CN1319167A - 具有可伸缩元件的塑料阀 - Google Patents

Abstract

一种阀(20)具有一个可伸缩的阀元件(28),该阀元件由一个内层和一个外层构成,所述内层由PFA形成,所述外层由PTFE形成,且外层具有一个凸起(54、56)以为阀元件提供主动压缩和扩张。将伸缩部分焊接到一个PFA管状端部上,这样就产生了PTFE层具有一个凸起且以PFA材料形成其表面的优点。该阀利用了一个阀机构(30),阀机构具有一个支架(38),支架可径向地朝着和远离可伸缩的阀元件运动,该阀具有连接件(42、44),连接件从支架臂处延伸,与可收缩的阀元件的相对两侧相连。因此阀元件就可主动关闭和开启。在外部的PTFE层和内部的PFA层之间的密封可在外层主动扩张时引起内层向外扩张,使阀在负压下对流体进行控制。本发明还包括用来制造具有多层阀元件的方法。

Description

具有可伸缩元件的塑料阀

发明背景

本发明涉及阀，更具体地说，本发明涉及主要由塑料制成的阀，这种阀具有可伸缩的管状阀元件。

现在已知到利用可伸缩的塑料阀元件制成的塑料阀，所述可伸缩的塑料阀元件利用全氟烷氧基物质(PFA)制成，参见Timothy Collins et al的美国专利No.5,297,773可了解该技术内容，该专利已授让给本发明的拥有者，因此，该专利在此作为参考。所述的Collins阀利用多个PFA层来形成可伸缩的阀元件。叠合夹层的纵向边缘被焊接在一起，而阀元件的可伸缩部分的端部焊接到管状端部上。这种可伸缩的阀元件的“正常”的状态为该阀元件处于开启的位置，并且通过一个凸出部件来封闭，这种封闭是根据需要而通过将所述凸出部件楔压到一个夹紧部分上，以压缩阀元件的可伸缩部分。虽然在压力状态下这种阀对于控制流体的流动是很有效的，但如果流体的流动是在负压下或低于大气压力的情况下，阀部件的可伸缩部分就不能可靠的工作。因此，该阀就没有主动的扩张功能。在Collins专利中所示的阀只用合成塑料材料制造。

属于Press的美国专利No.3,791,617披露了一种具有可伸缩的阀元件的阀，所述可伸缩的阀元件由压制的PTFE管形成。在压制的管上加工出凸起，所述凸起由金属连接器连接到阀机构上，这样就为阀提供了一个主动的扩张功能，从而可使阀在流体低于空气压力的条件下运行。这种阀元件包括由PTFE形成的单个层。此外，由PTFE构成的单个的管状阀元件与同样厚度的多个层相比，它具有更显著的抗压缩和扩张性能。

在半导体加工工业中，由PFA制成的流体导管是优选的材料。与PFA相关的一个问题是将PFA部件焊接在一起比较困难。接触焊接可将PFA粘合到焊接元件上而使其表面不规则。非接触焊接，如属于Osgar的美国专利No.4,929,293中所显示的那样，该技术将会产生一个内部的焊珠，这种焊珠对于流体在阀中的稳定流动是不利的，因而在多种情况下通常不需要这种焊接技术，上述专利由该申请的受让人所拥有。不过PTFE被认为是一种惰性物质，因为很难或不可能将PTFE模塑入装置中，并且很难或不可能将一个PTFE部件与另一个PTFE部件焊接在一起。此外，加工者经常宁愿将加工系统生产线中的所有湿面均利用PFA制成。与PFA相比，PTFE具有较稳定的可加工性且其弯曲疲劳寿命较高。美国专利No.4,929,293和No.5,297,773在此均作为参考。

在由PFA制成的可伸缩阀元件上很难生成凸起且生成的凸起易于失效。相反，在由PTFE制成的阀元件上形成的凸起被证明比较可靠。

因此，就需要一种具有可伸缩阀元件的阀，所述可伸缩的阀元件由多个层形成，所述的层具有只有PFA形成的湿面，所述阀元件具有一个凸起而为其提供主动的扩张，所述阀元件还具有PFA的装配部件，阀在可伸缩的阀元件和PFA阀装配部件之间具有平滑的无焊珠焊接。

发明概述

一种具有可伸缩的阀元件的阀，所述阀元件由PFA形成的一个内层和一个由PTFE形成的外层构成，所述外层具有一个凸起而为阀元件提供主动压缩和主动扩张。收缩部分焊接到具有管状端部的PFA阀装配部件上，这样本发明就具有了这样一些优势：即具有凸起的PTFE层和仅由PFA形成的湿面。所述阀利用了一种具有一个支架的阀机构，该支架可径向地朝着或远离可伸缩的阀元件运动，而从支架臂处伸展的连接件连接到可伸缩的阀元件的相对两侧。当外层主动扩张时，在外部的PTFE层和内部的PFA层之间的气密密封可使内层向外伸展，这样就使阀在负压下起到控制流体的作用。本发明还包括一种制造多层的阀元件的方法，该方法在阀元件的可伸缩的部分和阀装配部件之间提供平滑的焊接。

附图简述

图1为本发明中的阀的一个正视图；

图2为沿图1中的线2-2而作的阀的剖视图；

图3为沿图1中的线3-3而作的阀的剖视图；

图4为图1-3中所示的阀的分解视图；

图5为根据本发明的一个阀元件的透视图；

图6为制造图5中所示的阀元件所用的四个层部分的透视图；

图7为一个透视图，图中显示了一个在焊接到图6中所示的层部分之前的装配部件；

图8为图7中的部件的平面视图，图中一层膜包敷在被焊接的接头周围：

图9为一个焊接装置的平面图；

图10为一个适宜于焊接管状端部的便携式焊接装置的透视图。

发明的详细描述

参考图1、2、3和4，图中显示了本发明中的阀且该阀通常用参考数字20标示。所述阀主要包括一个阀体22、一个阀元件28和一个阀机构30，所述阀体22具有阀体部分23和24。阀机构30是由一个致动器34来操纵的，致动器34可以是气动式的、或通过适当的动力装置包括手工操作来运行。所述阀机构30包括：一个支架38、一根与所述支架相连并伸入到所述致动器中的轴40、连接件42、44和夹紧部分46、48。

此处所述的“连接”、“连接性地”和“被连接”是指部件机械性地耦合或连接，这些术语不要求这些部件进行直接接触。相连接的元件可通过一个或多个附加的元件相连接。

将在下文中进行详细描述的阀元件具有一个第一侧50和一个第二侧51。所述夹紧部分46、48分别与阀元件的第一侧和第二侧相配合。阀元件具有的凸起54和56可利于夹紧部分的结合，而连接件也使夹紧部分较容易地结合到阀元件上。所述凸起为凸缘形且具有一个T形的截面形状，滑动部分62可滑动地配合到所述凸起上，滑动部分62还与托架66上的销子64相配合。所述托架66通过销子70安装在连接件42、44上。销子70明显地延伸入耐磨盘76中的槽74中。所述槽74在径向上延伸，阀元件的压缩和扩张均发生在径向上。连接件42、44通过销子80而连接到支架38上，销子80也与耐磨盘76中的垂直槽82相配合。这样，与所述垂直槽82和水平槽74相配合的销子，就可将支架38的垂直运动较容易地转化为用来压缩阀元件28的横向或水平运动。耐磨盘76之间的固定是通过支柱90和孔隙92来进行的。支撑元件96可将阀元件适当地定位在阀体中，并有利于夹紧部分46和48的正确定位和运行。可通过适当构造的支架和连接件而提供一个超过中心的位置，这样，阀机构就可将阀元件锁定在一个封闭的位置中。

阀体部分23、24可通过卡箍98固定在一起，所述卡箍98的结构使其只卡装在所述部分的凸缘99上。所述阀可包括一个阀座100以便于阀的装配或安装。

参考图5、6、7、8和9，这些图中显示了阀元件的详细情况和阀元件的构造方法。阀元件28主要包括一个可伸缩或可压缩的部分104、凸起54和56、管状端部和一个流体管道或通道112。所述可伸缩的部分104是由多层含氟聚合物材料构造而成的。在本发明的优选实施例中，第一层120和第二层122是矩形的且用PFA来形成。第三层124和第四层126是由PTFE形成的。Hoerchst公司的由TFM-1700形成的PTFE是比较适用的。所述的第三层和第四层是外层，它们包括有凸起54、56，第三层和第四层可在压力下焊接在一起，并通过传导加热而形成一个焊接，如图中利用虚线标识出并利用参考数字130来指示。现在已发现：当夹持在焊接装置部分之间的层的边缘被加热至670°F达两分半钟，所述四个层的边缘部分适于被焊接。下面的内容描述了将可伸缩部分104焊接到一个管状端部108上。一个具有椭圆形截面形状的心轴被插入到管状端部108的开口端134，同时插入到叠合而被焊接在一起的四个层的开口136中。一个聚酰胺膜层包裹在处于装配部件110和四个层部分139之间的接头142周围，所述聚酰胺模层例如由Dupont Electronics生产的注册商标为Kapton牌的聚酰胺制成。所述模层的端部可用氰基丙烯酸黏合剂密封在一起。将这些组合在一起的元件插入到一个传热焊接装置150中，并向该焊接装置部分提供径向压力，通过膜141而向所述接头传送足够多的热量，从而将装配部件焊接到四个层部分上。然后将焊接后的部件从加热器150上移开并进行冷却，将破损的膜141除去并处理掉。这种焊接过程可阻止PFA粘合到焊接装置上这种难题的产生，并提供了非常平滑和均匀的焊接，且在焊接过程中消除了在焊接装置结合处形成的闪弧。

被除去的心轴可以是由聚酰胺、PTFE、盐或其他合适材料形成的独立部分。这个过程可在其他装配中重复进行。阀的管状端部可被同样地焊接到其他管状端部上，如被焊接到一个管道部分上。可明显看出，该方法通常适合用来焊接PFA装配部件、管道和管路的管状端部。

参考图10，图中显示了一个便携式焊接装置152，该装置包括铰接在一起的焊接装置部分154、156，所述焊接装置部分夹紧在一对将要被焊接的PFA管状端部160、162的周围。一个阻热膜包裹件166延伸围绕将被焊接的接头168。这样，由焊接装置提供的热量可受到适当的限制，从而将温度超过塑性部件的熔化温度的管状端部的那部分限制在由包裹件覆盖的部分之内。现在已发现将要被结合的部分可被放置到焊接装置部分中，该焊接装置部分在焊接处已被预热至640°F。将该温度提高到650°F，然后冷却至400°F，在该温度点处可将被焊接的部件移开。现在已发现在图9中所示的焊接装置中应用1001bs．的径向力是比较适当的。通过适当的测试可容易地确定合适的焊接参数，这些焊接参数将根据被焊接部件和焊接装置的具体特点而明显变化。应用的膜应是具有弹性的，且可在上述的条件下具有抗热性能，所述膜应具有足够的硬度，以便在焊接操作之后能将其从焊接点处除去。

在不脱离本发明的精神或实质的情况下，可用其他具体的形式来实现本发明，因此，应认识到本发明的实施例是示范性的而不是限制性的，不是前面的描述而是附加的权利要求指示了本发明的范围。

Claims (16)

1、一种用于控制流体的流动的塑料阀，该阀包括：

a)一个内部开启的阀体；

b)一个可伸缩的阀元件，该阀元件具有一个可使流体通过的管道，所述阀元件位于阀体中，用来控制流体的流动的阀元件是可压缩和可扩张的；所述阀元件包括一个与流体的流通管道相邻的内层和一个外层；和

c)一个包含在阀体中的阀机构，该机构包括：

一个可朝向及远离阀元件而移动的支架部件，该支架部件具有一对位于阀元件的相对两侧的臂；

一对连接件，一个连接件从支架部件的每个臂处延伸，以与阀元件的一侧相连接，这样，可通过支架部件的移动来压缩阀元件。

2、根据权利要求1所述的阀，其中，所述的阀元件包括一个第一侧和一个第二侧，所述第一侧包括一个由含氟聚合物塑料制成的第一层，所述第二侧包括一个由含氟聚合物塑料制成的第二层，所述的每个层均具有轴向伸展的两个边缘，所述每个层的边缘之一粘合到确定流体流通管道的外层的一个边缘上。

3、根据权利要求2所述的阀，其中，所述的第一层由全氟烷氧基树脂形成，所述的第二层由全氟烷氧基树脂形成，其中阀元件的第一侧还包括一个由聚四氟乙烯树脂形成的第三层，所述阀元件的第二侧还包括一个由聚四氟乙烯树脂形成的第四层。

4、根据权利要求3所述的阀，其中，所述的第三层和第四层均具有一个凸起，其中所述阀还包括一对夹紧部分，所述的一对夹紧部分分别位于阀元件的相对两侧，每个夹紧部分均与凸起之一相连，其中所述连接件通过夹紧部件分别与阀元件的相对两侧相连。

5、一种用于控制流体的流动的塑料阀，该阀包括：

a)一个内部开启的阀体；

b)一个可伸缩的阀元件，该阀元件具有一个可使流体通过的管道，所述阀元件位于阀体中，用来控制流体的流动的阀元件是平整的；所述阀元件包括一个与流体的流通管道相邻的内层和一个外层；和

c)一个包含在阀体中的阀机构，该机构包括：

一个可朝向及远离阀元件而移动的支架部件，该支架部件具有一对位于阀元件的相对两侧的臂；

一对位于阀元件的相对两侧的夹紧部分；和

一对连接件，一个连接件从支架部件的每个臂处延伸至一个夹紧部分，这样，可通过支架部件的移动来压缩阀元件。

6、一种阀，该阀包括：

a)一个阀体；

b)一个可伸缩的阀元件，该阀元件具有一个可使流体通过的管道，所述阀元件位于阀体中，用来控制流体的流动的阀元件是平整的；所述阀元件包括一个内层和一个外层，所述内层和外层具有不相互粘合在一起的相邻部分，在所述的相邻部分之间可进行滑动接触，所述内层包含有全氟烷氧基物质而所述外层包含有聚四氟乙烯；

c)一个包含在阀体中的阀机构，该机构可用来使阀元件平整。

7、根据权利要求6所述的阀，其中，所述的外层具有一个凸起；所述的阀机构与该凸起相连。

8、根据权利要求7所述的阀，其中，所述阀机构向内推动所述凸起而使阀元件平整，向外拉动所述凸起而使所述阀元件扩张，其中所述内层和外层均具有边缘部分，所述边缘部分气密密封在一起，当阀机构向外拉动所述外层时，所述内层由于气密密封的作用而被向外拉动。

9、根据权利要求6所述的阀还包括至少部分地被包含在阀体中的一个阀机构，所述阀机构包括一个凸起部件，所述可移动性的凸起部件用来平整所述阀元件。

10、根据权利要求9所述的阀，其中，所述阀机构包括一个朝向及远离阀元件而运动的支架部件，该支架部件具有一对位于阀元件的相对两侧的臂，用来使所述阀元件平整及扩张。

11、一种阀，该阀包括：

a)一个阀体；

b)一个布置在阀体中的可伸缩的阀元件，该可平整及可扩张的阀元件用来控制流体的流动，所述阀元件具有多个层，所述的多个层具有一个内层和一个外层，所述内层具有与流体相接触的一个第一内表面，所述外层具有一个凸起；

c)一个与所述凸起相连接并运行的阀机构，该阀机构可使所述凸起径向向内运动而压缩阀元件。

12、根据权利要求11所述的阀，其中，可操作的阀机构径向向外移动所述凸起而向外拉动所述的外层，其中所述的内层和外层气密密封在一起，这样当所述外层被向外拉动时，所述内层就随着外层一起运动，因此，当流体管道中的流体低于大气压力时，可伸缩的阀元件就扩张。

13、一种用来为可伸缩的管路阀制造阀元件的方法，所述阀元件具有可伸缩的部分，阀元件具有一对可伸缩的相对侧，所述的相对侧由含氟聚合物形成且确定了一个流体通道和两个开口端，所述阀元件还具有一对由含氟聚合物形成的管状端部，每个所述管状端部的尺寸是确定的，依据一个如下步骤，该方法包括：

a)将一个管状端部靠接在可伸缩的部分上以确定一个将要被焊接的接头；

b)利用一层弹性的不渗透膜覆盖将被焊接的接头，所述不渗透膜的熔化温度要高于由含氟聚合物形成的管状端部的熔化温度，且高于由含氟聚合物形成的可伸缩侧面的熔化温度；

c)在一个传导加热器中将被焊接的接头加热至足够高的温度，以将所述管状端部熔化到可伸缩的部分上；

d)将不渗透膜从接头上除去。

14、根据权利要求13所述的方法还包括如下步骤：即选择一种聚酰胺膜作为弹性的不渗透膜层。

15、一种用来将一对由含氟聚合物形成的管状端部结合在一起的方法，该方法包括下面的步骤：

a)将一对管状端部靠接在一起以确定一个将被焊接的接头；

b)利用一层弹性的不渗透膜层覆盖将被焊接的接头，所述不渗透膜层的熔化温度要高于由含氟聚合物形成的管状端部的熔化温度；

c)在一个传导加热器中将被焊接的接头加热至足够高的温度，以在接头处将所述管状端部熔接；

d)将不渗透膜从接头上除去。

16、根据权利要求15所述的方法还包括如下步骤：即选择一种聚酰胺膜作为弹性的不渗透膜层。

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