JP2010509549A - 低応力成形ガスケット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

成形個別低応力ガスケットは、比較的低ボルト荷重下において腐食性環境又は厳しい化学環境下で使用するために再構成充填材入りＰＴＦＥにより構成される。ガスケットは、ガスケット表面を有し、凸状の内側封止リング及び凸状の外側封止リングを備えている。ガスケットは再構成充填材入りＰＴＦＥ素材から構成されてもよく、内側及び外側封止リングは、ガスケットの他の領域より低圧で変形する。 .
【選択図】図２

Description

[0001]本発明は、一般的には、流体封止及びガスケット式の継手の分野に関し、特に、プラスチック（例えば、塩化ポリビニルないしは「ＰＶＣ」）、ファイバ強化プラスチック（ＦＲＰ）及びガラスライニングパイプなどの、フランジ継手への損傷を防ぐためにボルト荷重が比較的小さい脆弱な継手において使用するための低応力成形ガスケットに関する。

[0002]ガスケットとは、メカニカル継手の２つの分離可能な部材又はフランジの間に狭持された素材または素材の組み合わせである。ガスケットは、フランジ間のシールを有効にする働きと、長期間シールを維持する働きをする。図１は、メカニカル継手３２の２つのフランジ２４、２８の間に固定されたガスケット２０の断面図である。フランジ２４、２８は、ボルト３６でしっかりと固定されている。図１はまた、継手３２にかかるボルト荷重Ｘ、静圧末端力（ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｅｎｄ ｆｏｒｃｅ）Ｙ及び噴出圧Ｚなどの一般的な力を示している。多くの用途において、ガスケット２０は、合せ面４０、４４のシールが可能でなければならず、また、シール媒体に対し不浸透性であり、かつ、耐性がなければならない。当該ガスケット２０はまた、多くの用途において、高温高圧における使用に耐えることが可能でなければならない。ＰＶＣ及びＦＲＰ配管は、化学プラントにおいて見られるように、一般的に腐食性の用途で使用される。当然のことながら、これらの素材を使用した配管システムはいくらか脆く、亀裂が入らないよう比較的小さなボルト荷重でシールを有効にするガスケットが必要とされ、さもないと、フランジに損傷を与えてしまう。ガスケットはまた、過程で考えられる熱変化の範囲にわたってシールを維持できるよう寸法安定性でなければならず、また幅広い化学的適合性を有していなければならない。

[0003]脆い継手用のガスケットにおける使用に関する問題に対処しようとする従来の試みには、例えば、エンベロープガスケット、ゴムガスケット、ゴム／ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）ガスケット、充填材入りＰＴＦＥシート、マイクロセルラ／多孔質ＰＴＦＥシート及び複合ＰＴＦＥシートが含まれる。ＰＴＦＥは、ガスケット素材として使用するのに望ましい特性を多く有しているので、一般的に厳しく、腐食性の化学環境下におけるガスケットに使用される。例えば、ＰＴＦＥは本質的に頑丈であり、化学的に不活性であり、優れた引張り強度を有し、幅広い温度範囲にわたって安定である。しかし、純ＰＴＦＥポリマーは、低フランジ荷重下ではあまり圧縮性が高くなく、また、クリープを発生しがちであり、いずれもシール圧の減少を引き起こしうる。エンベロープガスケットは、圧縮ファイバ又はフェルトなどのより圧縮性の充填材を充填したＰＴＦＥエンベロープから成る複合構造である。変形能は充填材によって与えられる一方で、ＰＴＦＥエンベロープは化学耐性をもたらす。しかし、ＰＴＦＥエンベロープは比較的薄く（０．０１０〜０．０２０インチ）、製造中若しくは使用中にピンホールが発生することがあり、それにより、充填材が不適合な腐食性媒体に曝露され、シール圧の減少を引き起こしうる。当該エンベロープガスケットはまた、最も圧縮性の低い要素、すなわち、ガスケットの最外表面として、低フランジ荷重下においてあまり高圧縮性又は高変形能ではないＰＴＦＥエンベロープを有する。

[0004]ゴムガスケットは、その圧縮性及び弾力性、比較的小さなボルト荷重におけるシール性能により、プラスチック及びＦＲＰフランジにおいて通常使用される。しかし、ゴムガスケットの化学耐性及び温度耐性は限られており、それぞれの用途に対し、適切な化合物を指定しなければならない。このように、同一の配管を使用する複数のプロセスの流れには、時間がかかり、幾分コストもかかるガスケット交換が必要になりやすい。ゴム／ＰＴＦＥガスケットは、ゴムガスケットの内のり寸法において接合ＰＴＦＥエンベロープを包含している。ゴム基材が圧縮性と変形能をもたらす一方、前記エンベロープは化学耐性を向上させる。しかし、前記ＰＴＦＥエンベロープもまた薄く（０．０１０〜０．０２０インチ（０．２５４〜０．５０８ｍｍ））、製造中又は使用中にピンホールが発生することがあり、それによりゴム基材が不適合な腐食性媒体に曝露される。同様に、低フランジ荷重下において圧縮性及び変形能が高くないＰＴＦＥエンベロープが、ゴム／ＰＴＦＥガスケットの最外部である。

[0005]優れた圧縮性を有する充填材入りＰＴＦＥシートは、ＰＴＦＥシート素材にマイクロバルーンを組み込むことによって得られる。ＰＴＦＥシート素材は、エンドユーザーが切り取り、修正可能な柔軟性をもたらすが、充填材入りＰＴＦＥシート素材は、通常、シールするのに比較的大きなボルト荷重を必要とする。マイクロセルラ／多孔質ＰＴＦＥシートは、多くの技術を駆使して生産することが可能であり、その１つはシートを切り取る前にＰＴＦＥに充填材を加え、シートが形成された後、充填材を除去する技術である。よって、シート素材に残された空隙は、シート素材に望ましい多孔性をもたらす（いわゆる、マイクロセルラＰＴＦＥ）。もう１つの方法は、押出、延伸及び加熱という特有の一連のステップを含み、多孔質ＰＴＦＥとして知られる製品を形成する。しかし、マイクロセルラＰＴＦＥ及び多孔質ＰＴＦＥは一般的に非常に柔らかく、柔軟であり、フランジの分離が限られている状況では設置するのに困難なことがある。さらに、マイクロセルラＰＴＦＥ及び多孔質ＰＴＦＥシートは多孔質のため、切り取ったガスケットは、ガスケットを通じてのリークを防止するために、空隙を塞いでフルに圧縮しなければならないか、これらのシートから切り取ったガスケットは、通常、シールするのに比較的大きなボルト荷重を必要とする。マイクロセルラ／多孔質ＰＴＦＥ素材に関する剛性の問題に対応するために、金属又は完全密度のＰＴＦＥ基材に多孔質のマイクロセルラ及び／又は多孔質ＰＴＦＥシートの層を積層することが提案されたが、これらの素材も、同様に、シールするのに比較的大きなボルト荷重を必要とすることが試験結果で示された。

[0006]本開示の様々な態様は、腐食性の又は厳しい化学環境において使用するための再構成充填材入りＰＴＦＥから構成された成形個別低応力ガスケットを提供する。本発明の実施形態は、再構成充填材ＰＴＦＥのリングブランクを切り出し、ハッチオーブン内でゲル点まで加熱し、その後、ブランクを、室温に設定され、例えば、２つか３つの隆起した同心円封止リングをブランクの互いに反対向きの面に成形するために構成された圧縮型に移すステップを含む。型を素早く閉じ、次に、油圧プレスの中で約２０００〜３０００ポンド毎平方インチ（１．３８×１０^７〜２．０７×１０^７Ｐａ）の圧力下で物品を冷却する。その後、型を開き、物品を取り外し、スチール・ルール抜型又は同等の裁断装置で切り取られる。得られたガスケットにおいて、リングに接する部分は成形過程中にかなり圧縮され、充填材入りＰＴＦＥの高い緻密化をもたらす。封止リング領域は実質的に無損傷で残される一方で、これらの領域はガスケットに強度及び剛性を与え、高圧縮性領域を生み出す。

[0007]本発明の更なる利点及び新たな特徴は、一部は以下に続く説明に記述され、一部は以下の記述を検討することによって当業者に明らかになるであろう。

[0016]本発明の発明者らは、従来のガスケット素材のいくつかの欠点を認識し、本明細書に記載される、いくつかの特徴及び利点を備えるガスケットを開発した。例えば、腐食性環境又は厳しい化学環境下で使用するための再構成充填材入りＰＴＦＥで構成された成形個別低応力ガスケットを提供することが本開示の特徴および利点である。本開示のもう１つの例示的な特徴及び利点は、腐食性環境及び厳しい化学環境下で使用するための低荷重でシールを有効にする成形低応力ガスケットを提供することであり、それにより、従来のガスケットのシールを有効にするために必要とされる比較的大きなボルト荷重がもたらす、脆弱なフランジに対して起こりうる損傷を減らすことである。本開示の更なる例示的な特徴及び利点は、腐食性環境又は厳しい化学環境下で使用するための、冷熱サイクル時において回復力があり、またシールを保持する成形低応力ガスケットを提供することである。本開示の追加の例示的な特徴及び利点は、接合フランジの歪みや起伏に適合するよう高圧縮性で変形可能な成形低応力ガスケットを提供することである。しかし、本開示のもう１つの例示的な特徴及び利点は、取り付けを容易にする硬質な成形低応力ガスケットを提供することである。本開示の更なる例示的な特徴及び利点は、継手フランジに付着しないため交換を簡易にする成形低応力ガスケットを提供することである。本開示の更なる例示的な特徴及び利点は、幅広い薬品耐性及び熱耐性を有する成形低応力ガスケットを提供することである。

メカニカル継手の２つのフランジに固定されたガスケットの断面図であり、ボルト荷重、静圧末端力及び噴出圧などの、継手に影響を及ぼす力を示す図である。 典型的な実施形態における、２つの同心円封止リングを有する低応力成形ガスケットの斜視図である。 典型的な実施形態における、２つの同心円封止リングを有する低応力成形ガスケットの平面図である。 図３中のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。 図４中のＢ部分の拡大図である。 本開示の実施形態のガスケット及び他の様々な種類のガスケット素材を含む比較試験結果の例を示している。 他の様々な種類のガスケット素材に対する本開示の実施形態によるガスケットの追加の比較試験結果の例を示している。 他の様々な種類のガスケット素材に対する本開示の実施形態によるガスケットの更なる比較試験結果の例を示している。

[0017]以下、本発明の様々な例示的な実施形態について詳細に説明するが、その１つ以上の例が添付図面に示されている。各例は説明のために過ぎず、本発明がその例に限定されるものではない。本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、開示された実施形態の様々な変更及び変形が可能であることは当業者には明らかであろう。例えば、ある実施形態の一部として図示又は説明されている特徴は、他の実施形態に応用することが可能であり、更なる実施形態を生み出す。このように、本開示は本発明の範囲内の変更及び変形を含むことが意図されている。

[0018]本開示の実施形態は成形ＰＴＦＥガスケットを提供するものであり、そのガスケットは、圧縮可能で純ＰＴＦＥよりクリープしにくい素材を作り出すために加工及びフィルタの組み込みによって強化されたＰＴＦＥを基本素材とする。更に、様々な例示的な実施形態は、ガスケットの２つの反対向きの面に成形された隆起した同心円封止リングの組み込みを含む。このような隆起した同心円封止リングは、ガスケットの接触面積を減らす作用をし、低ボルト荷重における封止リングのシール応力の増加をもたらす。

[0019]本発明の実施形態に係るガスケットは、ガスケットの外表面に比べ隆起した表面を有する、外表面に成形された２つか３つの同心円封止リングを有し、これによりフランジ上のガスケットの接触面積が減少する。他の実施形態も同様に封止リングを１つだけ又は３つ以上有しうる。したがって、フランジボルトを締めることにより生じたフランジ荷重は、比較的小さな表面積に分散し、封止リングの領域において比較的大きな応力をもたらす。このように封止リングは、ガスケットが低ボルト荷重においてシールを有効にすることを可能にする。

[0020]ここで、図２〜図５を参照して、２つの同心円封止リングを有する低応力成形ガスケットの実施形態を説明する。図２は、ガスケット表面１０４を有し、外側封止リング１０８及び内側封止リング１１２を含むガスケット１００の斜視図であり、図３はその平面図である。外側封止リング１０８及び内側封止リング１１２はそれぞれガスケット表面１０４に比べて隆起した表面を有し、また、ガスケット表面１０４の素材よりもより簡単に変形する素材により形成されている。ガスケット表面１０４に関連するガスケットの一部分をリブと呼ぶ。この実施形態及び様々な他の実施形態のガスケット１００は、ガイロン（登録商標）の商標でガーロックシーリングテクノロジーズ、パルミラ、ＮＹより市販されている再構成充填材入りＰＴＦＥ素材から構成される。この実施形態の再構成充填材入りＰＴＦＥは２軸配向のポリマー鎖を含み、従来のＰＴＦＥ化合物に比べ、機械特性が改善され、クリープも少ない。ある実施形態における充填材は、マイクロバルーンであり、マイクロバルーンは圧縮性を向上し、脆い継手にかかる低ボルト荷重などの最小限の圧力をかけられると堅固なシールを提供する。充填材を封入するＰＴＦＥマトリックスは、ガスケット１００に化学的に不活性な構造をもたらす。このように、ガスケット１００は封止リング１０８、１１２の素材によりも比較的変形しやすい領域を有し、比較的硬い素材のリブ領域１０４を有する。

[0021]図４は図３のＡ−Ａ切断線で切断した断面図であり、図５は図４のＢ部分の拡大図である。この例において、ガスケット１００は、ガスケット１００の中に同心円を形成する封止リング１０８、１１２を有する、円形構造を有する。ガスケット１００は外径ＯＤ及び内径ＩＤを有する。封止リング１０８は輪径ＲＤ_１を、封止リング１１２は輪径ＲＤ_２を有する。この実施形態の封止リング１０８及び１１２は、隆起して表面１０４に対し高さｈを有し、ガスケットは領域１０４に対し厚さｔ_１を、封止リング１０８及び１１２の領域に対し厚さｔ_２を有する。円形のガスケット１００が例示されているが、ガスケットは本開示にしたがって数々の異なる構造で作製されうることが容易に理解されよう。

[0022]ガスケットは、様々な実施形態において、いくつかの過程を経て形成される。ある実施形態のガスケットは、既知の加工技術によって作製された、適当な厚さの再構成充填材入りＰＴＦＥのシートから形成される。再構成充填材入りＰＴＦＥシートを２２５Ｆ（１０７．２℃）で６時間乾燥し、形成されたシート中に残っている可能性のある溶媒を除去する。内のり及び外のり寸法（ＩＤ及びＯＤ）のリングブランクを、スチール・ルール抜型又は同等の裁断装置で切り取る。ブランクをバッチ式換気オーブンの中で約７００Ｆ（３７１．１℃）のゲル点まで１５分間加熱する。その後、ブランクを素早くバッチ式オーブンから室温の圧縮型に移す。圧縮型はガスケットの互いに反対向きの面に隆起した封止リング１０８及び１１２を成形するよう構成されている。型を素早く閉じ、次に物品を油圧プレスの中で約１分間、約２０００〜３０００ポンド毎平方インチ（１．３８×１０^７〜２．０７×１０^７Ｐａ）の圧力下で冷却する。その後、型を開き、ガスケットを取り外し、最後にスチール・ルール抜型又は同等の裁断装置で切り取る。

[0023]コイニングとして知られる、隆起した同心円封止リング形状を作り出す前述の過程により、ガスケット１００内部に異なる圧縮率又は密度が生み出される。リング１０８及び１１２に接する領域はコイニング過程の間に大きく圧縮され、充填材入りＰＴＦＥのより高い緻密化をもたらす。これらの領域は、リブとも呼ばれるガスケット表面１０４に相当するガスケット１００の領域に強度及び剛性を付与する。封止リング１０８及び１１２の領域において、低度の緻密化がリングの特徴を生み出し、高圧縮性領域を生み出す。注目すべきは、様々な用途に応じて、ボルト荷重を支え、過度に変形させずにフランジの互いに反対向きの面に伝達させるために、リブの圧縮率を選択できることである。

[0024]代替の実施形態において、様々な用途に応じて望ましい機械特性、及び／又はＰＴＦＥの化学耐性を提供するため、硫酸バリウム、シリカ、グラファイト及びマイクロバルーンなどの他の適した充填材を使用することができる。他の実施形態には、ガスケットに組み込まれる金属又は他の素材が含まれうる。例えば、約０．００８インチ（０．２０３ｍｍ）の厚さの穴あきステンレススチールシートの２つのリングを、ガスケットの内周囲及び外周囲に封入させることが可能である。これらのリングは、ガスケットの引張り強度を増強し、高い圧縮性能を与えること、及び、誘導加熱装置を用いインモールド焼結するために発熱体として作用させることの２つの目的を兼ねている。

[0025]図６は、本開示の実施形態に係るガスケット及び他の様々なガスケット素材の比較試験の例を示す。図６の試験は、低荷重及び室温におけるＤＩＮ３５３５標準に基づいて行われ、様々なガスケット応力及び内部圧におけるシールからの漏洩ガスを集め、圧力計用いて量った。更に図６に関して、試験されたガスケット素材には、本開示の様々な実施形態に対する成形再構成マイクロバルーン入りＰＴＦＥガスケット［成形Ｇｙｌｏｎガスケット（Ｇｙｌｏｎ３５０４）］、再構成マイクロバルーン入りＰＴＦＥの完成フラットシート［Ｇｙｌｏｎ３５０４（１／８インチ（３．１８ｍｍ）シート）］、本開示の更なる代替実施形態のための成形再構成硫酸バリウム入りＰＴＦＥガスケット［成形Ｇｙｌｏｎガスケット（Ｇｙｌｏｎ３５１０）］及び再構成硫酸バリウム入りＰＴＦＥガスケットの完成フラットシート［Ｇｙｌｏｎ３５１０（１／８インチシート）］が含まれる。

[0026]図７は、様々な他のタイプのガスケット素材にわたる本開示の実施形態に係るガスケットの更なる比較試験結果を示す。図７に関し、再構成マイクロバルーン入りＰＴＦＥの完成フラットシート［Ｇｙｌｏｎ３５０４（１／８インチシート）］、多孔質ＰＴＦＥ外層及び完全密度ＰＴＦＥ内層を有する完成フラットシート［Ｇｙｌｏｎ３５４５（１／８インチシート）］、充填材非含有ＰＴＦＥエンベロープ付き多孔質ＰＴＦＥ外層及び完全密度ＰＴＦＥ内層を有する完成フラットシート［ＰＴＦＥエンベロープ付Ｇｙｌｏｎ３５４５］、延伸ＰＴＦＥガスケット［競合製品Ｓｔｙｌｅ８００］及び本開示の実施形態の成形再構成マイクロバルーン入りＰＴＦＥガスケット［成形Ｇｙｌｏｎガスケット（Ｇｙｌｏｎ３５０４）］を含むガスケット素材に対して、６インチ（１５２ｍｍ）１５０ポンド（６８．０４ｋｇ）のフルフェイスＦＲＰフランジを用い、水を媒体とするＦＰＲフランジ試験を行った。

[0027]図８は、様々な他のタイプのガスケット素材にわたる本開示の実施形態に係るガスケットの更なる比較試験結果を示す。図８に関し、再構成マイクロバルーン入りＰＴＦＥの完成フラットシート［Ｇｙｌｏｎ３５０４（１／８インチシート）］及び本開示の実施形態に係る成形再構成マイクロバルーン入りＰＴＦＥガスケット［成形Ｇｙｌｏｎガスケット（Ｇｙｌｏｎ３５０４）］に対して冷熱サイクル試験を行った。

[0028]本明細書に説明されている様々な例示的な実施形態は、本発明の原理の一例にしか過ぎないことは理解されよう。実施形態の数々の変更や適応は、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく当業者には容易に明らかとなるであろう。

２０ ガスケット
２４、２８ フランジ
３２ メカニカル継手
３６ ボルト
４０、４４ 合せ面
１００ ガスケット
１０４ リブ領域
１０４ ガスケット表面
１０８ 外側封止リング
１１２ 内側封止リング

Claims (1)

1. 隆起した封止リングと、
   前記隆起した封止リングに接するリブ領域とを備え、
   前記隆起した封止リングは、前記隆起した封止リングより密度の低いＰＴＦＥから成り、前記リブ領域は、前記ガスケットに強度及び剛性を付与し、前記隆起した封止リングは、前記リブ領域と比べて高い圧縮性を有する、
   成形ＰＴＦＥガスケット。

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