ES2326702T5

ES2326702T5 - Juntas de estanqueidad multicapa de grafito flexible/metal adecuadas para condiciones de servicio a alta temperatura

Info

Publication number: ES2326702T5
Application number: ES07730944.1T
Authority: ES
Inventors: Alexandre Potier
Original assignee: Carbone Lorraine Composants
Current assignee: Carbone Lorraine Composants
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2007-02-08
Publication date: 2017-08-25
Anticipated expiration: 2027-02-08
Also published as: ES2326702T3; US20070187907A1; DE602007001032D1; US9140362B2; ATE430023T1; BRPI0707582A2; WO2007093688A1; CN101415511B; US20120068414A1; FR2897299A1; EP1989013B1; CA2641679A1; CN101415511A; CA2641679C; US7989049B2; JP2009526185A; EP1989013B2; FR2897299B1; EP1989013A1

Description

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DESCRIPCION

Juntas de estanqueidad multicapa de grafito flexible/metal adecuadas para condiciones de servicio a alta temperatura Ambito tecnico del invento

[0001] El presente invento entra en el campo de la fabricacion de juntas de estanqueidad planas realizadas alternando el apilado de grafito flexible y de hojas metalicas perforadas, capaces de soportar condiciones de temperatura elevada, superior a 300°C por ejemplo, sin sufrir degradacion de su calidad y ello incluso bajo muy altas presiones de apriete de la junta.

Estado de la tecnica

[0002] El grafito flexible se elabora por expansion termica de grafito (por lo general en forma de escamas), en el cual se insertaron atomos o moleculas despues de someterlo a un ataque en medio acido; el material obtenido por este proceso tiene una masa espedfica muy baja y posee la propiedad de autoaglomerarse sin ningun aglomerante por simple efecto mecanico. Asf se obtiene por laminado o compresion un material flexible o seminigido en forma de rollos o placas.

[0003] Las hojas de grafito flexible se utilizan desde hace mucho tiempo para la fabricacion de juntas planas. Este tipo de juntas planas de estanqueidad se usan, por ejemplo, en instalaciones de industrias qmmicas o petroqmmicas para transportar fluidos calientes o corrosivos, y tambien en centrales de produccion de energfa termica o atomica para transportar vapor de agua a presion. El uso de una junta de estanqueidad plana esta ilustrado de manera esquematica en la figura 1. Dos bridas metalicas (1,2) unen entre sf dos conductos tubulares (5,6) formando asf una canalizacion. Apretando las dos bridas metalicas (1,2) por medio de pernos (3) situados en la periferia del montaje se aplasta la hoja de grafito flexible (4) que actua como junta de estanqueidad. Las caractensticas de flexibilidad y la capacidad de deformacion del grafito flexible le permiten ajustarse a las superficies frente a las bridas metalicas et asegurar el buen sellado entre el interior de la canalizacion (a) y el medio exterior (b). Las cualidades de estabilidad termica y de alta inercia qrnmica del grafito flexible, especialmente frente a lfquidos organicos o acidos lo convierten en el material idoneo en numerosas situaciones.

[0004] Tres caractensticas son determinantes para la calidad de las juntas de estanqueidad planas. La aptitud para sellar (expresada en forma de tasa de fuga medida en condiciones normalizadas), la temperatura maxima de degradacion de los materiales que integran la junta y, por ultimo, el mantenimiento de las caractensticas mecanicas de la estructura de la junta dentro de la gama de temperatura de uso de los materiales que la integran. Las caractensticas de la junta deben permitir siempre la adaptacion a las superficies contra las cuales sera comprimida y tambien su resistencia a la fluencia para mantener a traves del tiempo y de los ciclos termicos la presion de apriete de las bridas para garantizar asf el sellado a traves del tiempo.

[0005] A pesar de que ciertos tipos de grafito aguantan temperaturas bajo aire de hasta 500°C e incluso 550°C, las hojas de grafito flexible muestran ciertos inconvenientes. Son diffciles de manipular, se rompen con relativa facilidad y no es facil producirlas con fuertes espesores. Asf, los fabricantes de hojas de grafito flexible han desarrollado apilamientos multimaterial, en general apilamientos de hojas de metal y hojas de grafito flexible al objeto de facilitar el empleo de las juntas de estanqueidad y hacerlas mas resistentes mecanicamente. Es muy ordinario hoy en dfa el utilizar una junta formada por un apilamiento como el descrito en la figura 2, donde dos hojas de grafito flexible (10, 11) estan unidas a una hoja (inserto) metalica central (12). Estas juntas tambien estan solicitadas en el sentido paralelo a las capas que la integran, debido a las fuertes tensiones de compresion mal repartidas en toda la superficie de la junta; a este fenomeno se le llama “pinzamiento de la brida”. Estas juntas pueden presentar un problema de fluencia, en particular a alta temperatura de servicio, cuando la dilatacion termica deforma la geometna de la brida. En este caso, la fluencia puede limitar su vida util y el sellado del sistema en que estan montadas.

[0006] Por este principio y principalmente para mejorar mas la resistencia mecanica de la junta se han propuesto numerosas soluciones. Estas soluciones proponen apilamientos de 3, 5, 7 capas o mas segun los espesores de la junta, diversos materiales para las hojas de refuerzo (diferentes metales, hojas macizas o perforadas, y hasta rejillas) y diversas soluciones para garantizar el nexo mecanico entre el grafito flexible y la hoja de refuerzo. Entre estas soluciones de nexo mecanico, cabe citar las dos principales tecnologfas utilizadas: Un encolado o un anclaje de elementos mecanicos de retencion en las hojas de grafito. Estos elementos mecanicos de retencion pueden ser domos o dientes resultantes de la perforacion de una chapa delgada u hoja metalica por medio de una punta (ver la solicitud de patente FR 2 625 281 (Dana Corporation).

[0007] En esta combinacion de materiales de tipo hojas de grafito flexible enganchadas a una estructura metalica ngida, las hojas de grafito flexible asumen la funcion de deformarse para ajustarse a las superficies de contacto y de sellado, mientras que los refuerzos metalicos aportan el beneficio de solidez del conjunto, permitiendo asf la facil manipulacion (incluso con juntas de grandes dimensiones) y otorgando al conjunto una resistencia a la fluencia mucho mejor.

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[0008] Para fijar una hoja de grafito flexible en una chapa u hoja metalica, se puede usar tradicionalmente cola o adhesivo, pero estos productos no pueden garantizar una resistencia mecanica superior a 300°C. Las patentes EP 616 884, US 5,509,993 y US 6,962,349 (Sigri Great Lakes Carbon AG) describen el uso de sustancias que modifican la interfaz entre el metal y el grafito, pero que no son colas, como ciertos compuestos organo-silicio, compuestos perfluorados o jabones metalicos. Estos productos son promotores de adhesion y deben aplicarse en espesores de algunos nanometros. Asf se fija una capa de metal sobre una capa de grafito sin cola por una tecnica de prensado en caliente, tfpicamente a una temperatura comprendida entre 150°C y 300°C (ver US 6,258,457 (SGL Technik GmbH)). Esta tecnica es no obstante muy onerosa en su uso porque es poco productiva y no garantiza una resistencia mecanica suficiente del conjunto superior a 400°C.

[0009] Otro enfoque tecnico utiliza elementos de retencion mecanica que pueden obtenerse creando en la hoja metalica muchas perforaciones en forma de domo (ver solicitud de patente europea EP 0 640 782 A2 (Tako Payen S.p.a.) , la solicitud de patente francesa 2 625 281 (Dana Corporation), la patente US 4,723,783 (Dana Corporation), la patente US 4,723,783 (Dana Corporation), la patente US 6,258,457 (sGl Technik GmbH)). No obstante, como lo muestra la patente US 5,509,993 ya citada, la perforacion de las chapas en domo induce tensiones locales en la chapa, lo cual puede redundar en rupturas bajo carga. Sin embargo, los apilamientos de hojas de grafito flexible enganchadas a chapas metalicas presentan aun algunos puntos flojos. Primero, los refuerzos metalicos perforados en espesores de flejes superiores o iguales a 100 pm dificultan el corte de juntas, operacion que permite obtener las geometnas deseadas usando hojas planas. Para reducir este inconveniente, de ordinario se limita el numero de refuerzos metalicos perforados y se limita asimismo su espesor. Tfpicamente se utiliza un solo refuerzo, a veces dos para un espesor total de 3 mm, raramente mas de dos, y ello solamente para espesores de juntas superiores a 3 mm. Los grosores de los flejes se acercan por lo general a l00 micras.

[0010] En conclusion, las soluciones para unir las capas entre sf por encolado introducen un elemento (la cola) cuya resistencia en temperatura es limitada. Por otra parte, estas soluciones imponen procesos de produccion mas delicados en su uso que el simple colaminado utilizado para unir una hoja perforada y una hoja de grafito flexible. Ademas, existen procesos de union sin cola, pero estos metodos tambien son complejos, por cuanto necesitan procesos de prensado en caliente y la aplicacion en muy fino espesor de productos qmmicos que modifican la superficie.

[0011] Si bien con el “colaminado” se puede contemplar facilmente una operacion que produce en continuo un “sandwich” de materiales, el encolado necesitara que se recubra la superficie, se seque y, por lo muy general, sobre todo con las colas capaces de funcionar a temperaturas de unos 300°C, habra que hacer un tratamiento termico para estabilizar las colas.

[0012] Este tren de operaciones se efectua bien por etapas sucesivas, bien por medio de una lmea compleja de equipos que funcionan en continuo.

[0013] En cualquier caso, el colaminado con chapa perforada parece ser el proceso de union continua mas economico, pero presenta inconvenientes importantes como la dificultad de cortar con instrumentos clasicos.

[0014] Por lo general, cuado la temperatura de uso rebasa 400°C y las presiones de los fluidos que hay que sellar son muy importantes, las juntas planas cortadas en placas composites a base de grafito flexible deben sustituirse por soluciones mas seguras pero mas onerosas; estas soluciones son no obstante menos flexibles en terminos dimensionales, como las juntas en espiral, las juntas estriadas y otras juntas metalicas.

Problema planteado

[0015] El problema que trata de solucionar el presente invento es por tanto proponer un nuevo proceso de fabricacion de placas y/o de juntas compuestas por un apilado alternado de capas de grafito flexible y de hojas de metal que facilitan el corte y la fabricacion continua de manera rapida y economica y que presentan una buena resistencia mecanica hasta temperaturas y presiones inaccesibles hasta ahora a las juntas de brida planas, al tiempo que se garantiza un sellado acorde con las nuevas normas tendentes a limitar las emisiones fugitivas de gases ecologicamente peligrosos para la atmosfera.

Objetos del invento

[0016] El objeto del presente invento es una placa composite realizada por apilamiento alternado de (n+1) hojas de grafito flexible y de (n) hojas de refuerzo metalicas perforadas de dientes, de modo que la primera y la ultima hoja de dicho apilamiento alternado sean hojas de grafito flexible,

caracterizandose dicha placa composite porque:

a) n > 2;

b) Los espesores de las hojas de grafito flexible utilizadas pueden ser iguales o diferentes y son de tal indole que cualquier rodaja de espesor de 2 mm de la placa composite

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(i) tiene como mmimo 3 capas de grafito flexible,

(ii) presenta una masa de grafito por unidad de superficie como maximo de 2,34 kg/m2;

c) para cada una de dichas hojas de refuerzo metalicas perforadas, los dientes presentes en dicha hoja tienen una altura respecto a la superficie de dicha hoja que no rebasa 1,3 veces el espesor de la capa mas fina de grafito flexible a la que esta enganchada,

d) el espesor individual de las hojas de refuerzo matalico no rebasa 60 pm.

[0017] Otro objeto es una junta de estanqueidad plana, fabricada cortando una placa segun el invento.

[0018] Otro objeto mas es el uso de tal junta a una temperatura no superior a 600°C y preferentemente a una temperatura comprendida entre 350°C y 550°C y aun mas preferentemente a una temperatura comprendida entre 400°C y 500°C.

Descripcion de las figuras

[0019]

La figura 1 muestra el esquema de una junta de estanqueidad plana. La letra (a) indica el interior de la canalizacion, la letra (b) indica el medio externo.

La figura 2 muestra el esquema de un apilamiento de tipo grafito flexible / inserto metalico flexible / inserto metalico / grafito / grafito flexible.

La figura 3 muestra de manera esquematica una seccion transversal a traves de una placa composite segun el invento.

La figura 4 muestra la tasa de fuga observada en una prueba normalizada a 300°C con juntas de espesor de 2 mm cortadas en placas composites de estructuras diferentes (numero de hojas metalicas, tres valores diferentes para la densidad del grafito).

La figura 5 muestra la disposicion de las perforaciones de la chapa metalica para una realizacion segun el invento. Las dimensiones estan indicadas en milfmetros.

Descripcion detallada del invento

[0020] Segun el invento, el problema queda resuelto con una placa facilmente cortable en una junta plana que presenta a temperatura ambiental caractensticas de resistencia a la presion de apriete similares y hasta superiores a los ensamblados multicapa clasicos, pero que conserva excelentes caractensticas mecanicas hasta temperaturas cercanas al lfmite de degradacion de los materiales (grafito flexible y metal). Mientras los ensamblados estructurales conocidos con o sin cola no pueden superar razonablemente una temperatura de 400°C, el producto segun el invento permite mantener estas propiedades mecanicas hasta la temperatura de oxidacion del grafito.

[0021] Una hoja de grafito flexible conocida de tipo Papyex(R) 1600° conviene para fabricar el producto segun el invento.

[0022] Utilizando una hoja de tipo Papyex(R) 1600°, este invento maximiza por lo menos 100°C a 150°C la posibilidad de uso de juntas planas de grafito flexible para sellar sistemas con altas presiones de fluido.

[0023] La estructura del producto obtenido segun el invento tambien permite, depositando un pequeno espesor de un agente funcionalizante en cada interfaz entre el metal y el grafito, funcionalizar cada interfaz entre el metal y el grafito sin perjudicar con ello la excelente resistencia mecanica de dicha estructura multicapa.

[0024] El principio del invento consiste en unir mediante anclaje mecanico hojas de grafito flexible y hojas metalicas delgadas perforadas de dientes. La particularidad de la solucion propuesta reside en la combinacion de los siguientes medios:

(a) La placa composite comprende (2n+1) capas alternadas de las cuales (n+1) capas de grafito flexible y (n) capas de metal, siendo n > 2. Las capas externas son capas de grafito flexible. Asf, una realizacion con n=2 muestra el siguiente apilamiento:

Grafito flexible / hoja de refuerzo / grafito flexible /hoja de refuerzo / grafito flexible.

El espesor de las hojas de grafito flexible puede ser igual o diferente; asimismo su densidad puede ser igual o diferente.

(b) Las hojas de refuerzo metalico son hojas cuyo grosor individual no supera las 60 micras. La naturaleza y el grosor de las hojas de refuerzo metalico pueden ser iguales o diferentes. El material de dichas hojas de refuerzo metalicas se selecciona en el grupo integrado por: Acero, acero inoxidable, mquel, aleaciones de mquel, aluminio, aleaciones de aluminio, cobre, aleaciones de cobre.

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(c) Las hojas metalicas se perforan de manera que los agujeros presenten dientes de poca altura, tipicamente una altura que no supere 860 micras respecto al plano de la hoja. Mas alla de esta altura, los dientes penetran mal en un grafito flexible de densidad 1 g/cm3 durante la etapa de ensamblado por colaminado. El enganche de la hoja de grafito flexible en el inserto perforado de dientes ya no es suficiente para garantizar optimos resultados mecanicos. La figura 5 muestra un modo de realizacion para una hoja metalica perforada que puede utilizarse en el marco del presente invento.

Esta perforacion de la hoja metalica se puede efectuar con una aguja redonda que presente cuatro caras: Cuando penetra en el metal, hace un agujero rompiendo la chapa en cuatro caras que luego se pliegan en la direccion de avance de la aguja. Asf, se obtiene un diente que tiene tfpicamente cuatro puntas cuya altura teorica es como maximo la mitad del diametro del agujero. La figura 5 muestra la disposicion de los agujeros en una hoja de acero inoxidable 316 de espesor 5 pm segun un modo de realizacion del presente invento. Para obtener luego una estructura multicapa facilmente cortable y lo suficiente resistente mecanicamente, se usa una hoja metalica de acero inoxidable de espesor idealmente comprendida entre 40 y 60 pm. El diametro de agujero esta convenientemente comprendido entre 0,8 y 1,72 mm.

(d) Los espesores de las hojas de grafito flexible se limitan de manera que el numero de capas de grafito no sea inferior a aproximadamente 1,5 por milfmetro de espesor de la estructura total antes de la compresion entre bridas.

[0025] La limitacion de los espesores de las hojas de refuerzo a 60 micras o menos permite conservar una gran facilidad de corte de las juntas en superficies macizas, al contrario de lo que se practica con refuerzos multiples de mayores espesores. La solucion propuesta permite cortar formas con herramientas simples como: Sacabocados, guillotina, hoja de corte. Las soluciones tradicionales basadas en el empleo de hojas de 100 micras de espesor o mas requieren el uso de tecnicas mas sofisticadas como son el corte con chorro de agua o el uso de herramientas giratorias en este tipo de estructuras multicapa. Esta facilidad de empleo es una ventaja apreciable para los cortadores de juntas en terminos economicos y flexibilidad de operaciones.

[0026] En un modo de realizacion particular, la placa composite segun el invento se caracteriza porque las hojas de grafito flexible son todas de espesor inferior a 0,6 mm y presentan todas una densidad maxima de 1,3 g/cm3.

[0027] En otro modo de realizacion particular, que puede ser combinado con el anterior, la placa composite segun el invento se caracteriza porque las hojas de grafito flexible situadas en las caras superior e inferior del apilamiento se realizan con grafito flexible cuya densidad es inferior a la de la otra o de las otras hojas de grafito.

[0028] Aun en otro modo de realizacion particular, la placa composite segun el invento se caracteriza porque la densidad de las hojas de grafito situadas en las caras externas del apilamiento no supera 0,7 g/cm3.

[0029] El invento presenta numerosas ventajas. La primera ventaja concierne al proceso de fabricacion de la placa composite: No se necesita ni cola ni otro aglomerante. La cola o el aglomerante son elementos debiles para el uso prolongado a alta temperatura: No existe cola que pueda utilizarse, en la praxis industrial, de manera prolongada a temperaturas superiores a 300°C, mientras que el producto ensamblado segun el proceso descrito en la patente US 6,258,457 no permite el uso prolongado mas alla de 400°C.

[0030] La segunda ventaja concierne a la calidad del enganche mecanico entre las capas: El enganche mecanico segun el invento reduce fuertemente los riesgos de fluencia de las hojas de grafito flexible por el hecho de una estructura de sujecion en tres dimensiones, incluso en caso de apriete excesivo de las bridas. Esta fluencia en el sentido paralelo a las capas puede operarse entre dos capas o dentro de una capa de grafito. Esta fluencia conduce por lo general a relajar las tensiones de apriete de la junta e incluso destruir totalmente la junta.

[0031] En las condiciones de un ensayo normalizado, cuyos detalles se describen en el ejemplo 2, se observa que una junta circular (n=3) de espesor 2 mm, de diametro exterior 92 mm y de diametro interior 49 mm, presenta una resistencia mecanica a la fluencia hasta una presion de asiento en la junta superior a 200 MPa, preferentemente superior a 230 MPa y aun mas preferentemente superior a 250 MPa. En las condiciones de ensayo normalizado, se mide una tasa de fuga inferior a 10-4 mb*l / s*m, y preferentemente inferior a 5 10 -5 mb*l / s*m.

[0032] La tercera ventaja concierne a la resistencia en temperatura del complejo composite segun el invento. La solucion de enganche por anclaje segun el invento permite realizar estructuras multicapa con propiedades mecanicas equivalentes, e incluso superiores a las normalmente ofrecidas en el mercado a partir de insertos planos encolados de 50 micras de espesor (Sigraflex® HD et Papyex® HP). Esta solucion aporta a estas estructuras existentes, ademas de una tension de apriete maxima admisible equivalente, e incluso superior a temperatura ambiental, un mantenimiento mucho mejor de esta caractenstica mecanica en caliente hasta 550°C en continuo (600°C en punta) cuando se acopla con la clase de grafito flexible Papyex(R) 1600° o hasta 500°C para la clase estandar Papyex(R) 1980. Una junta composite segun el invento puede utilizarse a una temperatura comprendida entre 450°C y 550°C durante un tiempo acumulado superior a 24 horas.

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[0033] Por ultimo, el proceso de anclaje mecanico es mucho mas sencillo de realizar que los procesos de ensamblado conocidos, con o sin cola o aglomerante. Permite obtener costes reducidos de fabricacion.

[0034] El unico imperativo, impuesto por la presencia de hojas de grafito flexible de poco espesor en la estructura, es mantener la altura de los dientes resultantes de la perforacion del metal a niveles de altura bajos. La altura de un diente sobre la hoja metalica debe ser inferior a 1,3 veces el espesor de las hojas de grafito flexible que hay que enganchar. Mas alla de este valor se observan en las operaciones de colaminado rasgaduras de hojas y/o la presencia de zonas donde las capas estan mal o poco enganchadas entre ellas, con lo cual se ve malparada la integridad mecanica de las juntas cortadas “a caballo” sobre estos defectos.

[0035] Se puede comprobar que la combinacion de todos estos medios desemboca en un resultado nuevo y ventajoso: Placas composites que se pueden fabricar de manera barata por procesos continuos simples, que puede ser cortadas con mucha facilidad para obtener las formas de juntas deseadas, que no contienen cola o elemento fragil termicamente y que una vez cortadas procuraran juntas que son a la vez muy eficaces en terminos de sellado y mecanicamente insensibles a las temperaturas de uso mientras estas no alcancen valores donde comienza la oxidacion de las hojas de grafito flexible (unos 5o0°C e incluso 550°C).

[0036] Otra ventaja mayor del presente invento implica la posibilidad de modificar la interfaz entre el grafito flexible y el inserto metal, sin que se degrade con ello la resistencia mecanica en caliente del producto ensamblado. El inventor ha descubierto que un deposito de sustancias incluso susceptibles de degradarse en temperatura no afecta a la resistencia mecanica de la junta segun la estructura multicapa con dientes descrita, siempre que el espesor de este deposito sobre el inserto no supere 10 pm. Ventajosamente, esta funcionalizacion puede seleccionarse entre el grupo integrado por:

(a) Deposito de una capa de caucho nitrilo,

(b) Deposito de una capa u hoja de poliolefina,

(c) Deposito de una capa u hoja de polfmero fluorado,

(d) Deposito de una capa u hoja de polfmero fluorado elastomero termoplastico.

[0037] A modo de ejemplo, el inventor ha aplicado una ligera capa de adhesivo (tipo 3M75) sobre la interfaz grafito- metal. Esta capa hace aun mas facil el corte de juntas cuyo ancho de pista sea inferior a 10 mm sin riesgo de deslaminado al hacer el punzonado.

[0038] El inventor ha aplicado este principio a un inserto de aluminio perforado barato. Para evitar cualquier riesgo de corrosion galvanica del inserto en contacto con el grafito, se ha protegido el inserto por cataforesis con una capa fina de pintura anticorrosion. Las propiedades mecanicas de la junta asf fabricada son equivalentes a las de la estructura virgen, liberandose ademas de los problemas de corrosion galvanica debida al uso de inserto metalico barato (acero al carbono, aluminio...).

[0039] En el marco del presente invento, el inventor ha realizado otras modificaciones de la interfaz grafito-metal que pueden mejorar el sellado de las juntas sin con ello degradar la resistencia mecanica, gracias a la presencia de un anclaje mecanico como se ha descrito. Asf, la modificacion de la interfaz segun el invento puede hacer intervenir otros agentes funcionalizantes como los polfmeros termoplasticos (poliolefinas, PTFE...), los elastomeros termoplasticos (caucho nitrilo, etc.).

[0040] El inventor ha comprobado que con espesor total igual y con presion de apriete entre bridas igual, una junta preparada a partir de una placa composite segun el invento procura niveles de sellado mas altos por cuanto el apilamiento incluye capas y por ende interfaces funcionalizadas. Este resultado esta ilustrado por la curva suministrada en la figura 4. Asf, para una junta de espesor total de 2 mm, un apilamiento de 3 capas de grafito flexible de densidad cercana a 1 g/cm3 y de 2 capas de metal con los espesores:

0,65 mm / 0,05 mm / 0,6 mm / 0,05 mm / 0,65 mm

procurara, con presion de apriete igual, un grado de sellado significativamente mejor que un apilamiento de tres capas del mismo grafito flexible y una capa del mismo metal con los espesores:

0,90 mm / 0,05 mm / 0,90 mm,

sin cambiar por lo demas el resto de los elementos (misma clase de hojas de refuerzo, misma tecnica de enganche, mis clase de hojas de grafito flexible y de metal, mas o menos el espesor).

[0041] El invento permite realizar juntas que presentan una tension maxima admisible QSmax, determinada segun la norma EN 13555 a 400°C, superior a 180 MPa, y preferentemente superior a 190 MPa. En un modo particular de realizacion, al menos una de las caras externas de la junta esta revestida con revestimiento antiadhesivo.

[0042] El invento se comprendera mejor mediante ejemplos que, no obstante, no tienen caracter limitativo.

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Ejemplos:

Ejemplo 1:

[0043] Se ha realizado una placa composite apilando de manera alternada cuatro hojas de grafito flexible fabricado por la sociedad Carbone Lorraine, clase Papyex(R) 1600°, densidad 1 g/cm3, espesor 0,5 mm (hojas suministradas en rollos de 1 m de ancho y 300 m de largo) y tres hojas de acero inoxidable, clase 316, espesor 50 micras, perforaciones con agujeros de diametro 1,2 mm distribuidos de manera homogenea con una densidad de 4 perforaciones por cm2, y una altura de los dientes resultantes de las perforaciones de 650 micras sobre el plano de las hojas (hojas de 1 m de ancho y 300 m de largo suministradas en bobinas). El espesor final de la junta es de 2 mm.

[0044] Tras mantener la junta a 550°C durante 48 horas, bajo una sobretension de 20 MPa, la medida de la tension maxima admisible QSmax a 550°C arroja un valor cercano a 200 MPa segun la norma EN 13555.

Ejemplo 2:

[0045] Se ha realizado una placa composite apilando de manera alternada cuatro hojas de grafito flexible fabricado por la sociedad Carbone Lorraine, clase Papyex(R) 1980°, densidad 1 g/cm3, espesor 0,5 mm (hojas suministradas en rollos de 1 m de ancho y 300 m de largo) y tres hojas de acero inoxidable, clase 316, espesor 50 micras, perforaciones con agujeros de diametro 1,2 mm distribuidos de manera homogenea con una densidad de 4 perforaciones por cm2, y una altura de los dientes resultantes de las perforaciones de 650 micras sobre el plano de las hojas (hojas de 1 m de ancho y 300 m de largo suministradas en bobinas). Estas hojas de acero estan revestidas por ambos lados con un espesor de 5 pm de caucho nitrilo.

[0046] Se han realizado placas composites por colaminado en continuo de siete capas (4 capas de grafito flexible, 3 capas metalicas perforadas), con un espesor total de unos 2 mm. Al salir del colaminado, los productos se conservaron de plano y se cortaron en placas de dimensiones 1 m x 1 m.

[0047] Algunas placas fueron cortadas en juntas circulares por medio de simples sacabocados. Esta junta de diametro exterior 92 mm y de diametro interior 49 mm (espesor total 2 mm) se caracterizo en las siguientes condiciones segun la norma VDI 2440:

- Apriete entre bridas normalizadas forma E DN40 / PN40 segun DIN 2635;

- Presion espedfica ejercida sobre las caras de la junta: 30 MPa;

- Ciclado termico del conjunto junta / brida: 1 veces entre 25°C y 300°C; mantenimiento a 300°C durante 48h.

- Medida de la tasa de fuga con el conjunto junta / brida: Presion de helio dentro de las bridas de 1 bar.

[0048] La tasa de fuga medida fue de 6 10 -5 mb*l / s*m.

[0049] A modo de comparacion, se ha fabricado una placa composite a partir de un apilamiento de los mismos materiales, pero con 3 capas solamente cuyos espesores eran los siguientes: 1 mm / 0,1 mm / 1 mm.

[0050] La tasa de fuga, medida para una junta de iguales dimensiones y en las mismas condiciones operatorias fue de 2* 10 -3 mb*l / s*m.

[0051] La fuerte resistencia mecanica a la fluencia en el sentido paralelo a las capas hasta 250 MPa en presion de asiento sobre la junta para este tipo de junta en estructura multicapa se ajusta a la que se mide en estructuras equivalentes fabricadas a partir de un ensamblado sucesivo de fleje plano encolado sobre hojas de grafito flexible. Sin embargo, se ha observado que la junta segun el invento conserva esta resistencia a la fluencia hasta una temperatura de 500°C en servicio continuo y al aire, mientras que una junta sin enganche mecanico segun el estado de la tecnica muestra una fluencia significativa a temperaturas mas bajas.

[0052] La medida de la tension maxima admisible QSmax a 400°C arroja un valor cercano a 200 MPa segun la norma EN 13555.

[0053] Esta medida supera las medidas habituales en ensamblados segun el estado de la tecnica. Los valores de Qsmax a 400°C no superan entonces los 150 MPa.

Ejemplo 3:

[0054] Las estructuras multicapa clasicas (como: Sigraflex Select y HD, o Papyex® HP) no permiten por otra parte combinar un sellado acorde con la norma VDI 2440 (TA Luft) con tal resistencia mecanica a alta temperatura y una alta eficacia mecanica sin anadir un aro metalico que selle el canto interno de la junta como se describe en la patente US 6,962,349.

5

10

15

20

25

30

35

40

[0055] El corte de la junta en la placa por el operario en la dimension correspondiente no permite entonces garantizar el nivel de fuga de la junta cortada requerido por la reglamentacion sin controlar el proceso de adicion de dicho aro.

[0056] No obstante, cabe observar que la estructura segun nuestro invento combinada con dicho aro metalico permite obtener resultados acordes con la norma VDI 2440 (TA Luft) incluso sin anadir agentes funcionalizantes y ello pese al hecho que todas las capas metalicas esten perforadas, al contrario de lo que se describe en US 6,962,349.

[0057] La tasa de fuga medida fue de 8,9 10 -5 mb*l / s*m en una estructura multicapa de 2 mm de espesor con 3 refuerzos metalicos perforados del mismo tipo que en los ejemplos anteriores. El grafito de las capas exteriores son de Papyex(R) 1980 de espesor 0,5 mm y densidad 0,7 g/cm3 mientras que las capas interiores tienen una densidad de 1,1 g/cm3 para un espesor de 0,6 mm.

Ejemplo 4:

[0058] Se ha realizado una placa composite segun el invento apilando de manera alternada seis hojas de grafito flexible fabricado por Carbone Lorraine, clase Papyex(R) N998, densidad 1 g/cm3, espesor 0,5 mm (hojas suministradas en rollos de 1 m de ancho y 300 m de largo) y cinco hojas de acero inoxidable, clase 316, espesor 50 micras (hojas de 1 m de ancho y 300 de largo suministrada en bobinas). Las hojas de acero teman perforaciones a base de agujeros de diametro 1,2 mm distribuidos de manera homogenea con una densidad de 4 perforaciones por cm2; la altura de los dientes resultante de las perforaciones era de 650 micras sobre el plano de las hojas.

[0059] Se han realizado placas composites por colaminado en continuo de once capas (6 capas de grafito flexible, 5 capas metalicas perforadas), con un espesor total de unos 3 mm. Al salir del colaminado, los productos se conservaron de plano y se cortaron en placas de dimensiones 1 m x 1 m.

[0060] Se comprimieron 3 juntas de gran diametro 540 mm para el exterior y 406,5 mm para el interior, cortadas en placas composites, a una presion de asiento de 120 MPa. Se sometieron estas juntas a una temperatura de 350°C durante 2 horas. Se midio despues de volver a temperatura ambiental la variacion relativa de espesor Ae/e y la variacion relativa de superficie As/s. Esto permite evaluar en criterios geometricos la fluencia en caliente de las juntas.

[0061] Los resultados se exponen en la siguiente tabla:

Mediciones: Junta 1 Junta 2 Junta 3

Ae/e: 6.65% 5.71% 7.10%

As/s: 1.01% 0.67% 0.59%

[0062] En estas condiciones de apriete y de temperatura y pese a los efectos de la dilatacion diferencial entre las diferentes capas de grafito y de metal, esta junta de gran dimension resiste perfectamente el fenomeno de fluencia.

[0063] Ninguna junta plana a base de grafito flexible alcanza valores tan bajos. La mayona tendra un Ae/e > 10% y un As/s > 5%.

[0064] El anclaje mecanico de las diferentes capas otorga asf una resistencia mecanica superior a este producto con respecto a las demas soluciones existentes y ello sobre todo a temperaturas superiores a 350°C.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

EP 1989013B2

REIVINDICACIONES

1. Placa composite realizada por apilamiento alternado de (n+1) hojas (10, 11) de grafito flexible y de (n) hojas (20) de refuerzo metalicas perforadas de dientes, de modo que la primera y la ultima hoja de dicho apilamiento alternado sean hojas de grafito flexible,

caracterizandose dicha placa composite porque:

a) n > 2;

b) los espesores de las hojas de grafito flexible utilizadas pueden ser iguales o diferentes y son de tal indole que toda rodaja de espesor de 2 mm de la placa composite

(i) tiene como mmimo 3 capas de grafito flexible,

(ii) presenta una masa de grafito por unidad de superficie como maximo de 2,34 kg/m2;

c) para cada una de dichas hojas de refuerzo metalicas perforadas, los dientes presentes en dicha hoja tienen una altura respecto a la superficie de dicha hoja que no rebasa 1,3 veces el espesor de la mas fina de las capas de grafito flexible a la que esta enganchada;

d) el espesor individual de las hojas de refuerzo metalico no rebasa 60 pm.
2. Placa composite segun la reivindicacion 1, caracterizada porque dichas hojas de grafito flexible son todas ellas

de un espesor inferior a 0,6 mm y presentan todas ellas una densidad maxima de 1,3 g/cm3.
3. Placa composite segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizada porque las hojas de grafito flexible situadas en las

caras superior e inferior del apilamiento estan realizadas con grafito flexible cuya densidad es inferior a la de la

otra o las otras hojas de grafito.
4. Placa composite segun la reivindicacion 1 o 3, caracterizada porque la densidad de las hojas de grafito situadas en las caras externas del apilamiento no supera 0,7 g/cm3.
5. Placa composite segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque comprende tambien al menos una interfaz metal / grafito funcionalizada de un espesor inferior a 10 pm.
6. Placa composite segun la reivindicacion 5, caracterizada porque dicha funcionalizacion esta seleccionada entre el grupo integrado por:

(a) deposito de una capa de caucho nitrilo,

(b) deposito de una capa u hoja de poliolefina,

(c) deposito de una capa u hoja de polfmero fluorado,

(d) deposito de una capa u hoja de polfmero fluorado elastomero termoplastico.
7. Placa composite segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el material de dichas hojas de refuerzo metalicas esta seleccionado del grupo integrado por: acero, acero inoxidable, mquel, aleaciones de mquel, aluminio, aleaciones de aluminio, cobre, aleaciones de cobre.
8. Placa composite segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque su espesor es de aproximadamente 2 mm, y porque la misma permite, mediante corte, producir una junta circular de diametro exterior 92 mm, de diametro interior de 49 mm, que presenta una resistencia a la fluencia paralela a las capas hasta una presion de asentamiento en la junta, superior a 200 MPa, preferentemente superior a 230 MPa y aun mas preferentemente superior a 250 MPa, determinada en las siguientes condiciones:

- apriete entre bridas normalizadas forma E DN40 / PN40 segun DIN 2635;

- presion espedfica ejercida sobre las caras de la junta: 30 MPa;

- ciclado termico del conjunto junta / brida: 1 vez entre 25°C y 300°C; mantenimiento a 300°C durante 48h.

- medida de la resistencia mecanica Qsmax segun la norma EN 13555.
9. Placa composite segun la reivindicacion 8, caracterizada porque en las condiciones indicadas, dicha junta presenta una tasa de fuga, medida con el conjunto junta / brida a una presion de helio dentro de las bridas de 1 bar, inferior a 10-4 mb*l / s*m, y preferentemente inferior a 5 10-5 mb*l / s*m.
10. Junta de estanqueidad plana, producida por corte de una placa segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
11. Junta circular de estanqueidad cortada en una placa composite segun la reivindicacion 9, caracterizada porque su resistencia a la fluencia paralela a las capas es superior a 200 MPa, preferentemente superior a 230 MPa y aun mas preferentemente superior a 250 MPa, determinada en una junta de espesor 2 mm, de diametro exterior 92 mm, de diametro interior de 49 mm con presion de asentamiento sobre la junta en las siguientes condiciones:

- apriete entre bridas normalizadas forma E DN40 / PN40 segun DIN 2635;

- presion espedfica ejercida sobre las caras de la junta: 30 MPa;

- ciclado termico del conjunto junta / brida: 1 vez entre 25°C y 300°C;

EP 1989013B2

- mantenimiento a 300°C durante 48 h;

- medida de la resistencia mecanica Qsmax segun la norma EN 13555.
12. Junta de estanqueidad segun una de las reivindicaciones 10 o 11, caracterizada porque por lo menos una de sus 5 caras externas esta revestida con revestimiento antiadhesivo.
13. Junta de estanqueidad segun una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizada porque presenta una tension maxima admisible QSmax, determinada segun la norma EN 13555 a 400°C, superior a 180 MPa, y preferentemente superior a 190 MPa.

10
14. Uso de una junta segun una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13 a una temperatura no superior a 600°C, y preferentemente a una temperatura comprendida entre 350°C y 550°C, y aun mas preferentemente a una temperatura comprendida entre 400°C y 500°C.

15 15. Uso de una junta segun una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14 a una temperatura comprendida entre

450°C y 550°C durante un periodo acumulado superior a 24 horas.