KR20210092790A - 밀봉 요소 및 밀봉 요소의 제조 방법 - Google Patents

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더블유.엘. 고어 앤드 어소시에이트스, 인코포레이티드
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Abstract

밀봉 요소 및 그 제조 방법이 개시된다. 밀봉 요소는 접촉 표면에 대해 시일을 제공하기 위한 밀봉 표면을 갖는다. 소결 처리된 PTFE 필름이 탄성 중합체 몸체에 결합되며, 동적 시일용으로 특히 적합한 밀봉 표면을 형성한다. 밀봉 필름은 윤활성 미립자 재료를 포함한다.

Description

밀봉 요소 및 밀봉 요소의 제조 방법
본 발명은 폴리 테트라 플루오로 에틸렌 및 탄성 중합체를 포함하는 시일, 특히, 동적 시일 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
기계 시스템, 예를 들어, 펌프의 이동 부품 사이에, 회전 샤프트, 밸브 등의 둘레에 동적 시일이 필요한 경우가 많다. 밀봉 재료는 시일의 일측으로부터 타측으로의 유체 유동을 방해하거나 방지할 수 있어야 할뿐만 아니라 대향 표면(들)에 과도한 마모를 야기하지 않고 적절한 작동 수명 동안 어느 정도 기능을 수행하여야 한다. 이동 부품 사이의 마찰 손실도 많은 용례에서 바람직하지 않다.
예를 들어, 자동차 산업에서는, 마찰로 인한 기생 에너지 손실을 줄이고 차량 연비를 개선하는 것이 바람직하다. 이것은, 전형적으로 냉각 시스템, 연료 시스템 및 윤활 시스템의 밸브 및 펌프 내부에서 볼 수 있는 바와 같은 이동 또는 회전 부품 밸브 사이에, 이들 용례에서 사용되는 탄성 중합체의 본질적으로 높은 표면 마찰로 인해, 탄성 중합체 동적 시일이 필요한 경우 특히 어려울 수 있다.
일 접근법으로서, 탄성 중합체 재료가 비교적 윤활성의 재료와 함께 사용되어 왔다.
US 4,133,927(토모도(Tomoda))에는 고무와 다공성 PTFE 층의 복합재가 마찰 저항이 낮으며 밀봉 재료, 벨트, 밸브, 펌프 등으로 사용될 가능성이 있는 것으로 설명되어 있다. 토모도는 PTFE 발포체 또는 1-축 팽창형 PTFE 재료를 스카이빙하여 얻은 필름인 PTFE "종이(paper)" 형태의 PTFE의 사용을 설명하고 있다.
예를 들어, US 3,644,916(고어(Gore))을 기반으로, 밀봉 재료에서의 PTFE 중합체의 사용이 1970 년대부터 공지되어 왔다.　고어는 ePTFE 테이프의 원섬유성 구조, 비팽창형 형태의 PTFE에 비해 더 낮은 비중뿐만 아니라, ePTFE 테이프를 생산하기 위한 처리 온도, 압력 및 신장 절차를 설명하고 있다. 원섬유성 구조는 US 3,315,020에 설명되어 있으며, US 3,002,770에 설명된 소결 처리에서는 PTFE가 결정질에서 비정질 상태로 변하는 PTFE의 소결 온도가 620℉ 또는 326.7℃로 보고되어 있다.　고어는, PTFE가 대기 조건에서 팽창되면 장력 해제 시에 탄성적으로 반응하므로, 2-축 또는 1-축 팽창/장력 하에서 200℃ 초과 342℃ 미만, 바람직하게는 약 300℃까지 가열을 유도하는 것으로 추가로 설명하고 있다.
US 7 658 387(파크(Park))에는 가황 처리된 탄성 중합체 재료와 PTFE와 같은 내부에 산포된 충전제 분말을 포함하는 가공 가능한 고무로 형성된 동적 시일이 설명되어 있다. 선택적으로, 하나 이상의 추가의 기능성 충전제가 포함될 수도 있다.
PTFE 코팅된 탄성 중합체 제품이 이전에 공지되어 있긴 하지만, 이러한 제품은 PTFE를 탄성 중합체에 결합하는 데 어려움이 있다. 더욱이, PTFE 코팅된 탄성 중합체는 일반적으로, 펌프, 엔진 등과 같은 고마모 동적 밀봉 용례와 관련이 없다.
따라서, 특히 동적 밀봉 용례에 사용하기 위한 개선된 시일이 요구된다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 탄성 중합체 재료를 포함하는 탄성 중합체 몸체 및 탄성 중합체 몸체에 결합되며 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 폴리 테트라 플루오로 에틸렌(PTFE) 필름을 포함하며, 필름은 약 25 마이크론 내지 200 마이크론의 두께를 가지며, 필름은 약 25 마이크론 내지 200 마이크론의 두께를 가지며 약 5 wt% 내지 40 wt%의 윤활성 미립자 재료를 포함하는 것인, 접촉 표면에 대해 시일을 제공하기 위한 밀봉 표면을 갖는 밀봉 요소가 제공된다.
사용 시에, 접촉 표면과 밀봉 표면의 사이에 압력이 인가되면, 유체가 밀봉 요소와 접촉 표면 사이를 통과하는 것이 밀봉 요소에 의해 제한되거나 차단된다.
소결 처리된 PTFE 필름 두께가 약 25 ㎛ 내지 150 ㎛, 약 25 ㎛ 내지 100 ㎛, 약 25 ㎛ 내지 75 ㎛ 또는 약 35 ㎛ 내지 75 ㎛일 수도 있다.
밀봉 요소는 탄성 중합체 재료의 동적 마찰 계수보다 상당히 낮은 밀봉 표면에서의 동적 마찰 계수(CoF)를 갖는다. 밀봉 표면 상의 낮은 마찰 계수는 필름에 의해 제공된다. 밀봉 표면 상의 동적 마찰 계수는 밀봉 요소의 수명 동안 바람직하게는 0.5 미만, 보다 바람직하게는 0.4 미만, 그리고 가장 바람직하게는 0.3 미만이다. 시일의 수명 동안 밀봉 표면에 낮은 CoF를 제공하기 위해, 밀봉 표면을 따라 필름 층이 고무 몸체까지 완전히 마모되지 않도록 필름이 마모 및 마멸 내성을 갖는다. PTFE 필름에 윤활성 재료를 사용하면 밀봉 표면의 저마찰 특성을 과도하게 손상시키지 않으면서 밀봉 요소의 마모 수명이 상당히 증가된다. 이것은 동적 밀봉 용례에서 특히 유용하다.
소결 처리된 PTFE 필름은 필요한 밀봉성을 제공하기에 충분히 얇으며 유연하다.
소결 처리된 PTFE 필름은 필요한 밀봉 표면 형상 및 구성을 준수할 수 있으며 탄성 중합체 몸체와 함께 변형될 수 있다. 이러한 특성은 "성형성(mouldability)", 즉, 필름을 사전 성형하지 않고 고무 성형 공정에서 성형 부품의 기하학적 형상으로 필름을 형성하거나 형상화하는 능력으로 지칭될 수도 있다.
소결 처리된 PTFE 필름은 밀봉 표면과 동일한 크기일 수도 있으며, 또는 밀봉 표면을 초과하여 연장될 수도 있다. 즉, 소결 처리된 PTFE 필름의 일부가 밀봉 표면을 형성할 수도 있으며, 또는 완전한 소결 처리된 PTFE 필름이 밀봉 표면을 형성할 수도 있다.
소결 처리된 PTFE 필름의 두께가, 소결 처리된 PTFE 필름의 외부 표면에 수직인 거리로서, 상기 외부 표면과 인접한 층 또는 재료에 대한 경계 사이에서 밀봉 요소의 단면의 SEM 이미지로부터(밀봉 표면에 수직인 밀봉 필름을 통해) 측정될 수도 있다.
상기 소결 처리된 PTFE 필름이 탄성 중합체 몸체에 직접 결합되는 경우, 두께는 소결 처리된 PTFE 필름과 몸체의 탄성 중합체 재료 사이의 경계까지의 필름의 외부 표면의 거리이다. 상기 소결 처리된 PTFE 필름이 하나 이상의 중간 층 또는 재료(예를 들어, 접착제)에 의해 탄성 중합체 몸체에 결합되는 경우, 두께는 소결 처리된 PTFE 필름과 인접한 중간 층 또는 재료 사이의 경계와 소결 처리된 PTFE 필름의 외부 표면의 거리이다.
필름 자체의 제조 방법 및/또는 밀봉 요소의 제조 방법의 결과로서, 본 명세서에 개시된 소결 처리된 PTFE 필름의 두께에 어느 정도의 변동이 있을 수도 있음을 이해하여야 한다. 필름 두께의 표준 편차는 평균(mean) 두께의 약 1% 내지 2%만큼 낮은 값으로부터 평균 두께의 약 10%, 15%, 20% 또는 25%까지 다양할 수도 있다.
따라서, 소결 처리된 PTFE 필름의 두께는 적어도 500X 배율의 SEM 이미지로부터 취한 적어도 10 회의 측정으로부터 산출된 평균 두께일 수도 있다.
밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름은 윤활성 미립자 재료의 분산액을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 윤활성 미립자 재료와 PTFE 분말을 고르게 혼합하고 혼합물을 압축 또는 압출하여 얻은 PTFE 재료로 필름이 형성될 수도 있다.
밀봉 표면을 형성하는 PTFE 필름의 윤활성 미립자 재료의 양은 공지의 분석 방법에 의해 결정될 수도 있다.
일 방법으로서, 아래에 상세히 설명되는 바와 같이, 밀봉 요소의 단면의 에너지 분산 X-선 분광 이미징(EDS 이미징)이 사용될 수도 있다.
또 다른 알려진 방법으로서, PTFE 필름 중의 윤활성 미립자 재료의 양을 결정하기 위한 TGA 방법(열 중량 분석)이 사용될 수 있다. 당업자에 의해 기타 방법이 사용될 수도 있다.
밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름은 약 10 wt% 내지 40 wt%, 약 10 wt% 내지 30 wt%, 또는 약 10 wt% 내지 20 wt%의 윤활성 미립자 재료를 포함할 수도 있다.
윤활성 미립자 재료가 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름 전체에 균일하게 분포될 수도 있다.
윤활성 미립자 재료가 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름의 두께 전체에 걸쳐 어느 정도 불균일하게 분포될 수도 있다.
일부 실시예에서, 소결 처리된 PTFE 필름의 두께의 적은 부분을 통해 연장되는 소결 처리된 PTFE 필름의 표면 영역이 필름 두께의 나머지 주된 부분을 통해 존재하는 것보다 더 낮은 비율의 윤활성 미립자 재료를 포함할 수도 있다. 적은 부분은 5 마이크론 아래, 2 마이크론 아래, 또는 대략 1 마이크론 아래일 수도 있다.
다시 말해, 밀봉 표면이, 일부 실시예에서는, 상기 필름의 두께 전체에 걸쳐 존재하는 것보다 더 낮은 비율의 윤활성 미립자 재료를 포함할 수도 있다.
상기 불균일한 분포는, 예를 들어, 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름을 통한 단면의 EDS 이미징과 비교하여, 밀봉 표면의 EDS 이미징의 비교로부터 명백해질 수도 있다.
밀봉 표면의 윤활성 미립자 재료 부분 대 필름 두께 전체에 걸친 윤활성 미립자 재료 부분의 비율이 밀봉 표면에 수직으로 측정될 때의 탄소 대 불소의 비(C:F) 대 소결 처리된 PTFE 필름의 두께 전체에 걸쳐 측정될 때의 C:F의 비율에 의해 결정될 수도 있다.
C:F 비의 비율은 0.8 이하, 0.7 이하, 또는 0.6 이하일 수도 있다.
따라서, 본 발명은, 탄성 중합체 재료를 포함하는 탄성 중합체 몸체 및 탄성 중합체 몸체에 결합되며 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 폴리 테트라 플루오로 에틸렌(PTFE) 필름을 포함하며, 필름이 약 25 마이크론 내지 200 마이크론 사이의 두께를 가지며, 소결 처리된 PTFE 필름의 밀봉 표면에 수직으로 측정될 때의 탄소(C):불소(F) 비 대 소결 처리된 PTFE 필름의 두께에 수직으로 측정될 때의 C:F 비의 비율이 0.8 이하, 0.7 이하, 0.6 이하인 것인, 접촉 표면에 대해 시일을 제공하기 위한 밀봉 표면을 갖는 밀봉 요소로 확장된다.
반대로, 일부 실시예에서는, 소결 처리된 PTFE 필름의 두께의 적은 부분을 통해 연장되는 소결 처리된 PTFE 필름의 표면 영역이 필름 두께의 나머지 주된 부분을 통해 존재하는 것보다 더 높은 비율의 윤활성 미림자 재료를 포함할 수도 있다. C:F 비의 비율이, 예를 들어, 0.6 이상, 0.7 이상 또는 0.8 이상일 수도 있다.
밀봉 요소의 소결 처리된 PTFE 필름의 윤활성 미립자 재료의 분포와 관계없이, 밀봉 요소가 윤활성 미립자 재료의 다른 분산(예를 들어, 균일한 분산)을 갖는 소결 처리된 PTFE 필름 또는 PTFE 필름으로 형성될 수도 있다. 일부 실시예에서는, 밀봉 요소를 형성하는 PTFE 필름이 약 5 wt% 내지 40 wt% 범위의 윤활성 미립자 재료를 포함한다. 따라서, 본 발명은, 탄성 중합체 재료를 포함하는 탄성 중합체 몸체 및 탄성 중합체 몸체에 결합되며 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 폴리 테트라 플루오로 에틸렌(PTFE) 필름을 포함하며, 필름은 약 25 마이크론 내지 200 마이크론의 두께를 가지며, 필름은 약 5 wt% 내지 40 wt%, 또는 5 wt% 내지 25 wt%의 윤활성 미립자 재료를 포함하는 PTFE 재료로 형성되는 것인, 접촉 표면에 대해 시일을 제공하기 위한 밀봉 표면을 갖는 밀봉 요소로 확장된다.
이와 같이 형성됨으로써, 후속하여 몸체에 결합되는 PTFE 필름을 만드는 데 사용되는 시작 재료가 참조된다.
밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름은 스카이빙 처리된 PTFE(즉, PTFE 재료로부터 슬라이스된 필름), 주조 PTFE, 팽창형 PTFE 또는 압출형 PTFE(예를 들어, PTFE 테이프)를 포함할 수도 있다.
밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름이 팽창형 PTFE(ePTFE) 필름일 수도 있다.
밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 ePTFE 필름이 1-축 또는 2-축 팽창될 수도 있다.
ePTFE 필름 또는 막이 상호 연결된 노드 및 피브릴의 다공성 미세 구조를 포함할 수도 있다. 기공이 노드와 피브릴 사이에 형성된다.
밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 ePTFE 필름은 25% 이하의 다공성을 포함한다.
실시예에서, 다공성은 20%, 15% 또는 12% 이하이다. 일 실시예에서는, 다공성이 20% 미만이다.
당 업계에 공지되며 고어의 특허에 개시된 바와 같이, ePTFE는 (실질적으로 비다공성) PTFE 테이프 또는 필름을 PTFE의 결정질 용융 온도(팽창은 전형적으로 약 250℃에서 수행됨) 아래에서 일 방향 또는 양방향으로 팽창시킴으로써 형성될 수도 있다. 각각의 팽창 방향에서 다수의 팽창 단계가 수행될 수 있다. 물리적 특성이 팽창 단계의 전체 양 및 팽창 단계의 수뿐만 아니라 팽창 단계의 온도 및/또는 속도를 변경함으로써 조정될 수도 있다.
ePTFE 재료는 막 또는 필름의 치수가 유지되는 동안 PTFE의 결정질 용융 온도(약 327℃) 위로 가열함으로써 "소결 처리"(비정질 잠금으로도 알려짐)될 수도 있다. 결과적인 상 변화가 노드와 피브릴이 형성되는 PTFE의 밀도를 증가시키지만, 전체 다공성 미세 구조는 실질적으로 변하지 않는다.
소결 처리된 PTFE는 시차 주사 열량계(DSC) 기기 모델 Q2000으로 측정될 때 약 327℃의 결정질 용융 온도를 특징으로 한다. 소결 처리되지 않은 PTFE의 결정질 용융 온도는 약 345℃이다. DSC Q2000은 10℃/분의 온도 상승 속도로 실행된다. 스캔 결과, 흡열 피크가 약 345℃에서 325℃로 거의 20도 떨어지면 샘플이 "소결 처리된"것으로 간주된다.
소결이 ePTFE의 강도 증가와 관련될 수도 있다. 소결이 필름의 내마모성을 증가시킬 수도 있다.
소결이 필름의 마모 수명을 크게 증가시킬 수도 있지만, 밀봉 표면의 저마찰 특성이 과도하게 손상되지는 않는다. 이것은 동적 밀봉 용례에서 특히 유용하다.
밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름의 적어도 하나의 표면이 다공성일 수도 있다.
소결 처리된 PTFE 필름(예를 들어, 스카이빙 처리되거나, 주조되거나 압출된 필름)의 표면이 레이저 또는 화학적 에칭 등에 의해 다공성을 제공하도록 처리될 수도 있다. 이러한 처리는 소결 이전 또는 이후에 제공될 수도 있다. 또는, 전술한 바와 같이, 필름이 ePTFE를 포함할 수도 있다.
다공성 표면이 필름과 인접한 재료, 예를 들어, 접착제 또는 탄성 중합체 재료 사이의 결합을 도울 수도 있다. 다공성 필름 표면이 결합 가능한 표면을 제공할 수도 있으며, 즉, 다공성 표면은 탄성 중합체 몸체에 대해 접착력이 강화된 친화력을 갖는다. 일부 실시예에서는, 접착제가 기공에 침투하며 이에 의해 접착력이 향상될 수도 있다.
일부 실시예에서, 몸체의 탄성 중합체 재료가 기공에 침투할 수도 있다.
다공성 PTFE 필름은 필름의 성형성 및 적합성 특성을 향상시킬 수도 있다.
밀봉 표면은, 예를 들어, 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 ePTFE를 포함하는 실시예에서 다공성일 수도 있다. 밀봉 표면의 다공성이 PTFE 필름의 낮은 CoF 특성을 달성하기 위해 최소이거나 비다공성에 가까울 수도 있다.
밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 ePTFE 필름은, 예를 들어, 약 10% 내지 30% 범위의 다공성 및 약 0.15 내지 0.4의 CoF를 가질 수도 있다. 다공성이 약 18% 또는 20% 내지 25 %일 수도 있으며, CoF는 약 0.18 내지 0.33일 수도 있다. 다공성이 약 10% 내지 15%이며 CoF가 약 0.18 내지 0.27 또는 0.18 내지 0.22일 수도 있다.
소결 처리된 ePTFE 필름(예를 들어, 아래에 추가로 상세히 논의되는 중간 필름 또는 막을 포함하는 실시예에서 밀봉 표면을 형성하며 및/또는 탄성 중합체 몸체에 인접하는)을 포함하는 실시예에서, 탄성 중합체 재료(또는 경우에 따라 접착제)가 필름의 두께에 부분적으로 침투할 수도 있어, 즉, 필름은 ePTFE 필름의 기공에 탄성 중합체 재료가 존재하는 탄성 중합체 몸체에 인접한 침투 영역 및 밀봉 표면에 인접한 비침투 영역을 포함한다. 탄성 중합체 재료 또는 접착제는 5 마이크론 내지 10 마이크론, 또는 1 마이크론 내지 10 마이크론, 또는 1 마이크론 내지 5 마이크론의 깊이까지 침투할 수도 있으며, 필름 두께의 대부분에는 침투되지 않는다. 필름 자체의 두께와 마찬가지로, 침투 깊이가 상기 필름을 가로 질러 변할 수도 있음이 이해될 것이다.
밀봉 요소는 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름과 탄성 중합체 몸체의 사이에 적어도 하나의 중간 층을 포함할 수도 있다.
밀봉 요소가 적어도 하나의 열가소성 중간 층을 포함할 수도 있다. 열가소성 층이 FEP, PFA PVDF 또는 유사한 재료를 포함할 수도 있다.
밀봉 요소기 중간 접착제 층을 포함할 수도 있다. 접착제 층은 실리콘 또는 탄성 중합체 재료(몸체와 동일하거나 상이한 조성일 수도 있음)과 같은 가요성 접착제 층으로 형성될 수도 있다. 전형적으로, 접착제는, 밀봉 요소의 제조 동안 가열 및/또는 압축될 때, 인접한 층의 임의의 기공에 침투할 수 있도록 유동성 형태(예를 들어, 경화되지 않거나 부분적으로 경화되거나 용매 등과 혼합됨)로 도포된다.
밀봉 층을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름과 각각의 중간 층의 총 두께는, 약 30 마이크론 내지 250 마이크론, 약 30 마이크론 내지 100 마이크론, 또는 약 30 마이크론 내지 80 마이크론, 또는 약 30 마이크론 내지 50 마이크론, 또는 약 50 마이크론 내지 150 마이크론일 수도 있다.
예를 들어, 일부 실시예에서는, 밀봉 요소가 다층 라미네이트를 포함할 수도 있으며, 다층 라미네이트는 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름 및 적어도 하나의 중간 층을 포함한다.
밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름 자체가 다층 라미네이트일 수도 있다.
밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름 및 적어도 하나의 중간 층은 동일하거나 상이할 수도 있다. 실제로, 밀봉 요소는 하나 이상의 중간 층, 및 선택적으로 하나 이상의 유형의 중간 층을 포함할 수도 있다.
다층 라미네이트는 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름 및 탄성 중합체 몸체에 인접한 다공성 PTFE(예를 들어 ePTFE) 중간 필름 층을 포함할 수도 있다. 다공성 PTFE 중간 필름 층은 기공에 탄성 중합체 재료가 존재하는 침투 영역을 가질 수도 있으며, 침투 영역은 중간 필름 층의 두께를 통해 적어도 부분적으로 연장될 수도 있다.
예를 들어, 밀봉 요소는 천연 중간 ePTFE 필름 층과 같은 임의의 미립자 재료 또는 충전제가 없는 중간 PTFE 필름 층을 포함할 수도 있다. 적어도 하나의 중간 ePTFE 필름 층은 소결되거나 소결되지 않을 수도 있으며, 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 ePTFE 필름과 상이한 다공성, 두께, 밀도 및/또는 평균 기공 크기를 가질 수도 있다.
예를 들어, 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 ePTFE 필름은 동적 시일용으로 적절한 밀봉 표면을 제공하기 위해 더 높은 밀도 및/또는 더 낮은 평균 기공 크기를 가질 수도 있다. 반면에, 적어도 하나의 중간 ePTFE 필름 층은 사용 시에 탄성 중합체 몸체에 결합되기 위한 목적으로 더 큰 평균 기공 크기 및/또는 더 낮은 밀도를 가질 수도 있다.
밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름 및 상기 중간 층이 열 및/또는 압력의 작용 하에 함께 융착될 수도 있다. 접착제가 또한, 다층 라미네이트의 필름을 함께 결합하는 데 사용될 수도 있다.
소결 처리된 PTFE 필름이 추가 필름 층과 함께 적층될 수도 있다(탄성 중합체 몸체에 결합되기 이전에 또는 결합 동안). 소결 처리된 PTFE 필름은 밀봉 표면을 제공하도록 구성될 수도 있으며, 추가 필름 층이 탄성 중합체 몸체에 강력한 결합을 제공하기 위한 중간 필름 층으로서 구성될 수도 있다.
존재하는 임의의 ePTFE 필름의 다공성이 특정 요구 사항에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 궁극적으로 밀봉 표면을 형성할 소결 처리된 PTFE 필름이 25% 미만의 다공성을 갖는 반면, 25%를 초과하는 다공성을 갖는 ePTFE 필름이 탄성 중합체 몸체에 대한 결합 층을 형성하는 데 사용될 수도 있다. 제조 이전 각각의 필름의 다공성이, 예를 들어, 약 75%, 80% 또는 85%보다 상당히 더 높을 수도 있으며, 밀봉 요소의 원하는 다공성을 제공하도록 선택될 수도 있음을 이해하여야 한다.
존재하는 임의의 ePTFE 필름의 기공 크기가 또한, 특정 요구 사항에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 탄성 중합체 몸체에 결합하기 위한 접착제 또는 탄성 중합체의 진입을 촉진하기 위해 더 큰 평균 기공 크기가 필요할 수도 있다.
예를 들어, 일부 고마모 용례에서는 밀봉 표면이 상대적으로 고밀도(즉, 약 0.6 g/cm3 또는 0.7 g/cm3 를 초과하며 약 1.5 g/cm3 또는 약 1.0g /cm3 미만)의 PTFE 또는 ePTFE 재료에 의해 형성되는 것이 바람직할 수도 있다. 밀도가 증가하면 다공성이 감소한다.
반면에, 탄성 중합체 몸체에 인접한 밀도가 더 낮은(예를 들어, 약 0.5 g/cm3 미만) ePTFE 막이 탄성 중합체 재료의 기공으로의 침투를 촉진할 수도 있다.
중간 ePTFE 필름 층과 같은 다공성 중간 필름 층이 일반적으로 전술한 바와 같이 침투 및 비침투 영역을 포함할 수도 있으며, 또는 일부 실시예에서, 경우에 따라 탄성 중합체 재료 또는 접착제가 실질적으로 모든 중간 ePTFE 필름 층에 침투할 수도 있다.
탄성 중합체 재료가 밀봉 요소의 제조 동안 ePTFE 필름의 기공에 어느 정도 불균일하게 침투할 수도 있음을 이해하여야 한다. 또한, ePTFE 자체의 두께가 위에서 논의된 바와 같이 적어도 어느 정도 필름에 걸쳐 변할 수도 있다. 따라서, 막 두께의 비율에 따라 침투 영역 두께가 달라질 수도 있다. 더욱이, 탄성 중합체 재료의 침투 정도(기공의 충진 비율을 의미함)가 깊이에 따라 감소할 수도 있다.
더욱이, 본 명세서에 개시된 바와 같이, 탄성 중합체 재료가 다중 성분을 포함할 수도 있으며, 각각의 성분의 막으로의 침투 속도가 어느 정도 다를 수도 있다. 탄성 중합체 재료가 전구체 제형으로서 상기 ePTFE 필름과 조합될 수도 있다. 전구체 제형은 미경화 또는 부분 경화 형태의 탄성 중합체 재료를 포함할 수도 있으며 및/또는 이의 하나 이상의 성분이 현탁액 또는 용액으로서 존재할 수도 있다. 다공성 ePTFE 미세 구조 내로의 성분의 확산 또는 유동 속도가 다를 수도 있다. 더욱이, 다중 성분을 포함하는 탄성 중합체 재료의 용융물의 각각의 성분의 확산 속도 또는 유동 속도가 다를 수도 있다. 따라서, 구성 그레디언트가 침투 영역의 탄성 중합체 재료 내에 존재할 수도 있으며, 결과적인 조성 그레디언트가 또한 탄성 중합체 몸체로 확장될 수도 있다.
ePTFE 필름(들)을 구비한 실시예에서, ePTFE 필름 또는 각각의 ePTFE 필름은 적어도 부분적으로 치밀화될 수도 있다.
치밀화는 ePTFE의 다공성 미세 구조가 압축 및 선택적으로 상승된 온도의 영향으로 적어도 부분적으로 붕괴되는 과정이다. 부분적인 치밀화가 제조 중에, 예를 들어, 사출 또는 압축 성형 및/또는 적층 중에 발생할 수도 있다.
치밀화는 ePTFE의 다공성 감소와 관련이 있으며, ePTFE 필름의 경우 시작 재료와 비교하여 두께 감소와 관련이 있다.
치밀화는 침투 영역에서보다 ePTFE 필름 또는 층의 비침투 영역에서 더 클 수도 있다. 일부 실시예에서는, 침투 영역이 실질적으로 치밀화되지 않을 수도 있다(즉, 다공성 미세 구조가 일반적으로 침투 이전 막과 비교하여 변하지 않을 수도 있다).
밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름이 ePTFE인 경우, 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 ePTFE 필름의 두께를 통해 밀봉 표면으로부터의 거리에 따라 일반적으로 치밀화가 감소할 수도 있다.
부분적으로 치밀화된 ePTFE 필름은 일부 잔류 다공성을 유지할 수도 있다(예를 들어, 우선적인 유동 경로를 통해). 이에 의해 제조 과정에서 생성된 임의의 가스가 밀봉 표면을 통해 빠져나갈 수도 있다. 이러한 가스는 성형 중에 탄성 중합체 재료(또는 이의 전구체)의 유동 선단에 의해 대체될 수도 있으며, 경화 반응 중에 생성될 수도 있으며 및/또는 탄성 중합체 재료의 경화, 응결 또는 건조 중에 용매 또는 기타 휘발성 성분이 증발할 수도 있다. 밀봉 표면을 통한(즉, 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름 및 선택적으로 하나 이상의 추가의 ePTFE 중간 필름 층을 통한) 이러한 가스의 탈출은 밀봉 표면에서의 기포의 형성을 방지하거나 적어도 제한하는 데 도움이 될 수도 있다.　시일 표면의 평탄도 및/또는 평활도를 유지하는 것 외에도, 이러한 투과성은 결과적인 취성 및 기계적 특성 손실을 방지할 수도 있다.
ePTFE 필름, 특히, 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 ePTFE 필름의 전체 치밀화가 약 60%, 70%, 75% 또는 80%일 수도 있다(밀봉 요소의 제조 이전의 필름 두께 변화로 측정됨).
부분적으로 치밀화된 ePTFE는 25% 미만의 잔류 다공성을 가질 수도 있다.
밀봉 요소는 O-링, O-링 보스 시일, 피스톤 링, 다이어프램 시일, 와이퍼 시일 등과 같은 동적 시일 또는 정적 시일 또는 시트 개스킷, 캄프로파일(kammprofile) 개스킷(즉, 홈이 있는 금속 또는 톱니형 개스킷), 피시본 개스킷, 플랜지 개스킷 등과 같은 개스킷을 포함하여 다양한 시일을 형성하는 데 사용될 수도 있다.
밀봉 요소는 유압 펌프, 밸브, 열 관리 모듈, 변속기, 기어 박스, 엔진, 모터, 압축기, 유압 실린더, 또는공압 실린더등용 시일로서 사용하기 위한 것일 수도 있다.
밀봉 요소가 임의의 적절한 형상 또는 구성의 밀봉 표면을 포함할 수도 있으며, 만곡된(외향 만곡되거나 내향 만곡된) 영역 및/또는 편평한 영역을 포함할 수도 있다. 밀봉 표면은 연속적이거나 불연속적일 수도 있다.
밀봉 요소는 둘 이상의 또는 다수의 밀봉 표면을 포함할 수도 있다.
밀봉 필름이 탄성 중합체의 외부 표면(들)의 일부 또는 전부에 결합될 수도 있다.
밀봉 요소가 동적 시일을 형성하는 데 사용될 수도 있으며, 즉, 사용 시에, 접촉 표면이 밀봉 표면에 대해 미끄럼 이동한다. 밸브 시트와 밸브 부재 사이와 같은 기구의 이동 부품 사이에 또는 유체 펌프에서와 같은 회전 부품 사이에 동적 시일이 제공될 수도 있다. 동적 시일은 접촉 표면의 과도한 마모를 야기하지 않고 기계 부품 사이를 이동할 수 있을 정도로 마찰이 충분히 낮은 밀봉 표면을 구비하여야 하지만, 또한 문제가 되는 부품에 대해 경우에 따라 수 개월 또는 심지어 수 년일 수도 있는 적절한 마모 수명을 갖추어야 한다.
밀봉 요소는 질량의 대부분이 탄성 중합체 몸체로서 형성되거나, 특히, 탄성 중합체 몸체가 적어도 75 wt%, 적어도 85 wt% 또는 적어도 95 wt%일 수도 있으며, 나머지 질량은 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름 및 선택적으로 하나 이상의 중간 필름 층이다.　
탄성 중합체 재료의 주 성분은 또한, 일반적으로 하나 이상의 탄성 중합체로 구성될 것이다. 하나 이상의 탄성 중합체는 80 wt%를 넘는, 90 wt%를 넘는 또는 95 wt%를 넘는 탄성 중합체 재료로 구성될 수도 있다.　당 업계에 공지된 바와 같은, 충격 강도, 인장 강도, 전단 저항, 전단 계수 및/또는 기타 기계적 특성을 수정하기 위한 충전제, 화학적 저항을 수정하기 위한 첨가제 및/또는 코팅뿐만 아니라 착색제 및/또는 질량 개질제와 같은 기타 구성 요소가 또한 탄성 중합체 재료에 부성분으로서 존재할 수도 있다.
탄성 중합체 재료는 열가소성 또는 가교 결합(경화) 탄성 중합체를 포함하는 임의의 적절한 탄성 중합체(들)를 포함할 수도 있다.　탄성 중합체 재료가 불포화 베이스 중합체, 포화 베이스 중합체, 또는 둘 다를 포함할 수도 있으며, 황 또는 비황 가교 결합제를 사용하여 가황 처리될 수도 있다.　적합한 탄성 중합체의 예는, 단독으로 또는 조합하여, 천연 고무(폴리 이소프렌), 부타디엔, 에틸렌 프로필렌(EPR 또는 EPM), 에틸렌 프로필렌 디엔(EPDR 또는 EPDM), 스티렌-부타디엔(SBR), 이소부텐, 우레탄, 아크릴 또는 니트릴(아크릴로 니트릴-부타디엔, 즉, ABR), 할로겐화 니트릴, 클로로프렌과 같은 클로로 탄성 중합체,(퍼)플루오로 탄성 중합체, 실리콘, 플루오로 실리콘, 에피 클로로 히드린 고무, 폴리 에테르 블록 아미드(PEBA), 클로로 설폰화 폴리 에틸렌(CSM), 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA) 등을 포함한다.
윤활성 미립자 재료가 분말 형태 또는 마이크로 섬유 형태로 제공될 수도 있다(이에 의해 섬유의 길이에 걸쳐 마이크로 스케일 치수를 갖는 섬유를 포함하지만 필수 사항은 아니다). 윤활성 미립자 재료가 마이크로 입자 및/또는 나노 입자를 포함할 수도 있다(이들 용어는 정상적인 IUPAC 정의에 따라 사용된 것이다).
윤활성 미립자 재료의 입자 크기가 약 5 ㎛ 내지 20 ㎛일 수도 있다. 흑연 미립자 재료의 실시예에서는, 입자 크기가 약 6.5 ㎛ 내지 19 ㎛ 일 수도 있다.
윤활성 미립자 재료는 흑연, 목탄, 카본 블랙(불완전 연소 또는 열분해와 같은 탄화 공정에서 형성된 그을음과 같은 재료)과 같은 탄소계 성분, 또는 목재, 바이오매스, 플라스틱 등과 같은 합성 또는 천연 유기 재료의 탄화로부터 형성된 임의의 다른 적절한 탄소계 미립자 성분을 포함할 수도 있다.
윤활성 재료는 본질적으로 흑연, 또는 흑연과 하나 이상의 탄소계 미립자 성분의 혼합물로 구성될 수도 있다.
윤활성 미립자 재료는 활석, 점토와 같은 윤활성 광물, 또는 층상 황화물 성분(예를 들어, MoS2) 또는 폴리 실리케이트 또는 폴리 알루미네이트 성분과 같은 무기 중합체 성분과 같은 임의의 다른 적절한 무기 성분(들)을 포함할 수도 있다.
윤활성 재료는 하나 이상의 이러한 성분을 포함할 수도 있다.
일 실시예에서 소결 처리된 PTFE 필름은 윤활성 미립자 재료 및 적어도 하나의 추가의 미립자 또는 섬유상 재료를 포함한다. 추가의 미립자 또는 섬유질 재료는 유리 섬유, 유리 분말, 실리카, 이산화 티타늄, 폴리 에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리 페닐렌 황화물(PPS)을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
밀봉 표면이 0.5 미만, 0.4 미만 또는 0.3 미만의 동적 마찰 계수를 가질 수도 있다. "동적 마찰 계수"는 표면에 대해 이동하는 물체의 마찰 저항(정적 마찰 계수와 구별됨) 및 측정치가 ASTM D3702에 따라 24 시간 후에 얻어지는 계수이다.　일반적으로, 본 발명의 시일의 동적 마찰 계수는 천연 PTFE, PVDF, fPEPP 등과 같은 산업적으로 이용 가능한 플루오로 중합체의 범위에 있을 것이다.
ASTM D3702에 따라 측정된 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름의 전체 마모율은 0.1 마이크론/시간 미만, 0.07 마이크론/시간 미만 또는 0.05 마이크론/시간 미만일 수도 있다.
PTFE 필름, 특히, ePTFE 필름은, 유리하게는, 높은 파단시 연신율을 가져, 밀봉 요소의 제조 동안 가해지는 힘을 견딜 수 있다. 예를 들어, 사출 또는 압축 성형 동안, 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름은 탄성 중합체 재료 또는 그 전구체의 유압 하에서 파단에 저항하여야 한다.
밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름을 형성하는 데 사용되는 필름은 적어도 2 개의 직교 방향으로 적어도 50% 또는 적어도 60%의 파단시 연신율을 가질 수도 있다. 파단시 연신율이 약 10% 내지 100%, 약 15% 내지 90% 또는 약 20% 내지 85%일 수도 있다. 파단시 연신율이 100%보다 크거나 125%보다 클 수도 있다.
그러나, 예를 들어 각각의 방향에서 ePTFE 필름의 팽창 조건이 변하는 경우, 주어진 필름의 파단시 연신율 등이 각각의 방향에서 다를 수도 있음을 이해하여야 한다.　필름의 파단시 연신율, 두께, 다공성 등에 의해, 필름이 밀봉 요소의 일부로 형성되기 이전 필름의 특성이 참조된다.
본 발명의 제 2 양태는 약 5 wt% 내지 40 wt%의 윤활성 미립자 재료를 포함하며 약 25 마이크론 내지 700 마이크론의 두께를 갖는 밀봉 요소의 제조에 사용하기 위한 소결 처리된 ePTFE 필름이다.
소결 처리된 ePTFE 필름은 1-축 또는 2-축 팽창될 수도 있다.
두께는 약 25 마이크론 내지 500 마이크론 또는 25 마이크론 내지 300 마이크론일 수도 있다.
소결 처리된 ePTFE 필름의 질량/면적은 약 50 g/m2 내지 200 g/m2 또는 약 50 g/m2 내지 150 g/m² 또는 약 75 g/m2 내지 150 g/m²일 수도 있다.
소결 처리된 ePTFE 필름은 다층(즉, 2 개 이상의 층)의 라미네이트의 일부를 형성할 수도 있다.
따라서, 제 3 양태에서, 본 발명은 적어도 하나의 추가의 필름 층에 결합된, 약 5 wt% 내지 40 wt%의 윤활성 미립자 재료를 포함하며 약 25 마이크론 내지 700 마이크론의 두께를 갖는 소결 처리된 ePTFE 필름을 포함하는, 밀봉 요소의 제조에 사용하기 위한 다층 라미네이트로 확장된다.
본 명세서에 개시된 바와 같이, 사용 시에 소결 처리된 ePTFE 필름은 다른 양태의 밀봉 요소의 밀봉 층을 형성하는 반면, 추가의 필름 층은 다른 목적을 위해(예를 들어, 탄성 중합체 몸체에 결합되거나 추가의 필름 층 사이의 결합을 돕기 위해) 최적화될 수도 있다.
라미네이트의 전체 두께는 25 마이크론 내지 700 마이크론일 수도 있다. 일부 실시예에서, 밀봉 요소의 밀봉 표면을 형성하도록 의도된 소결 처리된 ePTFE 필름은 다층 라미네이트의 전체 두께의 적어도 50% 또는 적어도 75%를 포함한다.
소결 처리된 ePTFE 필름 및 적어도 하나의 추가의 필름 층은 동일하거나 상이할 수도 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 추가의 필름은 PTFE 또는 ePTFE일 수도 있으며 임의의 미립자 재료 또는 충전제가 결여될 수도 있다. 적어도 하나의 추가의 ePTFE 필름은 ePTFE 밀봉 필름과 상이한 다공성, 두께, 밀도 및/또는 평균 기공 크기를 가질 수도 있다. 적어도 하나의 추가 PTFE 필름이 소결되거나 소결되지 않을 수도 있다. 적어도 하나의 상기 추가 필름이 열가소성 필름 층일 수도 있다.
소결 처리된 ePTFE 필름 및 적어도 하나의 추가의 필름 층이 열 및/또는 압력의 작용 하에 함께 융착될 수도 있다. 필름을 함께 결합하기 위해 접착제가 또한 사용될 수도 있다. 소결이 적층 이전 또는 이후에 수행될 수도 있다.
윤활성 미립자 재료가 흑연을 포함하거나 본질적으로 흑연으로 구성될 수도 있다.
소결 처리된 ePTFE 필름 또는 상기 소결 처리된 ePTFE 필름을 포함하는 다층 라미네이트가 탄성 중합체 몸체를 형성하는 탄성 중합체 재료와 조합되며, 필름 또는 다층 라미네이트에 결합되어 밀봉 요소를 형성할 수도 있다. 탄성 중합체 몸체에 대면하는 층이 ePTFE 층인 경우, 필름 또는 라미네이트가 침투 영역(탄성 중합체 재료가 인접한 필름의 다공성 미세 구조를 침투하는 영역)에서 탄성 중합체 몸체에 결합될 수도 있다.
본 발명은 약 5 wt% 내지 40 wt%의 윤활성 미립자 재료를 포함하는 소결 처리된 PTFE 필름을 제공하는 단계, 소결 처리된 PTFE 필름을 금형 캐비티 표면의 적어도 일부 위에 배치하는 단계, 및 탄성 중합체 재료를 금형 캐비티에 도입하여 소결 처리된 PTFE 필름을 오버 몰딩하여 밀봉 요소를 형성하는 단계를 포함하며, 소결 처리된 PTFE 필름은 탄성 중합체 몸체에 결합되며, 두께가 약 25 마이크론 내지 200 마이크론이며, 소결 처리된 PTFE 필름이 밀봉 표면을 형성하는 것인, 탄성 중합체 몸체 및 접촉 표면에 대한 시일을 제공하기 위한 밀봉 표면을 갖는 밀봉 요소를 제조하는 방법의 제 4 양태로 확장된다.
소결 처리된 PTFE 필름이 ePTFE 필름을 포함하거나 이것으로 구성되는 실시예에서, 오버 몰딩 이전 두께가 약 25 마이크론 내지 700 마이크론일 수도 있다. 오버 몰딩 동안 ePTFE 필름이 밀봉 요소의 밀봉 층을 형성하는 소결 처리된 ePTFE 필름의 두께가 약 25 마이크론 내지 200 마이크론 되도록 적어도 부분적으로 치밀화될 수도 있다.
예를 들어, 소결 처리된 PTFE 필름이 스카이빙 처리되거나 주조되거나 압출되는 일부 실시예에서, 필름의 두께가 오버 몰딩 동안 변하지 않을 수도 있으며, 따라서 시작 두께가 약 25 마이크론 내지 200 마이크론일 수도 있다.
본 발명은 본 명세서에 개시된 제 3 양태 및 다른 양태에 따른 다층 라미네이트를 제공하는 단계로서, 다층 라미네이트는 소결 처리된 PTFE 필름을 포함하며, 소결 처리된 PTFE 필름은 약 5 wt% 내지 40 wt%의 윤활성 미립자 재료를 포함하는 것인 단계, 소결 처리된 PTFE 필름이 금형 캐비티의 표면에 표면에 대향하도록 금형 캐비티의 표면의 적어도 일부 위에 다층 라미네이트를 배치하는 단계, 및 탄성 중합체 재료를 금형 캐비티에 도입하여 다층 라미네이트를 오버 몰딩하여 밀봉 요소를 형성하는 단계를 포함하며, 다층 라미네이트는 탄성 중합체 몸체에 결합되며, 소결 처리된 PTFE 필름은 밀봉 표면을 형성하며 두께가 약 25 마이크론 내지 200 마이크론인 것인, 탄성 중합체 몸체 및 접촉 표면에 대한 시일을 제공하기 위한 밀봉 표면을 구비한 밀봉 요소를 제조하는 방법의 제 5 양태로 확장된다.
소결 처리된 PTFE 필름 또는 다층 라미네이트는 본 명세서에 개시된 바와 같이 가스 투과성 및/또는 다공성일 수도 있다.
가스 투과성의 소결 처리된 PTFE 필름 또는 다층 라미네이트는 성형 동안(그리고 일부 실시예에서는 몸체 또는 접착제의 탄성 중합체 재료의 경화 또는 건조 동안) 필름 또는 라미네이트를 통한 가스의 유동을 촉진할 수도 있다. 이것은 파열, 물집 형성 등의 위험을 감소시킨다.
다공성 표면이 금형 또는 공동에 대면하도록 제공되는 실시예에서, 오버 몰딩 공정 동안(즉, 금형 표면으로부터 떨어져 있는 동안), 탄성 중합체 몸체에 인접한 침투 영역을 형성하기 위해 탄성 중합체 재료가 소결 처리된 PTFE 필름 또는 다층 라미네이트에 침투할 수도 있다. 적어도 부분적으로, 탄성 중합체 재료와 막 사이의 친밀 계면이 밀봉 필름을 탄성 중합체 몸체에 결합할 것이다.
이러한 방식으로, 일부 실시예에서는, 소결 처리된 PTFE 필름 또는 다층 라미네이트가 접착제를 사용할 필요없이 탄성 중합체 몸체에 직접 결합될 수 있다.
방법은 탄성 중합체 재료를 전구체 재료 형태로 금형 캐비티에 도입하는 단계를 포함할 수도 있다.
방법은 탄성 중합체 재료를 형성하기 위해 전구체 제형을 처리하는 단계를 추가로 포함할 수도 있다.
전구체 제형의 처리는 건조, 응결 및/또는 경화를 포함할 수도 있다.
전구체 제형은, 예를 들어, 미경화되거나 부분적으로 경화된 형태의 탄성 중합체 재료를 포함할 수도 있으며, 방법은 전구체 제형을 경화시키는 단계를 포함할 수도 있다.
따라서, 방법은 "원위치(in situ)"에서 탄성 중합체 재료를 형성하기 위해 소결 처리된 PTFE 필름 또는 다층 막의 기공의 침투 단계 그리고 이어서 경화(또는 그 외 다른 처리) 단계를 포함할 수도 있다. 경화 또는 처리는 금형 캐비티 내부에서 수행될 수도 있다.
경화가, 예를 들어, 가황 처리에 의한 중합체 또는 올리고머 종의 가교 결합을 포함할 수도 있다. 경화가 중합화, 전구체 제형 내부의 단량체 또는 올리고머 종의 추가 중합화를 포함할 수도 있다.
전구체 제형이 탄성 중합체 재료 또는 이의 전구체 종의 용액을 포함할 수도 있다. 전구체 제형이 탄성 중합체 재료 또는 이의 전구체 종의 현탁액 또는 분산액을 포함할 수도 있다. 따라서, 방법이 용매를 제거하기 위한 건조 단계를 포함할 수도 있다.
전구체 제형의 처리는, 예를 들어, 건조 및/또는 경화를 촉진하기 위한 가열 단계를 포함할 수도 있다.
일부 실시예에서, 방법은 소결 처리된 PTFE 필름 또는 다층 라미네이트로 금형 캐비티의 표면의 적어도 일부를 라이닝 처리한 다음 적어도 하나의 추가의 필름 층으로 라이닝하는 단계를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 중간 접착제 층이 또한 제공될 수도 있다.
이 방법은 사출 성형(탄성 중합체 재료 또는 전구체 제형이 유체 형태로 금형 캐비티에 주입됨) 또는 압축 성형(탄성 중합체 재료 또는 전구체 제형이 내부 또는 유연한 고체 형태의 금형의 제 1 부분 내부에 또는 가로질러 배치되며, 금형의 제 1 부분과 금형의 제 2 부분 사이에 형성된 금형 캐비티 내부에서 압축됨)을 포함하는 임의의 적절한 오버 몰딩 방법을 포함할 수도 있다.
사출 성형에는 발포체 성형(탄성 중합체 재료 또는 전구체 제형이 캐리어 가스를 포함하여 구조적 발포 탄성 중합체를 형성함)이 포함될 수도 있으며, 또는 가스(공기 또는 질소와 같은 가스의 압력 하에서 금형 캐비티 내로 도입됨)가 보조적으로 사용될 수도 있다.
로토 몰딩(rotomoulding), 트랜스퍼 몰딩(transfer moulding) 등과 같은 다른 성형 방법이 또한 사용될 수도 있다.
특히, 압축 성형 및 사출 성형 방법과 같은 방법을 사용하는 오버 몰딩 단계 동안, 가스 투과성의 소결 처리된 PTFE 필름 또는 다층 라미네이트를 사용하면 가스가 밀봉 필름을 통해 금형 캐비티를 빠져나갈 수 있다. 이것은 파열, 물집 형성 등의 위험을 감소시킨다.
소결 처리된 PTFE 필름 또는 다층 라미네이트가 ePTFE를 포함하는 경우, 특히 압축 성형 및 사출 성형 방법과 같은 방법을 사용하는 오버 몰딩 단계 동안, 본 명세서에 개시된 바와 같이 부분 치밀화가 발생할 수도 있다.
금형 표면에 대면하는 소결 처리된 ePTFE 필름을 포함하는 실시예에서, 상기 ePTFE 필름은 금형 표면(들)과 전진하는 탄성 중합체 재료 또는 전구체 제형 사이에서 압축될 수도 있으며, 결과물인 밀봉 요소의 밀봉 표면으로부터 연장되는 적어도 하나의 영역의 부분적인 치밀화가 초래된다.
소결 처리된 PTFE 필름 또는 다층 라미네이트를 제공하는 단계는 ePTFE 필름 또는 막을 형성하는 단계를 포함할 수도 있다. ePTFE 필름을 형성하는 적절한 방법은 본 발명의 기술 분야에 잘 알려져 있으며, 일반적으로 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 인용된 US 3 953 566 또는 US 5 814 405에 설명된 방법을 기반으로 할 수도 있다. 윤활성 재료를 포함하는 막이 형성되는 윤활성 미립자 재료를 포함하는 PTFE 테이프의 제조가 US 4 256 806에 설명되어 있다.
ePTFE 필름은 PTFE 테이프를 1-축 팽창시켜 형성될 수도 있다. 방법은 PTFE 테이프를 2-축으로 팽창(테이프를 제 1 방향으로 팽창시킨 다음 전형적으로 직교하는 제 2 방향으로 팽창)시키는 단계를 포함할 수도 있다.
팽창 단계는 테이프 또는 필름을 일련의 적어도 두 세트의 롤러를 통과시킴으로써 수행될 수도 있으며, 롤러의 상대 회전 속도가 팽창 속도를 결정한다. PTFE 테이프 자체가 압출될 수도 있다.
방법은 상기 윤활성 미립자 재료를 포함하는 ePTFE 필름을 형성하는 단계를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 윤활성 미립자 재료의 입자가 PTFE 분말 및 선택적으로 윤활제와 같은 추가 성분과 혼합되고 압출되어, 5 wt% 내지 40 wt%의 윤활성 미립자 재료를 포함하는 PTFE 테이프를 형성할 수도 있다. 그 후 테이프가 팽창 및 소결되어 상기 윤활성 미립자 재료를 포함하는 소결 처리된 PTFE 필름을 형성할 수도 있다.
다층 라미네이트를 제공하는 단계는 제 1 PTFE 필름 및 제 2 필름을 제공하는 단계로서, 적어도 제 1 PTFE 필름은 상기 윤활성 미립자 재료를 포함하는 단계 및 제 1 및 제 2 필름을 적층하여 다층 라미네이트를 형성하는 단계를 포함할 수도 있다. 적어도 제 1 PTFE 필름은 소결 처리된다. 소결은 적층 이전에, 도중에 또는 이후에 수행될 수도 있다.
방법이 하나 이상의 ePTFE 필름을 소결 처리하는 단계를 추가로 포함할 수도 있다.
방법은 밀봉 요소가 금형으로부터 제거될 때의 과잉 밀봉 필름의 트리밍 및/또는 탄성 중합체의 트리밍 또는 연삭과 같은 완성된 밀봉 요소를 제조하는 데 필요한 추가의 단계를 포함할 수도 있다.
청구 범위 내의 밀봉 요소는 밀봉 필름과 탄성 중합체 몸체의 사이에 우수한 결합을 가질 수도 있으며, 탄성 중합체 몸체에 결합된 플루오로 중합체를 사용하는 공지된 시일에 비해 개선된 내마모성, 가스 투과성, 유연성 및/또는 내구성을 가질 수도 있다.　
용어 "제공"은 단지 사용을 포함하는 의미이다.
금형 표면을 라이닝하는 단계는 소결 처리된 PTFE 필름 또는 다층 라미네이트의 시트 및 선택적으로 하나 이상의 추가 필름 층을 금형 표면(또는 금형의 제 1 부분의 전체 표면)에 배치하는 단계를 포함할 수도 있다. 소결 처리된 PTFE 필름 또는 다층 라미네이트는 복잡한 금형 구성을 수용하도록, 예를 들어, 패턴에 따라 다수의 조각으로 배치될 수도 있다.
금형 표면을 라이닝하는 각각의 층은 오버 몰딩 동안 금형의 형상을 따르거나 추가로 따르도록 될 수도 있다.
방법은 또한, 소결 처리된 PTFE 필름 또는 다층 라미네이트(또는 선택적으로 하나 이상의 추가의 필름 층)가 금형의 형상을 따르거나 추가로 따르도록 가스를 금형 캐비티 내로 유동시키거나 금형 캐비티를 가압하는 단계를 포함할 수도 있다.
본 발명의 제 6 양태는 제 4 및 제 5 양태의 방법에 의해 획득 가능한 밀봉 요소로 확장된다.
본 발명의 각각의 양태의 추가의 선택적 특징은 본 발명의 임의의 다른 양태의 선택적 특징에 대응한다.
위에서 언급된 모든 특허 문서 또는 기타 공보의 전체 내용이 본 명세서에 인용된다.
비제한적인 예시로서의 실시예가 도면을 참조하여 아래에 더 상세히 설명된다.
도 1은 마모 테스트 및 마찰 계수 테스트 장치의 분해도를 보여준다.
도 2 및 도 3은 성형성 테스트를 수행하는 데 사용되는 금형을 보여준다.
도 4는 밀봉 요소 테스트를 준비하는 데 사용되는 금형을 보여준다.
도 5는 예 1 내지 예 11에 대한 마모 대 시간의 플롯을 보여준다.
도 6은 예 1 내지 예 11에 대한 마찰 계수 대 시간의 플롯을 보여준다.
도 7에서 (a)는 예 1의 성형품의 밀봉 표면 일부의(위에서 본) SEM 이미지를 보여주며 (b)는 EDS 이미지를 보여주며, (c)는 예 1의 성형품의 단면의(밀봉 표면에 수직 방향에서 본) SEM 이미지를 보여주며 (d)는 EDS 이미지를 보여준다.
도 8에서 (a)는 예 2의 성형품의 밀봉 표면 일부의(위에서 본) SEM 이미지를 보여주며 (b)는 EDS 이미지를 보여주며, (c)는 예 2의 성형품의 단면의(밀봉 표면에 수직 방향에서 본) SEM 이미지를 보여주며 (d)는 EDS 이미지를 보여준다.
도 9에서 (a)는 예 3의 성형품의 밀봉 표면 일부의(위에서 본) SEM 이미지를 보여주며 (b)는 EDS 이미지를 보여주며, (c)는 예 3의 성형품의 단면의(밀봉 표면에 수직 방향에서 본) SEM 이미지를 보여주며 (d)는 EDS 이미지를 보여준다.
도 10에서 (a)는 예 6의 성형품의 밀봉 표면 일부의(위에서 본) SEM 이미지를 보여주며 (b)는 EDS 이미지를 보여주며, (c)는 예 6의 성형품의 단면의(밀봉 표면에 수직 방향에서 본) SEM 이미지를 보여주며 (d)는 EDS 이미지를 보여준다.
성형품의 일련의 테스트 및 비교예에서, 아래에 상세히 설명된 다양한 탄성 중합체 재료 및 필름으로부터 압축 성형 공정을 사용하여 동일한 일반적인 구성의 테스트 밀봉 요소를 준비하였다. 성형품은 밀봉 요소의 제조에 적합한 재료로 형성하였지만 아래에 설명된 테스트 절차에 적합한 형상과 구성으로 형성하였다.
예를 준비하는 데 사용된 금형이 도 4에 도시되어 있다. 금형은 금형 표면을 획정하는 공동(31)을 갖는 금형 베이스(29)를 포함한다. 금형 캐비티는 대략 75 mm x 75 mm x 3 mm 깊이의 치수로 형성하였으며 둘레 주위를 45도 모따기 가공하였다.
금형 베이스를 유압 프레스(도시하지 않음)의 하부 판에 배치하고 판에 중심이 맞춰지도록 하였다. 핀(31)이 캐비티를 둘러싸고 있으며 상부 금형(27)의 개구(34)에 대응되어 필름(100)이 금형 베이스(29)의 위에 배치되면 필름(100)을 제위치에 유지하는 것을 돕는다.
필름 샘플(100)을 크기에 맞춰 절단하고 금형 베이스(29)의 핀(31)에 대응하는 홀을 제공하였다.
미경화 탄성 중합체 재료(102)의 블록을 테스트 필름 샘플 위에 배치하고 금형 캐비티(31) 위에서 금형에 중심이 맞춰지도록 하였다. 정렬을 위해 핀(31)을 사용하여 상부 금형(27)을 금형 베이스(29) 상에 배치하였다.
금형 베이스(29) 및 상부 금형(27)을 필름(100) 및 탄성 중합체 재료(102)를 배치하기 전에 예열하였다.
그런 다음 탄성 중합체 재료(102)를 유압 프레스(도시하지 않음)를 사용하여 필름(100)에 압축 성형하고 금형(29) 내에서 경화시켰다. 각각의 예에서 146.4 kN(40,000 파운드)의 프레스 하중을 사용하였다. 규정된 경화 시간이 종료된 후 프레스 하중을 해제하였다. 프레스 하중이 해제된 후 금형 및 성형 부품을 프레스에서 제거하였다. 성형 부품을 즉시 금형에서 제거하였다.
여분의 필름과 탄성 중합체를 성형 부품의 둘레로부터 제거하였다.
예의 준비에 사용된 미경화 탄성 중합체 화합물은 FKM 탄성 중합체(Viton™ A), 수소화 니트릴 부타디엔 고무(HNBR) 및 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체 고무(EPDM)였다.
FKM(Viton™ A) 탄성 중합체, 화합물 번호 EE96070A는 미국 오하이오주 쿠야호가 폴스(Cuyahoga Falls, Ohio) 소재 이글 엘라스토머 인코포레이티드(Eagle Elastomer, Inc.)에서 시판되고 있다. EE96070A 화합물은 경화 및 후경화 시에 쇼어 에이(Shore A) 경도가 75이다.
HNBR 고무 화합물, 화합물 번호 HNBR71B는 미국 뉴욕주 마세돈(Macedon, New York) 소재 제이제이 쇼트 어소시에이트 인코포레이티드(J.J. Short Associates, Inc.)에서 시판되고 있다. HNBR 고무의 Shore A 경도는 70이다.
EPDM 고무, 화합물 번호 EP70PEROX는 미국 뉴욕주 마세돈 소재 제이제이 쇼트 어소시에이트 인코포레이티드에서 시판되고 있다. EPDM 고무의 Shore A 경도는 70이다.
FKM Viton™ A 화합물의 경화 온도 및 경화 시간은 각각 188℃ 및 4 분이었다. FKM Viton A 탄성 중합체로 만든 성형 예는 200℃에서 6 시간 동안 예열된 대류 오븐에서 후경화시켰다. EPDM 화합물의 경화 온도 및 경화 시간은 각각 160℃ 및 20 분이었다. 수소 첨가 니트릴 부타디엔 고무(HNBR)의 경화 온도와 경화 시간은 각각 160℃와 20 분이었다.
예에서 사용된 바와 같은 소결 처리된 PTFE 필름은 다음과 같이 제조된다.
1. 윤활성 미립자 재료가 24 wt%인 소결 처리된 ePTFE 필름
약 22 wt%의 고체를 함유하는 PTFE 수성 분산액(대부분이 약 0.05 ㎛ 내지 약 5 ㎛ 범위의 입자 크기를 갖는 PTFE 입자)을 사용하여 24 wt% 흑연 충전 PTFE 혼합물을 생성하였다. PTFE 수성 분산액은 케무어스 컴퍼니(Chemours Company)에서 구입할 수 있다.
이 예에서 사용된 흑연은 애즈버리 카본스(Asbury Carbons)에서 구입한 중간 입자 크기가 6.5 ㎛ 내지 19 ㎛인 탄소 등급 #TC305를 더한 99%의 고합성 흑연이었다.
1.6 kg의 전술한 흑연을 27 kg(60 lb)의 탈이온수에 슬러리화하였다. 이어서 슬러리를 5.17 kg의 PTFE 분산액으로 3 분의 혼합 시간 동안 응고시켰다. 이어서 생성된 응고물을 1650℃에서 24 시간 동안 건조시켰다. 이어서 건조된 응고물을 -30℃에서 2 시간 동안 냉동시킨 다음, 응고물을 분말 형태로 바꾸는 데 도움을 주기 위해 6 mm 개구 스크린을 통해 스크리닝하였다. 이어서 분말을 0.22 kg의 윤활제 대 1 kg의 분말의 비율로 미네랄 스피릿(mineral spirit)으로 윤활 처리하였다.
윤활 처리된 분말을 텀블링하고 재료를 다시 한 번 -30℃에서 24 시간 동안 재냉동한 다음 6 mm 스크린을 통해 재스크리닝하여 윤활 처리된 흑연/PTFE 혼합물의 큰 덩어리를 부수었다. 그 후 생성된 윤활 처리된 분말을 24 시간 동안 주위 실내 조건에 머무를 수 있도록 하였다.
이어서 재료를 예비 성형품에 부어 직경 10 cm의 펠릿을 만들고, 테이프 형태로 압출되기 전에 24 시간 동안 49℃ 오븐에 유지시켰다. 두께가 660 ㎛인 이중 캐비티 다이를 사용하여 폭이 약 15 cm인 압출 테이프를 생성하였다. 그런 다음 압출물을 정밀 롤러를 통해 440 ㎛ 두께로 캘린더링하였다. 그런 다음 1:1의 비율로 2100℃의 설정점 온도로 공기 부양 건조기를 사용하여 윤활제를 제거하였다.
그런 다음 270℃의 드럼 설정점 온도에서 MDO 드럼 팽창기 상에서 테이프를 종방향으로 2.0:1의 비율과 약 30 %/s의 신장률로 팽창시켰다.
대략 13 cm 폭의 테이프를 대략 38 cm 길이로 절단하고 2-축 팽창 가열식 팬터그래프에 배치하였다. 이 팬터그래프는 테이프의 모든 가장자리를 잡고 유지할 수 있는 능력이 있으며, 샘플에 대해 일정 시간 가열 시간이 지나면, 팬터그래프가 동일하거나 상이한 신장률로 일 방향 또는 양 방향으로 신장률을 적용할 수 있다.
팽창 전의 320℃의 온도와 30 초의 체류 시간을 사용하였다. 기계 방향으로 1.25:1의 추가 팽창 비율에 이어 즉시 횡방향으로 4:1의 팽창 비율을 적용하였으며, 둘 다에 35 %/s의 동일한 신장률을 적용하였다.
막을 프레임에 고정한 다음, 클램쉘 오븐이 이후 380℃의 온도까지 가열되는 동안 제거하였다. 오븐이 380℃ 온도로 안정되면, 막을 1:1 억제 목적으로 팬터그래프 프레임으로 다시 옮긴 다음, 오븐과 막 샘플을 팬터그래프 프레임으로부터 제거하기 전에 샘플을 "비정질 잠금" 또는 "소결"하기 위해 90 초의 체류 시간으로 오븐에 수용하였다.
생성된 막 두께는 약 0.25 mm(10 mil)이었으며 부피 밀도는 0.40 gcm-3이었다.
그 결과 인장 강도는, 거의 균형 잡힌 강도의 막을 제공하는, 종방향으로 7.85 Mpa 그리고 횡방향으로 7.28 Mpa이었다.
2. 윤활성 미립자 재료가 12 wt%인 소결 처리된 ePTFE 필름
약 22 wt%의 고체를 함유하는 PTFE 수성 분산액(대부분이 약 0.05 ㎛ 내지 약 5 ㎛ 범위의 입자 크기를 갖는 PTFE 입자)을 사용하여 12 wt% 흑연 충전 PTFE 혼합물을 생성하였다. PTFE 수성 분산액은 케무어스 컴퍼니(Chemours Company)에서 구입할 수 있다. 이 예에서 사용된 흑연은 애즈버리 카본스(Asbury Carbons)에서 구입한 중간 입자 크기가 6.5 ㎛ 내지 19 ㎛인 탄소 등급 #TC305를 더한 99%의 고합성 흑연이었다.
0.82 kg(1.8 lb)의 전술한 흑연을 27 kg(60 lb)의 탈이온수에 슬러리화하였다. 이어서 슬러리를 6 kg(13.2 lb)의 PTFE 분산액으로 6 분의 혼합 시간 동안 응고시켰다. 이어서 생성된 응고물을 165℃에서 24 시간 동안 건조시켰다. 이어서 건조된 응고물을 -30℃에서 2 시간 동안 냉동시킨 다음, 응고물을 분말 형태로 바꾸는 데 도움을 주기 위해 0.635 cm(1/4") 개구 스크린을 통해 스크리닝하였다.
이어서 분말을 0.22 kg의 윤활제 대 1 kg의 분말의 비율로 미네랄 스피릿으로 윤활 처리하였다. 윤활 처리된 분말을 텀블링하고 재료를 다시 한 번 -30℃에서 24 시간 동안 재냉동시킨 다음 0.635 cm 스크린을 통해 재스크리닝하여 윤활 처리된 흑연/PTFE 혼합물의 큰 덩어리를 부수었다. 그 후 생성된 윤활 처리된 분말을 24 시간 동안 주위 실내 조건에 머무를 수 있도록 하였다.
이어서 재료를 예비 성형품에 부어 직경 10 cm(4")의 펠릿을 만들고, 테이프 형태로 압출되기 전에 24 시간 동안 49℃ 오븐에 유지시켰다. 두께가 0.66 cm(26 mil)인 이중 캐비티 다이를 사용하여 폭이 약 15 cm(6 inch)인 압출 테이프를 생성하였다.
그런 다음 압출물을 정밀 롤러를 통해 0.444 mm(17.5 mil)의 두께로 캘린더링하였다. 그런 다음 1:1의 비율로 210℃의 설정점 온도로 공기 부양 건조기를 사용하여 윤활제를 제거하였다. 그런 다음 270℃의 드럼 설정점 온도에서 MDO 드럼 팽창기 상에서 테이프를 종방향으로 2.0:1의 비율과 약 30 %/s의 신장률로 팽창시켰다.
대략 13 cm 폭의 테이프를 대략 38 cm 길이로 절단하고 2-축 팽창 가열식 팬터그래프에 배치하였다. 이 팬터그래프는 테이프의 모든 가장자리를 잡고 유지할 수 있는 능력이 있으며, 샘플에 대해 일정 시간 가열 시간이 지나면, 팬터그래프가 동일하거나 상이한 신장률로 일 방향 또는 양 방향으로 신장률을 적용할 수 있다.
팽창 전의 320℃의 온도와 30 초의 체류 시간을 사용하였다. 기계 방향으로 1.25:1의 추가 팽창 비율에 이어 즉시 횡방향으로 4:1의 팽창 비율을 적용하였으며, 둘 다에 35 %/s의 동일한 신장률을 적용하였다.
막을 프레임에 고정한 다음, 클램쉘 오븐이 이후 380℃의 온도까지 가열되는 동안 제거하였다. 오븐이 380℃로 안정되면, 막을 1:1 억제 목적으로 팬터그래프 프레임으로 다시 옮긴 다음, 오븐과 막 샘플을 팬터그래프 프레임으로부터 제거하기 전에 샘플을 "비정질 잠금" 또는 "소결"하기 위해 90 초의 체류 시간으로 오븐에 수용하였다.
생성된 막 두께는 약 0.25 mm(10 mil)이었으며 부피 밀도는 0.42 gcm-3이었다.
그 결과 인장 강도가, 거의 균형 잡힌 강도의 막을 제공하는, 종방향으로 8.51 Mpa 그리고 횡방향으로 9.42 Mpa이었다.
3. 윤활성 미립자 재료가 6 wt%인 소결 처리된 ePTFE 필름
약 22 wt%의 고체를 함유하는 PTFE 수성 분산액(대부분이 약 0.05 ㎛ 내지 약 5 ㎛ 범위의 입자 크기를 갖는 PTFE 입자)을 사용하여 6 wt% 흑연 충전 PTFE 혼합물을 생성하였다. PTFE 수성 분산액은 케무어스 컴퍼니(Chemours Company)에서 구입할 수 있다. 이 예에서 사용된 흑연은 애즈버리 카본스에서 구입한 중간 입자 크기가 6.5 ㎛ 내지 19 ㎛인 탄소 등급 #TC305를 더한 99%의 고합성 흑연이었다.
0.41 kg(0.9 lb)의 전술한 흑연을 27 kg(60 lb)의 탈이온수에 슬러리화하였다. 이어서 슬러리를 6.35 kg(14 lb)의 PTFE 분산액으로 10 분의 혼합 시간 동안 응고시켰다. 이어서 생성된 응고물을 165℃에서 24 시간 동안 건조시켰다. 이어서 건조된 응고물을 -30℃에서 2 시간 동안 냉동시킨 다음, 응고물을 분말 형태로 바꾸는 데 도움을 주기 위해 0.635 cm(1/4") 개구 스크린을 통해 스크리닝하였다.
이어서 분말을 0.22 kg의 윤활제 대 1 kg의 분말의 비율로 미네랄 스피릿으로 윤활 처리하였다. 윤활 처리된 분말을 텀블링하고 재료를 다시 한 번 -30℃에서 24 시간 동안 재냉동시킨 다음 0.635 cm 스크린을 통해 재스크리닝하여 윤활 처리된 흑연/PTFE 혼합물의 큰 덩어리를 부수었다. 그 후 생성된 윤활 처리된 분말을 24 시간 동안 주위 실내 조건에 머무를 수 있도록 하였다.
이어서 재료를 예비 성형품에 부어 직경 10 cm(4”)의 펠릿을 만들고, 테이프 형태로 압출되기 전에 24 시간 동안 49℃ 오븐에 유지시켰다. 두께가 0.66 cm(26 mil)인 이중 캐비티 다이를 사용하여 약 15 cm(6 inch 폭)의 압출 테이프를 생성하였다.
그런 다음 압출물을 정밀 롤러를 통해 0.444 mm(17.5 mil)의 두께로 캘린더링하였다. 그런 다음 1:1의 비율로 210℃의 설정점 온도로 공기 부양 건조기를 사용하여 윤활제를 제거하였다. 그런 다음 270℃의 드럼 설정점 온도에서 MDO 드럼 팽창기 상에서 테이프를 종방향으로 2.0:1의 비율과 약 30 %/s의 신장률로 팽창시켰다.
대략 13 cm 폭의 테이프를 대략 38 cm 길이로 절단하고 2-축 팽창 가열식 팬터그래프에 배치하였다. 이 팬터그래프는 테이프의 모든 가장자리를 잡고 유지할 수 있는 능력이 있으며, 샘플에 대해 일정 시간 가열 시간이 지나면, 팬터그래프가 동일하거나 상이한 신장률로 일 방향 또는 양 방향으로 신장률을 적용할 수 있다.
팽창 전의 320℃의 온도와 30 초의 체류 시간을 사용하였다. 기계 방향으로 1.25:1의 추가 팽창 비율에 이어 즉시 횡방향으로 4:1의 팽창 비율을 적용하였으며, 둘 다에 35 %/s의 동일한 신장률을 적용하였다.
막을 프레임에 고정한 다음, 클램쉘 오븐이 이후 380℃의 온도까지 가열되는 동안 제거하였다. 오븐이 380℃로 안정되면, 막을 1:1 억제 목적으로 팬터그래프 프레임으로 다시 옮긴 다음, 오븐과 막 샘플을 팬터그래프 프레임으로부터 제거하기 전에 샘플을 "비정질 잠금" 또는 "소결"하기 위해 90 초의 체류 시간으로 오븐에 수용하였다.
생성된 막 두께는 약 0.25 mm(10 mil)이었으며 부피 밀도는 0.41 gcm-3이었다. 그 결과 인장 강도가, 거의 균형 잡힌 강도의 막을 제공하는, 종방향으로 8.71 Mpa 그리고 횡방향으로 10.38 Mpa이었다.
4. 윤활성 미립자 재료가 25%인 소결 처리된 PTFE 필름
암모니아 나트륨 에칭제로 측면이 에칭된 25% 흑연 충전제가 있는 0.13 mm 두께의 스카이빙 처리된 PTFE 필름. 흑연 충전되고 에칭된 스카이빙 처리된 PTFE 필름은 미국 코네티컷주 브리스톨(Bristol, Connecticut) 소재 엔플로 엘엘시(Enflo LLC)에서 시판되고 있다.
5. 다공성 "POREX” PTFE 막
Porex PM6M 막은 미국 매사추세츠주 서튼(Sutton, Massachusetts) 소재 인터스테이트 스페셜티 프로덕츠(Interstate Specialty Products)에서 시판되고 있다. Porex PM6M 다공성 PTFE 막의 두께는 0.1 m(0.004”)이었으며 기공 크기는 5 마이크론(공급 업체 웹 사이트에서 제공되는 속성)이었다.
6. 내츄럴 스카이빙 처리된 PTFE 필름
에칭 및 스카이빙 처리된 TFE 필름은 미국 코네티컷주 브리스톨 소재 엔플로 엘엘시에서 시판되고 있다.
표 1은 전술한 필름 재료의 특성을 요약한 것이다.
Figure pct00001
예 1 (6% 흑연 ePTFE/Viton)
51 g의 FKM Viton™ A 탄성 중합체 화합물 및 6% 흑연 충전 ePTFE 필름을 사용하여 도 4를 참조하여 전술한 바와 같이 성형품을 제조하였다. 24 시간 마모 테스트(아래 설명된 테스트 프로토콜) 종료 시에 필름 층의 마모 홈의 깊이가 51.6 마이크론이었다. 마모 테스트 종료 시의 마찰 계수는 0.185이었다.
예 2 (12% 흑연 ePTFE/Viton)
49 g의 FKM Viton™ A 탄성 중합체 화합물 및 12% 흑연 충전 ePTFE 필름을 사용하여 성형품을 제조하였다. 24 시간 마모 테스트 종료시의 필름 층의 마모 홈의 깊이는 41.9 마이크론이었다. 마모 테스트 종료 시의 마찰 계수는 0.181이었다.
예 3 (24% 흑연 ePTFE/Viton)
51 g의 FKM Viton™ A 탄성 중합체 화합물 및 24% 흑연 충전 ePTFE 필름을 사용하여 성형품을 제조하였다. 24 시간 마모 테스트 종료시의 필름 층의 마모 홈의 깊이는 32.5 마이크론이었다. 마모 테스트 종료 시의 마찰 계수는 0.185이었다.
예 4 (6% 흑연 ePTFE/HNBR)
26 g의 HNBR 화합물 및 6% 흑연 충전 ePTFE 필름을 사용하여 성형품을 제조하였다. 24 시간 마모 테스트 종료시의 필름 층의 마모 홈의 깊이는 71.2 마이크론이었다. 마모 테스트 종료 시의 마찰 계수는 0.268이었다.
예 5 (12% 흑연 ePTFE/HNBR)
26 g의 HNBR 화합물 및 12% 흑연 충전 ePTFE 필름을 사용하여 성형품을 제조하였다. 24 시간 마모 테스트 종료시의 필름 층의 마모 홈의 깊이는 57.2 마이크론이었다. 마모 테스트 종료 시의 마찰 계수는 0.220이었다.
예 6 (6% 흑연 ePTFE/HNBR)
22 g의 HNBR 화합물 및 24% 흑연 충전 ePTFE 필름을 사용하여 성형품을 제조하였다. 24 시간 마모 테스트 종료시의 필름 층의 마모 홈의 깊이는 52.8 마이크론이었다. 마모 테스트 종료 시의 마찰 계수는 0.213이었다.
예 7 (24% 흑연 ePTFE/EPDM)
25 g의 HNBR 화합물 및 24% 흑연 충전 ePTFE 필름을 사용하여 성형품을 제조하였다. 24 시간 마모 테스트 종료시의 필름 층의 마모 홈의 깊이는 63.2 마이크론이었다. 마모 테스트 종료 시의 마찰 계수는 0.324이었다.
비교예 8 (Porex/Viton)
49 g의 FKM 화합물과 Porex PM6M 다공성 PTFE 막을 사용하여 성형품을 제조하였다. 24 시간 마모 테스트 종료시의 필름 층의 마모 홈의 깊이는 87.9 마이크론이었다. 마모 테스트 종료 시의 마찰 계수는 0.342이었다.
비교예 9 (4mil 내츄럴 스카이빙 처리된 PTFE/EPDM)
27 g의 EPDM 화합물과 나트륨 암모니아 에칭제로 일 측면이 화학적으로 에칭된 0.1 mm 두께의 내츄럴 스카이빙 처리된 PTFE 필름을 사용하여 성형품을 제조하였다. 24 시간 마모 테스트 종료시의 필름 층의 마모 홈의 깊이는 244.1 마이크론이었다. 마모 테스트 종료 시의 마찰 계수는 1.231이었다. 스카이빙 처리된 PTFE 필름을 24 시간 동안 완전히 마모시켰다.
예 10 (25% 흑연 충전 스카이빙 처리된 PTFE/EPDM)
32 g의 EPDM 화합물 및 나트륨 암모니아 에칭제로 일 측면이 에칭된 25% 흑연 충전제가 있는 0.13 mm 두께의 스카이빙 처리된 PTFE 필름을 사용하여 성형품을 제조하였다. 24 시간 마모 테스트 종료시의 필름 층의 마모 홈의 깊이는 39.6 마이크론이었다. 마모 테스트 종료 시의 마찰 계수는 0.166이었다.
예 및 비교예가 표 2에 요약되어 있다.
Figure pct00002
PTFE 필름 및 비교 필름의 물리적 특성
인장 강도 방법
플라스틱의 인장 특성에 대한 ASTM D638-14 표준 테스트 방법을 사용하였다.
인장 강도(TS) 측정은 각각의 필름에서 스탬핑된 1”x 6”(2.54 cm x 15.2 cm) 샘플을 사용하여 수행하였다. 미국 인스트론(Instron)사의 테스트 장비가 2 인치(2.54cm) 간격으로 설정되어 약 2 인치(2.54cm)가 각각의 클램프에 파지 및 유지될 수 있다. 분당 20 인치(51 cm/분)의 크로스 헤드 속도를 사용하였다. 인장 중에 얻은 최대 하중을 아래의 수학식(1a 내지 1c)을 사용하여 MTS를 산출하는 데 사용하였다.
[수학식 1a]
TS (psi) = 하중(lb.-f) x PTFE 전체 밀도-(2.18 g/cm 3 )
두께(inch) x 폭(inch) x 샘플 밀도 (g/cm3)
[수학식 1b]
TS (kg-force/cm 2) = 하중(lb.-f) x PTFE 전체 밀도-(2.18 g/cm 3 )
두께(cm) x 폭(cm) x 샘플 밀도 (g/cm3)
[수학식 1c]
TS (MPa) = 10.197 X TS (kg/cm2)
두께(㎛)
PTFE 필름의 두께를 데스크 장착 하이덴하인(Heidenhain) 두께 게이지 모델 SGMT 60M을 사용하여 측정하였다.
질량/면적(g/m²)
필름의 질량/면적 중량을 톨레도 메틀러(Toledo Mettler) 스케일 모델 AG 204를 사용하여 결정하였다.
밀도(g(cc)
밀도는 인장 테스트용 2.54 cm x 15 cm(1" x 6") 샘플을 사용하여 산출된다. 샘플의 중량이 측정되며 두께가 측정된다. 밀도는 질량(g)을 샘플 부피(cm³)로 나누어 산출된다.
파단시 연신율(%)
파단시 연신율을 ASTM D638-14, 섹션 11.3.1.2에 따라 파열 지점에서의 팽창(게이지 길이 변경)을 읽어 산출하였다. 파열 지점의 게이지 길이를 원래 게이지 길이로 나누고 100을 곱했다.
[수학식 2]
연신율(%) = (Lf-Li)/Li x 100
여기서, Li는 클램프 사이의 초기 간격이며, Lf는 간격 거리를 포함하여 파단될 때까지 당겨지는 최종 전체 거리이다.
성형성
성형성 테스트를 압반 프레스와 가열된 상부 금형(17) 및 금형 베이스(19)로 구성된 도 2에 도시된 금형을 사용하여 수행하였다. 금형 베이스(19)를 통한 영역(X)의 횡단면도 또한 도시되어 있다. 금형(19)은 이하의 치수를 갖는 금형 캐비티를 획정하는 환형 채널(21)을 구비한다:
내경 = 25.4 mm(1.0")
외경 = 34.93 mm(1.38")
깊이 = 7.16 mm(0.282"), 캐비티 바닥의 반경 4.78 mm
상부 금형(17)을 160℃(320℉)로 가열하였다. 금형 베이스(19)를 각각의 테스트 전에 예열하였다. 필름 샘플을 길이와 폭이 약 114 mm가 되도록 절단하였다. 도 3에 도시된 바와 같이, 필름 샘플(22)에 홀 패턴을 절단하여 금형(19)에 맞춤 핀(23)으로 필름을 고정시켰다. 홀 패턴의 홀 직경은, 76.2 mm(3 inch)의 원형 중심선에서 7.94 mm(0.313 inch)이었다. 두께가 약 3 mm인 미경화 탄성 중합체 재료(24), EPDM 고무의 디스크를 직경 38.1 mm의 홀 펀치로 절단하였다.
절단된 필름 샘플을 금형 베이스(19)의 위에 배치하였다(필름(22)의 홀을 통해 핀(23)을 통과시킴). EPDM 디스크를 테스트 필름 샘플 위에 배치하고 금형 캐비티 위에서 금형에 중심을 맞추었다. 맞춤 핀을 사용하여 상부 금형을 금형 베이스에 배치하여 상부 금형을 금형 베이스와 정렬하였다. 금형을 유압 프레스의 하부 판에 배치하고 판에 중심을 맞추었다.
89 kN(20,000 lb)의 프레스 하중을 판에 인가하고 20 분 동안 유지하여 EPDM 고무를 경화시켰다. 체류 시간 종료 시에 프레스 하중을 해제하고 금형을 프레스로부터 제거하였다. 상부 금형을 제거하고 금형 캐비티로부터 금형 부품을 제거하였다. 성형된 부품을 필름이 찢어지지 않았는지 육안으로 검사하였다. 평가에는 합격/불합격 기준을 사용하였다. 성형된 표면(금형 캐비티 영역) 위의 필름이 찢어지지 않은 샘플을 통과로 간주하였다.
성형성 테스트 결과가 표 3에 기재되어 있다.
Figure pct00003
PTFE 필름은 찢어짐이나 물집없이 충분한 "성형성"(즉, 탄성 중합체 몸체와 연결을 형성하는 능력)을 갖추고 있다.
마모율 테스트 및 마찰 계수-ASTM D3702-94(2014 년 재승인)
(ASTM D 3702; 본 명세서에 참조로서 인용된, 미국 어메리칸 소사이어티 테스팅 앤드 머티어리얼스(American Society Testing & Materials)의 트러스트 와셔 테스팅 머신(Thrust Washer Testing Machine)(1978-1994)을 사용한 자체 윤활 마찰 접촉에 있어서의 재료의 마모율 및 마찰 계수에 대한 테스트 방법)
성형된 예의 내마모성 및 마찰 계수 특성을 자동 마찰계(미국 델라웨어주 루이스(Lewes, Delaware) 소재 루이스 리서치 인코포레이티드(Lewis Research Inc.))를 사용하여 예외가 명시된 테스트 방법의 ASTM D3702 -94(2014)에 정의된 테스트 절차에 따라 측정하였다.
마모 테스트를 위한 테스트 설정은 도 1에서 볼 수 있다. 테스트 샘플(1)을 테스트 샘플 단(3)에 배치하고, 테스트 샘플을 통해 71.5 mm x 36.5 mm(직사각형 판)의 단에 볼트로 고정된 죔쇠 링(5)에 의해 유지하였다. 강제 스러스트 베어링(7)이 환형 홀더(9)에 결합된다. 홀더(9)는 홀더(9)의 대응하는 개구(15)에 삽입되는 구동 핀(13)에 의해 회전 스핀들(11)에 결합된다.
1018 강제 ASTM D3702 스러스트 베어링(7)을 사용하여 테스트 샘플의 PTFE 필름 층을 마모시켰다. 테스트 샘플에 인가된 압력은 345 kPa(50 psi)이었으며 스러스트 베어링의 회전 속도는 34 rpm(10 fpm)이었다. 테스트 기간은 24 시간이었다. 샘플의 마모를 결정하기 전에는 브레이크-인(break-in) 간격을 사용하지 않았다. 테스트를 건조한 조건 하에서 수행하였다. 마모 홈 깊이와 마찰 계수(CoF)를 테스트 내내 지속적으로 측정하였다. 전체 마모율을 이하의 수학식으로 산출하였다.
[수학식 3]
전체 마모율(㎛/hr) = 테스트 종료 시의 마모 홈 깊이(㎛)/테스트 기간(hr)
마모 테스트 및 마찰 계수 테스트 결과가 표 4에 요약되어 있다. 이러한 데이터의 플롯 대 시간이 도 5 및 도 6에 제공되어 있다.
탄성 중합체 몸체의 강성이 마모 성능 및 마찰 계수에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다(예를 들어, 예 4 내지 예 6에 비해 예 1 내지 예 3). Viton의 경도가 약 75로 가장 높았던 반면, HNBR 및 EPDM의 경도는 70이었다.
Figure pct00004
밀봉 필름 두께와 탄성 중합체 강성 사이의 관계도 내마모성과 CoF 성능에 영향을 미친다. ePTFE 밀봉 필름은 압축 성형 중에 부분적으로 치밀화되어, 최종 테스트 밀봉 요소에서 필름 두께가 약 250 ㎛ 내지 300 ㎛에서 약 75 ㎛ 내지 100 ㎛로 감소하였다. 이것은 ca. 150 ㎛의 스카이빙된 PTFE 필름 두께와 비교된다.
SEM/EDS 방법
주사 전자 현미경(SEM) 및 에너지 분산 X-선 분광법(EDS)을 사용하여 본 발명의 예에서 ePTFE 필름에서의 흑연 입자의 분포를 분석하였다. EDS 검출기가 장착된 히타치(Hitachi) 고해상도 주사 전자 현미경, ModelSU8230을 사용하였다. 이미징에는 2 kV 내지 5 kV의 가속 전압을 사용하였으며 EDS 분석에는 10 kV를 사용하였다. EDS 검출기에는 검출기와 샘플 사이에 적어도 15 mm의 작동 거리가 필요하였다. 탄성 중합체 몸체와 PTFE 필름의 단면도를 갖도록 탄소강 블레이드를 사용하여 성형된 샘플의 단면을 잘라 샘플을 준비하였다. 성형된 샘플에 PTFE 필름의 상부 표면의 평면도를 갖는 샘플도 준비하였다. 샘플을 탄소 접착 테이프를 사용하여 SEM 샘플 스터브에 장착하였다. 샘플을 충전을 줄이기 위해 대략 2.5 nm의 백금으로 코팅하였다.
PTFE 필름의 두께를 다수의 위치의 SEM 이미지에서 측정하였다.
그 결과가 표 5에 요약되어 있다.
EDS를 사용하여 본 발명의 예의 PTFE 필름의 윤활성 입자(흑연)를 확인하고 원자% 기준으로 탄소와 불소의 양을 측정하여 흑연의 양을 산출하였다. EDS 스캔에는 500X 배율을 사용하였다. EDS 스캔을 PTFE 필름의 상부 표면과 PTFE 필름의 두께를 통해 수행하였다.
탄소와 불소 원자의 측정된 백분율로부터 탄소 대 불소 비율(C:F)을 산출하였다. 순수 PTFE는 PTFE에서 불소 원자 2 개마다 탄소 원자가 1 개씩 있기 때문에 1:2 또는 0.5의 탄소 대 불소 비율을 갖는다.
EDS 스캔 영역의 흑연의 양은 이하의 수학식으로부터 추정될 수 있다
[수학식 4]
흑연% = (0.67 x C:F - 0.33)(0.67 + 0.67 x C:F) x 100%
여기서, C:F는 EDS 분석의 탄소 대 불소의 비율이다.
EDS 분석 결과가 표 6과 표 7에 요약되어 있다.
표 5에는 도 7 내지 도 10에 도시된 SEM 이미지를 기반으로 한 두께 측정이 요약되어 있다.
Figure pct00005
표 6에는 단면에서 측정될 때의 EDS 분석의 C:F 비율 및 흑연%가 나열되어 있으며그 예가 도 7 내지 도 10에 도시되어 있다.
Figure pct00006
표 7에는 상부 표면에서 측정될 때의 EDS 분석의 C:F 비율 및 흑연%가 나열되어 있으며, 그 예가 도 7 내지 도 10에 도시되어 있다. 표 8에는 상부 C:F 대 단면 C:F의 비율과 함께 표 6 및 표 7에 명시된 D:F 비율이 요약되어 있다.
Figure pct00007
원자%를 기반으로 한 흑연의 wt%를 산출하는 수학식은 다음과 같다.
[수학식 5]
흑연 Wt% = [흑연 원자% * 12.011]/[(탄소 원자% * 12.011) + (불소 원자% * 18.998)]
Figure pct00008
본 발명자들은 놀랍게도 EDS 분석을 통해 흑연 충전 팽창형 PTFE 필름으로 만든 샘플에서 필름의 전체 두께에서보다 PTFE 필름의 상부 표면에서 볼 수 있는 흑연이 더 적었다는 것을 발견하였다. 이것은 흑연 충전 팽창형 PTFE로 만든 예의 상부 표면에 PTFE가 풍부하다는 것을 의미한다.
열 중량 분석
열 중량 분석은 열 중량 분석기를 사용하여 PTFE 필름 중의 윤활성 미립자 재료의 중량%를 결정하는 데 사용될 수 있는 방법이다. TGA 방법에서는 중량이 2.5 mg 내지 5 mg 범위인 PTFE 필름 샘플이 질소 분위기 하에서 균일한 속도로 가열된다. 질소 또는 기타 불활성 가스 분위기가 미립자 재료의 산화를 방지하는 데 사용된다. 열 중량 분석기는 시간 또는 온도에 따른 샘플의 중량 변화를 기록한다. 필름의 PTFE 성분은 450℃ 내지 625℃의 온도 범위에서 열 분해된다. 625℃ 이상에서 PTFE 성분이 완전히 분해되었다. PTFE 성분이 분해된 후 샘플의 잔류 중량은 윤활성 미립자 재료 때문일 수 있다. 예를 들어, PTFE 필름의 윤활성 미립자 재료가 흑연인 경우, 흑연은 700℃를 넘는 온도에서 열적으로 안정적이므로 700℃에서의 TGA 곡선의 필름 샘플의 잔류 중량은 필름의 흑연 함량 때문일 수 있다. PTFE보다 낮은 온도에서 열분해되는 재료의 경우, TGA 곡선의 중량 변화를 사용하여 PTFE 필름의 미립자 재료의 양도 결정될 수 있다.
초기 다공성 및 최종 다공성 산출
각각의 흑연 충전 ePTFE 필름의 이론적인 최대 밀도를 이하의 수학식으로 산출하였다.
[수학식 6]
밀도 = 흑연% x 흑연 밀도 + PTFE% x PTFE 밀도
흑연 분말의 밀도는 공급자에 의해 제공되었으며 2.7 g/cm3의 값을 가졌다.
산출에 사용된 PTFE의 밀도는 2.25 g/cm3이었다.
표 1의 필름 밀도를 이하의 수학식을 사용하여 흑연 충전 ePTFE 막의 초기 다공성을 추정하는 데 사용하였다.
[수학식 7]
다공성% = 필름 밀도/이론적 최대 밀도 x 100
초기 다공성 추정 결과가 표 9에 기재되어 있다.
Figure pct00009
본 발명의 예의 압축된 ePTFE 필름의 잔류 다공성을 이하의 수학식으로부터 산출하였다.
[수학식 8]
잔류 다공성% = 초기 다공성(%) x [압축 필름 두께/초기 필름 두께]
그 결과가 표 10에 기재되어 있다.
Figure pct00010
이제 도 7(b) 및 도 7(d)의 EDS 이미지를 참조하면, 빨간색(원본 이미지의) 점이 흑연 입자의 존재를 나타낸다. 더 큰 가시 입자의 선택이 도면에서 화살표로 강조 표시되어 있다.
표 6의 C:F 비율 값은 박스(A) 내부의 이미지 부분을 기반으로 한다.
이제 도 7(c)의 단면 SEM 이미지를 참조하면, 탄성 중합체 몸체(200) 및 소결 처리된 PTFE 필름(202)의 재료를 볼 수 있다. 필름(202)은 밀봉 표면(204)을 가지며 경계(206)(일부가 점선으로 강조 표시됨)에서 탄성 중합체 몸체(200)에 결합되며, 탄성 중합체가 ePTFE 필름(202)의 기공에 침투한다. 경계의 관통 영역은 두께가 5 마이크론 미만이며 도시된 SEM 이미지의 축척에서는 보이지 않는다.
밀봉 층(204)을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름(202)의 전체 두께가 약간 변화하는 것을 이미지에서 볼 수 있으며(두께(208a, 208b, 208c)), 이것은 다른 샘플과 관련하여 훨씬 더 두드러지며(도 8(c) 및 10(c) 참조), 이러한 변화는 성형 조건(탄성 중합체 점도, 압력 등)에 따라 달라진다.
도 7(a) 내지 도 7(d)에서 관찰할 수 있는 해당 특징을 또한 도 8 내지 도 10에서 볼 수 있다.

Claims (41)

  1. 접촉 표면에 대해 시일(seal)을 제공하기 위한 밀봉 표면을 구비한 밀봉 요소로서,
    탄성 중합체 재료를 포함하는 탄성 중합체 몸체;
    상기 탄성 중합체 몸체에 결합되며 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 폴리 테트라 플루오로 에틸렌(PTFE) 필름
    을 포함하며,
    상기 필름은 약 25 마이크론 내지 200 마이크론의 두께를 가지며, 상기 필름은 약 5 wt% 내지 40 wt%의 윤활성 미립자 재료(lubricious particulate material)를 포함하는 것인 밀봉 요소.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소결 처리된 PTFE 필름은 스카이빙 처리된 PTFE 필름, 주조 PTFE 필름, 압출형 PTFE 필름 또는 팽창형 PTFE(ePTFE) 필름을 포함하는 것인 밀봉 요소.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 소결 처리된 PTFE 필름은 ePTFE 필름인 것인 밀봉 요소.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 소결 처리된 ePTFE 필름은 2-축 팽창형인 것인 밀봉 요소.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 소결 처리된 ePTFE 필름은 25% 이하의 다공성을 갖는 것인 밀봉 요소.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소결 처리된 ePTFE 필름은, 소결 처리된 ePTFE 필름의 기공에 탄성 중합체 재료가 존재하는, 탄성 중합체 몸체에 인접한 침투 영역 및 밀봉 표면에 인접한 비침투 영역을 포함하는 것인 밀봉 요소.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉 요소는 다층 라미네이트를 포함하며, 상기 다층 라미네이트는 밀봉 표면을 형성하는 상기 소결 처리된 PTFE 필름 및 적어도 하나의 중간 층을 포함하는 것인 밀봉 요소.
  8. 제 9 항에 있어서,
    상기 다층 라미네이트는 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 층 및 적어도 하나의 중간 PTFE 층을 포함하는 것인 밀봉 요소.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 다층 라미네이트는 탄성 중합체 몸체에 인접한 다공성 PTFE 중간 층을 포함하는 것인 밀봉 요소.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 다공성 PTFE 중간 층은, 다공성 PTFE 중간 층의 두께를 통해 적어도 부분적으로 연장되는, 기공 내에 탄성 중합체 재료가 존재하는 침투 영역을 포함하는 것인 밀봉 요소.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 다공성 PTFE 중간 층은 ePTFE 필름인 것인 밀봉 요소.
  12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 라미네이트는 적어도 하나의 열가소성 중간 층을 포함하는 것인 밀봉 요소.
  13. 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름과 각각의 중간 필름 층의 총 두께가 약 30 마이크론 내지 250 마이크론인 것인 밀봉 요소.
  14. 제 7 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 PTFE 필름은 상기 윤활성 미립자 재료를 포함하며,
    각각의 중간 필름 층은 임의의 미립자 재료가 결여되어 있는 것인 밀봉 요소.
  15. 제 3 항 또는 제 3 항에 따른 제 4 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉 표면을 형성하는 소결 처리된 ePTFE 필름은 적어도 부분적으로 치밀화되는 것인 밀봉 요소.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소결 처리된 PTFE 필름은 탄성 중합체 몸체의 외부 표면(들)의 일부 또는 전부에 결합되는 것인 밀봉 요소.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성 중합체 몸체는 천연 고무(폴리 이소프렌), 부타디엔, 에틸렌 프로필렌(EPR 또는 EPM), 에틸렌 프로필렌 디엔(EPDR 또는 EPDM), 스티렌-부타디엔(SBR), 이소부텐, 우레탄, 아크릴 또는 니트릴(아크릴로 니트릴-부타디엔, 즉, ABR), 할로겐화 니트릴, 클로로프렌과 같은 클로로 탄성 중합체, 퍼플루오로 탄성 중합체, 플루오로 탄성 중합체, 실리콘, 플루오로 실리콘, 에피클로로 히드린 고무, 폴리 에테르 블록 아미드(PEBA), 클로로 설폰화 폴리 에틸렌(CSM), 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA)로부터 선택된 하나 이상의 탄성 중합체 재료를 포함하는 것인 밀봉 요소.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉 표면은 0.5 미만, 0.4 미만, 또는 0.3 미만의 동적 마찰 계수(dynamic coefficient of friction)를 갖는 것인 밀봉 요소.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 윤활성 미립자 재료는 분말 형태 또는 미세 섬유 형태로 제공되거나, 또는
    상기 윤활성 미립자 재료는 마이크로 입자를 포함하는 것인 밀봉 요소.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 윤활성 미립자 재료는 나노 입자의 형태인 것인 밀봉 요소.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 윤활성 미립자 재료는 탄소계 성분을 포함하거나 탄소계 성분으로 구성되는 것인 밀봉 요소.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 윤활성 미립자 재료는 본질적으로 흑연으로 구성되는 것인 밀봉 요소.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 윤활성 미립자 재료는 본질적으로 흑연과 하나 이상의 탄소계 미립자 성분의 혼합물로 구성되는 것인 밀봉 요소.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 윤활성 미립자 재료는 하나 이상의 윤활성 미네랄을 포함하는 것인 밀봉 요소.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 윤활성 미네랄은 활석, 점토, 층상 황화물 또는 무기 중합체로부터 선택되는 것인 밀봉 요소.
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소결 처리된 PTFE 필름은 상기 윤활성 미립자 재료 및 적어도 하나의 추가 미립자 또는 섬유상 재료를 포함하는 것인 밀봉 요소.
  27. 제 21 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소결 처리된 PTFE 필름의 밀봉 표면에 대해 수직으로 측정될 때의 탄소(C):불소(F) 비율(C:F) 대 소결 처리된 PTFE 필름의 두께에 대해 수직으로 측정될 때의 비율(C:F)의 비율이 0.8 이하, 0.7 이하, 또는 0.6 이하인 것인 밀봉 요소.
  28. 제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉 요소는 유압 펌프, 밸브, 열 관리 모듈, 변속기, 기어 박스, 엔진, 모터, 압축기, 유압 실린더, 또는 공압 실린더용 시일인 것인 밀봉 요소.
  29. 밀봉 요소의 제조에 사용하기 위한 소결 처리된 ePTFE 필름으로서,
    상기 ePTFE 필름은 약 5 wt% 내지 40 wt%의 윤활성 미립자 재료를 포함하며 약 25 마이크론 내지 700 마이크론의 두께를 갖는 것인 ePTFE 필름.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 ePTFE 필름은 2-축 팽창되는 것인 ePTFE 필름.
  31. 제 29 항 또는 제 30 항에 있어서,
    상기 윤활성 미립자 재료는 본질적으로 흑연으로 구성되거나, 또는 흑연과 하나 이상의 탄소계 미립자 성분의 혼합물로 구성되는 것인 ePTFE 필름.
  32. 제 29 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    파단시 연신율이 50%보다 크거나, 100%보다 크거나, 125%보다 큰 것인 ePTFE 필름.
  33. 제 29 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항의 ePTFE 필름 및
    적어도 하나의 추가 필름 층
    을 포함하는 다층 라미네이트.
  34. 345 kPa의 하중과 34 rpm의 회전 속도에서 스테인리스강 스러스트 베어링을 사용하여 ASTM D 3702에 따라 측정될 때, 0.1 마이크론/시간 미만, 또는 0.07 마이크론/시간 미만, 또는 0.05 마이크론/시간 미만의 마모율을 갖는, 제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 따른 밀봉 요소, 또는 제 29 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 따른 ePTFE 필름.
  35. 탄성 중합체 몸체 및 접촉 표면에 대한 시일을 제공하기 위한 밀봉 표면을 갖는 밀봉 요소를 제조하는 방법으로서,
    약 5 wt% 내지 40 wt%의 윤활성 미립자 재료를 포함하는 소결 처리된 PTFE 필름을 제공하는 단계;
    상기 소결 처리된 PTFE 필름을 금형 캐비티 표면의 적어도 일부 위에 배치하는 단계;
    탄성 중합체 재료를 금형 캐비티에 도입하여, 상기 소결 처리된 PTFE 필름을 오버 몰딩하고 밀봉 요소를 형성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 소결 처리된 PTFE 필름은 탄성 중합체 몸체에 결합되며, 두께가 약 25 마이크론 내지 200 마이크론이며,
    상기 소결 처리된 PTFE 필름이 밀봉 표면을 형성하는 것인, 밀봉 요소를 제조하는 방법.
  36. 탄성 중합체 몸체 및 접촉 표면에 대한 시일을 제공하기 위한 밀봉 표면을 갖는 밀봉 요소를 제조하는 방법으로서,
    소결 처리된 PTFE 필름 및 적어도 하나의 추가 필름 층을 포함하는 다층 라미네이트를 제공하는 단계로서, 상기 소결 처리된 PTFE 필름은 약 5 wt% 내지 40 wt%의 윤활성 미립자 재료를 포함하는 것인 단계;
    소결 처리된 PTFE 필름이 금형 캐비티의 표면에 표면에 대면하도록 금형 캐비티의 표면의 적어도 일부 위에 다층 라미네이트를 배치하는 단계;
    탄성 중합체 재료를 금형 캐비티에 도입하여 다층 라미네이트를 오버 몰딩하고 밀봉 요소를 형성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 다층 라미네이트는 탄성 중합체 몸체에 결합되며,
    상기 다층 라미네이트의 소결 처리된 PTFE 필름은 밀봉 표면을 형성하며 두께가 약 25 마이크론 내지 200 마이크론인 것인, 밀봉 요소를 제조하는 방법.
  37. 제 35 항 또는 제 36 항에 있어서,
    실시예에서 소결 처리된 PTFE 필름이 소결 처리된 ePTFE 필름이며,
    오버 몰딩 전 상기 소결 처리된 ePTFE 필름의 두께가 약 25 마이크론 내지 700 마이크론이며,
    오버 몰딩 동안 ePTFE 필름이 적어도 부분적으로 치밀화되어, 밀봉 요소의 밀봉 층을 형성하는 소결 처리된 ePTFE 필름의 두께가 약 25 마이크론 내지 200 마이크론이 되게 하는 것인 밀봉 요소를 제조하는 방법.
  38. 제 35 항 내지 제 37항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소결 처리된 PTFE 필름 또는 다층 라미네이트가 가스 투과성인 것인 밀봉 요소를 제조하는 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 탄성 중합체 몸체의 탄성 중합체 재료의 경화 또는 건조 동안 및/또는 성형 동안, 소결 처리된 PTFE 필름 또는 다층 라미네이트를 통해 가스를 유동시키는 단계
    를 포함하는 밀봉 요소를 제조하는 방법.
  40. 제 35 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소결 처리된 PTFE 필름은 다공성이며 및/또는
    상기 다층 라미네이트는 금형 또는 공동에 대면하는 다공성 표면을 제공하며,
    오버 몰딩 동안 탄성 중합체 재료를 기공에 침투시켜 탄성 중합체 몸체에 인접한 침투 영역을 형성하는 단계
    를 포함하는 밀봉 요소를 제조하는 방법.
  41. 제 35 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 따른 밀봉 요소를 제조하는 방법에 의해 얻을 수 있는 밀봉 요소.
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