CN104421431B - 压盖填料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压盖填料。在形成使用有机纤维等纤维所制成的线的压盖填料时，通过找出需要的特性的优劣与极限氧指数的值之间的关系且适当地定义，得到具有所需要的特性的更好的压盖填料。压盖填料是对单个或多个线(Y)进行捻制或编织而构成的，线(Y)是对极限氧指数(LOI)为21～30，优选为22～26的纤维(s)进行加捻而形成的。纤维(s)包括扁平率(f)被定义为1.1～2的纤维，扁平率为，在用相互平行的两条直线(L1、L2)夹持该纤维剖面的状态下的两条直线(L1、L2)之间的间隔的最大值(a)除以最小值(b)而得到的值。纤维(s)包括剖面形状具有1处以上的深度(h)为0.4μm以上的凹部(1)的纤维。

Description

压盖填料

技术领域

本发明涉及用作泵、阀等流体设备的密封部件的压盖填料。

背景技术

作为在泵、阀等流体设备的轴封部等使用的压盖填料或其使用的线(编织线)所涉及的现有技术，通常如专利文献l公开的那样公知有使用膨胀石墨的技术。膨胀石墨具有如下的有点：柔软性、耐药品性优良，粘附度高，耐高温；但是存在抗拉强度非常小、脆而易折损的缺点。

因此，制作了由强度强和耐磨损的纤维形成的线，或将这些线捻制或编织而形成带状的压盖填料。例如，公知有使用在专利文献2、专利文献3所公开的丙烯酸纤维的技术。作为这些有机纤维除了丙烯酸或丙烯酸类的纤维之外，还考虑使用粘胶、纤维素、麻、棉、聚乙烯醇等各种纤维。

作为有机纤维的特征，根据材料的不同，存在高强度、耐磨损，耐热性低、吸湿性低，耐高温、耐药品性优良，抗紫外线性弱，阻力强等各种特性。因此，要求根据与用途相符的材料选择纤维材料。

即，对形成线的纤维(有机纤维)有如下要求：将压盖填料和泵等流体设备的轴之间滑动时的重要因素的摩擦(摩擦系数)减小到一定程度，或使线具有对与压盖部或轴的适应性起到重要作用的柔软性。

因此，如专利文献4公开的那样，作为表示要求各种特性的纤维的特性的一个要素，存在极限氧指数(LOI)。极限氧指数是获知塑料或者纤维等材料的燃烧难易程度的评价方法之一，使空气的“氮分子/氧分子”的比变化，求出能够引起着火的极限的氧浓度，即极限氧指数(LOI：Limiting Oxygen Index)。

专利文献1：JP特开昭59-068387号公报

专利文献2：JP特开平11-217723号公报

专利文献3：JP特开平09-078375号公报

专利文献4：JP特开2013-067920号公报

发明内容

因此，本发明的目的在于，在形成使用有机纤维等纤维所制成的线的压盖填料时，通过找出需要的特性的优劣与极限氧指数的值之间的关系且进行适当地定义，来得到具有所需要的特性的更好的压盖填料。

技术方案1的发明的压盖填料，其特征在于，该压盖填料是对单个或多个线Y进行捻制或编织而成的，所述线Y是对极限氧指数为21～30的纤维s进行加捻而成的。

技术方案2的发明，在技术方案1记载的压盖填料中，所述极限氧指数为22～26。

技术方案3的发明，在技术方案1或2记载的压盖填料中，其特征在于，所述纤维s包括扁平率f被定义为1.1～2的纤维，所述扁平率f为，在用相互平行的两条直线L1、L2夹持该纤维的纤维剖面的状态下的所述两条直线L1、L2之间的间隔的最大值a除以最小值b而得到的值。

技术方案4的发明，在技术方案3记载的压盖填料中，所述扁平率f被定义为1.4～1.6。

技术方案5的发明，在技术方案1～4中任一项记载的压盖填料中，所述纤维s包括在剖面形状具有l处以上的凹部的纤维。

技术方案6的发明，在技术方案5记载的压盖填料中，所述凹部1的深度为0.4μm以上。

技术方案7的发明，在技术方案1～6中任一项记载的压盖填料中，所述纤维s包括丙烯酸类纤维。

技术方案8的发明，在技术方案7记载的压盖填料中，所述丙烯酸类纤维为丙烯腈醋酸乙烯酯共聚物纤维。

根据技术方案1的发明，由于纤维的极限氧指数为21以上，所以能够减小摩擦系数。因此，使用该线形成压盖填料具有能够减小与轴等的滑动部件之间的摩擦的优点。

另外，由于纤维的极限氧指数为30以下，所以能够得到富有柔软性的线。因此，使用该线形成压盖填料与轴等滑动部件之间的适应性良好，具有泄漏少、密封性优良的优点。

结果，在对使用有机纤维等纤维所制成的线进行捻制或编织形成压盖填料时，通过找出需要的特性的优劣与极限氧指数的值之间的关系且进行适当地定义，来提供具有所需要的特性的更好的压盖填料。

另外，如技术方案2，只要极限氧指数为22～26，则能够提供进一步强化技术方案1的结构的所述作用效果的压盖填料。

根据技术方案3的发明，对于将加捻扁平率f为f≥1.1的纤维而成线进行捻制或编织形成的压盖填料，易于保持含浸材料，并且使用f≤2的纤维形成的压盖填料，能够使应力缓和变得足够小，能够确保以及维持密封所需要的应力。

因此，若存在50％以上的1.1≤f≤2的纤维，则能够得到上述的作用效果即v“易于保持含浸材料”以及z“确保以及维持密封所需要的应力”。另外，若1.1≤f≤2的纤维存在50％以上，则能够突出地得到上述作用效果v、z。

此时，如技术方案4那样，若1.4≤f≤1.6，则能够强化上述作用效果v、z。

根据技术方案5的发明，由于存在具有1处以上的凹部的纤维，所以能够在该凹部保持含浸材料。另外，由于使用具有该1处以上的凹部的纤维包括50％以上的线构成压盖填料，所以能够提供实质上发挥能够保持含浸材料的优点的压盖填料。另外，若具有1处以上的凹部1的纤维为50％以上，则更突出地得到上述作用效果即w“能够保持含浸材料的优点”，由此优选。

此时，如技术方案6，为了易于保持含浸材料，优选凹部的深度为0.4μm以上。另外，更优选为0.6μm以上。

如技术方案7，使用的纤维可以包括丙烯酸类纤维，另外，如技术方案8，优选丙烯酸类纤维为丙烯腈醋酸乙烯酯共聚物纤维。

附图说明

图1是表示单纤维的剖面形状的剖视图。

图2是表示纤维的剖面形状和扁平率的图。

图3是表示泄漏试验装置的结构的概略图。

图4是表示图3的泄漏试验部分的详细结构图。

图5是表示应力缓和试验机的示意图。

图6是表示摩擦试验装置的示意图。

图7是表示泄漏试验以及摩擦试验的各结果的图表。

图8是表示图7所示的各试验结果的坐标图。

图9是表示扁平率与含浸率(rate of impregnation)及应力缓和之间的关系的图表。

图10是表示图9所示的各关系的坐标图。

具体实施方式

下面，一边参照附图一边说明本发明的压盖填料的实施方式。此外，下面，将极限氧指数简称为“LOI”。

[第一实施方式]

第一实施方式的压盖填料的特征在于，其是对单个或多个加捻(twisting)LOI为21～30的纤维而成的线进行捻制或编织而成。即，纤维的LOI的值e满足21≤e≤30的条件。

作为LOI的值e满足21≤e≤30的条件的纤维列举有丙烯酸纤维、丙烯酸类纤维、粘胶、纤维素、麻、棉、聚乙烯醇。

丙烯酸纤维包括由含有50重量％以上的丙烯腈聚合物形成的物质。聚合物只要含有50重量％以上丙烯腈即可，可以是丙烯腈和能够与丙烯腈共聚的不饱和单体形成的共聚物。

作为能够与丙烯腈共聚的不饱和单体，可例举：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸2-羟乙酯、丙烯酸羟丙酯等丙烯酸酯；甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸十二烷酯、甲基丙烯酸2-羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸二乙氨基乙酯等甲基丙烯酸酯；丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸、丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、苯乙烯、乙烯基甲苯、醋酸乙烯酯、氯乙烯、偏氯乙烯、溴乙烯、偏溴乙烯、氟乙烯、偏氟乙烯等不饱和单体等。

另外，作为共聚的单体，可例举：对磺苯基甲代烯丙醚(p-sulfophenylmetallylether)、甲代烯丙磺酸(methallyl sulfonic acid)、烯丙磺酸(allyl sulfonic acid)、苯乙烯磺酸(styrenesulfonic acid)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(2-acrylamido-2-methylpropane Sulfonic acid)、以及它们的碱金属盐等。

另外，在调整所述纤维的LOI值e时，能够使用使所述纤维在温度200℃至400℃的空气环境中暴露1个小时至10个小时的方法。

接着，说明纤维的扁平率。

如图1、图2所示，构成第一实施方式的线的纤维(单纤维)s包括扁平率定义为f＝1.1～2的纤维，其中扁平率为在相互平行的两条直线L1、L2夹持纤维剖面的状态下的两条直线L1、L2彼此之间的间隔的最大值a除以最小值b而得到的值。

即，在具有图2所示的蚕豆状的剖面形状的纤维s的情况下，相互平行的两条直线L1、L2之间的间隔中的最大值为a，最小值为b。并且，此时的扁平率f＝(a/b)。

只要存在上述的扁平率f满足1.1≤f≤2的纤维，就能够得到上述作用效果v、z，只要1.1≤f≤2的纤维存在50％以上，就能够明显地得到上述作用效果v、z，因此更优选。

例如，在构成线Y的纤维数为100根的情况下，扁平率f满足1.1≤f≤2的纤维为50根以上。此外，若扁平率f被定义为f＝l.4～1.6，则更好。

如图2所示，形成线的纤维(单纤维)s包括剖面形状具有1处以上的凹部1(蚕豆状)的纤维。若存在具有l处以上的凹部1的纤维，则能够实质得到上述作用效果w，并且若具有1处以上的凹部的纤维存在50％以上，则能够明显地得到上述作用效果w，因此优选。

纤维s的剖面形状可以呈葫芦形等，凹部1具有2处以上。如图2所示，为了通过凹部1有效保持含浸材料，优选凹部1的深度h≥0.4μm。更优选h≥0.6μm。

虽然省略了图示，但是在没有凹部(凹入)的剖面形状的纤维中，扁平率f满足1.0≤f≤1.7，剖面形状仅由曲线形成。另外，蚕豆状等具有1处以上凹部的剖面形状的纤维的扁平率f满足1.1≤f≤4，其中大多满足1.2≤f≤1.7。

纤维(单纤维)s的剖面的直径为17±3μm，长度为128±20μm。另外，纤度为2旦尼尔。对纤维进行纺纱而形成的单纱，通过90回/m的初捻(下撚り)，其重量为0.14g/m。捻制3根单纱而形成的线通过40回/m的复捻(上撚り)，其重量为0.43g/m。另外，通过由8根线形成的方形编织(square braid)、由16根线形成的圆形编织(round braid)、由32根线形成的交错编织(interlocking braid)等形成带状的压盖填料(填料编织品)。

关于含浸，如下进行处理。将本发明的带状的压盖填料(填料编织品)浸渍在氟树脂分散体(dispersion)中，经过规定时间后提出干燥。在将含浸后重量表示为x，将含浸前重量表示为y时，含浸率τ能够通过τ＝[(x-y)/x]×100(单位：％)表示，实施品的含浸率为τ＝45～50％。

在进行上述含浸后，可以同样含浸烃类润滑剂。

[泄漏试验装置及方法和其结果]

图3表示泄漏试验装置A。如图所示，将泄漏试验部分2、轴承3、旋转接头4、扭矩检测部5、轴承6、传动带7、原动机(马达)8、泄漏测定部9等配置在试验架22上而构成泄漏试验装覆A。

如图4所示，泄漏试验部分2具有流体入口10、具有密封装置B的密封箱11以及流体出口12等。13是安装在供给流路16上的的泵，通过供给流路16将槽14内的流体(水等)供给至流体入口10。

在供给流路16上，安装有用于测定作为密封对象的流体的入口侧的流体温度的第一温度计15。另外，在从流体出口12延伸至槽14的排出流路17上安装有用于测定出口侧的流体温度的第二温度计18。

如图3所示，泄漏测定部9具有能够接受且存储从密封装置B泄漏的流体的存储容器9A和按照存储容器对泄漏出的流体的重量进行测量的重量计9B。此外，图3、图4中下垂的虚线示意性地表示泄漏流体的下落路径。

密封装置B在密封箱11的压盖部11A和旋转轴(轴)19之间的筒状空间部中插入安装有承受构件20、多个压盖填料g、填料按压件21。通常，通过未图示的螺栓将填料按压件21紧固在压盖部11A的法兰11a上，向轴心P方向按压多个压盖填料g，来将压盖部11A和旋转轴19之间密封。

23是用于检测密封用流体的入口侧的套管温度的第三温度计，24是用于检测密封用流体的出口侧的套管温度的第四温度计。另外，还安装用于检测压盖填料g的温度(填料温度)的第五温度计25。

作为泄漏试验装置A的泄漏试验方法，将5个内径100mm、外径129mm、高度14.5mm的压盖填料g作为1组(5个环1组)，组装在模拟泵的所述试验装置A的压盖部11A。对压盖部l1A施加压力为0.5MPa的清水(密封用流体)，以1900rpm的转数使旋转轴19旋转。调节填料按压件21的紧固螺栓，以使通过第五温度计25测定出的压盖填料g附近的压盖部11A的温度变为40℃。另外，通过泄漏测定部9记录在泄漏量不变化成为恒定且经过大约6个小时后的泄漏量。

[应力缓和试验]

在压盖填料g的应力缓和的试验中使用图5所示的应力缓和试验机C。该应力缓和试验机C由具有用于安装压盖填料g的填料安装部27的机架26、填料按压部28、按压螺栓29等构成。

填料按压部28的上部28a与架设于多个按压螺栓29上的按压板30球面接触，按压板30经由环状的按压部28b按压装填在环状的填料安装部27中的单个或多个压盖填料g。

这样，在环状的填料安装部27中以1组(5个环1组)的方式组装5个内径100mm、外径129mm、高度14.5mm的压盖填料g，操作且拧紧按压螺栓29，然后使向压盖填料g施加的紧固应力(初期紧固应力)p为p＝2N/mm²，来测定24个小时后的残留应力。

设24个小时后的紧固应力为q，则应力缓和率σ由σ＝p-q/p表示。

[摩擦试验机]

简单说明压盖填料g的摩擦试验机D。

如图6所示，摩擦试验机D构成为，在试验框架31上立设支撑架32以及臂33，且在32、33之间以自由旋转的方式支撑有由不锈钢材来哦等金属材来制成的圆柱状的旋转滚筒(旋转轴)34。旋转滚筒34被图外的驱动源驱动而能够向围绕轴心34a的图示的箭头(空白箭头)方向旋转。

在支撑架32的上部固定方带状等的压盖填料g的一端，其另一端围绕且通过旋转滚筒34的下侧然后提升。在被提升的压盖填料g的另一端连接有带35，该带35卷绕在以自由旋转的方式支撑在臂33的上端部的滑轮36上，在下垂的带的另一端35a安装有配重37。即，压盖填料g在被某种程度的力按压在旋转滚筒34的表面34a的状态下与旋转滚筒34相对摩擦。

[实施例]

在压盖填料g的线Y中使用的纤维s为丙烯酸类纤维或丙烯酸纤维，其纤维直径为18(14～20)μm。按照JIS(日本工业标准)K 7201-2的“基于塑料-氧指数的燃烧性的试验方法-第二部：室温下的试验”测定使用的纤维的LOI。

首先，加捻多个上述纤维制作线Y。接着，使用编织机(省略图示)，通过利用8根线(编织丝)Y的8股方形编织(8打ち角編み)，或者利用16根线Y的16股圆形编织(16打ち丸編み)，制作带状的压盖填料g，但是可以利用捻制带制作压盖填料。

然后，利用2点式辊(2点ロール)或者4点式辊(4点ロール)，使该带状填料制成一边的长度为14.5mm的剖面为正方形的方带状的压盖填料g，然后将压盖填料g切割为规定的长度。

利用通过上述方式制作的压盖填料g，进行泄漏试验和摩擦试验，如图7、图8所示，求出泄漏量及扭矩与LOI值e之间的关系。

在摩擦试验中，检测配重37为1kg、旋转滚筒34以3000rpm的转数进行旋转时的旋转滚筒34的旋转力值即扭矩(扭矩值)。其结果示出在图7的表和图8的坐标图中。

根据图7、图8，关于扭矩，在LOI值e<22时，e越大扭矩值越小。另外，在e＝22附近，扭矩值的变化量变小，在e≥22时，扭矩值大致为恒定的值。

根据该结果，在LOI值e≥22时摩擦变小，从而得到对泵动力造成的负担变小的压盖填料g。随着LOI值e变大，纤维的炭化度增加，与旋转滚筒34之间的摩擦系数减小。

根据图7、图8可知，关于泄漏量，在LOI值e<27时，几乎不变，在e＝27附近，稍微增加。另外，在27≤e<30时，有增加倾向，在e≥30时，泄漏量大幅度增加。

由此，希望LOI值e在21≤e≤30的范围，更希望22≤e≤26。

对于使用加捻e<21的纤维而形成线的压盖填料g，在其与轴(泵的轴)之间，摩擦(摩擦系数)将超过允许范围。

另外，判断加捻e>30的纤维而形成的线缺乏柔软性。若缺乏柔软性则弹性模量变高，这样的线形成的压盖填料难于发生塑性变形。

即，若缺乏柔软性，则变得难于保持方带状的压盖填料(方带填料)的剖面形状，而带圆角。另外，由于与泵的轴之间的适应性变差，所以泄漏量(每单位时间的泄漏量)变多。

由此，对于LOI，加捻LOI的值e≥21的纤维而形成线的摩擦(摩擦系数)变得足够小，因此由该线构成的压盖填料与轴之间具有良好的滑动性。

另外，在e≥22时，能够提供具有更好的滑动性的压盖填料。

若纤维的LOI值e≤30，则能够形成具有需要的柔软性压盖填料。即，在构成方带状的压盖填料的情况下，能够保持剖面形状，而不带圆角。

另外，与泵的轴之间的适应性变好，能够得到泄漏量少的良好的密封性。

另外，在e≤26时，压盖填料具有适度的柔软性，与泵的压盖部或旋转轴等密封对象的适应性变得更好，泄漏量变得更少。

图9和图10示出了上述的含浸率τ及应力缓和率σ分别与纤维的扁平率f之间的关系。

在扁平率f为f<1.1的情况下，用于赋予润滑性以及密封性(密封材料)的含浸材料难于附着。

在扁平率f为f>2的情况下，过度柔软性。即，应力在曲率小的部分集中，易于塑性变形，由此，成为压盖填料时的应力缓和变大。

即，将压盖填料安装在泵的压盖部且通过填料按压件紧固时对压盖填料施加的应力，由于压盖填料的塑性变形而变得过于小。因此，压盖填料使用时的应力易于缓和，不能够确保以及维持密封所需要的应力，由此引起大量泄漏。

在不具有凹部1(参照图2)的剖面形状的情况下，难于附着用于赋予润滑性以及密封性(密封材料)的含浸材料。

关于扁平率f，使用加捻f≥1.1的纤维而形成的线的压盖填料易于保持含浸材料，在f≥1.2时更易于保持含浸材料。其中，使用加捻f≤2的纤维而形成的线的压盖填料的应力缓和足够小，能够确保以及维持密封所需的应力。另外，在纤维剖面具有凹部时，易于在该凹部l中保持含浸材料，从而优选。

Claims (7)

1.一种压盖填料，其特征在于，该压盖填料以对单个或多个线进行捻制的状态或以对多个所述线进行编织的状态构成，所述线是对极限氧指数为21～30的纤维进行加捻而成的，

所述纤维包括在剖面形状具有l处以上的凹部的纤维，该凹部保持用于赋予润滑性以及密封性的含浸材料。

2.根据权利要求1所述的压盖填料，其特征在于，所述极限氧指数为22～26。

3.根据权利要求1所述的压盖填料，其特征在于，所述纤维包括扁平率被定义为1.1～2的纤维，所述扁平率为，在用相互平行的两条直线夹持所述纤维的纤维剖面的状态下的所述两条直线之间的间隔的最大值除以最小值而得到的值。

4.根据权利要求3所述的压盖填料，其特征在于，所述扁平率被定义为1.4～1.6。

5.根据权利要求1所述的压盖填料，其特征在于，所述凹部的深度为0.4μm以上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的压盖填料，其特征在于，所述纤维包括丙烯酸类纤维。

7.根据权利要求6所述的压盖填料，其特征在于，所述丙烯酸类纤维为丙烯腈醋酸乙烯酯共聚物纤维。