustrada nas figuras 2 a 5.

Em uma modalidade preferencial, o vedante aberto, ou a peça desejada do vedante, é soldada até um anel fechado. Isso é efetuado através do uso de um aglutinante adequado, como o PFA, e por meio das etapas do método e parâmetros de processo conforme descrito acima. Após a união, a área afetada por calor é desestressada através de aquecimento e resfriamento de acordo com um ciclo de temperatura predeterminada, após o qual o vedante é processado adicionalmente até uma seção transversal correta. Finalmente, o vedante é dividido ou aberto na soldagem, a qual -quando o PFA é usado como aglutinante - pode ser realizada através do a-quecimento até uma temperatura entre 290 e 320°C, opcionalmente combinada com uma fraca influência mecânica. O então preparado vedante pode, mais tarde, ser unido conforme descrito acima através do aquecimento a temperaturas abaixo da temperatura de fusão do PTFE.

Em uma outra modalidade preferencial, um perfil de PTFE é soldado junto para formar um anel fechado, com o uso de um aglutinante adequado como o PFA, e através das etapas do método e de parâmetros de processo conforme descrito acima. As superfícies de junção podem ser planas, ou elas podem ser perfiladas com perfis complementares, através dos quais as áreas das superfícies de soldagem são aumentadas e um posicionamento e autoalinhamentos particulares mútuos das superfícies de junção são assegurados. Após a união, a área afetada por calor é desestressada através do aquecimento de acordo com um curso de temperatura predeterminado. O vedante desejado é, então, preparado através de um processamento normal a partir da então obtida parte bruta.

Finalmente, o vedante é separado na soldagem, a qual - quando o PFA é usado como um aglutinante - pode ser realizada através do aquecimento a uma temperatura entre 290 e 320°C, opcionalmente combinado com uma fraca influência mecânica. O vedante preparado dessa forma pode, posteriormente, ser unido conforme descrito acima através do aquecimento a temperaturas abaixo da temperatura de fusão do PTFE.

As figuras 7 a 9 ilustram esse método de preparação das superfícies de junção dos materiais à base de PTFE. As duas peças terminais 10 podem ser partes separadas, ou elas podem ser as extremidades de uma parte em formato de bastão de acordo com a figura 1. O que vem a seguir tem como base um vedante anular existente. Primeiramente, o vedante em formato de anel (não mostrado) é cortado através, ou uma peça em formato de bastão é recortada com um comprimento que corresponde ao perímetro desejado do vedante final. Depois disso, um aglutinante adequado 20 é aplicado por soldagem, ou por moldagem conforme mostrado nas figuras 7 e 8, de modo que o aglutinante está em uma conexão fixa com as superfícies de extremidade das partes de PTFE.

Quando as extremidades tiverem sido soldadas juntas e resfriadas, poderá ser conveniente processar a soldagem para que ela alcance as dimensões corretas. A junção é, então, separada através do corte do aglutinante 20, por exemplo, com o uso de uma lâmina de corte ou um laser, através do qual um par de superfícies de junção preparadas é obtido com um aglutinante em ambas as superfícies. Vantajosamente, um cortador perfilado pode ser usado, para que as superfícies de extremidade resultantes sejam complementares. Quando preparadas dessa maneira, as superfícies de extremidade complementares devem ser unidas conforme mostrado na figura 5, devem se autoalinhar e somente se combinarem em uma posição específica. Isso reduz o risco de deslocamento lateral ao redor do sítio de união. É possível usar um aglutinante 20 à base de PTFE, incluindo um PTFE modificado com um teor de cargas, tornando o aglutinante adequado tanto para a soldagem quanto para a união por meio de colagem. O PFA pode ser mencionado como um exemplo do primeiro grupo de cargas, enquanto que um alto teor de fibras de carbono, metais e minerais pode proporcionar uma resistência satisfatória em conjunto com a colagem.

Uma ligação ou soldagem pode ser efetuada somente através do aglutinante deixado sobre as superfícies de junção no primeiro processo, ou através da adição de um novo aglutinante, opcionalmente com uma composição diferente e propriedades diferentes. O novo aglutinante pode ser o mesmo material como o primeiro aglutinante, mas pode, também, ser materiais diferentes que sejam capazes de se ligar a isso. No caso do aglutinante ser um PFA, o segundo aglutinante pode ser polímeros contendo flúor adequados com baixas temperaturas de fusão, como o FEP ou ETFE. No caso do primeiro aglutinante ser um PTFE com um alto teor de cargas, o qual é adequado para a colagem, o segundo aglutinante pode ser um tipo de cola, como epóxi ou cianoacrilato. Além disso, os parâmetros para a ligação ou soldagem das partes de PTFE, como a temperatura e a força de contato, podem ser determinados em relação às dimensões de manutenção, para que as alterações nas dimensões e o processamento adicional sejam reduzidos e opcionalmente omitidos. Isso é particularmente vantajoso em conjunto com a união de vedantes nos materiais à base de PTFE e outras partes com exigências especiais relacionadas ao término das dimensões e da superfície.

Adicionalmente, a invenção pode ser usada nos casos em que a manutenção for desejada em conjunto com novos vedantes anulares de PTFE em uma maquinaria existente, que poderia de outro modo exigir uma separação e desengate demorada e/ou custosa do equipamento. Por exemplo, isso pode ocorrer em grandes cilindros hidráulicos, em um equipamento de processo, ou em conjunto com uma recuperação de óleo e gás.

Dependendo das deformações possíveis causadas pelo aquecimento, as áreas afetadas por calor podem subsequentemente ser deses-tressadas através do aquecimento e resfriamento controlados em relação a um ciclo de temperatura predeterminado. Finalmente, o vedante é processado para ter uma seção transversal correta, e as superfícies de junção podem ser processadas adicionalmente para terem uma espessura de camada de aglutinante específica. O então preparado vedante pode, mais tarde, ser u-nido conforme descrito acima através do aquecimento a temperaturas abaixo da temperatura de fusão do PTFE.

REIVINDICAÇÕES

Claims (12)

1. Método para preparar um par de superfícies de junção de um material à base de PTFE, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: soldar o par de superfícies de junção juntas com uma camada intermediária de aglutinante (20); e subsequentemente separar a junção obtida de modo que superfícies de junção complementares sejam obtidas; em que às superfícies de junção durante a separação são atribuídos perfis complementares.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as superfícies de junção complementares obtidas são superfícies auto-alinhadas perfiladas.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o aglutinante (20) contém um polímero de perfluoralcóxi (PFA).

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o aglutinante (20) tem por base PTFE com cargas, tornando o aglutinante (20) adequado para a soldagem ou colagem.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que antes da separação, a junção é processada nas dimensões desejadas.

6. Método para unir partes (10) de materiais à base de PTFE, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: preparar a superfície de junção em cada uma das partes (10) através de um método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, e subsequentemente uniras superfícies preparadas por intermédio de ligação ou soldagem.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: adicionar um aglutinante (20) diferente de polímero de perfluo- ralcóxi (PFA), aquecer a uma temperatura máxima entre 150 e 400*0, e resfriar subsequentemente.

8. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que ainda compreende as etapas de: adicionar um aglutinante (20) diferente de polímero de perfluo-ralcóxi (PFA), aquecera uma temperatura máxima entre 150 e 3000, e resfriar subsequentemente.

9. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que ainda compreende as etapas de: aquecer a uma temperatura máxima entre 280 e 3800, e resfriar subsequentemente.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que ainda compreende as etapas de: adicionar polímero de perfluoralcóxi (PFA) como um aglutinante (20), aquecer a uma temperatura máxima entre 280 e 3800, e resfriar subsequentemente.

11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que: a etapa de unir é executada através do aquecimento a uma temperatura máxima entre 280 e 3250, e resfriar subsequentemente.

12. Par de porções de extremidade de um material à base de PTFE com as respectivas superfícies de junção que devem ser unidas por soldagem, caracterizado pelo fato de que o par de superfícies de junção foi preparado, na separação, como superfícies auto-alinhadas não-planas perfiladas complementares, com o uso de um método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.