CN1661268A - 利用氟碳弹性体硫化的动力密封 - Google Patents

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Abstract

一种安装在第一和第二相对旋转构件之间的动力密封装配，包括：和所述的第一构件固定接合的环和从所述的环辐射状延伸的并被配置成和所述的第二构件滑动接合的环状封条，其中所述的辐射状封条具有厚度和比所述厚度大约大1到15倍的长度。在许多实施方案中，封条是由橡胶组合物制成的，该橡胶组合物包含分散在热塑性聚合材料制成的基质中的硫化氟碳弹性体。在许多实施方案中，基质形成连续相，硫化的弹性体材料以颗粒的形式形成非连续相。组合物可以通过以下过程制备：混合硫化剂、非硫化的氟碳弹性体和热塑性材料，加热混合物引发弹性体材料的硫化，同时施加机械能。

Description

利用氟碳弹性体硫化的动力密封
技术领域
本发明涉及封条，尤其涉及装配在转轴上的一类环状封条，如安装在机动车转轴和外部周围静止外壳之间的轮油密封。
背景技术
动态垫圈一般由硫化的弹性体材料制成，其具有符合需要规定的以弹体状态为典型的物理性质。这些垫圈在撤去变形力后，一般显示出恢复其原来尺寸和形状的高趋势，而且在反复循环的拉伸，包括应变水平高达1000％之后，还能保持物理特性。根据这些性质，这些材料通常被用做制造动力密封如封条和垫圈。
因为是由热固性材料制成，由硫化的弹性体材料制成的垫圈一般不能通过传统的热塑性技术如注塑、挤压或吹塑加工。相反的，产品必须从弹性体材料通过高温硫化和压缩模塑成型。尽管这些或其他橡胶配混的操作是传统和已知的，然而比起相对简单的热塑加工技术，它们显得更昂贵而且需要更高的资本投资。另一个缺点是在制造过程中产生的废料很难回收和再使用，这进一步地增加了生产这种产品的成本。
如今的汽车发动机，使用时的高温导致了含有高水平基本材料如胺的新一代润滑油的发展。使用时，封条经常和上述流体接触，还常处于大量复杂的环境条件中，包括暴露在高温下、和腐蚀性化学品接触及在正常使用时的高磨损条件。因此，由兼有弹性特性和对环境条件具有稳定性或抵抗性的材料来制备封条是合乎需要的。
为了满足新润滑剂技术的需要，已开发了使用氟碳弹性体的封条，其对存在于润滑油和油脂中的碱性化合物具有很高的抗性。特别是，由以四氟乙烯和丙烯共聚物为基础的硫化弹性体制成的封条已经获得了大的商业成功。作为热固性材料，硫化的氟碳橡胶也不能避免上述所提及的加工中的缺点。
提供将高水平的化学抗性和热塑性可加工性的优点相结合的弹性或橡胶成分的封条是合乎需要的。提供按配方制造具有这样有利特性的化学抗性橡胶的方法是更合乎需要的。
发明内容
本发明提供了安装在第一和第二相对旋转构件之间的动力密封装配，包括：和所述的第一旋转构件固定接合的环以及从所述的环以辐射状延伸并被配置成和上述第二旋转构件滑动接合的环状封条，其中所述的辐射状封条具有一定厚度和比厚度大约大1到15倍的长度。在许多实施方案中，该装配包括安装在内部转轴和外部非转动壳组成之间的动力密封。封条具有用来和包含从第一环延伸出来和轴滑动接触的环状辐射状封条的壳固定接合的第一环。被配置和转轴滑动接合的环状辐射状封条具有一定厚度和大于厚度但小于约15倍厚度的长度。
在本发明的一个实施方案中，封条是由适合加工的橡胶组合物制成的，其橡胶组合物包含分散在热塑性聚合材料的基质中的硫化弹性体材料。弹性体材料包括合成的、非结晶含氟的聚合材料，该聚合材料在交联或硫化时显示出弹性体特性。在优选实施方案中，材料含有由四氟乙烯、至少一种C2-4烯烃、和任选一种或多种另外的含氟单体衍生的重复单元。在另一个优选实施方案中，材料含有由亚乙烯基氟化物、六氟丙烯、和任选的其他含氟单体衍生的重复单元。在一个实施方案中，基质形成连续相，硫化的弹性体材料以粒子的形式形成非连续相。
制备动力密封橡胶组合物的方法包括将硫化剂、如上所述的弹性体材料和热塑性材料结合，并在足以引起弹性体材料硫化的温度和时间下加热混合物，在加热步骤中同时施加机械能混合混合物。热塑性材料包括在加热时软化和流动的聚合材料。依照传统的热塑性加工工艺如吹塑、注塑和挤压，动力密封可容易地从该橡胶组合物被制成。
本发明可应用的其它领域将通过下面提供的详细描述变的显而易见。可以理解，在简要说明本发明实施方案中，详细的描述和具体的例子仅是为了说明的目的，而不是为了限制本发明的范围。
附图说明
附图1a和1b是依照本发明教导的动力密封的透视图；
附图2a和2b是根据本发明第二个实施方案的动力密封的透视图；
附图3a和3b是根据本发明第三个实施方案的动力密封的透视图；
附图4a和4b是根据本发明第四个实施方案的动力密封的透视图；
附图5a和5b是根据本发明第五个实施方案的动力密封的透视图；
附图6a-6e是描述多种材料的材料特性的图表。
应该指出的是，这里阐明的图形是用来例举本发明装置、材料和方法的一般特征，是为了描述这里的实施方案。这些图形并不能精确的表现任何给出的实施方案的特征，也不必用来定义和限定本发明范围内的特定实施方案。
具体实施方式
评论这里所阐明的本发明的描述时，必须考虑以下的定义和非限制性准则。
用在这里的小标题只是为了在本发明公开的范围内总的组织主题，并不是为了限制本发明公开的内容或它的任何方面。尤其是“技术领域”中公开的主题可以包括本发明范围内的各方面技术，而且不构成现有技术的重述。“发明内容”中公开的主题不是对本发明的整个范围或任何它的实施方案详尽或完全的公开。
这里参考文献的引用并不组成这些参考文献为现有技术或与这里所公开的本发明专利性有任何关系的许可。对引用在“技术领域”中参考文献内容的任何评述仅是为了提供参考文献作者所作的一般概括性主张，并不组成关于对上述参考文献内容准确性的许可。说明书具体实施方式部分引用的全部参考文献的内容在这里全部引用作为参考。
在简要说明本发明实施方案中，描述和具体例子，仅是为了说明的目的，而不是为了限制本发明的范围。此外，具备一定特征的多个实施方案的重复并不是为了排除具有另外特征的其他实施方案，或综合了具备一定特征的不同组合的其他实施方案。
这里所使用的词“优选”和“优选地”是指在一定情况下提供一定优点的本发明的实施方案。然而另外的实施方案在相同或其他情况下也可以是优选的。而且叙述一个或多个优选的实施方案并不是暗示其它实施方案是没有用的，也不是为了从本发明范围中排除其他实施方案。
在这里所使用的词“包括”及其变体是为了不受限制，这样以条目形式对项目的叙述不是为了排除也可以用于本发明的材料、组合物、设备和方法中的其他类似项目。
附图1a和1b是依照本发明教导的动力密封1 0的一个实施方案的透视图。动力密封10具有和壳14固定接合的第一环12，该壳14与从第一环12延伸进入和轴18滑动接触的环状辐射状封条16连接。被设定与转轴18滑动接合的环状辐射状封条16具有厚度T和比厚度大约大1到15倍的长度L。任选地，L比T大约大3到15倍；任选地，L比T大约大5到12倍；任选地，L比T大约大5到10倍。
在许多实施方案中，动力密封10是由包含分散在基质中的硫化弹性体材料的适合加工的橡胶组合物制成。硫化的弹性体材料是氟碳弹性体硫化、交联或固化的产物。基质是由含至少一种含热塑性聚合物的热塑性材料所制成。可以通过传统的热塑技术将适合加工的橡胶组合物加工成动力密封，该动力密封具有的物理特性使它们可以用在许多需要弹性体特性的应用上。
正如附图1b所示，动力密封10可以具有与转轴18界面连接的平的支座面20。另外所示的是任选的加固卷边22，其增加封条对转轴18的承压力。支座面20的长度为1到99％，优选25-75％的长度。
正如附图2b所示，动力密封10b可以具有基本上多样的支座面20b。在这点上，螺旋形槽24是在平的支座面20b的一部分上形成的。可以预想，每一英寸上有5到200个凹槽，这些凹槽覆盖10到90％、优选25-75％平的支座表面。和轴表面相接触的螺旋形槽的数目在1到10之间，优选1到3个槽和轴接触。
附图3a和3b代表动力密封的另一个实施方案。所示的是具有一对悬浮凸缘24的凸缘部分。安置在悬浮凸缘24之间的是弹簧加固部件26。弹簧加固部件26的作用是增加支座面20b和转轴18之间的接合力。
附图4a-5b代表另外的动力密封10c和10d。如图所示，封条可以具有变化的长度比宽度的比率。特别的，封条长度对宽度的比率大于1到大约15，优选大约5到12，最优选8到10。另外，动力密封不需要加固的棱或多变的支座面。
在特别优选的实施方案中，动力密封10是由一般显示出50或更高肖氏A硬度的可加工的组合物所制成，优选肖氏A为70或更高，一般在肖氏A 70到肖氏A 90的范围。另外地或作为选择，动力密封的抗张强度优选为4MPa或更大，优选8MPa或更大，一般大约8-13Mpa。
在静态的其他实施方案中，动力密封10在100％时具有至少2Mpa的模数，优选至少大约4Mpa，一般在大约4-8MPa的范围。在其他实施方案中，由本发明可加工的组合物制成的制品的断裂伸长是10％或更大，优选至少大约50％，更优选至少大约150％，一般为150-300％的范围。本发明的动力密封10的特征在于硬度、抗张强度、模数和断裂伸长中的至少一种在上述指出的范围内。
在许多实施方案中，动力密封10是由含有两相的橡胶组合物制成的，其中基质形成连续相，硫化的弹性体材料以颗粒的形式形成非连续的、分散的、或离散的相。在另一方面，动力密封10是由弹性体材料形成的，基质形成共连续相。弹性体材料的组成中含有35％或更多重量百分数的弹性体相，优选40％重量或更多，以弹性体和热塑性材料的总重量为基础。任选地，组合物含有50％重量或更多的弹性体相。弹性体相以颗粒的形式存在于连续的热塑性相中，与热塑性材料以3-D网状形成共-连续相，或作为两者的混合物。弹性体相的颗粒或3-D网优选具有最小尺寸为10μm或更小，优选1μm或更小。
动力密封10可以由橡胶组合物制成，该橡胶组合物是由氟碳弹性体在热塑性成分存在下经动态硫化而制成。在这一点上，提供了制备动力密封的方法。封条的形成首先是将硫化剂、弹性体材料和热塑性材料结合形成混合物。在热塑性材料存在下，在足以引起氟碳弹性体硫化或固化的温度和时间下加热混合物。在加热步骤中对弹性体材料、硫化剂和热塑性材料的混合物施加机械能。在硫化剂存在下，混合过程中加热弹性体和热塑性组分引起弹性体组分的硫化。作为选择，以一定的剪切速率混合弹性体材料和热塑性材料一定时间，足以使在连续或共连续热塑性相中的弹性体材料形成分散体。其后，可在连续混合的过程中将硫化剂加到弹性体材料和热塑性材料的分散体中。最后，在连续混合的同时，加热分散体生成本发明可加工的橡胶组合物。
用于动力轴密封的聚合材料需要的特性是恢复时间与实时的比率以及损耗模量与储能模量的比率，其是用正切δ描述的。理想的，恢复时间与实时的比率小于1，起没有泄露的动力轴密封的作用。损耗模量与储能模量的比率随着温度的变化而变化。一般的，硫化的弹性体对于动力密封显示小于1；然而塑料聚合材料显示出等于或大于1。PTFE是一种用于动力密封的塑料材料，尽管比率大于1，它起动力密封的作用。长而弯曲的边缘设计有助于弥补理想特性的缺陷，避免导致泄露的“喇叭口(bellmouthing)”行为。
相似地，损耗模量与储能模量的比率理想的是小于0.1。该比率一般是用DMTA(动力机械热分析器)的正切δ描述。弹性体材料也通常显示小于0.1值；然而，由于塑料材料典型粘弹性行为的粘性成分多于弹性成分，塑料材料显示出等于或大于0.1。PTFE塑料的典型值大于0.1，特别在相变温度时(20℃，120℃，等)。然而，长而弯曲的边缘设计有助于弥补来避免“喇叭口”行为。本发明的TPU和TPE型热塑性材料可以作为动力密封，通过采用合适的设计来补偿理想的材料特性的不足，其因为塑料类材料的“喇叭口”特性可能会造成泄露。长而弯曲的边缘设计、固定在边缘封条端部的加固结构以及装在边缘封条顶端的弹簧的特性被提议用来补偿动力密封应用上理想材料特性的不足。在这一点上，优选用于封条的材料的损耗模量与储能模量的比率小于10，最优选小于1.0。
附图6a-6c代表用于制备本发明的动力密封的材料的材料特性。特别的，正切δ值是温度的函数。为比较热塑性材料和弹性体材料，提供附图6d和6e。
附图6a代表对用于形成本发明封条的材料的试验。材料是由下述组成的：70.0pphn Dyneon FE5840、30.0pphn Dyneon BRE 7231X、25.0pphnDyneon THV815X、6.0pphn Rhenofit CF、3.0pphn Elastomag 170、1.0pphn Kemamide 5221和10.0pphn Austin Black。
本发明的组合物优选通过传统塑料加工技术是可加工的。在另一个实施方案中，提供包含在热塑性基质中分散的硫化氟碳合成橡胶的动力密封。优选的氟碳弹性体包括商业上可获得的一种或更多含氟单体的共聚物，主要是偏二氯乙烯(VDF)、六氟丙烯(HFP)、四氟乙烯(TFE)和全氟乙烯醚(PFVE)。优选的PFVE包括那些具有C1-8全氟烷基基团的，优选具有1到6个碳原子的全氟烷基基团，特别优选全氟甲基乙烯基醚和全氟丙基乙烯基醚。另外，共聚物还可以含有由烯烃，如乙烯(Et)和丙烯(Pr)等衍生的重复单元。共聚物还可以含有相对少量的硫化部位单体(CSM)，将在下面进一步讨论。优选的共聚物氟碳弹性体包括VDF/HFP、VDF/HFP/CSM、VDF/HFP/TFE、VDF/HFP/TFE/CSM、VDF/PFVE/TFE/CSM、TFE/Pr、TFE/Pr/VDF、TFE/Et/PFVE/VDF/CSM、TFE/Et/PFVE/CSM和TFE/PFVE/CSM。弹性体设计提供合成弹性体橡胶的单体。弹性体橡胶的粘度一般在15-160门尼粘度范围(ML1+10，大转子在121℃)，结合其流动性和物理特性，弹性体橡胶可被选定。弹性体来源包括Dyneon(3M)、Asahi Glass Fluoropolymers、Solvay/Ausimont、Dupont和Daikin。
在一个实施方案中，弹性体材料被描述为四氟乙烯和至少一种C2-4烯烃的共聚物。同样的，弹性体材料含有由四氟乙烯和至少一种C2-4烯烃衍生的重复单元。任选地，弹性体材料还可以含有由一种或一种以上另外的含氟单体衍生的重复单元。
在优选实施方案中，弹性体材料含有由10-90摩尔％的四氟乙烯、10-90摩尔％的C2-4烯烃和高达30摩尔％的一种或更多种其它的含氟单体所衍生的重复单元。优选地，重复单元由25-90摩尔％的四氟乙烯、10-75摩尔％的C2-4烯烃衍生。在另一个优选实施例中，重复单元由45-65摩尔％的四氟乙烯和20-55摩尔％的C2-4烯烃衍生的。
在另一个实施方案中，弹性体材料是可硫化氟碳弹性体，其含有由氟单体偏二氟乙烯(VDF)和六氟丙烯(HFP)衍生的重复单元。在一些实施方案中，弹性体还含有由四氟乙烯衍生的重复单元。弹性体材料还可以如下所述被硫化或交联，提供具有橡胶类似特性的硫化的材料。
化学上，在实施方案中，弹性体材料是由VDF和HFP的共聚物、或VDF、HFP和四氟乙烯(TFE)的三元共聚物，和任选硫化部位的单体制成的。在优选实施方案中，它们含有大约66到大约70％重量的氟。弹性体是商业可获得的，例如来自DuPont Dow Elatomers的VitonA，VitonB和VitonF的系列弹性体。可商业获得的级别只含有橡胶聚合物，或作为含硫的前体配混料。
在另一个实施方案中，弹性体可以从化学上描述为TFE和PFVE的共聚物，任选地作为和VDF的三元共聚物。弹性体还可以含有由硫化部位单体衍生的重复单元。用于制备本发明可加工的橡胶组合物的氟碳弹性体材料一般是通过单体混合物的自由基乳液聚合反应而制得的，该单体混合物含有所需摩尔比的起始单体。引发剂一般是有机或无机过氧化合物，乳化剂一般是氟化的酸性皂。形成的聚合物的分子量可以通过所使用的引发剂的相对数量比单体水平以及如有转移剂的话转移剂的选择来进行控制。典型的转移剂包括四氯化碳、甲醇和丙酮。乳液聚合反应可以在间歇条件或连续条件下进行。
组成基质的热塑性材料包括至少一种热塑性聚合物的成分。热塑性材料可以是含氟或不含氟的热塑性塑料。聚合材料加热时软化和流动。在一个方面，热塑性材料是一种在高于熔点温度时熔体粘度可以测量的，如通过ASTM D-1238或D-2116。
可选择本发明的热塑性材料，使橡胶/热塑性塑料结合物的特性在高温下增强，优选高于80℃，更优选在大约150℃和更高。上述热塑性塑料包括那些在升高温度时物理特性如抗张强度、模数和断裂伸长中的至少一种维持到可接受的程度。在优选实施方案中，热塑性塑料在升高温度时比对比温度下硫化的氟碳弹性体(橡胶)具有更好的物理特性(即更高的抗张强度、更高的模量和/或更高的断裂伸长)。
用于本发明的热塑性聚合材料可以是活性低聚物类型热塑性塑料。热塑性低聚物在高温下(150-250℃)聚合形成高分子量的热塑性塑料。来自Cyclics公司的环状低聚物是其中的一个例子。在被聚合时，它变成聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，一种热塑性的聚酯。
用于本发明的热塑性聚合材料可以是热塑性弹性体。热塑性弹性体有一些橡胶的物理特性，如柔软、挠曲性和弹力，但可以类似热塑性塑料加工。冷却时，非常快发生从熔融状态到固态类似橡胶组合物的转变。和传统的弹性体不同，它加热时硬化的很慢。热塑性弹性体可以在传统的塑料设备，如注塑机和挤出机上加工。废料一般很容易回收。
热塑性弹性体具有多相结构，其中相一般是内部相混合。在许多情况下，相是通过接枝共聚或嵌段共聚结合在一起。至少有一相是由在室温下硬但加热时流动的材料制成。另一相是在室温下是类似橡胶的比较柔软的物质。
许多热塑性弹性体是已知的。A-B-A型热塑性弹性体的非限制性例子包括聚苯乙烯/聚硅氧烷/聚苯乙烯、聚苯乙烯/聚乙烯-共-丁烯/聚苯乙烯、聚苯乙烯/聚丁二烯/聚苯乙烯、聚苯乙烯/聚异戊二烯/聚苯乙烯、聚-α-甲基苯乙烯/聚丁二烯/聚-α-甲基苯乙烯、聚-α-甲基苯乙烯/聚异戊二烯/聚-α-甲基苯乙烯和聚乙烯/聚乙烯-共-丁烯/聚乙烯。
具有(A-B)n重复结构的热塑性弹性体的非限制性例子包括聚酰胺/聚醚、聚砜/聚二甲基硅氧烷、聚尿烷/聚醚、聚尿烷/聚酯、聚酯/聚醚、聚碳酸酯/聚二甲基硅氧烷和聚碳酸酯/聚醚。在这些最常用的商业可获得的热塑性弹性体中，含有聚苯乙烯的是作为硬链段。三嵌段弹性体可用聚苯乙烯作为有用的硬链断，聚丁二烯、聚异戊二烯或聚乙烯-共-丁烯作为有用的软链断。同样的，苯乙烯丁二烯重复共聚物和聚苯乙烯/聚异戊二烯重复聚合物都是商业可获得的。
热塑性聚合材料还可以选自固态的、一般为高分子量的塑料材料。优选地，该材料是结晶或半结晶的聚合物，更优选通过差示扫描量热法测得具有至少百分之二十五的结晶度。具有适当高的玻璃化转变温度的无定形聚合物作为热塑性聚合材料也是可以接受的。热塑性塑料也优选具有范围在大约80℃到大约350℃的熔融温度，或具有范围在-40℃到大约300℃的玻璃化转变温度，但一般熔融温度比热塑性硫化体的分解温度低。
热塑性聚合物的非限制性例子包括聚烯烃、聚酯、尼龙、聚碳酸酯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚苯乙烯衍生物、聚苯醚、聚氧亚甲基和含氟热塑性塑料。
聚烯烃是由α-烯烃聚合形成的，例如但不限于乙烯、丙烯、1-丁烯、1-己烯、1-辛烯、2-甲基-1-丙烯、3-甲基-1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、5-甲基-1-己烯和它们的混合物。乙烯和丙烯的共聚物或乙烯或丙烯和另一种α-烯烃如1-丁烯、1-己烯、1-辛烯、2-甲基-1-丙烯、3-甲基-1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、5-甲基-1-己烯或它们混合物的共聚物也是可以预期的。这些均聚物和共聚物以及它们的混合物也是可以结合作为本发明的热塑性聚合材料。
聚酯热塑性塑料在聚合骨架上含有重复的酯键单元。在一个实施方案中，它们含有由低分子量的二醇和低分子量的芳香二酸衍生的重复单元。非限制性的例子包括商业可获得的级别的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯。可选择地聚酯还可以基于脂肪二醇和脂肪二酸。例子是乙二醇或丁二醇与己二酸的共聚物。在另一个实施方案中，热塑性聚酯是聚丙酮，其是通过同时含有羟基和羧基官能团的单体聚合制备的。聚己内酯是这类热塑性聚酯的一个非限制性例子。
聚酰胺热塑性塑料在聚合骨架上含有重复的酰胺键。在一个实施方案中，聚酰胺含有由二胺和二酸单体衍生的重复单元，如已知的尼龙66，为六亚甲基二胺和乙二酸的聚合物。其他尼龙的结构由变化二胺和二酸组分的大小而产生。非限制性例子包括尼龙610、尼龙612、尼龙46和尼龙6/66的共聚物。在另一个实施方案中，聚酰胺的结构由聚合同时含有氨基和羧基官能团的单体而产生。非限制性例子包括尼龙6(聚己内酰胺)、尼龙11和尼龙12。
由二胺和二酸组分制备的其他聚酰胺包括含有由二胺和芳香二酸如对苯二酸衍生的重复单元的高温芳香聚酰胺。这些可商业获得的例子包括PA6T(己二胺和对苯二酸的共聚物)和PA9T(壬二胺和对苯二酸的共聚物)，由Kuraray以商标名Genestar出售。在一些应用中，一些芳香聚酰胺的熔点高于热塑性加工的最佳值。在这种情况下，可以通过制备合适的共聚物来降低熔点。在非限制性实施例中，以PA6T为例，其熔点温度为大约370℃，有可能通过在制备该聚合物时加入有效量的非芳香二酸，如己二酸，有效地降低熔点温度到低于320℃的可模塑的温度。
其他高温热塑性塑料的非限制性例子包括聚苯硫醚、液晶聚合物和高温聚酰亚胺。液晶聚合物在化学结构上基于含有重复线性芳香环的线性聚合物。因为芳香结构，材料以向列熔融态形成用X-射线衍射方法可检测的特征间隔的畴结构。材料的例子包括羟基苯甲酸的共聚物或乙二醇和线性芳香二酯如对苯二酸或萘二羧酸的共聚物。
高温热塑性聚酰亚胺包括芳香二酐和芳香二胺聚合反应的产物。它们从很多资源可商业性获得。1，4-苯二胺和1，2，4，5-苯四羧酸二酐共聚物便是例子。
在优选实施方案中，基质至少含有一种不含氟的热塑性塑料，如上述的那些。热塑性含氟聚合物可以选自很宽的范围的聚合物和商品。聚合物是可熔融加工的-在加热时它们软化和流动，而且可以很容易通过热塑性技术，如注塑、挤压、压塑和吹塑被加工。材料通过熔融和再加工可容易地回收。
热塑性聚合物可以全氟化或部分氟化。全氟化的热塑性聚合物包括四氟乙烯和全氟烷基乙烯醚的共聚物。全氟烷基基团优选1到6个碳原子。其他共聚物的例子是PFA(TFE和全氟丙基乙烯醚的共聚物)和MFA(TFE和全氟甲基乙烯基醚的共聚物)。其他全氟化热塑性聚合物的例子包括TFE和具有3到8个碳原子的全氟烯烃的共聚物。非限制性的例子包括FEP(TFE和六氟丙烯的共聚物)。
部分氟化的热塑性聚合物包括E-TFE(乙烯和TFE的共聚物)、E-CTFE(乙烯和氯代三氟乙烯的共聚物)、和PVDF(聚偏二氟乙烯)。许多偏二氟乙烯的热塑性共聚物也是用于本发明适宜的热塑性聚合物。这些包括，但不限于，和全氟烯烃如六氟丙烯的共聚物及和氯代三氟乙烯的共聚物。
也可以使用热塑性三元共聚物。这些包括TFE、HFP和偏二氟乙烯的热塑性三元聚合物。这些和其他含氟热塑性材料是商业可获得的。包括Dyneon(3M)、Daikin、Asahi Glass Fluoroplastics、Solvay/Ausimont和DuPont在内的供应商。
可用的固化剂包括二胺、过氧化物和多羟基化合物/鎓盐组合物。二胺硫化剂从20世纪50年代就已知。二胺硫化剂是相对慢的硫化，但在很多领域具有优点。上述硫化剂是商业可获得的，如从DuPont Dow Elastomers的Diak-1。
硫化温度下加热和混合或素炼，一般在几分钟内或更短的时间就足以完成硫化反应，但如要想硫化时间更短，就要采用更高的温度和/或更高的剪切。硫化温度合适的范围是大约热塑性材料的熔融温度(一般120℃)到大约300℃或更高。一般地，该范围是大约150℃到大约250℃。优选的硫化温度的范围是大约180℃到大约220℃。优选连续混合没有中断直到硫化发生或完成。
如果在停止混合后进行适度的硫化，可得到不可加工的热塑性硫化橡胶。在这种情况下，可用后硫化步骤完成硫化工艺。在一些实施方案中，后硫化采用在冷却阶段连续混合弹性体和热塑性塑料的形式。
在动态硫化之后，获得均相混合物，其中橡胶基本上是以平均粒度小于50μm的分散小颗粒形式，优选平均粒度小于25μm。更典型地并优选地，颗粒的平均粒度为大约10μm或更小，优选大约5μm或更小，和更优选大约1μm或更小。在其他实施方案中，即使当平均粒度较大时，也会有显著数量的大小小于1μm的硫化弹性体颗粒分散在热塑性基质中。
上述的颗粒粒度可等于球状颗粒的直径或等于相同体积的球的直径。可以理解，并不是所有的颗粒都是球状。一些颗粒是相当各向同性的，因此很容易决定近似球直径的尺寸。其他颗粒可以是各向异性的，即一个或两个方向比另外方向的尺寸长。在这种情况下，上述优选的颗粒粒度与颗粒中最短的尺寸相对应。
在一些实施方案中，硫化的弹性体材料以颗粒的形式形成分散的、离散的或不连续的相，其中颗粒是通过由热塑性基质组成的连续相互相分开的。可以预期在硫化的弹性体负荷相对低时上述结构更有利，即其中热塑性材料占了组合物中相对较多的体积。在其他实施方案中，硫化的材料可以和热塑性材料以共连续相的形式。可以相信，在相对较高体积的硫化弹性体中上述结构更有利。在中间弹性体负荷时，两相组合物的结构可以具有中间状态，因为有些硫化的弹性体以离散颗粒的形式，而有些呈上述形状。

Claims (26)

1.一种安装在第一和第二相对旋转构件之间的动力密封装配，所述的装配包括：
和所述的第一构件固定接合的环和从所述的环辐射状延伸并被配置与所述第二构件滑动接合的环状封条，其中所述的辐射状封条具有厚度和比厚度大约大1到15倍的长度。
2.根据权利要求1的动力密封装配，其中所述的长度比所述的厚度大约大5到15倍。
3.根据权利要求2的动力密封装配，其中所述的长度比所述的厚度大约大5到12倍。
4.根据权利要求1的动力密封，其中所述的辐射状封条包含分散在含有热塑性材料的基质中的硫化氟碳弹性体。
5.根据权利要求4的动力密封，其中所述的硫化的氟碳弹性体是作为离散相或和所述的基质以共连续相出现的，其中所述的辐射状封条的正切δ小于1.0。
6.根据权利要求4的动力密封，其中辐射状封条是通过包括在热塑性材料存在下动态硫化氟碳弹性体的步骤的方法制成的。
7.根据权利要求4的动力密封，其中所述环状封条的硬度是肖氏A50或更高，封条的抗张强度是4Mpa或更高，在制品100％模量至少约4Mpa，制品断裂伸长是10％或更高。
8.根据权利要求4的动力密封，其中所述的硫化氟碳弹性体基于所述的硫化氟碳弹性体和所述的热塑性聚合物的总重量计含至少大约35％重量的含量。
9.根据权利要求8的动力密封，其中所述的硫化氟碳弹性体基于所述的总重量计含至少大约50％重量的含量。
10.根据权利要求4的动力密封，其中所述的热塑性材料是含有具有至少大约-40℃的玻璃化转变温度的无定形聚合物的热塑性弹性体材料。
11.根据权利要求4的动力密封，其中所述的热塑性材料是包含具有熔点为至少大约80℃的半结晶聚合物的活性低聚物材料。
12.根据权利要求4的动力密封，其中所述的氟碳弹性体选自VDF/HFP、VDF/ HFP/TFE、VDF/ PFVE/ TFE、TFE/Pr、TFE/Pr/VDF、TFE/Et/PFVE/VDF、TFE/Et/PFVE、TFE/PFVE和它们的混合物。
13.根据权利要求1的动力密封，其中所述的辐射状封条是由包含以下步骤的方法制备的：
(a)混合非硫化的或部分硫化的氟碳弹性体、可以和氟碳弹性体反应引发硫化的硫化剂以及热塑性材料；
(b)混合组合物；
(c)在混合步骤加热混合物；和
(d)通过对组合物进行吹塑、压塑、注塑或挤压中的一种形成封条。
14.根据权利要求1的动力密封，其中所述的辐射状封条是由包含以下步骤的方法制备的：
(a)在硫化剂存在下混合弹性体和热塑性组分；
(b)在混合时加热，引发弹性体组分的硫化；和
(c)注塑组合物。
15.根据权利要求1的动力密封，其中所述的第一构件是壳，且第二构件是转轴。
16.一种制备动力密封的方法，包括：
(a)混合硫化剂、非硫化的或部分硫化的弹性体材料和热塑性材料形成混合物；和
(b)在足以引发弹性体材料硫化的温度和时间下加热混合物，其中在加热步骤中施加机械能混合混合物；其中弹性体材料包括氟碳弹性体；和其中热塑性材料包括不含氟的聚合材料；和
(c)注塑混合物。
17.根据权利要求16的方法，其中所述的氟碳弹性体选自VDF/HFP、VDF/HFP/TFE、VDF/ PFVE/ TFE、TFE/Pr、TFE/Pr/VDF、TFE/Et/PFVE/VDF、TFE/Et/PFVE、TFE/PFVE和它们的混合物。
18.一种安装在内转轴和外壳之间的动力密封装配，包括：从所述的非转动壳延伸至轴并和所述的轴滑动接触的环状辐射状封条，所述的环状辐射状封条被配置成和所述的轴滑动接合，所述的辐射状封条具有厚度和比所述的厚度大约大1到15倍的长度，所述的环状辐射状封条还含有和转轴接触的平支座表面。
19.根据权利要求18的动力密封装配，其中所述的长度比所述的厚度大约大5到15倍。
20.根据权利要求19的动力密封装配，其中所述的长度比所述的厚度大约大5到12倍。
21.根据权利要求18的动力密封，其中所述的平支座表面包括多变表面。
22.根据权利要求21的动力密封，其中所述的多变表面是螺旋状螺旋槽。
23.根据权利要求18的动力密封，其中所述的环状封条包括加固卷边。
24.根据权利要求18的动力密封，其中所述的环状封条包括一对悬挂的凸缘和放置在悬挂的凸缘之间的弹簧。
25.根据权利要求18的动力密封，其中所述的环状封条是由具有小于大约1.0的正切δ的材料制成的。
26.根据权利要求18的动力密封，其中所述的环状封条是由具有损耗模量与储能模量的比率小于大约0.1的材料制成的。
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