CN101528881A - 压缩密封材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种压缩密封板材，其具有高含量弹性体和高含量膨胀介质。一方面，所述膨胀介质可包括膨润土，其重量百分比为30－60％。另一方面，重量百分比为20－30％的橡胶含量提供较高的压缩性。所述压缩密封板材可进一步包括一种或多种高压板材制备中常用的纤维。

Description

压缩密封材料
相关申请的交叉参考
本发明要求2006年12月7日申请的标题为“IMPROVEDCOMPRESSED GASKETING MATERIAL”的美国临时专利申请号60/873,390的优先权，在此通过引用的方式并入其全部内容。
背景技术
用作密封材料的高压板材传统上通过将纤维基材与橡胶粘合剂混合，并将所得混合物置于压力和高温下而制备。高压板材的标准制造方法包括，将高压板材产品制备中的两种必要组分的各自捏塑体(dough)混合。将称为主体捏塑体的主要成分在例如大型鼓式混合机中混合，当然可在多种不同类型的混合机中混合。该捏塑体的成分通常包括橡胶复合技术领域内技术人员已知的成分，例如弹性体(如橡胶材料)、纤维、填料(如粘土)以及少量其它材料(如固化成分、抗氧化剂和/或着色剂)。
通常，在双辊压片机(例如Troester机)上制备高压板材，其具有上下排列的一对辊。下方辊通常为较大的热辊，而上方辊较小且通常为未加热的辊。在使用此类机器的常规成片方法中，首先在热辊上加有一定量的起始化合物。随后在两个旋转辊之间的辊隙内加入一定量的主体化合物。在热辊上形成高压板材直至所需的厚度，随后将其移出并放置到台面或其他支撑物上。
高压板材用于形成可放置在边缘(flanges)(例如管道连接的边缘)之间的垫片从而密封边缘面。通常的密封材料由很少量的橡胶粘合剂(约10～15wt.％)、一定量的主要作为填料的粘土(约20％或更小)，以及一定量的用于将材料结合在一起的纤维形成。压缩密封板材通常能够安全地密封流体，但仅限于与完好的边缘共同使用以及施用的压力能够确保完全密封的情况下。现有密封板材的缺点是需要较大的夹紧力以提供足够的密封性。然而，此类密封板材强度通常不足以耐受所需的夹紧力。
已知配方中含有约20％膨润土的密封板材可在油中膨胀，从而在例如泵和发动机等应用中提供密封。然而，没有显示它们在水中具有强密封性。此外，尽管一些密封板材在浸入膨胀介质(如油或水)时能够提供优异的密封性，但已发现频繁的起动和关闭的周期性操作能够抑制与高膨胀性板材相关的性能增加。因此，现在仍需要改进的压缩密封板材，其在油介质和水介质中的操作尤其有效，并且在加工线干燥时也能有效地发挥作用。
发明概述
本发明概述部分以简明的方式为下面进一步说明的发明详述提供了精选的概念。本发明概述并非用于确定本发明所主张的主题的主要方面或基本方面。而且，本发明概述也非用于帮助确定本发明所主张的主题的范围。
本发明的特征和优点在于提供一种改进的压缩密封板材(compressedsheet gasketing material)，其在油介质和水介质中具有异常高的膨胀性，且尤其适用于在油介质和水介质中有效使用。
本发明的另一目的和特征在于提供一种改进的压缩密封板材，其具有高压缩性，其在加工线干燥时仍能有效地发挥作用。
为了实现上述和其它特征、优点和目的，本发明的实施方式提供一种改进的压缩密封板材，其利用高含量弹性体和高含量膨胀介质(如膨润土)的组合，提供高膨胀性(当浸在膨胀介质中时可提供优异的密封性)和高压缩性(在加工线干燥时可提供优异的密封性)。一方面，板材含有高含量组分(如膨润土)，使其在水和油中都能膨胀；另一方面，板材还具有高含量弹性体，提供高压缩性，使在螺栓低载荷下仍易于密封。
为了维持油和水中的高膨胀性，膨胀介质组分(如膨润土)的含量可以是30-60％。为了维持高压缩性，橡胶含量可以是20-30％。对于本实施方式的密封板材中的其它组分，可以使用在高压板材制备中常用的任何纤维，如任何形式的新的聚酰胺或再加工的聚酰胺(reprocessedpolyamide)、100％对位芳族聚酰胺(para-aramid)或包含间位芳族聚酰胺(meta-aramid)、石墨或碳纤维、矿物纤维、聚丙烯酸酯、纤维素、尼龙、陶瓷纤维、海泡石、石棉或玻璃纤维的混合物。
本发明的其它目的、优点和新颖的特征将在下面的发明详述中逐一阐述，本领域技术人员在阅读下面内容，或通过实践本发明，将清楚地了解本发明。
发明详述
下面将对实施方式作详细说明，使本领域技术人员能够实现本发明的体系和方法。然而，本发明的实施方式可以多种方式实行，但本发明并不局限于这些实施方式。因此，下面的详细说明并非限定性的。
本发明的实施方式利用高含量弹性体和高含量膨胀介质提供了一种改进的压缩密封板材。在水务和一些油务服务中，本发明的实施方式能够在水中和/或油中膨胀，对于低螺栓载荷，边缘仍能互相夹紧，从而提高密封性。以前的密封板材中膨润土(其在水中和油中的膨胀性很好)所占比例相对较小(约20wt％或更小)，而本发明的实施方式中所用的膨胀介质(如膨润土)所占比例则相对较高(超过20wt％且优选为45wt％)。在一个方面，密封板材中高比例的膨胀介质向相邻的边缘面施加力，藉此提供更紧密的密封。
尽管发现与所含膨胀介质比例较小的现有密封板材相比，具有高含量膨胀介质(如膨润土)的压缩密封板材表现更好，但是在某些情况下(如水和/油进行循环荷载时(cyclic loading))，本发明实施方式的高含量膨胀介质的解决方案通常有效性较低。关于这一点，已确定当缩减或除去水和/油的荷载时，密封板材的膨胀会减小。当系统随后充入水和/油时，密封板材最初并非在其膨胀状态，因此最初没有对边缘面施加强力(施加强力与其更紧密的密封相关)。因此，在如水务或发电的应用(需要周期性(如每天或每周)排干系统)中，在系统再次被装载后的一段时间内，在密封材料充分膨胀以吻合边缘之前可能会出现泄漏。为了改善此类情况下密封板材的性能，本发明的实施方式中可在密封板材配方中并入比例相对高的橡胶，以提高密封板材的压缩性，藉此在低荷载情况(如系统中没有装入油介质和/水介质的情况)下获得足够的密封性。
表I示出本发明实施方式的改进的压缩密封材料的组分比例的一个实例，所述组分包括作为膨胀介质组分的膨润土以及作为弹性体组分的天然橡胶和丁苯橡胶。
表I
  组分：   重量百分比
  天然橡胶   5.0％
  丁苯橡胶   20.1％
  聚酰胺纤维   14.5％
  水合二氧化硅   13.6％
  膨润土   45.3％
  抗氧化剂   0.2％
  氧化锌(固化用)   0.7％
  硫   0.4％
  固化促进剂   0.2％
尽管实施例给出了作为膨胀介质的膨润土与作为弹性体的天然橡胶和丁苯橡胶的特定比例，应当明白，本发明实施方式的膨润土含量可约为30-60％，其能够维持在油和/或水中的高膨胀性，而弹性体含量可以是20-30％。而且，应当明白，尽管优选实施方式使用膨润土作为膨胀介质，任何其它合适的膨胀剂(如其它粘土)或类似的材料(包括蒙脱石)也都可以使用。更应当明白，本发明实施方式的密封材料可包括高压板材制备中常用的任何纤维，如新的或再加工的聚酰胺、100％对位芳族聚酰胺或包括间位芳族聚酰胺、石墨或碳纤维、矿物纤维、聚丙烯酸酯、纤维素、尼龙、陶瓷纤维、海泡石、石棉或玻璃纤维的混合物。
表II示出本发明的优选材料与两种密封产品的实验结果的比较实例。与两种标准密封产品相比，膨润土使本发明优选实施方式的膨胀性得到了显著改善。
表II
  ASTMF-146，蒸馏水，厚度变化％
  优选实施方式   29.5
  产品“A”   2.6
  产品“B”   13.3
图1示出本发明的密封板材与两种商购产品的表现的比较。在该实验中，在20磅压力下，将密封材料放在两个平滑边缘之间。然后，将系统浸渍在300°F的常用油中，并测量随时间改变而作用于边缘上的力。本发明的密封材料在油中膨胀，由此显著提高了密封力。密封力达到超过100磅的水平，而在两个商购产品中，最高水平为65磅和25磅；优选的实施方式能够在2周内维持超过90磅的密封力，而在同样时间内，两个商购产品的密封力减弱到低于30磅。
尽管针对具体的结构、元件、组成和方法步骤对本发明实施方式进行了描述，应当了解，所附权利要求中定义的本发明并不局限于所述的具体结构、元件、组成和/或方法步骤。反而，所述的具体方面和步骤仅作为实现本发明的一种形式。由于在不偏离本发明的精神和范围内可实践多种本发明的实施方式，本发明的范围以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种压缩密封板材，其包括主体和纤维基体，所述主体含有占主体重量约30wt％-60wt％的膨胀介质和占主体重量约20wt％-30wt％的弹性体。
2.根据权利要求1所述的压缩密封板材，其中所述膨胀介质包括粘土材料。
3.根据权利要求2所述的压缩密封板材，其中所述膨胀介质包括膨润土。
4.根据权利要求1所述的压缩密封板材，其中所述膨胀介质包括蒙脱石。
5.根据权利要求1所述的压缩密封板材，其中所述纤维包括聚酰胺。
6.根据权利要求1所述的压缩密封板材，其中所述纤维包括再加工的聚酰胺。
7.根据权利要求1所述的压缩密封板材，其中所述纤维包括对位芳族聚酰胺。
8.根据权利要求1所述的压缩密封板材，其中所述纤维选自如下组成的组中的一种或多种材料：间位芳族聚酰胺、石墨或碳纤维、矿物纤维、聚丙烯酸酯、纤维素、尼龙、陶瓷纤维、海泡石、石棉和玻璃纤维。
9.根据权利要求1所述的压缩密封板材，其中所述弹性体包括天然橡胶。
10.根据权利要求1所述的压缩密封板材，其中所述弹性体包括丁苯橡胶。
11.根据权利要求1所述的压缩密封板材，其中所述弹性体包括天然橡胶和丁苯橡胶的混合物。
12.根据权利要求1所述的压缩密封板材，其中所述弹性体包括腈橡胶。
13.根据权利要求1所述的压缩密封板材，其中所述弹性体包括天然橡胶和腈橡胶的混合物。
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