CN108291644B - 螺旋缠绕的ptfe垫片以及制造方法 - Google Patents

螺旋缠绕的ptfe垫片以及制造方法 Download PDF

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Abstract

一种制造螺旋缠绕的PTFE垫片的方法，其包括将层叠的PTFE带(300)绕具有与垫片内直径一致的外直径的轴(305)缠绕，以创建具有与垫片外直径一致的外直径的PTFE柱体(315)；烧结PTFE柱体(315)；并且去除PTFE柱体(315)的径向段以形成垫片(100)，径向段具有与垫片厚度一致的厚度。

Description

螺旋缠绕的PTFE垫片以及制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年9月17日提交的美国申请号62/220,112的申请日和优先权的权益，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请涉及一种聚四氟乙烯垫片以及制造方法。更特别地，本申请涉及一种螺旋缠绕的聚四氟乙烯垫片以及制造方法。
背景技术
聚四氟乙烯(“PTFE”)垫片在工业应用中通常用于密封法兰接头，这是因为它们对许多介质产品具有耐化学性，并且它们具有电绝缘、抗粘结、抗冲击以及低摩擦系数的机械性能。通常，制造PTFE垫片的方法涉及从PTFE片冲压出期望尺寸的圆形垫片。从PTFE片去除圆形垫片之后，PTFE片的剩余物是废料，其可为PTFE片的约40%至60%。这些制造方法生产的垫片在尺寸上受到所用机械的限制，并且由于在大尺寸垫片内形成的拼接，这些垫片可能是薄弱的。这些制造方法还生产大量的PTFE片废料，其可以增加制造成本。
附图说明
图1示出了根据本公开内容的示例性实施方案的螺旋缠绕的PTFE垫片的透视图。
图2是根据示例性实施方案制造图1的垫片的方法的流程图。
图3是根据示例性实施方案在图2的方法的步骤期间PTFE柱体和轴的透视图。
图4示出了根据示例性实施方案在图2的方法的步骤期间的图3的轴和PTFE柱体的截面视图。
图5示出了根据另一示例性实施方案的图3的轴和PTFE柱体的截面视图。
图6是根据示例性实施方案的图3的模具、轴和PTFE柱体的分解视图。
图7是根据示例性实施方案制造图1的垫片的另一种方法的流程图。
图8示出了根据示例性实施方案的图1的垫片的另一示例性实施方案的透视图。
图9是根据示例性实施方案制造图8的垫片的方法的流程图。
图10a示出了根据示例性实施方案的图9的方法的步骤期间的轴和盘的截面视图。
图10b示出了根据示例性实施方案的图10a的盘的放大部分。
图11示出了根据另一示例性实施方案的图10a的轴和盘的截面视图。
图12示出了根据又一示例性实施方案的图10a的轴和盘的截面视图。
图13示出了根据又一示例性实施方案的图10a的轴和盘的截面视图。
图14示出了根据又一示例性实施方案的图10a的轴和盘的截面视图。
图15示出了根据又一示例性实施方案的图10a的轴和盘的截面视图。
图16是根据示例性实施方案的图10a的模具、轴和盘的分解视图。
图17是描绘图1的垫片的和常规PTFE垫片的第一实验性实施方案的密封性测试结果的图表。
图18是描绘图1的垫片的和常规PTFE垫片的第一实验性实施方案的密封性测试结果的另一图表。
图19是描绘图1的垫片的第一实验性实施方案和图1的垫片的第二实验性实施方案的密封性测试结果的图表。
图20是描绘图1的垫片的第一实验性实施方案和图1的垫片的第三实验性实施方案的密封性测试结果的图表。
图21是描绘图1的垫片的第一实验性实施方案和图1的垫片的第三实验性实施方案的密封性测试结果的另一图表。
图22示出了根据示例性实施方案的图1的位于形成于入孔盖内的凹槽中的垫片的局部截面视图。
具体实施方式
现在参考说明本公开的某些实施方案的附图。应该理解，本公开内容不限于附图中所示的实施方案。
本公开提供了一种制造具有垫片厚度、垫片内直径和垫片外直径的垫片的方法，该方法包括将层叠的PTFE带绕具有与垫片内直径一致的外直径的轴缠绕，以形成具有与垫片外直径一致的外直径的PTFE柱体；烧结PTFE柱体；并且去除PTFE柱体的径向段以形成垫片，该径向段具有与垫片厚度一致的厚度。在一示例性实施方案中，该方法还包括干燥PTFE柱体。在一示例性实施方案中，该本法还包括在模具中压缩PTFE柱体。在一示例性实施方案中，该方法还包括将一个或多个聚合物带绕轴缠绕。在一示例性实施方案中，该方法还包括拉伸层叠的PTFE带。在一示例性实施方案中，该方法还包括层压PTFE坯料以形成层叠的PTFE带。
本公开提供了制造具有垫片厚度、垫片内直径和垫片外直径的垫片的方法，该方法包括将层叠的PTFE条绕具有与垫片内直径一致的外直径的轴缠绕或包裹，以形成具有与垫片外直径一致的外直径的PTFE盘；并且烧结PTFE盘。在一示例性实施方案中，该方法还包括在模具中压缩PTFE盘。在一示例性实施方案中，该方法还包括将一个或多个聚合物条绕轴缠绕。在一示例性实施方案中，该方法还包括将金属条绕轴缠绕。在一示例性实施方案中，该方法还包括层压PTFE坯料以形成层叠的PTFE带。在一示例性实施方案中，该方法还包括干燥层叠的PTFE带。在一示例性实施方案中，该方法还包括切割层叠的PTFE带以形成层叠的PTFE条。在一示例性实施方案中，该方法还包括烧结层叠的PTFE带。在一示例性实施方案中，该方法还包括拉伸层叠的PTFE带。在一示例性实施方案中，层叠的PTFE条具有与垫片厚度一致的宽度。在一示例性实施方案中，聚合物条具有与垫片厚度一致的宽度。在一示例性实施方案中，金属条具有的宽度小于PTFE条的宽度。
图1示出了通常用附图标记100表示的螺旋缠绕的PTFE(或Teflon®)垫片的透视图。垫片100限定内直径100a、外直径100b和垫片厚度100c。通常，垫片100用于在任何数量的机械元件上密封法兰接头，例如入孔和工艺管道。
图2示出了制造垫片100的方法且通常用附图标记200表示。参考图2，制造垫片100的方法200包括在步骤205形成PTFE杆，在步骤210将PTFE杆层压成PTFE带，在步骤215将PTFE带螺旋缠绕成PTFE柱体，在步骤220压缩PTFE柱体，在步骤225干燥PTFE柱体，在步骤230烧结PTFE柱体，以及在步骤235径向地切割PTFE柱体。
在步骤205，将粉末状的PTFE与润滑剂混合在一起并压缩以形成PTFE坯料。在一些实施方案中，将任何数量的填料添加到粉末状的(powered)PTFE和润滑剂混合物中。填料可以是矿物填料，比如中空玻璃微球、重晶石、矿物二氧化硅和石墨或非矿物填料。然后PTFE坯料单轴、双轴或多轴地突出以形成PTFE杆。
在步骤210，PTFE杆层压成PTFE带。通常，用常规方法来层压PTFE杆以形成PTFE带。
如图3中所示，在步骤215，PTFE带300绕中心轴线或轴305螺旋地缠绕。轴305具有与垫片的期望的内直径一致或相等的外直径305a，或与垫片100的内直径100a一致。包括一个或多个聚合物材料如低孔隙率或致密的PTFE、乙烯四氟乙烯(ETFE)、全氟烷氧基(PFA)、四氟乙烯-全氟共聚物(TFM)和氟乙烯丙烯(FEP)材料的一个或多个聚合物带310也可以绕PTFE带300和轴305螺旋地缠绕。例如，一个或多个聚合物带310可以是低孔隙率或致密的层叠的PTFE带。通常，一个或多个聚合物带310包括比PTFE带300的多孔性小的材料。在示例性实施方案中，一个或多个聚合物带310包括不可渗透的聚合物带。一个或多个聚合物带310、比如由致密的PTFE组成的聚合物带通过提供防止介质泄漏的屏障增加了垫片100的密封性。PTFE带300和一个或多个聚合物带310一起形成复合PTFE柱体315。带300和310可以各种图案交替地绕轴305缠绕。备选地，可省略一个或多个聚合物带310以生产均匀的PTFE柱体(未示出)。无论如何，带绕轴305缠绕以形成具有与垫片100的内直径100a一致的内直径315a的PTFE柱体，并继续缠绕直到复合PTFE柱体315(或均匀的PTFE柱体)具有与垫片的期望的宽度一致或与垫片100的外直径100b一致的外直径315b。在图4中描绘了轴305的横截面视图和由附图标记400表示的复合PTFE柱体315的一实施方案。参考图4，PTFE带300的第一层与轴305附接或以其它方式连接，并且形成柱体400的内直径。在从PTFE柱体400的内直径和径向向外的方向上移动的情况中，一个或多个聚合物带310与PTFE带300交替以形成聚合物层和PTFE带层。每个聚合物层405,410,415等在两个PTFE带层之间、PTFE带层和内直径之间和/或在PTFE带层和外直径之间形成屏障。在另一实施方案中，一个或多个聚合物带310可以粘附或以其它方式附接至轴305并绕轴305缠绕。在图5中描绘了轴305的横截面视图和复合PTFE柱体315的另一实施方案500。参考图5，一个或多个聚合物带310粘附至轴305。在一个或多个聚合物带310绕轴305缠绕之后，然后PTFE带300粘附或以其它方式附接至绕轴305缠绕的一个或多个聚合物带310。在这种情况下，位于轴305和PTFE带300之间的一个或多个聚合物带310的层形成聚合物层505，其为轴305和PTFE带层510之间的屏障。多个屏障或一个或多个聚合物带310的层可以该方式创建，以提供与轴305径向间隔开且在PTFE带300的层之间的多个屏障。
如图6中所示，在步骤220，复合PTFE柱体315在模具中被压缩。参考图6，并且在一实施方案中，PTFE柱体315和轴305可以放置在形成于模具600的下部610中的腔体605中。然后复合PTFE柱体315在模具600的上部615和下部610之间被压缩。在示例性实施方案中，模具600在1MPa至70MPa的压力下压缩复合PTFE柱体315。
在步骤225，复合PTFE柱体315在烘箱中干燥以去除润滑剂。通常，复合PTFE柱体315在烘箱中干燥时保持与轴305接合。在示例性实施方案中，步骤225包括在烘箱中干燥PTFE的常规方法。
在步骤230，烧结复合PTFE柱体315。
在步骤235，以与垫片厚度100c一致的增量径向切割复合PTFE柱体315，以形成垫片100。因此，将具有与垫片厚度100c相等厚度的径向段从PTFE柱体315去除以形成垫片100。
使用方法200，形成具有不可渗透或几乎不可渗透的聚合物层的垫片100，致使(由于一个或多个聚合物带310)密封性改善。
在若干示例性实施方案中，可以省略方法200的一个或多个操作步骤。例如，可以省略步骤220使得PTFE柱体315不被压缩。取而代之，PTFE柱体315在步骤225在烘箱中干燥，在步骤230烧结，并且然后在步骤235在没有在模具600中被压缩的情况下被径向切割。
图7示出了制造垫片100的另一方法，并且通常由附图标记700表示。方法700包括了步骤，在步骤705形成PTFE杆，在步骤710将PTFE杆层压成PTFE带300，在步骤715干燥PTFE带300，在步骤720拉伸PTFE带300，在步骤725将PTFE带300螺旋地缠绕成PTFE柱体315，在步骤730压缩PTFE柱体315，在步骤735烧结PTFE柱体315，并且在步骤740径向地切割PTFE柱体315。
在步骤705形成PTFE杆。步骤705与步骤205相同或基本相似，且因此这里不再复述。
在步骤710，将PTFE杆层压成PTFE带300。步骤710与步骤210相同或基本相似，且因此这里不再复述。
在步骤715，在烘箱中干燥PTFE带300以去除润滑剂。在示例性实施方案中，步骤715包括在烘箱中干燥PTFE的常规方法。
在步骤720拉伸PTFE带300。在一示例性实施方案中，使用各种加热和未加热的辊轮拉伸PTFE带300。在一示例性实施方案中，步骤720包括在加热的辊轮上拉伸PTFE带300的常规方法。
在步骤725，PTFE带300螺旋缠绕成PTFE柱体315。步骤725与步骤215相同或基本相似，且因此这里不再复述。
在步骤730，压缩PTFE柱体315。步骤730与步骤220相同或基本相似，且因此这里不再复述。
在步骤735，烧结PTFE柱体315。步骤735与步骤230相同或基本相似，且因此这里不再复述。
在步骤740，径向地切割PTFE柱体315。步骤740与步骤235相同或基本相似，且因此这里不再复述。
使用方法700，形成垫片100，其具有不可渗透或几乎不可渗透的聚合物层，致使(由于一个或多个聚合物带310)密封性改善。
在若干示例性实施方案中，可省略方法700的一个或多个操作步骤。例如，可以省略步骤730使得PTFE柱体315不被压缩。取而代之，在步骤735烧结PTFE柱体315，并且然后在步骤740在不在模具600中被压缩的情况下被径向切割。此外，可以省略步骤720使得PTFE带300不被拉伸。
不同于涉及将PTFE带300螺旋缠绕成PTFE柱体315然后干燥PTFE柱体315的方法200，使用方法700涉及在将PTFE带300螺旋缠绕成PTFE柱体315之前干燥PTFE带300。另外，方法700可以包括拉伸PTFE带300。
图8示出了垫片100的另一示例性实施方案。图8是通常由附图标记800表示的螺旋缠绕的锯齿形PTFE垫片的透视图。垫片800限定内直径800a、外直径800b和垫片厚度800c。在一实施方案中，垫片800还可以包括锯齿800d。
如在图9中所示，制造垫片800的方法通常由附图标记900表示。参考图9，方法900包括如下步骤，即，在步骤905形成PTFE杆，在步骤920将PTFE杆层压成PTFE带300，在步骤915干燥PTFE带300，在步骤920拉伸PTFE带300，在步骤925将PTFE带300切割成PTFE条，在步骤930将PTFE条螺旋缠绕成PTFE盘，在步骤935压缩PTFE盘，并且在步骤940烧结PTFE盘。
在步骤905形成PTFE杆。步骤905与步骤205相同或基本相似，且因此这里不再复述。
在步骤910，将PTFE杆层压成PTFE带300。步骤910与步骤210相同或基本相似，且因此这里不再复述。
在步骤915，在烘箱中干燥PTFE带300以去除润滑剂。步骤915与步骤715相同或基本相似，且因此这里不再复述。
在步骤920拉伸PTFE带300。步骤920与步骤720相同或基本相似，且因此这里不再复述。
在步骤925，将PTFE带300切割成PTFE条，其具与垫片800的厚度800c一致的宽度。
在步骤930，PTFE条绕轴305螺旋地缠绕以形成PTFE盘。步骤930与方法200的步骤215相似，除了PTFE条绕轴305缠绕以形成PTFE盘而不是PTFE带300绕轴305缠绕以形成PTFE柱体315。图10a示出了轴305和PTFE盘1000的横截面视图，PTFE盘具有与内直径800a一致的内直径1000a，与外直径800b一致的外直径1000b，以及与垫片厚度800c一致的厚度1000c。参考图10a，PTFE条绕轴305螺旋地缠绕以形成内层或第一层1005。在示例性实施方案中，一个或多个聚合物带310具有与垫片厚度800c一致的宽度。这些一个或多个聚合物带310具有与垫片厚度800c相等的宽度，或者然后一个或多个聚合物条可绕第一层1005螺旋地缠绕以形成第二层1010。另外的PTFE条和一个或多个聚合物条用于形成另外的层1015,1020,1025, 1030,1035,1040,1045和1050。一个或多个聚合物带310，比如由致密的PTFE组成的聚合物带，通过提供防止介质泄漏的屏障来增加垫片800的密封性。金属条还可以绕层1050螺旋地缠绕以形成金属层1055。然后PTFE条或者一个或多个聚合物条可以绕金属层缠绕以形成层1060。通常，金属条具有的宽度小于PTFE条和一个或多个聚合物条的宽度。因此，当金属条螺旋地缠绕以形成层1055时，在与金属层相邻的层1050和1060之间形成间隔1055a(在图10b中示出)。间隔1055a限定锯齿800d。PTFE条、一个或多个聚合物条和金属条可以各种图案绕轴305缠绕以形成不同厚度的层，如在盘1000在图11和12中的备选的实施方案所示。关于图11和12，PTFE条、一个或多个聚合物条和金属条绕轴305缠绕，直到盘1100和盘1200具有与外直径800b一致的外直径。在一些实施方案中，一个或多个聚合物条可粘附或以其它方式附接至轴305并绕轴305缠绕。图12中描绘了在其中一个或多个聚合物条粘附至轴305的盘的示例。参考图12，在一个或多个聚合物条绕轴305缠绕以形成聚合物层1005之后，然后PTFE条粘附或以其它方式附接到绕轴305缠绕以形成PTFE层1010等的一个或多个聚合物条。在另一实施方案中，可以省略一个或多个聚合物条。例如并且如在图13中由附图标记1300表示的盘1000的另一示例性实施方案中所示，可以从盘1300省略一个或多个聚合物条。金属条可以放置在盘1300的内直径附近以形成在PTFE层1325,1330,1335和1340之间间隔开的多个金属层1305,1310,1315和1320。在图14中由附图标记1400表示的盘1000的另一实施方案中，金属条可形成单个金属层1405，其通过PTFE层1410与盘1400的内直径间隔开，并且通过PTFE层1415与外直径间隔开。在示例性实施方案中，金属层1405可具有如图14中所示的均匀且对称的横截面，或者可具有“V”或“W”横截面形状。在一些实施方案中，可点焊金属层以形成限定垫片800的内直径800a或外直径800b的基部结构。在一示例性实施方案中，金属基部结构降低了发生爆裂现象的可能性。在图15中由附图标记1500表示的盘1000的另一示例性实施方案中，可从盘1500省略金属条。因此，盘1500包括聚合物层1505和PTFE层1510。盘1000,1100,1200,1300,1400和1500中的每一个具有与内直径800a一致的内直径，具有与外直径800b一致的外直径，并且具有与厚度800c一致的厚度。
在步骤935，PTFE盘1000在图16中所示的模具1600中压缩。参考图16，并且在一实施方案中，PTFE盘1000和轴305可放置在由模具1600的下板1610和外环1612形成的腔体1605中。然后可以通过模具1600的上部1615压缩复合PTFE盘1000。在一示例性实施方案中，模具1600在1MPa至70MPa的压力下压缩复合PTFE盘1000。在一个或多个实施方案中，模具1600可以包括轴305。轴305可防止盘1000在上部1615和下板1610之间的压缩期间在向内方向上(内直径1000a的减小)的径向伸展，以及盘1000在冷却期间的径向收缩。通常，上部1615和下板1610在轴向方向上压缩盘1000，而轴305和外环1612限定内直径1000a和外直径1000b。在一示例性实施方案中，模具1600是可拆卸的模具，其可在PTFE盘1000的冷却期间确保PTFE盘1000的外表面的规则性。模具1600可以由具有足够的机械强度和耐温性并且不会以灰尘和氧化产物污染盘1000的任何材料组成。模具材料的示例是不锈钢和有色和金。在一实施方案中并且代替模具1600，可以在两个金属板之间烧结或压缩盘1000。在步骤935期间，模具1600向盘1000提供1至70MPa的接触压力。在一示例性实施方案中，模具1600提供3至10MPa的接触压力。
在步骤940，烧结PTFE盘1000以形成垫片800。可在与轴305接合和在模具1600中压缩的同时烧结PTFE盘1000。轴305可防止盘1000在烧结期间在向内方向上(内直径1000a的减小)的径向伸展，以及盘1000在冷却期间的径向收缩。在一示例性实施方案中，PTFE盘1000加热到320°至390°的温度。在另一示例性实施方案中，PTFE盘1000加热到350°至380°的温度经10分钟至16小时或者30分钟至4小时的时间段。
在若干示例性实施方案中，可以操作步骤中的省略一个或多个。例如，可以省略步骤935使得不在模具1600中压缩盘1000。取而代之，可以在步骤940烧结盘1000而不压缩。而且，可以省略步骤920使得不拉伸PTFE带300。在示例性实施方案中并且当省略步骤920时，方法900可以包括在步骤915之后并且在步骤925之前烧结PTFE带300。
在若干示例性实施方案中，在步骤720中和/或步骤920中拉伸PTFE带300得到伸展的PTFE带300。在示例性实施方案中，PTFE带300是单轴伸展的层叠的PTFE带、双轴伸展的层叠的PTFE带或多轴伸展的层叠的PTFE带。
使用方法900，形成具有不可渗透或几乎不可渗透的聚合物层的垫片800，致使(由于一个或多个聚合物条)密封性改进。在一示例性实施方案中，具有一个或多个金属层以形成锯齿800d的垫片800降低了发生爆裂现象的可能性。
使用方法200,700和/或900，减少了在制造过程期间产生的废料。在其中从矩形或方形PTFE片切割圆形垫片的常规垫片制造技术可以造成40%至60%的PTFE片废料。考虑到即使暴露于日照和其它环境影响下，PTFE也不会随时间而降解，在制造过程中减少PTFE片废料是期望的。在此，使用方法200,700和/或900，制造垫片100和800而不产生PTFE片废料。通常，方法200,700和/或900相比于PTFE垫片的常规制造方法致使成本节省。
此外，使用方法200,700和/或900，垫片100的外直径100b和垫片800的外直径800b不受PTFE片的尺寸限制。虽然常规垫片可以拼接在一起以形成大尺寸的垫片，但垫片100和/或800是无拼接的。通常，拼接对垫片性能是有害的，因为包含了拼接的垫片的区域是薄弱的，可以造成泄漏或爆裂。在此，方法200,700和/或900得出无拼接的大垫片。
在方法200,700和/或900期间，层可以由一个带或多个带组成。也就是说，一个PTFE带可形成层，或者两个连续的PTFE带可形成层。类似地，层可以由一个条或多个条组成。在方法200,700和/或900期间，一个或多个聚合物带310可以包括两个聚合物材料，它们沿PTFE柱体315或盘1000的纵向轴线“堆叠”或一个接一个地连续缠绕以致使两个聚合物材料沿PTFE柱体315或盘1000径向地间隔开。
在一实施方案中并且在方法200,700和/或900期间，带或条中的至少一个绕轴多次缠绕，使得带或条在另一带或条绕轴缠绕之前绕其自身包裹。在一个或多个示例性实施方案中，带或条中的至少一个具有大于垫片100或800的周长的长度。然而，在另一示例性实施方案中，绕轴缠绕的带或条不绕其自身包裹。也就是说，一旦在添加另一带或条之前，带或条只绕轴缠绕。
在若干实验性示例性实施方案中，在常规PTFE垫片和垫片100的第一实验性实施方案上进行实验密封性分析。常规PTFE垫片由中空玻璃微球填充并且从由HS-10方法生产的PTFE片的切割获得。垫片100的第一实验性实施方案包括一个从层叠的PTFE条形成的聚合物层(即，形成了一个聚合物层的一个或多个聚合物带310是致密的或具有低孔隙率的层叠的PTFE条)。测试在室温下在DN3 150级平面玻璃纤维增强塑料(FRP)法兰上进行，使用氮气作为测试流体，流体压力为30psi。对于该示例，将500psi(3.45MPa)垫片预紧应力(gasket seating stress)施加至常规PTFE垫片和垫片100的第一实验性实施例两者。
图17是描绘了垫片100的第一实验性实施方案和常规PTFE垫片的密封性测试结果的图表。如图17中所示，常规PTFE垫片的泄漏为33.33ml/s，而垫片100的第一实验性实施方案的泄漏为14.28ml/s。因此，垫片100的第一实验性实施方案相比于由HS-10常规方法生产的常规PTFE垫片具有改进的密封性。
图18是描绘了垫片100的第一实验性实施方案和常规PTFE垫片的另外的密封性测试结果的图表。测试条件与图17相关联的测试条件相同，除了垫片预紧应力为1000psi(6.89MPa)而不是500psi(3.45MPa)。如图18中所示，常规PTFE垫片的泄漏为2.60ml/s，而垫片100的第一实验性实施方案的泄漏为1.10ml/s。因此。垫片100的第一实验性实施方案相比于由HS-10常规方法生产的常规PTFE垫片具有改进的密封性。
垫片100的第一实验性实施方案的改进的密封性是意想不到的结果。相比于PTFE垫片的常规制造方法，方法200,700和900不仅节省成本，而且使用方法200,700和900生产的垫片100和800相比于传统垫片具有改进的密封性。
在若干实验性示例性实施方案中，在垫片100的第一实验性实施方案和是均匀的垫片(不包含任何聚合物层)的垫片100的第二实验性实施方案上进行实验密封性分析。测试在室温下在DN3 150级凸面SA 105锻造法兰上进行，使用氮气作为测试流体，流体压力为218psi。对于该示例，在法兰的一密封表面上加工0.5mm深的凹槽以模拟在法兰上的可能的缺陷。将500,1000,2000,3000,4000和5000psi的垫片预紧应力施加至第一实验性实施方案和第二实验性实施方案。图19是描绘了第一实验性实施方案和第二实验性实施方案的密封性测试结果的图表。如图19中所示，对于500,1000和2000psi的垫片预紧应力而言，第二实验性实施方案的泄漏为200ml/s，并且对于其余垫片预紧应力而言几乎为零。而且，对于500psi的垫片预紧应力而言，第一实验性实施方案的泄漏为200ml/s，并且对于其余垫片预紧应力而言几乎为零。因此，第一实验性实施方案相比于第二实验性实施方案具有改进的密封性，因为第一实验性实施方案在垫片预紧应力为1000psi时达到非常低的泄漏率，而第二实验性实施方案以3000psi的垫片预紧应力达到相同值。
在若干实验性示例性实施方案中，在垫片100的第一实验性实施方案和包括从层叠的PTFE条形成的两个聚合物层(即，形成了两个聚合物层的一个或多个聚合物带310是致密的或具有低孔隙率的层叠的PTFE条)的垫片100的第三实验性实施方案上进行实验密封性分析。测试在室温下在DN3 150级平面FRP法兰上进行，使用氮气作为测试流体，流体压力为30psi。将500psi(3.45MPa)的垫片预紧应力施加至第一和第三实验性实施方案两者。图20是描绘了第一实验性实施方案和第三实验性实施方案的密封性测试结果的图表。如图20中所示，第一实验性实施方案的泄漏为14.28ml/s，而第三实验性实施方案的泄漏为5.71ml/s。因此，第三实验性实施方案相比于第一实验性实施方案具有改进的密封性(即，泄漏降低60%)。图21是描绘了第一和第三实验性实施方案的另外的密封性测试结果的图表。测试条件与图20相关联的测试条件相同，除了垫片预紧应力代替500psi(3.45MPa)为1000psi(6.89MPa)。如图21中所示，第一实验性实施方案的泄漏为1.10ml/s，而第三实验性实施方案的泄漏为0.0022ml/s。因此，第三实验性实施方案相比于第一实验性实施方案具有改进的密封性(即，泄漏降低99.8%)。
当在500psi的垫片预紧应力下测试时，添加第二聚合物层致使泄漏降低60%，当在1000psi的垫片预紧应力下测试时，泄漏降低99.8%，这是意想不到的结果。
ASTM F36-15: 垫片材料的压缩和恢复的标准测试方法指定了垫片材料的压缩和恢复的测试方法。测试方法F36的程序M涉及氟碳聚合物(片材，原位垫片)垫片材料。常规PTFE垫片和包括了伸展的PTFE带300的垫片100的第四实验性实施方案在6-螺栓AAR-1有轨电车入孔盖(Railroad Car Tank Manway Cover)中用50psi的压缩空气现场测试。第四实验性实施方案的泄漏为0.003mg/s.m.，并且传统PTFE垫片的泄漏为0.016mg/s.m.。因此，第四实验性实施方案相比于传统PTFE垫片具有改进的密封性(即，泄漏降低81.25%)。此外，根据ASTM F36程序M，第四实验性实施方案的压缩率测试致使压缩率在约10%与约70%之间，优选在约20%与约50%之间。标准PTFE垫片材料通常具有高达约12%的压缩率，但一般低于约10%。因此，第四实验性实施方案相比于传统PTFE垫片具有增加的或改进的压缩率。由于第四实验性实施方案的增加的压缩率，第四实验性实施方案的安装通常比具有较低压缩率的常规PTFE垫片的安装更容易。例如，第四实验性实施方案更容易安置在具有表面不规则性的法兰密封表面中，因此确保更好的密封。另外，当第四实验性实施方案在被安置在最终密封位置中之前必须变形时，第四实验性实施方案的柔性(由于增加的压缩率)大于常规PTFE垫片的柔性。例如并且如在图22中所示，当垫片100的第四实验性实施方案具有第一尺寸2100(其相等于或大于在入孔盖2120内形成的与到垫片座2115的开口2110相关联的尺度2105)时，第四实验性实施方案必须变形以穿过开口2110并安置在垫片座2115中。由于第四实验性实施方案的增加的柔性，安装第四实验性实施方案比安装常规PTFE垫片更快，因为第四实验性实施方案可以容易地滑过开口2110并进入垫片座2115中。因此，将第四实验性实施方案安装到垫片座2115上所需的时间可以是大约30秒，而安装常规PTFE垫片所需的时间可以高达5分钟。因此，在垫片座2115上安装第四实验性实施方案所需的时间少于安装常规PTFE垫片所需的时间。
在若干示例性实施方案中，各种说明性示例性实施方案的元件和教导可整个或部分地结合在一些或全部说明性示例性实施方案中。此外，可至少部分地，和/或至少部分与各种说明性实施方案的其它元件和教导中的一个或多个相结合接合地省略各种说明性示例性实施方案的元件和教导中的一个或多个。
应该理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对前述内容进行改变。
任何空间的参考，例如，“上”、“下”、“在上”、“在下”、“之间”、“底部”、“垂直”、“水平”、“角度”、“向上”、“向下”、“边对边”、“左到右”、“左”、“右”、“右到左”、“顶到底”、“底到顶”、“顶部”、“底部”、“自下而上”、“自上而下”等仅用于说明的目的，并且不限制上述结构的特定定向或位置。
在若干示例性实施方案中，尽管不同的步骤、过程和程序描述成表现为不同的动作，但是一个或多个步骤、一个或多个过程和/或一个或多个程序还仍可以不同的顺序同时地和/或连续地进行。在若干示例性实施方案中，步骤、过程和/或程序可以合并成一个或多个步骤、过程和/或程序。在若干示例性实施方案中，可以省略在每个示例性实施方案中的一个或多个操作步骤。此外，在一些情况下，可以在没有对应使用其它特征的情况下采用本公开的一些特征。此外，上述实施方案和/或变形中的一个或多个可整个或部分地与其它上述实施方案和/或变形中的任何一个或多个结合。
虽然上面已经详细描述了若干示例性实施方案，但所描述的实施方案仅为示例性的且不是限制性的，并且本领域的普通技术人员将容易认识到，在示例性实施方案中可以有许多其它修改、改变和/或替换，而没有实质上脱离本公开内容的新颖的教导和优点。因此，所有这样的修改、改变和/或替换旨在包括在本公开内容的范围内，如在以下权利要求中限定的。在权利要求中，在进行所述功能时，任何装置加功能的条款旨在覆盖在此描述的结构，并且不只是结构等同物，而且还有等同结构。

Claims (24)

1.一种制造具有垫片厚度、垫片内直径和垫片外直径的垫片的方法，所述方法包括：
将PTFE层叠带绕具有与所述垫片内直径一致的外直径的轴缠绕，以创建具有与所述垫片外直径一致的外直径的PTFE柱体，其中所述PTFE层叠带包含填料；
将聚合物带绕所述轴缠绕，所述聚合物带比所述PTFE层叠带多孔性小；
烧结所述PTFE柱体；并且
去除所述PTFE柱体的径向段以形成所述垫片，所述径向段具有与所述垫片厚度一致的厚度。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括干燥所述PTFE柱体。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括干燥所述PTFE层叠带。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在模具中压缩所述PTFE柱体。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括拉伸所述PTFE层叠带。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括挤压PTFE坯料以形成所述PTFE层叠带。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述PTFE层叠带是单轴伸展的PTFE层叠带，双轴伸展的PTFE层叠带，或多轴伸展的PTFE层叠带。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述填料是矿物填料。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚合物带是不可渗透的聚合物带。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚合物带包括低孔隙率聚四氟乙烯；乙烯四氟乙烯；全氟烷氧基；四氟乙烯-全氟共聚物；和氟乙烯丙烯中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的方法生产的垫片。
12.一种制造具有垫片厚度、垫片内直径和垫片外直径的垫片的方法，所述方法包括：
将PTFE层叠条绕具有与所述垫片内直径一致的外直径的轴缠绕，以创建具有与所述垫片外直径一致的外直径的PTFE盘，其中所述PTFE层叠条包含填料；
将聚合物条绕所述轴缠绕，所述聚合物条比所述PTFE层叠条多孔性小；
将金属条绕所述轴缠绕，其中所述金属条具有的宽度小于PTFE层叠条的宽度；并且
烧结所述PTFE盘。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括压缩所述PTFE盘。
14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括挤压PTFE坯料以形成PTFE层叠带。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括干燥所述PTFE层叠带。
16.根据权利要求14所述的方法，进一步包括切割所述PTFE层叠带以形成所述PTFE层叠条。
17.根据权利要求15所述的方法，进一步包括烧结所述PTFE层叠带。
18.根据权利要求15所述的方法，进一步包括拉伸所述PTFE层叠带。
19.根据权利要求12所述的方法，其中，所述PTFE层叠条具有与所述垫片厚度一致的宽度。
20.根据权利要求12所述的方法，其中，所述聚合物条具有与所述垫片厚度一致的宽度。
21.根据权利要求12所述的方法，其中，所述PTFE层叠条是单轴伸展的PTFE层叠条，双轴伸展的PTFE层叠条，或多轴伸展的PTFE层叠条。
22.根据权利要求12所述的方法，其中，所述填料是矿物填料。
23.根据权利要求12所述的方法，其中，所述聚合物条是不可渗透的聚合物条。
24.根据权利要求12所述的方法生产的垫片。
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