SE444450B - Packning innefattande strengar av oorganiska fibrer och organiska fibrer som er sammanfletade - Google Patents

Description

8104255-0 2 fibrer. Uppfinningen avser även användning av vitrösa fibrer enbart, när dessa smörjes med ett dispergerat oorganiskt material, som hålles på plats med dispergerad TFE; Sökandet efter tätningsmaterial för fluider av icke-asbesttyp har lett till utvecklandet av packningar och tätningar sam- mansatta av fibrer, aramidfiber, grafit och kolfiber, som användes var för sig. Även om dessa samtliga fungerar väl” för vissa ändamål, kan vart och ett av dessa material för- bättras väsentligt för samma eller andra ändamål genom att kombineras i en flätad eller tvinnad struktur, eller en kom- bination därav, med glasfibrer. Även en flätad eller tvinnadu konstruktion av glasfibrer utan andra_fibrer är, vid lämplig smörjning, användbar för vissa ändamål men förbättras väsent- ligen genom sammanblandning med en viss mängd TFÉ-, aramid-, polyeten-, polypropen-, nylon-, rayon-, vegetabiliska, (linne-, rami-, hampa-, jute-, bomull-), grafit- eller kol- fibrer för andra ändamål.

Uppfinningen avser en packning enligt definitionen i patent- kraven.

För bättre förstående av uppfinningen hänvisas i det följande till beskrivningen med de bifogade ritningarna.

Figur l är en tvärsektion genom en packning enligt uppfin- ningen.

Figur 2 är en likartad vy av en utföringsform innefattande både organiska och vitrösa fibrer.- Figur 3 är en likartad vy av en packning enligt uppfinningen i tvärsektion.

Figur 4 är en likartad vy av en utföringsform, enligt vilken strängar av vitrösa fibrer är kombinerade med strängar av 'JJ 8104235-0 figur l med hänvisningsbeteckningarna ll. Det flätade mate- ' rialet utgöres av vitrösa fibrer, varvid lämpliga-vitrösa~ fibrer utgöres av glas, keramiska material eller kvarts, var- vid glasfibrer föredrages på grund av låg kostnad., Glas-* fibrer är tillgängliga i elektriska, konstruktions- eller kemiska kvaliteter. En speciell fiber som skall användasflï väljes på basis av kemisk beständighet, den maximitemperatur för vilken packningen skall utsättas och kostnaden. Textu- rerade oorganiska fibrer ökar produktens volym och elastiska eftergivlighet. Halten vitrös fiber i de flätade strängarna är från 5 till 95 viktprocent.

De vitrösa fibrerna 12 uppvisar den nödvändiga elasticiteten för att allmänt anpassas till det inre av en packníngsbox och utsidan av en axel och vid användning utan organiska fibrer måste de impregneras med ett lämpligt material 13 för att ge en effektiv tätning såväl som smörjning.' I den_amerikanska patentskriften 3.306.155 beskrives en konstruktion, i vilken TFE-dispersion användes såsom impregneringsmedel. Kostnaden_ för TFE-dispersionen är emellertid sådan att den erhållna packningen är väsentligt dyrbarare än den grafiterade asbest- packning den var avsedd att ersätta. Ett försök gjordes att ersätta TFE-dispersionen i en glasfiberpackning eller tätning med grafitdispersion, men grafitdispersionen undantränges lätt från de vitrösa fibrerna av vätska, även vid lågt tryck, så att en sådan komposition har ringa värde. Det har emel- _lertid visat sig att tillsats av även så ringa mängd som 5 viktprocent av TFE-dispersion eller stärkelse såsom binde- medel är tillräckligt för kvarhållande av grafiten i glas- fiberpackningen. Halten av dispergerad TFE eller stärkelse i ett impregneringsmedel kan vara så låg som 5 viktprocent och kan vara så hög som 50 viktprocent med dispergerad grafit, molybden~, volfram- eller titandisulfid, glimmer eller talk säsom verkligt smörjmedel. För den optimala kombinationen av användningsegenskaper och kostnader bör halten av dispergerad grafit eller annat oorganiskt smörjmedel vara mellan 60 och 90 viktprocent samt TFE-dispersionen 40 till 10 viktprocent.

Det har visat sig att grafit kvarhålles så fullständigt i 5 glasfiberpackningen av TFE-dispersionen även vid en halt av 8104235-0 5 % TRE, att packningen kan hanteras utan den nedsmutsning av händerna som erhålles med vanliga grafiterade packningar.

Det är därför uppenbart att TFE verkar såsom bindemedel snarare än såsom smörjmedel, eftersom vid haltnivån 5 6 dispergerad.TFE kan ge enbart försumbar smörjning.

Stärkelse har visat sig vara effektivt såsom ersättningsmedel för TFE för att kvarhålla de oorganiska smörjmedlen i pack- ningen.' Stärkelse kan emellertid användas enbart i kombina- tion med icke-vattenhaltiga lösningsmedel eller lösningar, eftersom detta ämne är känsligt för vatten.

Under vissa betingelser, exempelvis när en packning användes för tätning av en fram- och återgående axel snarare än för en roterande axel eller om mycket stor kompressionskraft pålägges under installeringen eller efterföljande justering, kan oskyddade glasfibrer brista förhållandevis lätt till följd av sammanstötningar mellan glasfíbrer och glasfibrer.

I sådant fall, när nötning utgör ett allvarligt problem, är det fördelaktigt att införliva organiska fibrer tillsammans med de vitrösa fibrerna. Lämpliga organiska material är TFE-fibrer, aramid, som föres i handeln under varumärket "Kevlar" av DuPont, nylon, rayon, polyeten, polypropen, kol och grafit i fiberform. vegetabiliska fibrer, såsom linne, jute, bomull, hampa, rayon och rami, är även använd- É bara för vissa ändamål. Tillsats av så ringa mängd som 5 viktprocent TFE-fibrer till 95 viktprocent vitrösa fibrer underlättar flätningen av materialen och minskar väsentligen nötning, förmodligen genom att minska antalet glas-till-glas- I 2 -kontakter. Halten av organiska fibrer i kombinationen hål- \ . » les vid ett minimum på grund av kostnaderna för dessa. [ i l I Sådana packningar (innehållande minst 5 % organiska fibrer tillsammans med glasfibrerna) kan fungera effektivt utan något smörjmedel men smörjes företrädesvis. Eftersom de 1, organiska fibrerna bidrar till att kvarhâlla smörjmedlet, kan sammansättningen av smörjmedlet variera från 100 0 oorganiskt material till 100 % organiskt material. Till- 5 A fi rs1042zs-0 satsen âv ett lämpligt smörjmedel, såsom anges i föreliggande sammanhang, bidrar även under inverkan av.kompressionskraften av packningsringtrycket vid installeringen eller efterföl-; jande justeringen av packningen till att motverka eller lindra glas~till-glas-kontakter och bidrar sålunda till att förebygga självnötning av vitrösa fibrer förutom att fungera såsom tätningsmedel och smörjmedel.

En packning baserad på kombinationen av vitrösa fibrer med organiska fibrer visas på figur 2, på vilken en'flätad: struktur anges generellt med hänvisningsbeteckningen 16. Var och en av strängarna l7 innefattar vitrösa fibrer 18 och V organiska fibrer 19. De vitrösa och organiska fibrerna kan läggas upp tillsammans, snos tillsammans eller spinnas till- sammans. Utrymmet mellan fibrerna är fyllt med impregne- ringsmedel 21, som kan utgöras av ett dispergerat oorganiskt material, exempelvis grafit eller en metalldisulfid eller 5 glimmer eller talk, antingen enbart eller i kombination med_ en organisk dispersion, såsom TFE eller stärkelse, eller också kan impregneringsmedlet utgöras av enbart en organisk dispersion. Det bör observeras att en organisk fiber bibe- håller ett oorganiskt smörjmedel även i frånvaro av ett organisktqbindemedel.

För lång livslängd hos strukturer innehållande bäde vitrösa och organiska fibrer till godtagbar kostnad bör halten av organiska fibrer företrädesvis vara från 5 till 55 viktpro~ cent av den totala fiberhalten. För optimal formnings- effektivitet (cast-effectiveness) bör halten organiska fibrer vara från 10 till 35 viktprocent av den totala fiberhalten.

De föredragna vitrösa fibrerna är glasfibrer. De föredragna vorganiska fibrerna vad beträffar konformabilitet är TFE~ -fibrer; Det föredragna oorganiska smörjmedlet, på basis av kostnaden, är grafit, i allmänhet tillgänglig såsom vattendispersion. TFE~dispersion användes med ett oorganiskt smörjmedel primärt såsom bindemedel men vid användning i mängd överstigande ca 5 viktprocent fungerar det även såsom ett smörjmedel, s1o42ss~o Om de vitrösa fibrerna utgöres av glasfibrer och de organiska. fibrerna är TFE-fibrer, kan halten av organisk fiber i en sådan kombination vara från 5 viktprocent till 95 viktprocent.

Den föredragna halten av oorganiska fibrer är från 45 till 95 viktprocent för kostnadsbesparing och från 65 till 90 viktprocent för optimal kombination av kostnad och använd- ningsegenskaper. Om fiberkombinationen smörjes med disper- gerad grafit kombinerad med dispergerad TFE, är halten av dispergerad grafit i det dispergerade materialet från 50 viktprocent till 95 viktprocent. Halten av dispergerad gra- fit bör emellertid företrädesvis vara mellan 60 och 90 vikt- procent för att ge den optimala kombinationen av användnings- egenskaper och kostnadsbesparing.; Om grafit närvarar såsom Smörjmedel kan korrosion av metaller i kontakt med packningen uppkomma.. I sådana fall tillsättes, en mindre mängd pulverformig zink såsom korrosionsinhibitor.

Vid utföringsformen enligt figur 3 visas en packning 26 i flätad "cross-lock"-konstruktion. Den diagonala konstruk- tionen visas vid den skurna änden 28. Var och en av strängar- na 27 innefattar en vitrös och en organisk fiber.

Enligt den på figur 4 visade utföringsformen består strängar- na 31 och É2 väsentligen av vitrösa fibrer och strängarna 33 och 34 väsentligen av organiska fibrer, varvid lämpliga vitrösa och organiska fibrer är de'i det föregående nämnda.

Packningen impregneras med ett smörjmedel och ett bindemedel såsom nämnts ovan i samband med den konstruktion, i vilken varje enskild sträng innefattar både organiska och oorganiska fibrer. För speciella användningar kan en packning, i vilken varje sträng består av endast en typ av fiber, visa sig vara _ bättre än en packning, i vilken varje sträng innehåller både vitrösa och organiska fibrer.

Enligt den utföringsform som visas på figur 5 är en kärna Ål av en förhållandevis prisbillig organisk fiber täckt med en flätad mantel 42 av vitrösa fibrer 43, som kan innehålla från i81o42ss-oda 2 till 50 viktprocent av en mer dyrbar fiber, såsom aramid; Om aramid ingår i manteln kan glas- och aramidfibrerna flätas, spinnas eller läggas upp tillsammans. 'Vidare kan strängarna» av glasfiber flätas samman med strängar av aramidr Pack- ningen smörjes med ett dispergerat oorganiskt material, exem- pelvis grafit, Mosz, frisà, wsz, talk, eller glimmar i komb1na~ tion med-dispergerad TFE eller stärkelse såsom bindemedel, varvid de kombinerade dispersionerna anges med hänvisnings-, beteckningen 93. Den vitrösa fibern kan vara av elektriskt glas, konstruktionsglas eller kemiskt glas och den organiska fibern i kärnan är ett förhållandevis prisbilligt material, såsom polyeten, polypropen, hampa, jute, linne, bomull, rayon, nylon eller rami (rami är användbart endast om kostnaden är tillräckligt låg). Den organiska fibern i kärnan kan vara spunnen, snodd, upplagd eller flätad och figur 4 represente- rar den organiska fibern i godtyckliga av dessa konstruk- tioner." Förhållandet mellan oorganiskt smörjmedel och orga- niskt bindemedel är från 50:50 till 95:5 räknat på vikten och det föredragna området är 60:40 till 90:10 räknat på vikten.

Förhållandet mellan mantelns vikt och vikten av organisk fiber i kärnan kan variera från lO:90 till 9Q:l0 beroende på användningen och de relativa kostnaderna för materialen men är företrädesvis från %O:8O till 80:20.

Kraven på packningar som skall användas för tillämpningar, vid vilka packningsmaterialet icke utsättes för nötning av rörliga komponenter, är något likartade med de krav som ställes på packningar, som måste bibehålla tätning i kontakt med rörliga komponenter, Sålunda är beständighet mot en å mångfald kemiska ämnen samt lämplighet vid användning vid förhållandevis hög temperatur betydelsefulla egenskaper för både packningar och tätningar. Den förhållandevis snabba kallflytningen av TFE-fiber, som är önskvärd i en packning, kan leda till fel, eftersom tätningar i allmänhet icke är helt inneslutna. Härvid blir värdet av kombinationen av organisk fiber med glasfiber och tätningsmaterial likaledes uppenbar. s1o42ss~o GG Såsom nämnts i det föregående är närvaron av en kärna av glas- fiberÄi en Inanfei 'av Tfn-fiber icke tillräcklig för att för- hindra alltför kraftig kalifiyfning i manfein. för att förs stärka TFE-fibern måste glasfibrer eller andra vitrösa fibrer inflätas eller måste göra kontakt med TFE-fibern i förhål- landevis tunna mantlar.

Ett tätningsmaterial enligt uppfinningen visas generellt med hänvisningsbeteckningen'6l på figur 6a och innefattar en' flätad yttre mantel av organisk fiber 62, som omger en bas- mantel av vitrös fiber 63, varvid basmanteln även är flätad.

Det är kombinationen av vitrös fiber med organisk fiber som gör det möjligt att använda organiska fibrer inom ett vid- sträckt område vad beträffar användningsbetingelser. Tät- ningsmaterialet 61 är impregnerat med dispergerad TFE,_som därefter torkas.

Lämpliga organiska fibrer är TFE, aramid, polyeten, poly- propen och nylon, varvid TFE och aramid föredrages. Lämpliga vitrösa fibrer är glasfiber av kemisk kvalitet, konstruk- tionskvalitet (structural) och elektrisk kvalitet, keramiska fibrer och kvartsfibrer, varvid glasfibrer av kemisk kvalitet föredrages på grund av materialets större beständighet mot kemiska angrepp. Impregneringsmedlet betecknas med 64 och det föredragna impregneringsmedlet är dispergerad TFE.

Stärkelse kan emellertid användas, om det inneslutna fluidet är vattenfritt.

Vid framställning av utföringsformen enligt figur 6a flätas först vitrös fiber 63 och därefter flätas organisk fiber 62 över den vitrösa fibern (flät-över-flätning). Viktförhål- landet oorganisk fiber till organisk fiber kan ligga inom 5:95 och 95:5 men ligger företrädesvis mellan 20:80 och 80:20.

Efter flätning kalandreras materialet till rektangulär sek- tion. Glasfiberflätningen gör kontakt med organisk fiber över hela ytan och härigenom erhålles den erforderliga kvar- hållningen (restraint). 810425540 'Vid tillverkning av utföringsformen enligt figur Gb användes den utföringsform, enligt vilken oorganiska och organiska fibrer tvinnas eller spinnes eller lägges upp tillsammans till bildning av garn eller strängar 65 och dessa flätas där- efter till en eller fler mantlar. -I den tätning som visas på figur 6b visas endast.en mantel. Antalet mantlar kan vara så stort som erfordras för den speciella användningen; I allmänhet kan vikten av varje komponent ligga mellan 5v% och i95 % men ligger företrädesvis mellan 10 % och 90 %. Impreg- neringsmedlet är företrädesvis dispergerad TFE.

'Vid framställning av_den på figur 6c_visade utföringsformen innehåller vissa strängar 70 endast oorganiska fibrer och andra strängar 75 innehåller endast organiska fibrer. Även i detta fall, liksom enligt figur 6b, visas endast en enkel mantel, men tätningen kan ha godtyckligt önskat antal mantlarg den ena utanför den andra. Enligt den konstruktion som visas på figur 6b kan även en enkel sträng innehålla både oorga- niska och organiska fibrer.

Utföringsformen enligt figur 7 är en modifikation av den på figur 6a visade. I utföringsformen enligt figur 7 formas först en inre mantel av organiska fibrer 66 genom flätning, varefter en basmantel av vitrös fiber 67 flätas över den inre manteln, slutligen en yttre mantel av organisk fiber 68 flä- tas över basmanteln av vitrös fiber 67.. Tätningsmaterialet, som anges allmänt med hänvisningsbeteckningen 69, impregneras, företrädesvis med TFE-dispersion, och torkas vid godtyckligt stadium av tillverkningen.

Vid framställning av tätningsmaterialet för tätning av locket till ett tryckkärl till själva tryckkärlet eller för tätning av sammanfogade rörlängder måste tätningsmaterialet skäras.

Om snittet är vinkelrätt mot den allmänna riktningen eller huvudriktningen av tätningsmaterialet, kan fluidtrycket undantränga tätningen i en riktning, som är sidoriktad mot själva tätningen.' För att förhindra detta bör tätningen skäras så att motstånd mot fluidtrycket erhålles av den vit- s1o423s~o rösa fibern. Såsom visas på figur 8_är tätningsmaterialet 71 skuret diagonalt, så att fluidtrycket i den med pilen 72 visade riktningen motverkas av både den_organiska och den vitrösa fibern, varvid huvuddelen av motståndet mot undan- trängning eller kallflytning åstadkommes av den vitrösa fibern.

Ett annat sätt att bereda de skurna.ändarna av tätningsmate- rialet visas på figur 9. För att bereda den konstruktion, som visas på figur 9,_öppnas först änden 72 av tätningsmatee rialet.7l upp, varvid den flätade konstruktionen_möjliggör' detta. Änden 73 av tätningsmaterialet iníöres därefter i den öppna änden 72. När tryck pålägges av flänsarna (icke visade), som tätas samman, deformeras de organiska fibrerna 74 och oorganiska fibrerna 76-såsom visas på figür 9, så att man erhåller ett arrangemang, i vilket de vitrösa fibrerna 76 i de skurna ändarna tränger in förbi varandra och häri- genom förstärker de skurna ändarna mot fluidtrycket{ Ytterligare en utföringsform visas pä_figurerna IQ och ll.

Figur 10 visar i perspektiv ett spont-och~notarrangemang, i vilket sponten innefattar vitrösa fibrer för armering av de organiska fibrerna vid andra änden av tätningen.E Den inre konstruktionen visas i sektion på figur_ll, varvid de vit- rösa fibrerna är betecknade med hänvisningsbeteckningen 77 och de organiska fibrerna med hänvisningsbeteckningen 78.

Det är uppenbart att samtliga de ovan angivna konstruktionerna kan utnyttjas för samtliga de beskrivna tätningsmaterialen¿ Såsom resultat av den armering som åstadkommas med den vit- rösa fibern, i synnerhet när ändarna formas såsom angivits' ovan, kan så höga tryck som 28 at vid l9l°C och 4,2 at vid 232OC upptagas. Genom kombinering av dessa material anpassas styrkan hos den vitrösa fibern, som orsakar svårigheter vid användning enbart, av den mjuka, dämpande, fyllande effekten av den organiska fibern. På liknande sätt gäller att när, mjukheten hos den organiska fibern är den begränsande faktorn " ~e1o42s5-n vid användning enbart, förstärkes och regleras denna genom användningen av den vitrösa fibern. -Slutligen eliminerar .kombinationen av TFE-fiber, glasfiber och TFE-dispersion fullständigt problemet med vidhäftning till metallflänsar, såsom visas på figur 12. Vid konstruktionen enligt figur 12 visas metallflänsar_8l¿ exempelvis på ett lock och en kropp av ett kärl. Tätningsmaterialet skäres med kvadratiska eller raka kanter, men längden av tätningsmaterialet avpassas så att det kan bilda två varv runt kärlet, varvid de två varven lägges i form av en spiral. De skurna ändarna av tätningen betecknas 82 och 83 och längden av det skurna tätningsmate- rialet är sådan, att det_är tillräckligt långt för att ligga runt fogen såsom visas på figur 12. När tryck pålägges på de båda varven av tätningen, böjes eller deformeras tätnings- materialet såsom visas vid 84. Undanträngning av tätningen vid exempelvis den skurna.änden 82 förhindras genom den armering som åstadkommas av den vitrösa.fibern vid 86 i tät- ningens inre varv. På liknande sätt förhindras undanträng- ning av den skurna änden 83 av den armerande verkan som erhålles av de vitrösa fibrerna vid punkten 87 i det yttre skiktet av tätningsmaterialet.

Den relativa tjockleken av skiktet av vitrös fiber och skik- tet av organisk fiber.väljes i överensstämmelse med arme- ringsgraden och graden av anpassbarhet som önskas.

Claims (7)

81Û4255~0 PATENTKRAV

1. l. Packning, som innefattar strängar av oorganiska fibrer ochr organiska fibrer som är sammanflätade, k ä n n e t e c k n a dl därav, att de oorganiska fibrerna är valda från-gruppen be? stående av glas av elektrokvalitet, glas av konstruktionskvali- tet, glas av kemisk kvalitet, keramisk fiber och kvarts~ fiber, samt de organiska fibrerna är valda från gruppen be- stående av polytetrafluoreten, polyeten, polypropen, aramid, nylon, rayon, linne, rami, hampa, jute, bomull, kolfiber och grafitfiber, varvid halten av vitrös fiber i de sammanflätade strängarna är från 5 till 95 viktprocent och halten av orga- nisk fiber företrädesvis är från 5 till ss viktprocent samt i synnerhet från lO till 35 viktprocent.

2. Packning enligt patentkravet l, k-ä n_n e t e c k n a d därav, att varje sträng utgöres av oorganiska Och Organiska fibrer i kombination eller innefattar första strängar bestående av oorganiska-fibrer och andra strängar bestående av organiska fibrer, varvid strängarna är sammanflätade.

3. Packning enligt patentkravet 1 eller 2, koä n n e t e c k - n a d därav, att den innehåller ett oorganiskt smörjmedel valt från gruppen bestående av dispergerad grafit, MOSZ, TiS2, WS2, glimmer, talk och kombinationer därav samt ett bindemedel av polytetrafluoretendispersion eller stärkelse i kombination med det oorganiska smörjmedlet, företrädesvis dispergerad gra- fit såsom smörjmedel och dispergerad polytetrafluoreten såsom bindemedel, i synnerhet med en grafithalt i denna kombination av från 60 till 90 viktprocent,

4. Packning enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innehåller ett impregneringsmedel bestående väsentligen av O till 100 % dispergerad polytetrafluoreten, varvid återstoden utgöres av dispergerad grafit. 8104235-0

5. Packning enligt patentkravet l eller 2, k ä n n e t e c_k - n a d därav, att den innefattar en.flätad mantel innehållande en kombination av oorganisk fiber och organisk fiber varvid manteln innehåller en kärna av prisbillig organisk fiber, som väljes från gruppen.bestående av jute, lin, hampa, bomull, rami, nylon, rayon, polyeten och polypropen, varvid den organiska fibern i den flätade manteln väljes från gruppen bestående av» polytetrafluoreten, polypropen, aramid och grafit.

6. Packning enligt patentkravet 5, k ä n.n e.t e c k n a d därav, att varje sträng i manteln innehåller 2-50 viktprocent organisk fiber, som utgöres av aramid, varvid de organiska och oorganiska fibrerna är upplagda, tvinnade eller spunna till- Sümmâfls .

7. Packning enligt patentkravet l, 2, 5 eller 6, k_ä n n'e - t e c k n a t därav, att packningen vidare innehåller ett smörjmedel valt från gruppen bestående av grafit, Mo52, WS2, TiS2, talk och glimmer samt ett bindemedel bestående av-dis- pergerad polytetrafluoreten eller stärkelse, företrädesvis i ett viktforhållande bindemedel:smörjmedel av mellan 5:95 och 50í50.