DE102005048169A1

DE102005048169A1 - Dichtungsmaterial, Stopfbüchsenpackung aus Dichtungsmaterial und Herstellungsverfahren von Dichtungsmaterial und von Stopfbüchsenpackungen

Info

Publication number: DE102005048169A1
Application number: DE200510048169
Authority: DE
Inventors: Katsuro Sennan Tsukamoto
Original assignee: Japan Matex KK
Current assignee: Japan Matex KK
Priority date: 2005-06-16
Filing date: 2005-10-06
Publication date: 2006-12-28
Also published as: JP2006349070A

Abstract

Es wird ein Dichtungsmaterial bereitgestellt, welches wie ein Seil ausgebildet ist, umfassend einen Verdrillkörper, welcher durch Verdrillen eines laminierten Körpers ausgebildet wird, der ein Graphitband mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung und ein Faserbündel, das aus geöffneten Carbonfasern gebildet wird, umfasst, ein geöffnetes Carbonfaserbündel, welches um die äußere Umfangsoberfläche des Verdrillkörpers in einer Richtung, die entgegengesetzt der Verdrillrichtung des Verdrillkörpers ist, gewickelt ist, und eine fluorierte Ethylenkunstharzschicht, welche ausgebildet ist, um wenigstens die äußere Umfangsoberfläche des geöffneten Carbonfaserbündels zu bedecken, das um die äußere Umfangsoberfläche des Verdrillkörpers gewickelt ist.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dichtungsmaterial, welches ausgezeichnet in Dichtfähigkeit, Schmierfähigkeit und Wärmeverträglichkeit ist, eine Stopfbüchsenpackung, welche das Dichtungsmaterial verwendet, ein Herstellungsverfahren des Dichtungsmaterials und ein Herstellungsverfahren von Stopfbüchsenpackungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Dichtungsmaterial zum Abdichten fluidischer Vorrichtungen, welche unter exakten Bedingungen rotieren und sich hin und her bewegen, eine Stopfbüchsenpackung, welche das Dichtungsmaterial verwendet, ein Herstellungsverfahren des Dichtungsmaterials und ein Herstellungsverfahren von Stopfbüchsenpackungen.

BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK

Mit dem in letzter Zeit gestiegenen Umweltbewusstsein wurden überall auf der Welt verschiedene Vorschriften Umweltverschmutzungen betreffend erstellt. Solche Vorschriften decken allgemein verwendete industrielle Produkte wie Kraftfahrzeugabgas als auch Abfälle ab, welche während Herstellungsvorgängen zum Herstellen der industriellen Produkte emittiert werden.

Die fluidischen Vorrichtungen werden in einer Vielzahl von Herstellungsverfahren für verschiedene Zwecke verwendet. Die Stopfbüchsenpackung wird zum Abdichten der fluidischen Vorrichtungen verwendet und dient dazu, Fluid, welches in den fluidischen Vorrichtungen fließt, daran zu hindern, aus diesen zu lecken.

Einige Qualitäten, wie Dichtfähigkeit,Schmierfähigkeit, Belastungsentspannungseigenschaft und thermische Verringerung (Wärmeableitung), sind bei der Stopfbüchsenpackung erforderlich. Schmierfähigkeit verringert die Reibung mit einem Wellenteil der fluidischen Vorrichtung und die Wirkung der Reibungsverminderung trägt zu der Verbesserung in der Haltbarkeit der Stopfbüchsenpackung bei. Wärmeableitung verringert altersbedingte Verschlechterung der Stopfbüchsenpackung und trägt zur Verbesserung in der Haltbarkeit der Stopfbüchsenpackung bei.

Die Verbesserung in der Haltbarkeit der Stopfbüchsenpackung führt zur Sicherstellung der Abdichtfunktion der fluidischen Vorrichtungen für lange Zeit und zur Verhinderung des Leckens des Fluids, welches in den fluidischen Vorrichtungen fließt.

Patentdokument 1 (japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2002-129440) offenbart eine Stopfbüchsenpackung, welche von ausgezeichneter Dichtfähigkeit, Schmierfähigkeit und Wärmeableitung ist, und ein Dichtungsmaterial, welches die Stopfbüchsenpackung bildet.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN

Die Stopfbüchsenpackung, welche im Patentdokument 1 offenbart wurde, weist eine hohe Dichtfähigkeit, Schmierfähigkeit und Wärmeableitung auf. Jedoch besteht auf Grund der oben erwähnten verbesserten Umweltstandards ein Bedarf an einer Stopfbüchsenpackung, welche eine höhere und länger anhaltende Dichtfähigkeit als jene der Stopfbüchsenpackung in Patentdokument 1 aufweist.

Die Stopfbüchsenpackung; die im Patentdokument 1 offenbart ist, ist unter Verwendung von Graphit mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung ausgebildet und zeigt eine Dichtfähigkeit, welche durch die ausgezeichnete Schmierfähigkeit und Verdichtungsfestigkeit des Graphits mit der elastischen Nachstellung erzielt wird. Auf Grund der zerbrechlichen Konfiguration von Graphit mit der elastischen Nachstellung jedoch ergab sich das Problem, dass sich ein Graphitgleitstück abschält, wodurch sich die Dichtfähigkeit im Laufe der Zeit verschlechtert.

Obwohl das Patentdokument 1 ein Verfahren des Wickelns eines dünnen Films aus Aluminium oder Nickel um eine äußere Umfangsfläche vorschlägt, verschlechtert eine solche Konfiguration die Verdichtungsfestigkeit, welche ursprünglich durch Graphit mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung eingebracht wird, und verschlechtert folglich die Dichtfähigkeit.

In Anbetracht der oben erwähnten bekannten Situation beabsichtigt die vorliegende Erfindung, ein Dichtungsmaterial und eine Stopfbüchsenpackung, welche eine höhere Dichtfähigkeit, Schmierfähigkeit und Wärmeableitung als die herkömmlichen Techniken aufweist, ein Herstellungsverfahren für das Dichtungsmaterial und ein Herstellungsverfahren für die Stopfbüchsenpackung bereitzustellen.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung gemäß Anspruch 1 ist ein Dichtungs material, welches wie ein Seil ausgebildet ist, umfassend: einen verdrillten Körper, welcher durch Verdrillen eines laminierten Körpers ausgebildet ist, der ein Graphitband und ein Faserbündel umfasst, das aus geöffneten Carbonfasern gebildet ist; ein geöffnetes Carbonfaserbündel, welches um die äußere Umfangsoberfläche des verdrillten Körpers in einer Richtung gewickelt ist, die der Verdrillrichtung des verdrillten Körpers entgegenläuft, um ein Substrat zu erzielen; und eine fluorierte Ethylenkunstharzschicht, welche ausgebildet ist, um wenigstens die äußere Umfangsoberfläche des geöffneten Carbonfaserbündels zu bedecken, das um die äußere Umfangsoberfläche des Verdrillkörpers gewickelt ist.

Die Erfindung gemäß Anspruch 2 ist ein Dichtungsmaterial gemäß Anspruch 1, wobei die fluorierte Ethylenkunstharzschicht durch Umwickeln mit einem Polytetrafluorethylen-Band gebildet wird.

Die Erfindung gemäß Anspruch 3 ist ein Dichtungsmaterial gemäß Anspruch 1, wobei die fluorierte Ethylenkunstharzschicht durch Imprägnieren des Substrats in einer Polytetrafluorethylen-Flüssigkeit gebildet wird.

Die Erfindung gemäß Anspruch 4 ist ein Dichtungsmaterial gemäß Anspruch 2, wobei eine geschlossene Zelle im Polytetrafluorethylen-Band gebildet wird und Silikonöl in dieser geschlossenen Zelle beinhaltet ist.

Die Erfindung gemäß Anspruch 5 ist ein Dichtungsmaterial gemäß Anspruch 1, wobei es mit einer Temperatur unter 370 °C thermisch gesiegelt ist.

Die Erfindung gemäß Anspruch 6 ist ein Dichtungsmaterial gemäß Anspruch 1, wobei die fluorierte Ethylenkunstharzschicht ein Pigment enthält.

Die Erfindung gemäß Anspruch 7 ist ein Dichtungsmaterial gemäß Anspruch 1, wobei ein Verstärkungsdraht im Zentrum des Verdrillkörpers angeordnet ist.

Die Erfindung gemäß Anspruch 8 ist eine Stopfbüchsenpackung, welche durch Verflechten einer Mehrzahl von seilartigen Dichtungsmaterialien, um einen geflochtenen Körper zu erzielen, und durch Verdichten des geflochtenen Körpers erzielt wird, wobei das Dichtungsmaterial umfasst: einen Verdrillkörper, welcher durch Verdrillen eines laminierten Körpers gebildet wird, der ein Graphitband mit der Eigenschaft der elastischen Nachstellung und ein Faserbündel umfasst, welches aus geöffneten Carbonfasern gebildet ist; ein geöffnetes Carbonfaserbündel, welches um die äußere Umfangsoberfläche des Verdrillkörpers im Kreuzschlag zur Verdrillrichtung des Verdrillkörpers gewickelt ist, um ein Substrat zu erzielen; und eine fluorierte Ethylenkunstharzschicht, welche ausgebildet ist, um so wenigstens die äußere Umfangsoberfläche des geöffneten Carbonfaserbündels zu bedecken, welches um die äußere Umfangsoberfläche des Verdrillkörpers gewickelt ist.

Die Erfindung gemäß Anspruch 9 ist eine Stopfbüchsenpackung gemäß Anspruch 8, wobei sie mit einer Temperatur unter 370 °C thermisch gesiegelt ist.

Die Erfindung gemäß Anspruch 10 ist ein Herstellungsverfahren für Dichtungsmaterial, umfassend: einen Verdrillkörperbildungsschritt zum Ausbilden eines Verdrillkörpers durch Verdrillen eines laminierten Körpers aus einem Graphitband mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung und einem Faserbündel, das aus geöffneten Carbonfasern gebildet ist; einen Wicklungsschritt zum Ausbilden eines Substrats durch Wickeln eines geöffneten Carbonfaserbündels um die äußere Umfangsoberfläche des Verdrillkörpers; und einen Be schichtungsschritt zum Beschichten wenigstens der äußeren Umfangsoberfläche des Substrats mit einer fluorierten Ethylenkunstharzschicht.

Die Erfindung gemäß Anspruch 11 ist ein Herstellungsverfahren für Stopfbüchsenpackungen, umfassend: einen Dichtungsmaterial aufbereitenden Schritt des Aufbereitens einer Mehrzahl von Dichtungsmaterialien zu einem Seil; einen Flechtkörper ausbildenden Schritt zum Ausbilden eines Flechtkörpers durch Verflechten des Dichtungsmaterials; und einen Druckformungsschritt zum Ausformen des Flechtkörpers unter Druck, um eine Stopfbüchsenpackung mit einer gewünschten Gestalt auszubilden, wobei der das Dichtungsmaterial aufbereitende Schritt des Weiteren umfasst: einen Verdrillkörperbildungsschritt zum Ausbilden eines Verdrillkörpers durch Verdrillen eines laminierten Körpers aus einem Graphitband mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung und einem Faserbündel, das aus geöffneten Carbonfasern gebildet ist; einen Wicklungsschritt zum Ausbilden eines Substrats durch Wickeln eines geöffneten Carbonfaserbündels um die äußere Umfangsoberfläche des Verdrillkörpers; und einen Beschichtungsschritt zum Beschichten wenigstens der äußeren Umfangsoberfläche des Substrats mit einer fluorierten Ethylenkunstharzschicht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, beschrieben in Anspruch 1, bringt der Graphit mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung eine hohe Druckstabilität mit sich und das Carbonfaserbündel bringt eine hohe Zugfestigkeit mit sich. Des Weiteren kann auf Grund der fluorierten Ethylenkunstharzschicht eine hohe Anhaftung an den fluidischen Vorrichtungen erzielt werden.

Daher kann hohe Dichtfähigkeit über einen langen Zeitraum erzielt werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, beschrieben in Anspruch 2 und 3, kann, da die äußere Umfangsoberfläche des Graphitmaterials mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung verlässlich mit der fluorierten Ethylenkunstharzschicht beschichtet ist, das Dichtungsmaterial, welches eine hohe Schmierfähigkeit aufweist, erzielt werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, beschrieben in Anspruch 4, weist das Dichtungsmaterial eine ausgezeichnete Wärmeableitung auf, da die Wärmeableitung der fluorierten Ethylenkunstharzschicht verbessert werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, beschrieben in Anspruch 5, werden die Haltbarkeit und die Dichtfähigkeit des Dichtungsmaterials weiter verbessert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, beschrieben in Anspruch 6, kann das Dichtungsmaterial leicht in Abhängigkeit von der Anwendung eingestuft werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung, beschrieben in Anspruch 7, ist das Dichtungsmaterial durch den Verstärkungsdraht verstärkt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, beschrieben in Anspruch 8, bringt der Graphit mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung eine hohe Druckstabilität mit sich und das Carbonfaserbündel bringt eine hohe Zugfestigkeit mit sich. Des Weiteren kann auf Grund der fluorierten Ethylenkunstharzschicht eine hohe Anhaftung an den fluidischen Vorrichtungen erzielt werden.

Daher kann die Stopfbüchsenpackung gemäß der vorliegenden Erfindung eine höhere Dichtfähigkeit und Haltbarkeit erzielen als die herkömmlichen Techniken.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, beschrieben in Anspruch 9, kann das Dichtungsmaterial mit hoher Zugfestigkeit und Dichtfähigkeit hergestellt werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, beschrieben in Anspruch 10, kann die Stopfbüchsenpackung mit hoher Zugfestigkeit und Dichtfähigkeit hergestellt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Dichtungsmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 ist eine Ansicht, welche einen Verdrillkörper des Dichtungsmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine schematische Ansicht, welche einen Herstellungsvorgang eines geöffneten Faserbündels des Dichtungsmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine Ansicht, welche den Zustand zeigt, in dem das geöffnete Carbonfaserbündel um den Verdrillkörper, gezeigt in 2, gewickelt wird.
5 ist ein Flussdiagramm, welches einen Herstellungsvorgang des Dichtungsmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist eine Ansicht, welche eine Ausführungsform eines Beschichtungsschritts des Herstellungsvorgangs des Dichtungsmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist ein Flussdiagramm, welches einen Herstellungsvorgang eines Polytetrafluorethylen-Bandes, das im Dichtungsmaterial verwendet wird, gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist eine schematische Schnittansicht des Polytetrafluorethylen-Bandes, das im Dichtungsmaterial verwendet wird, gemäß der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Ansicht, welche eine andere Ausführungsform des Verdrillkörpers des Dichtungsmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist ein Flussdiagramm, welches ein Herstellungsverfahren einer Stopfbüchsenpackung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist eine Ansicht, welche einen verflochtenen Körper der Stopfbüchsenpackung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist ein Graph, welcher die Ergebnisse einer Prüfung über thermisches Schrumpfen und thermische Gewichtsverringerung der Stopfbüchsenpackung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist ein Graph, welcher die Ergebnisse einer Prüfung über thermische Gewichtsverringerung der Stopfbüchsenpackung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist eine schematische Konfigurationsansicht einer Vorrichtung für die Wärmezyklusprüfung (TEMES Prüfvorrichtung, hergestellt durch AMTEC Inc. (Deutschland) der Stopfbüchsenpackung gemäß der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Ein Dichtungsmaterial, eine Stopfbüchsenpackung, welche das Dichtungsmaterial verwendet, ein Herstellungsver fahren des Dichtungsmaterials und ein Herstellungsverfahren der Stopfbüchsenpackung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezugnahme auf die Zeichnungen im Folgenden beschrieben.
1 ist eine schematische, perspektivische Ansicht eines Dichtungsmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Dichtungsmaterial (1) ist insgesamt wie ein Seil ausgebildet. Das Dichtungsmaterial (1) ist aus einem Verdrillkörper (2), welcher im Wesentlichen in der Mitte seines Querschnitts angeordnet ist, aus einem geöffneten Carbonfasernbündel (4), welches auf dem Umfang des Verdrillkörpers (2) angeordnet ist, und einer fluorierten Ethylenkunstharzschicht (5) ausgebildet, welche wenigstens die äußere Umfangsoberfläche des Faserbündels (4) bedeckt.
2 ist eine Ansicht, welche den Verdrillkörper (2) zeigt. 2(a) zeigt den Zustand, in dem der Verdrillkörper (2) ausgebildet wird, und 2(b) zeigt einen laminierten Körper, welcher in einen Verdrillkörper (2) umgeformt wird.
Der Verdrillkörper (2) ist wie ein Seil zur Verdrillen eines laminierten Körpers (22) ausgebildet, in welchem ein Bündel aus einer Mehrzahl von Carbonfasern (21), welche durch den Öffnungsvorgang, unten beschrieben, erzielt werden, und einem Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung laminiert sind.
Der laminierte Körper (22) weist eine Klebeschicht (24) auf, welche zwischen dem Carbonfaserbündel (21) und dem Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung zwischengelegt ist, um sie integral miteinander zu verkleben.
Die Klebeschicht (24) kann aus verschiedenen Klebern wie organischen Klebern, anorganischen Klebern und Klebern aus organisch/anorganischen Verbindungen hergestellt sein und kann in der Form von Fluid, Emulsion, Film, Vliesstoff oder Ähnlichem ausgebildet sein, obwohl sie nicht ausdrücklich auf diese beschränkt ist. Die Anwendung des Klebers ist ebenfalls nicht im Besonderen beschränkt und verschiedene Verfahren wie Beschichten, thermische Druckklebung und Sprühen können für die Kleberaufbringung eingesetzt werden.
Die Klebeschicht (24) kann vorzugsweise aus wasserlöslichem thermoplastischem Kleber, besser nicht umweltschädlichem Polyvinylalkohol (PVA) ausgebildet sein. Flüssiger PVA kann durch Beschichten oder Sprühen auf die Oberfläche des Graphitbandes (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung oder auf der Oberfläche des Carbonfaserbündels (21) aufgebracht werden. Wenn er durch Sprühen aufgebracht wird, kann PVA zum Beispiel wie ein Vliesstoff ausgebildet sein, nachdem der flüssige PVA fest geworden ist.
Wenn der PVA wie ein Vliesstoff ausgebildet ist, erstrecken sich in der Klebeschicht (24) Polyvinylalkoholkunstharzfasern in uneinheitlichen Richtungen und sie werden aneinander laminiert und befestigt, um wie eine Lage geformt zu sein. Die Klebeschicht (24) mit solch einer Konfiguration weist eine hohe Zugfestigkeit in alle Richtungen auf. Wenn die Klebeschicht (24) in eine bandartige Form verarbeitet wird, kann sie hohe Zugfestigkeit in der Längsrichtung aufweisen.
Wenn das Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung mit dem Carbonfaserbündel (21) durch das Aufbringen von Druck auf ihrer beider Oberflächen mit oder ohne Erwärmung verbunden ist, können sie in einer einstückigen Art fest laminiert sein, wobei die Klebeschicht (24) wie der Polyvinylalkohol zwischen den beiden eingeschlossen ist.
Das Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung lässt sich wie folgt erhalten: ein Graphitpulver mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung wie natürlicher Graphit, pyrolytischer Graphit oder Lamellengraphit wird mit konzentrierter Schwefelsäure, konzentrierter Salpetersäure oder Ähnlichem reagiert, um eine interkalierte Verbindung zu bilden, und dann wird die interkalierte Verbindung in Wasser gewaschen, um eine zurückbleibende Verbindung zu erhalten. Der Graphit mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung selbst, welcher durch rasches Erhitzen und Blähen der zurückbleibenden Verbindung erzielt wird, wird mit einer Walze oder Ähnlichem verdichtet und in der Form eines Bleches geformt.
Die Dichte des Graphitbandes (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung fällt vorzugsweise in den Bereich von 0,80 bis 2,2 g/cm³, obwohl sie nicht im Besonderen auf diesen Bereich beschränkt ist. Wenn die Dichte in den Bereich fällt, wird eine Unregelmäßigkeit auf Kristallebene auf der Oberfläche des Graphitbandes (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung ausgebildet und verursacht den Ankereffekt auf allem, was auf das Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung laminiert wird. Andererseits wird, wenn die Dichte weniger als 0,80 g/cm³ beträgt, die Textur des Graphitbandes (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung zu rau, wodurch die Dichtfähigkeit der Packung herabgesetzt wird. Im Gegensatz dazu wird, wenn die Dichte 2,2 g/cm³ übersteigt, wird die Textur des Graphitbandes (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung zu glatt, wodurch es schwierig wird, den Ankereffekt zu erzielen. Dies führt zu schwacher Laminierung mit dem offenen Faserbündel (21).
Die Dicke des Graphitbandes (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung fällt vorzugsweise in den Bereich von 0,10 bis 1,5 mm, obwohl sie nicht im Besonderen auf diesen Bereich beschränkt ist, Wenn die Dicke weniger als 0,10 mm beträgt, kann das Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung keine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Abriebfestigkeit zeigen. Des Weiteren liegen extra dünne Bänder (23) nicht vorgefertigt vor und sind unökonomisch. Im Gegensatz dazu wird, wenn die Dicke 1,5 mm übersteigt, das Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung brüchig.
Das geöffnete Faserbündel (21) verstärkt das Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung und dient als ein festes Schmiermittel. Das geöffnete Faserbündel (21) ist auf die Oberfläche des Graphitbandes (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung mit der Klebeschicht (24) laminiert. Es ist auch möglich, einen heißsiegelfähigen Film als eine Klebeschicht (24) zu verwenden, um das geöffnete Faserbündel (21) mit dem Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung zu laminieren. Der heißsiegelfähige Film kann zum Beispiel ein PVA-Vliesgewebe, ein PVA-Film, ein Polyethylen-Film, ein Olefin-Film und ein Urethan-Film sein.
Das geöffnete Faserbündel (21) weist eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit bei Niedertemperatur und bei Hochtemperatur auf, da verschiedene Kennzeichen wie die Zugfestigkeit sich kaum im Bereich von –200 °C bis +600 °C verändern. Daher kann das geöffnete Faserbündel (21) das Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung in einer ausgesetzten Temperaturumgebung als auch bei normalen Temperaturen sicher verstärken.
Da das geöffnete Faserbündel (21) eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Abriebfestigkeit aufweist, kann es für einen Langzeiteinsatz auch unter schweren Umweltbedingungen haltbar genug sein, zum Beispiel in chemischen Fabriken oder Ähnlichem. Die Dicke des geöffneten Faserbündels (21) liegt vorzugsweise zwischen 0,15 bis 0,5 mm, besser 0,15 bis 0,2 mm. Wenn die Dicke geringer als 0,15 mm ausfällt, kann eine ausreichende Schmierfähigkeit und Dichtfähigkeit nicht erzielt werden und im gegenteiligen Fall kann, wenn die Dicke 0,5 mm übersteigt, keine ausreichende Biegsamkeit erzielt werden.
Der Verdrillkörper (2) wird durch Verdrillen des oben erwähnten laminierten Körpers (22) in eine Richtung ausgebildet. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der laminierte Körper so verdrillt werden, dass das Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung, welches den laminierten Körper (22) ausbildet, an der Außenseite des Verdrillkörpers (2) erscheinen kann oder es kann das geöffnete Faserbündel (21) an der Außenseite des Verdrillkörpers (2) erscheinen. 1 und 2 zeigen das Beispiel, in welchem das Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung an der Außenseite des Verdrillkörpers (2) erscheint.
Wenn der Verdrillkörper (2) so ausgebildet ist, dass das Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung an der Außenseite des Verdrillkörpers (2) erscheint, ist das geöffnete Faserbündel (21) in der Mitte des Querschnitts des Dichtungsmaterials (1) angeordnet. Dies führt zum Ausbilden des Dichtungsmaterials (1) mit ausgezeichneter Formstabilität.
Wenn der Verdrillkörper (2) so ausgebildet ist, dass das geöffnete Faserbündel (21) an der Außenseite des Verdrillkörpers (2) erscheint, ist das Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung in der Mitte des Querschnitts des Dichtungsmaterials (1) angeordnet. Dies führt zum Ausbilden des Dichtungsmaterials (1) mit ausgezeichneter Druckstabilität (d.h. nach dem Zusammendrücken kann das Dichtungsmaterial (1) in seine ursprüngliche Form zurückgehen).
Auch wenn entweder das Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung oder das geöffnete Faserbündel (21) an der Außenseite des Verdrillkörpers (2) angeordnet ist, kann das Dichtungsmaterial (1) eine höhere Dichtungsfähigkeit und Haltbarkeit als das herkömmliche Dichtungsmaterial aufweisen.
3 zeigt ein Beispiel eines Öffnungsschrittes, um das geöffnete Carbonfaserbündel (21) herzustellen.
Eine Öffnungsvorrichtung (200), gezeigt in 3, umfasst hauptsächlich eine Zuführwalze (201), welche ein ungeöffnetes Carbonfaserbündel (20), das von einem Fadenzuführer (nicht gezeigt) zugeführt wird, vertikal hält und das ungeöffnete Carbonfaserbündel (20) nach unten zu einer Heißluftzuführvorrichtung (202), die nach der Zuführwalze (201) angeordnet ist, zu einer Ansaugvorrichtung (203) mit einer Saugöffnung, die unterhalb der Heißluftzuführvorrichtung (202) angeordnet ist, und zu einer Ausgabewalze (204), die am entferntesten unterhalb der Heißluftzuführvorrichtung (202) angeordnet ist, weiterführt.
Das ungeöffnete Carbonfaserbündel (20), gezeigt in 3, ist ein Faserbündel, welches durch Flachmachen eines Bündels, das Carbonfasern (7 μm im Durchmesser) umfasst, durch Epoxykunstharzschlichtmittel erzielt wird. Dies führt zum ungeöffneten Carbonfaserbündel (20) mit 6,1 mm in der Breite und 0,1 mm in der Dicke. Dann wird das Faserbündel (20) vom Fadenzuführer zur Zuführwalze (201) geschickt. Das geöffnete Carbonfaserbündel (20) wird fortlaufend vom Fadenzuführer entlang einer Bahn mit einer Vorschubrate von 5 m/min in Bewegung gesetzt.
Das ungeöffnete Carbonfaserbündel (20), welches von der Zuführwalze (201) nach unten zugeführt wird, wird durch die Heißluftzuführvorrichtung (202) erwärmt. Die Heißluftzuführvorrichtung (202) ist 20 mm oberhalb angeordnet und bläst die heiße Luft von 200 °C mit einer Windgeschwindigkeit von 10 m/sec darauf, um die Epoxykunstharzschlichtmittel durch Erhitzen weichzumachen.
Das ungeöffnete Carbonfaserbündel (20), das derartig erweicht wurde, erreicht die Saugöffnung der Ansaugvorrichtung (202).
Die Ausschubrate des Carbonfaserbündels (21) durch die Ausschubwalze (204) ist ein wenig kleiner eingestellt als die Zuführrate des ungeöffneten Carbonfaserbündels (20) durch die Zuführwalze (201), um so ein Durchhängen (ungefähr 12 mm) des Carbonfaserbündels (20) an der Saugöffnung der Ansaugvorrichtung (203) zu erzeugen.
Die Ansaugvorrichtung (203) erzeugt eine nach unten ziehende Strömung mit einer Windgeschwindigkeit von 50 m/sec an der Saugöffnung durch den Einsatz einer Vakuumpumpe (231) und eines Steuerventils (232). Folglich wird das ungeöffnete Carbonfaserbündel (20) an der Saugöffnung nach unten gezogen, wodurch ein vorbestimmtes Ausmaß an Durchhängen erzeugt wird. Dieses Ausmaß an Durchhängen wird durch einen Sensor (233) erfasst, welcher in der Ansaugvorrichtung (203) vorgesehen ist, und die Zuführrate der Zuführwalze (201) ist in Abhängigkeit von dem erfassten Ausmaß des Durchhängens des ungeöffneten Carbonfaserbündels (20) geregelt.
Wenn das ungeöffnete Carbonfaserbündel (20) nach dem Erhitzen und Weichmachen der Luftströmung ausgesetzt wird, wird das ungeöffnete Carbonfaserbündel (20) in der Breitenrichtung des Faserbündels ausgebreitet. Dies führt zum geöffneten Carbonfaserbündel (21). Gleichzeitig wird das geöffnete Carbonfaserbündel (21) zwangsweise abgekühlt und verhärtet. Daraus folgt, dass das geöffnete Carbonfaserbündel (21) mit einer stabilen Form erzielt wird.
Das Carbonfaserbündel (21), das solcherart erhalten wird, wird als eine Rolle durch einen Aufwickler aufgewickelt, nachdem es durch die Ausschubwalze (204) hindurchgegangen ist.
Dann wird die Rolle des Carbonfaserbündels (21) ausgewickelt und das Carbonfaserbündel (21) von der Rolle wird mit dem Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung laminiert, um den laminierten Körper (22) zu bilden. Danach wird der laminierte Körper (22) verdrillt, um den Verdrillkörper (2) zu bilden.
4 zeigt den Schritt des weiteren Auswickelns des geöffneten Carbonfaserbündels (4). 4(a) zeigt den Zustand, in dem das geöffnete Carbonfaserbündel (4) um den Verdrillkörper (2) gewickelt wird, und 4(b) zeigt den Querschnitt des Teils, um den das geöffnete Carbonfaserbündel (4) gewickelt ist.
Das geöffnete Carbonfaserbündel (4) verstärkt den Verdrillkörper (2) und funktioniert als ein festes Schmiermittel.
Wie das geöffnete Carbonfaserbündel (21) im Verdrillkörper (2) ist das geöffnete Carbonfaserbündel (4), welches um die äußere Umfangsoberfläche des Verdrillkörpers (2) gewickelt ist, von ausgezeichneter mechanischer Festigkeit bei niedriger Temperatur und höherer Temperatur, da verschiedene Kennzeichen wie die Zugfestigkeit sich kaum im Bereich von –200 °C bis +600 °C verändern. Daher kann das geöffnete Faserbündel (4) sicher den Verdrillkörper (2) in einer ausgesetzten Temperaturumgebung als auch bei normalen Temperaturen verstärken.
Da das geöffnete Faserbündel (4) eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Abriebfestigkeit aufweist, kann es für einen Langzeiteinsatz auch unter schweren Umweltbedingungen haltbar genug sein, zum Beispiel in chemischen Fabriken. Die Dicke des geöffneten Faserbündels (4) liegt vorzugsweise zwischen 0,01 bis 0,5 mm, besser 0,15 bis 0,2 mm. Wenn die Dicke geringer als 0,01 mm ausfällt, kann eine ausreichende Schmierfähigkeit und Dichtfähigkeit nicht erzielt werden und seine Zugfestigkeit geht zurück und im gegenteiligen Fall kann, wenn die Dicke 0,5 mm übersteigt, keine ausreichende Biegsamkeit erzielt werden.
Wenn das geöffnete Carbonfaserbündel (4) um die äußere Umfangsoberfläche des Verdrillkörpers (2) gewickelt wird, wird bevorzugt, dass das geöffnete Carbonfaserbündel (4) in einer Richtung entgegengesetzt der Verdrillrichtung des Verdrillkörpers (2) gewickelt wird. Verdrillen in die entgegengesetzte Richtung kann verhindern, dass die Verdrillung des Verdrillkörpers (2) lose wird, und kann die Formbeständigkeit des Dichtungsmaterials (1) erhöhen. Jedoch kann eine Mehrzahl der geöffneten Carbonfaserbündel (4) um die äußere Umfangsoberfläche des Verdrillkörpers (2) gewickelt werden. In diesem Fall wird bevorzugt, dass die Bündel in unterschiedlichen Richtungen gewickelt werden, indem ein geöffnetes Carbonfaserbündel (4) im Uhrzeigersinn und das andere Carbonfaserbündel (4) entgegen dem Uhrzeigersinn gewickelt werden. Solch ein Wickeln führt zu sicherer Dichtfähigkeit und Haltbarkeit in jeder Rotationsrichtung des Wellenteils der fluidischen Vorrichtung.
Wenn das Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung auf der Außenseite des Verdrillkörpers (2) erscheint und die Dichte des Graphitbandes (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung in den Bereich von 0,80 bis 2,2 g/cm³ fällt, wird eine Unregelmäßigkeit auf Kristallebene auf der Oberfläche des Graphitbandes (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung ausgebildet und daher wird das geöffnete Carbonfaserbündel (4), welches um das Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung gewickelt ist, sicher auf dem Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung befestigt. Daher wird das gewickelte, geöffnete Carbonfaserbündel (4) daran gehindert, sich in der axialen Richtung des Verdrillkörpers (2) zu bewegen. Folglich weist das Dichtungsmaterial (1) ausgezeichnete Formstabilität und Haltbarkeit auf.
5 ist ein Flussdiagramm eines Herstellungsvorgangs des Dichtungsmaterials (1).
Wie oben beschrieben, wird im Dichtungsmaterial (1) der Verdrillkörper (2) im "Verdrillkörperausbildungsschritt" ausgeformt und das geöffnete Carbonfaserbündel (4) wird um die äußere Umfangsoberfläche des Verdrillkörpers (2) im "Wicklungsschritt" gewickelt, wodurch ein Substrat (6) erzielt wird. Schließlich wird in einem "Beschichtungsschritt" wenigstens die äußere Umfangsoberfläche des Substrats (6) mit einer fluorierten Ethylenkunstharzschicht (5) beschichtet.
Die fluorierte Ethylenkunstharzschicht (5) ist aus Kunstharz wie Tetrafluorethylen, Trifluorethylen oder Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt. Insbesondere in Bezug auf Schmierfähigkeit und Dichtfähigkeit wird bevorzugt, dass die fluorierte Ethylenkunstharzschicht (5) aus Polytetrafluorethylen hergestellt ist.
6 zeigt ein Beispiel des Beschichtungsschrittes. 6(a) zeigt den Zustand, in dem die fluorierte Ethylenkunstharzschicht (5) durch Wickeln eines Polytetrafluorethylenbandes (51) ausgebildet wird und 6(b) ist eine Schnittansicht des Teils, an welchem das Polytetrafluorethylenband (51) gewickelt wird.
Die Dicke des Polytetrafluorethylenbandes (51) ist vorzugsweise so eingestellt, dass sie zwischen 0,01 mm bis 0,3 mm fällt, besser ungefähr 0,13 mm, obwohl sie nicht im Besonderen auf diesen Bereich beschränkt ist. Wenn die Dicke des Polytetrafluorethylenbandes (51) 0,3 mm übersteigt, wird das Wickeln schwierig. Im gegenteiligen Fall, wenn die Dicke des Polytetrafluorethylenbandes (51) geringer als 0,1 mm beträgt, kann im Einsatz Bruch auftreten.
Die Breite des Polytetrafluorethylenbandes (51) ist vorzugsweise so eingestellt, dass sie in den Bereich von 10 mm bis 25 mm fällt, besser ungefähr 15 mm beträgt, obwohl sie nicht im Besonderen auf diesen Bereich beschränkt ist, Wenn die Breite des Polytetrafluorethylenbandes (51) 25 mm übersteigt, wird das Wickeln schwierig. Im gegenteiligen Fall, wenn die Breite des Polytetrafluorethylenbandes (51) weniger als 10 mm beträgt, kann im Einsatz Bruch auftreten, Das Polytetrafluorethylenband (51) wird einmal oder zweimal um die äußere Umfangsoberfläche des Substrats (6) gewickelt. Wenn das Polytetrafluorethylenband (51) zweimal gewickelt wird, können die Schmierfähigkeit und die Dichtfähigkeit weiter verbessert werden, In diesem Fall, wenn das Polytetrafluorethylenband (51) so gewickelt ist, um einander im Kreuzschlag zu kreuzen, indem die Wicklungsrichtungen einander entgegengesetzt laufen, kann die Schmierfähigkeit und die Dichtfähigkeit des Dichtungsmaterials (1) weiter verbessert werden. Des Weiteren kann durch zweimaliges Wickeln des Polytetrafluorethylenbandes (51), um so die Wicklungsrichtungen einander entgegengesetzt laufen zu lassen, das gleiche Niveau an Dichtfähigkeit und Haltbarkeit in jeder Rotationsrichtung der Welle der fluidischen Vorrichtungen erzielt werden.
Außerdem ist das Polytetrafluorethylenband (51) so gewickelt, dass wenigstens die Ränder miteinander überlappen. Dadurch wird das Freiliegen des Substrats (6) sicher verhindert.
7 ist ein Flussdiagramm eines Herstellungsvorgangs des Polytetrafluorethylenbandes (51), welches als geeignet für das Dichtungsmaterial (1) verwendet wird.
Der Herstellungsvorgang des Polytetrafluorethylenbandes (51) umfasst einen "Silikonölimprägnierungsschritt", einen "Auswalzschritt" und einen "Siegelungsschritt".
Zuerst wird im Silikonölimprägnierungsschritt Silikonöl mit Polytetrafluorethylen in der Form eines Puders imprägniert. Obwohl die Menge des imprägnierten Silikonöls nicht im Besonderen beschränkt ist, werden ungefähr 3 Gewichtsprozent bevorzugt.
Dann wird das Polytetrafluorethylenpuder im Auswalzschritt ausgewalzt. Da das Silikonöl mit dem Polytetrafluorethylenpuder im Silikonölimprägnierungsschritt imprägniert wird, kann das Polytetrafluorethylenpuder leicht ausgewalzt (verdichtet und ausgebreitet) werden. Mit dem Auswalzschritt kann ein Polytetrafluorethylenband mit einer sehr glatten Oberfläche erzielt werden.
Im Siegelungsschritt nach dem Auswalzschritt wird das Polytetrafluorethylenband gesiegelt.
Das Band (51) mit enger Breite wird durch Schneiden des Bandes ausgebildet, um eine vorbestimmte Breite aufzu weisen.
8 ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts des Polytetrafluorethylenbandes (51), welches durch den Herstellungsvorgang, gezeigt in 7, erzielt wird.
Im Siegelungsschritt wird eine Menge von geschlossenen Zellen (511) im Querschnitt des Polytetrafluorethylenbandes (51) gebildet. Das Silikonöl, welches im Silikonölimprägnierungsschritt imprägniert wurde, ist in den geschlossenen Zellen (511) enthalten. Daraus folgt, dass das Polytetrafluorethylenband (51) eine Menge Silikonöl in seinem Querschnitt für lange Zeit enthalten kann. Daher stellt das Polytetrafluorethylenband (51) eine hohe Schmierfähigkeit über lange Zeit bereit.
Des Weiteren weist, da das Silikonöl in den geschlossenen Zellen (511) die Wärmeableitung der fluorierten Ethylenkunstharzschicht (5) verbessert, das Dichtungsmaterial (1) eine hohe Wärmeableitung auf, wodurch die Gleiteigenschaften verbessert werden.
Das folgende Verfahren, welches anders als das Verfahren des Wickelns des Polytetrafluorethylenbandes (51) ist, kann angewendet werden. Das Substrat (6) wird in einer Flüssigkeit, welche Polytetrafluorethylen enthält, imprägniert und wird dann aus der Flüssigkeit herausgenommen. Anschließend wird die Polytetrafluorethylenflüssigkeit, welche an der äußeren Umfangsoberfläche des Substrats (6) anhaftet, getrocknet. Daher beschichtet die Polytetrafluorethylenschicht die äußere Umfangsoberfläche des Substrats (6).
Gemäß dem Verfahren kann, da die Polytetrafluorethylenkomponente in das Substrat (6) eindringt, Dichtungsmaterial (1) mit noch höherer Schmierfähigkeit gebildet werden.
Die fluorierte Ethylenkunstharzschicht (5) kann ein Pigment enthalten, um das Dichtungsmaterial (1) zu färben. Die Farbe des Dichtungsmaterials (1) kann in Abhängigkeit der Anwendung des Dichtungsmaterials festgelegt werden.
Wenn die fluorierte Ethylenkunstharzschicht (5) durch Wickeln des Polytetrafluorethylenbandes (51) ausgebildet wird, kann das Pigment in den Auswalzschritt, gezeigt in 8, gemischt werden und, wenn das Substrat (6) in einer Flüssigkeit imprägniert wird, welche Polytetrafluorethylen enthält, kann das Pigment in die Flüssigkeit gemischt werden.
Wie oben beschrieben, wird bevorzugt, dass die fluorierte Ethylenkunstharzschicht (5) nach ihrer Ausbildung weiter gesiegelt wird.
Siegeln des Dichtungsmaterials (1) wird in einem Brennofen vorzugsweise bei Temperaturen unter 370 °C, besser bei Temperaturen von 345 °C bis 355 °C durchgeführt. Durch Siegeln des Dichtungsmaterials (1), wie oben beschrieben, wird das thermische Schrumpfen der fluorierten Ethylenschicht (5), wenn das Dichtungsmaterial (1) eingesetzt wird, vermindert und folglich die Haltbarkeit und Dichtfähigkeit des Dichtungsmaterials (1) verbessert.
9 zeigt ein anderes Beispiel des Verdrillkörpers (2).
Ein Verstärkungsdraht (7) kann auf der oberen Oberfläche des laminierten Körpers (22) angeordnet werden. Der laminierte Körper (22) kann verdrillt werden, wobei der Verstärkungsdraht (7) als ein Kern verwendet wird, um den Verdrillkörper (2) auszubilden.
Das Material des Verstärkungsdrahts (7) kann ein Inconel-Draht, ein SUS-Draht, ein Aramidkunstharzfaden, ein aufgekohlter Faden, ein Carbonfaden, ein Baumwollfaden, ein Polytetrafluorethylenfaden, ein Aluminiumdraht, ein Aluminiumlegierungsdraht, ein Kupferdraht, ein Kupferlegierungsdraht und Ähnliches sein, obwohl es nicht im Besonderen auf diese beschränkt ist.
Durch Bereitstellen des Verstärkungsdrahtes (7), wie oben beschrieben, kann die Zugfestigkeit des Dichtungsmaterials (1) erhöht werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, da der Verstärkungsdraht (7) mit dem laminierten Körper (22) bedeckt ist, welcher das Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung und das geöffnete Carbonfaserbündel (21) mit hoher Druckstabilität umfasst, und das geöffnete Carbonfaserbündel (4) um die äußere Umfangsfläche gewickelt ist, der Einfluss des Verstärkungsdrahtes (7) auf die Druckstabilität des Dichtungsmaterials (1) vernachlässigbar klein.
10 ist ein Flussdiagramm des Herstellungsvorgangs der Stopfbüchsenpackung.
In 10 ist ein "Dichtungsmaterialaufbereitungsschritt" in den Schritten zum Erzeugen des Dichtungsmaterials (1), wie mit Bezugnahme auf 1 bis 9 beschrieben, bezeichnet.
Das Dichtungsmaterial (1), welches solcherart erzielt wird, wird einem "Flechtkörperausbildungsschritt" unterzogen.
11 zeigt verschiedene Formen eines Flechtkörpers (10), welcher im Flechtkörperausbildungsschritt erzielt wird. 11(a) bis 11(d) zeigen jeweils eigenständige Formen des Flechtköpers (10).
Im Flechtkörperausbildungsschritt wird das Dichtungs material (1) geflochten. Verschiedene Formen des Flechtkörpers sind anwendbar. Zum Beispiel können durch Verflechten eines oder mehrerer Stücke Dichtungsmaterial (1) ein geflochtenes Seil wie ein rundgeflochtenes Seil und ein quadratisch geflochtenes Seil und ein als Zopf geflochtenes Seil wie ein als Rundzopf geflochtenes Seil und ein als quadratischer Zopf geflochtenes Seil erzielt werden (siehe 11(a) bis 11(d)). Im Falle des als Zopf geflochtenen Seils ist jede Zopfart wie das vierlitzige Zopfseil, das achtlitzige Zopfseil, das sechszehnlitzige Zopfseil, achtzehnlitzige Zopfseil, das vierundzwanziglitzige Zopfseil und das zweiunddreißiglitzige Zopfseil anwendbar. Auf diese Art kann der Flechtkörper (10) ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist das Dichtungsmaterial (1) mit wenigstens einem der Schmiermittel, darunter Silikonöl, flüssiges Paraffin, Wachs, Dispersoid-Polytetrafluorethylen und Dispersoid-Graphit, vor oder nach dem Flechtkörperausbildungsschritt imprägniert. Dispersoid-Polytetrafluorethylen ist feinkörniges Polytetrafluorethylen, welches im Dispersionsmedium dispergiert ist. Dispersoid-Graphit ist feinkörniger Graphit, welcher im Dispersionsmedium dispergiert ist.
Anschließend wird der Flechtkörper (10) unter Druck in einer Form ausgeformt, um die Stopfbüchsenpackung zu erhalten.
Durch das Imprägnieren des Flechtkörpers mit dem Schmiermittel und des Ausformen unter Druck, wie oben beschrieben, wird die Schmierfähigkeit der Stopfbüchsenpackung weiter verbessert. Sowohl natürliche Imprägnierung als auch Vakuumimprägnierung können als Imprägnierungsverfahren eingesetzt werden.
Wie oben beschrieben, wird die Stopfbüchsenpackung durch den Druckausformungsschritt erzielt und dann wird die so erhaltene Stopfbüchsenpackung im Brennofen vorzugsweise mit einer Temperatur unter 370 °C, besser zwischen 345 °C bis 355 °C gesiegelt. Durch Siegeln der Stopfbüchsenpackung auf diese Weise wird das thermische Schrumpfen der fluorierten Ethylenschicht (5), wenn die Packung eingesetzt wird, verringert und folglich die Haltbarkeit und Dichtfähigkeit der Stopfbüchsenpackung verbessert.
Prüfbeispiel 1
12 zeigt die Ergebnisse einer Vergleichsprüfung des Dichtungsmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung und des herkömmlichen Dichtungsmaterials auf thermisches Schrumpfen und thermische Gewichtverringerung. 12(a) zeigt das Längenschrumpfungsverhältnis des Dichtungsmaterials und 12(b) zeigt die thermische Gewichtsverringerung des Dichtungsmaterials.
Ein seilartiges Stopfbüchsenpackungsmaterial, welches durch Imprägnieren von Carbonfasern in Polytetraethylenflüssigkeit erzielt wurde, wurde als das herkömmliche Dichtungsmaterial verwendet, Beide Dichtungsmaterialien, die für diese Prüfung verwendet wurden, wiesen eine Größe von 9,5 mm im Durchmesser und eine Länge von 100 mm auf.
In dieser Prüfung wurde das Dichtungsmaterial in einem Wärmeofen angeordnet. Die Temperatur im elektrischen Wärmeofen wurde auf 160 °C, 200 °C und 260 °C eingestellt. Das Dichtungsmaterial wurde eine Stunde lang erwärmt und dann wurden Größe und Gewicht vor und nach dem Erwärmen gemessen.
Wie in 12 gezeigt, blieb sowohl Größe als auch Gewicht des Dichtungsmaterials der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen konstant innerhalb des Bereichs der Prüftemperaturen und das Schrumpfen und die Gewichtsabnahme traten kaum auf. Andererseits nahmen die Größe und das Gewicht des herkömmlichen Dichtungsmaterials bei Zunahme der Temperatur ab.
Daher kann gesagt werden, dass das Dichtungsmaterial der vorliegenden Erfindung bei hohen Temperaturen weniger Verschlechterung seiner Leistungsfähigkeit aufweist als das herkömmliche Dichtungsmaterial.
Prüfbeispiel 2
13 zeigt die thermische Gewichtsverringerung der Stopfbüchsenpackung, welche unter Verwendung der Materialien, die in 12 eingesetzt wurden, ausgeformt wurden.
Beide Stopfbüchsenpackungen wurden so ausgeformt, um eine Größe von 44,0 mm Außendurchmesser, 25,5 mm Innendurchmesser und 9,25 mm Dicke aufzuweisen. Die Erwärmungsbedingungen waren die gleichen wie jene im Prüfbeispiel 1.
Die Ergebnisse, gezeigt in 13, waren im Wesentlichen gleich jenen der Dichtungsmaterialien vor dem Ausformen der Stopfbüchsenpackungen, gezeigt in 12. Daher kann gesagt werden, dass das Dichtungsmaterial der vorliegenden Erfindung bei hohen Temperaturen weniger Verschlechterung seiner Leistungsfähigkeit aufweist als das herkömmliche Dichtungsmaterial und eine stabile Leistung abliefern kann.
Prüfbeispiel 3
Eine Temperaturwechselbeanspruchungsprüfung der Stopfbüchsenpackung, welche unter Verwendung des Dichtungsmaterials, gezeigt in 12, ausgeformt wurde, wurde durchgeführt.
14 ist eine schematische Ansicht einer Temperaturwechselbeanspruchungsprüfvorrichtung. Die Temperaturwechselbeanspruchungsprüfvorrichtung war eine TEMES-Prüfvorrichtung, hergestellt durch AMTEC Inc. (Deutschland). Die Prüfungsvorrichtung ist unten beschrieben.
Die Temperaturwechselbeanspruchungsprüfung (E) wies eine Kammer (C) auf, zu welcher Heliumgas mit einem Zuströmdruck von 4,0 kgf/cm² eingeleitet wurde. Ein Stab (S) wurde in die Kammer (C) eingeschoben. Eine Mehrzahl von Stopfbüchsenpackungen (G) (sechs Ringe in 14) wurde in der Kammer (C) angeordnet, um am Stab (S) befestigt zu sein.
Der Stab (S) bewegte sich mit einem Gleithub von 55 mm hin und her und der Heliumgasstrom, welcher zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des Stabs (S) und der inneren Umfangsoberfläche der Stopfbüchsenpackungen (G) hindurchging, wurde gemessen. Die Stopfbüchsenpackungen (G) wurden durch eine Schraube (B) (Anziehdrehmoment von 300 kgf·m) eingepresst, um an der Prüfvorrichtung (E) befestigt zu sein.
Die Stopfbüchsenpackungen (G), welche so ausgeformt wurden, um eine Größe von 56,0 mm Außendurchmesser, 40,0 mm Innendurchmesser und 8,0 mm Dicke aufzuweisen, wurden verwendet.
Der Stab (S) wurde ununterbrochen 120 Minuten lang mit dem oben erwähnten Hub vor und zurück bewegt und insgesamt 200 Zyklen hin und her bewegt.
Eine Prüfung auf Austritt von Heliumgas, welches während des Hin-und-Her-Bewegungsbetriebs des Stabs (S) auftreten könnte, wurde unter den Bedingungen durchgeführt, in denen die Prüfvorrichtung (E) auf 160 °C, 200 °C beziehungsweise 260 °C aufgeheizt wurde.
Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse über die Menge an ausgetretenem Helium, welche aus der oben erwähnten Prüfung erzielt wurden.
Tabelle 1
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, wurde kein Austritt von Heliumgas in der Stopfbüchsenpackung gemäß der vorliegenden Erfindung festgestellt, während der Austritt von Heliumgas in der herkömmlichen Stopfbüchsenpackung unter allen Wärmebedingungen gegeben war.
Daher kann die Stopfbüchsenpackung der vorliegenden Erfindung eine höhere Dichtfähigkeit als die herkömmliche Stopfbüchsenpackung vorweisen.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist günstig für fluidische Vorrichtungen anwendbar, insbesondere für fluidische Vorrichtungen, welche hohe Dichtfähigkeit in Hochtemperaturumgebungen erfordern.

Claims

Dichtungsmaterial, ausgebildet wie ein Seil, umfassend: einen Verdrillkörper (2), welcher durch Verdrillen eines laminierten Körpers (22) ausgebildet wird, der ein Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung und ein Faserbündel, das aus geöffneten Carbonfasern (21) gebildet wird, umfasst; ein geöffnetes Carbonfaserbündel (4), welches um die äußere Umfangsoberfläche des Verdrillkörpers (2) in einer Richtung, die entgegengesetzt der Verdrillrichtung des Verdrillkörpers (2) ist, gewickelt ist, um ein Substrat (6) zu erhalten und eine fluorierte Ethylenkunstharzschicht (5), welche ausgebildet ist, um wenigstens die äußere Umfangsoberfläche des geöffneten Carbonfaserbündels (4) zu bedecken, das um die äußere Umfangsoberfläche des Verdrillkörpers (2) gewickelt ist.
Dichtungsmaterial nach Anspruch 1, wobei die fluorierte Ethylenkunstharzschicht (5) durch Wickeln eines Polytetrafluorethylenbandes (51) ausgebildet ist.
Dichtungsmaterial nach Anspruch 1, wobei die fluorierte Ethylenkunstharzschicht (5) durch Imprägnieren des Substrats (6) in einer Polytetrafluorethylenflüssigkeit ausgebildet ist.
Dichtungsmaterial nach Anspruch 2, wobei eine geschlossene Zelle (511) im Polytetrafluorethylenband (51) ausgebildet und Silikonöl in der geschlossenen Zelle enthalten ist.
Dichtungsmaterial nach Anspruch 1, wobei es mit einer Temperatur unter 370 °C gesiegelt ist.
Dichtungsmaterial nach Anspruch 1, wobei die fluorierte Ethylenkunstharzschicht (5) ein Pigment enthält.
Dichtungsmaterial nach Anspruch 1, wobei ein Verstärkungsdraht in der Mitte des Verdrillkörpers angeordnet ist.
Stopfbüchsenpackung, welche durch Flechten einer Mehrzahl von seilartigen Dichtungsmaterialien (1), um einen Flechtkörper zu erhalten, und durch Verdichten des Flechtkörpers erzielt wird, wobei das Dichtungsmaterial umfasst: einen Verdrillkörper (2), welcher durch Verdrillen eines laminierten Körpers (22) ausgebildet wird, der ein Graphitband (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung und ein Faserbündel, das aus geöffneten Carbonfasern (21) gebildet wird, umfasst; ein geöffnetes Carbonfaserbündel (4), welches um die äußere Umfangsoberfläche des Verdrillkörpers (22) in einer Richtung, die entgegengesetzt der Verdrillrichtung des Verdrillkörpers (2) ist, gewickelt ist, um ein Substrat (6) zu erhalten; und eine fluorierte Ethylenkunstharzschicht (5), welche ausgebildet ist, um wenigstens die äußere Umfangsoberfläche des geöffneten Carbonfaserbündels (4) zu bedecken, das um die äußere Umfangsoberfläche des Verdrillkörpers (2) gewickelt ist.
Stopfbüchsenpackung nach Anspruch 8, wobei sie mit der Temperatur unter 370 °C gesiegelt ist.
Herstellungsverfahren von Dichtungsmaterial, umfassend: einen Verdrillkörperausbildungsschritt zum Ausbilden eines Verdrillkörpers (2) durch Verdrillen eines laminierten Körpers (22) eines Graphitbandes (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung und eines Faserbündels, das aus geöffneten Carbonfasern (21) gebildet wird; einen Wicklungsschritt zum Ausbilden eines Substrats (6) durch Wickeln eines geöffneten Carbonfaserbündels (4) um die äußere Umfangsoberfläche des Verdrillkörpers (2); und einen Beschichtungsschritt zum Beschichten wenigstens der äußeren Umfangsoberfläche des Substrats (6) mit einer fluorierten Ethylenkunstharzschicht (5).
Herstellungsverfahren für Stopfbüchsenpackungen, umfassend: einen Dichtungsmaterialaufbereitungsschritt zum Aufbereiten einer Mehrzahl von Dichtungsmaterialien (1) wie ein Seil; einen Flechtkörperausbildungsschritt zum Ausbilden eines Flechtkörpers durch Verflechten des Dichtungsmaterials (1); und einen Druckausformungsschritt zum Ausformen des Flechtkörpers unter Druck, um eine Stopfbüchsenpackung mit einer angestrebten Gestalt auszuformen, wobei der Dichtungsmaterialaufbereitungsschritt des Weiteren umfasst: einen Verdrillkörperausbildungsschritt zum Ausbilden eines Verdrillkörpers (2) durch Verdrillen eines laminierten Körpers (22) eines Graphitbandes (23) mit der Eigenschaft elastischer Nachstellung und eines Faserbündels, das aus geöffneten Carbonfasern (21) gebildet wird einen Wicklungsschritt zum Ausbilden eines Substrats (6) durch Wickeln eines geöffneten Carbonfaserbündels (4) um die äußere Umfangsoberfläche des Verdrillkörpers (2); und einen Beschichtungsschritt zum Beschichten wenigstens der äußeren Umfangsoberfläche des Substrats (6) mit einer fluorierten Ethylenkunstharzschicht (5).