TW201309944A - 隨取即用型墊片 - Google Patents

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Viraj Kadam
Yoke Ai Gan
Jagadeesh Kompala
Hao Yin
Peter Wrobel
Shabbir Attarwala
Gregg W Rossier
Ingle Pradhyumna
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Henkel Ag & Co Kgaa
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Abstract

揭示一種墊片,其包含一載體、一於該載體各邊之黏合層,以及一於各黏合層上部之剝離層。此墊片可隨取即用。其可結合固態墊片和液態墊片之優點以及可於組裝線被方便地處理。

Description

隨取即用型墊片
此發明係關於墊片之領域,其尤其指一種隨取即用型墊片。
墊片係一種充填於兩個嚙合面之間,尤其指凸緣之間,通常為避免於壓縮時滲漏自或進入接合物件內之機械密封。大部分主要製造業,包括汽車、航空、電子、電器和軍事工業,均於其製造工法中利用墊片。墊片藉由壓縮密封以阻止不需氣體或液體排放物而於多固定元件之間產生一氣密縫。
有數種類型之墊片,其中固態墊片和液體密封墊片(form-in-place gaskets)為兩種最常見之墊片。
傳統墊片係由固體材料,通常為軟木、硬紙板、纖維、石墨、金屬等所形成。我們稱其為固態墊片(或固體材料墊片)。固態墊片容易處理和方便使用,但是由於固體材料無法進入兩個凸緣表面間之微瑕疵內因此使用時無法達到100%密封度。
於是想到利用液體密封墊片(FIP墊片),其為於零件組合後固化之液體或密封膠。由於液體或密封膠可進入表面間之微瑕疵(micro imperfections)內,FIP墊片可達到100%密封度。但是FIP墊片需要通常連同機械系統(robotic systems)之撒佈裝置,其意即更多投資。此外,於組裝線上處理黏性液體或密封膠仍然感到棘手。
應用於小寬度凸緣時,液體密封墊片/FIPG(例如矽膠)之撒佈由於液體材料可能陷入油孔等(例如小型引擎)內而成為問題以及甚至造成危險。
用於改善墊片和墊片材料之各種應用上已有許多努力和報導。
JP1995141210A中揭示一種被用於油封之墊片材料,以及其包括 塗佈耐熱膠之鋼板、鋼板兩邊含基材纖維、一橡膠材料和一無機填充料之化合物層,以及化合物層上之矽層。該化合物層含基材纖維、無機填充料和一具有油溶脹性質之橡膠材料。
JP8109368提供一種適用於蒸汽、油等流體管路凸緣之複合墊片。此組合墊片係藉由層疊含≧5重量%聚四氟乙烯樹脂和≧30重量%無機填充料而獲得,需要時透過有機黏合劑塗佈至不織布一側或兩邊。
US7771641 B2描述一種具有整體彈性密封之內燃機引擎封蓋配件。該配件具有一用於配置整體密封和塑料製成之環形凸緣區域,同時該密封基本上包含一有機彈性體材料。該配件和密封被相互化學地連接。該密封藉由注塑成形被塗佈於該配件上。
DE4332346A中揭示一種由石墨材料製成之平墊片(密封、包裝),特別指提供環氧樹脂類塗料於內燃機引擎一或雙側使其可在操作條件下量產而仍具有對密封介質及操作溫度之良好阻抗力、施用彈性支撐物或塗料之良好附著力以及具有於密封面反作用黏接貼合之良好性質,並且同時不需大量安全設備之汽缸蓋墊片或排氣凸緣墊片。
DE3707598 A1中提供一種軟性平墊片材料,其含有以至少一石墨片或石墨薄膜層合以及,若適當時,含較佳為1-15%重量比熱固性合成樹脂、彈性體及/或無機黏合劑之黏合劑添加劑之一強化金屬板以及一能抵消黏合性之物質,例如較佳為0.5-10%重量比之金屬皂、石蠟及/或較佳為微粒聚四氟乙烯粉。該密封材料並未黏著至密封表面,儘管減少黏合劑含量其仍具有極強韌力而可在無碎裂之下被戳穿和操作以及,由於低黏合劑含量具有密封性,該無添加劑石墨墊片具有耐熱性和變形性,因而有利其於內燃機引擎內被用作為汽缸蓋墊片、排氣凸緣墊片或作為輔助墊片。
JP2000230639A中描述一種風管凸緣墊片以及用於製備其之裝 置。該風管凸緣墊片包含一被聚酯不織布包覆之帶狀岩棉(rock wool)核心。該聚酯不織布兩端被彎曲成對接狀態。具有剝離紙(release paper)之黏性雙面膠帶被貼合至不織布而可覆蓋該不織佈之對接面。
儘管有這些先前技術,仍亟須一種使用方便及亦具有極佳密封性能之隨取即用型墊片。
本發明提供一種新穎墊片,其有利地組合固態墊片和液態墊片並且可方便地於組裝線上進行操作。
本發明係關於一種墊片,其包含一載體(carrier)、一於載體各邊之黏合層以及一於各黏合層上部之剝離層。
在一具體實施例中,該墊片之剝離層於使用時被撕離。
在一具體實施例中,該墊片之黏合層於組合墊片時被固化。
在一具體實施例中,該黏性組成物可被裁剪而使黏合層和載體間之黏著力大於黏合層和剝離層間之黏著力。
本發明墊片之優點包括:節省成本-與一些傳統墊片比較本發明墊片可節省高達80%之成本。
隨時可被使用-由於墊片外層具有剝離層而不需先塗抹黏合劑,使用極為方便。
充填密封零件縫隙表面-與無潤滑油/機油/蟲膠之墊片比較,本發明墊片之黏合劑可充填入密封零件表面全部縫隙內而因此避免接合面之滲漏。當用於引擎時可提高引擎之效率。
參考下列說明、實例和申請專利範圍附件將可更彰顯本發明之各種特性、態樣和優點。
此處所提及全部公開資料、專利申請案、專利及其他參考文獻, 若非另有說明,藉由引證明確地完整併入於此作為各方面用途之完整說明。
除非另有說明,否則此處使用之全部技術和科學名詞與熟習本領域之技術者通常所瞭解之意義相同。為避免衝突,將以本專利說明之定義為準。
除非另有說明,否則全部百分比、份數、比例等均為重量比。
當以一範圍、較佳範圍或上方優選值和下方優選值之表單表示一數量、濃度或其他值或參數時,不論該範圍是否被分開披露其應被理解為已明確地披露任何範圍上限或較佳值及任何範圍下限或較佳值之任何配對所構成的全部範圍。例如,當述及「1至5」之範圍時,該述及範圍應被推論為包括「1至4」、「1至3」、「1至2」和「4至5」、「1至3和5」等範圍。當此處陳述一數值範圍時,除非另有明述,否則該範圍擬包含其端點以及在該範圍內的全部整數和分數。
當"約"一詞被用於描述一值或一範圍終點時,該披露應被視為包括該特定值或所指終點。
此外,除非另有相反的說明,「或」指一概括性「或」以及不排除「或」。例如,一條件式A「或」B係滿足下列任一陳述:A為真(或存在)和B為否(或不存在),A為否(或不存在)和B為真(或存在),以及A和B均為真(或存在)。
同樣,置於本發明元件或組件前不定冠詞之「一」意指該元件或組件之非限制實例數目(即事件)。因此,「一」應被視為包括一或至少一,以及該元件或組件之單數詞形除非該數目明顯意指單數否則亦包括複數。
此處所示材料、方法和實例僅供說明之用途以及,除非另有明述,否則非擬限制本發明之範圍。雖然此處所述之類似或相同的方法和材 料亦可被應用於本發明之實務或試驗中,但此處所述者為適當材料及方法。
詳細描述本發明於下文中。
墊片
在本發明之描述及主張中,「墊片」係一種充填於兩個嚙合面間之機械密封,例如兩片凸緣之接觸面。
一墊片通常為避免於壓縮時滲漏自或進入接合物件內。墊片容許機械零件上有充填不整齊之"不完美"嚙合面。墊片的製造通常切割自板材,例如墊片紙、橡膠、矽、金屬、軟木、氈、氯丁橡膠(neoprene)、乙腈、橡膠、玻離纖維或塑料聚合體(如聚氯三氟乙烯)。特殊用途墊片可含有石綿。該墊片通常較佳為由具有一些屈服度之材料製成而使其能變形以及緊密地充填入被設計成包括任何稍不規則之縫隙內。
墊片之一種重要應用為用於不同機械設備如引擎等之凸緣間作為凸緣墊片。凸緣墊片之實例包括機油散熱器墊片、定時齒輪箱墊片、定時齒輪箱至定時齒輪蓋墊片、水泵墊片、空調套管墊片、上層水冷卻墊片以及用於定時齒輪外殼上燃油噴射泵之墊片。
如上所述,固態墊片和液體密封墊片為兩種最常見之墊片。固態墊片容易處理,但是無法達到100%密封度。液體密封墊片(或FIP墊片)則可達到100%密封度,但是需要計量裝置並且於組裝線不易處理。
本發明提供一種隨取即用型墊片,其具有五層構造,包含一載體、一於載體各邊之黏合層以及一於各黏合層上部之剝離層。圖二舉例說明此隨取即用型墊片之五層構造,其中第一層為載體層、第二層為黏合層以及第三層為剝離層。
此處「隨取即用」意指該墊片可直接用於組裝過程而不需使用機油、潤滑油、黏合劑或密封膠。
載體
根據本發明,在五層構造中間提供一載體。載體強度決定墊片之最終強度。
原則上,全部用於製造傳統墊片之材料可被用於製備該本發明之載體。適當材料包括紙、紙板、橡膠-纖維、橡膠金屬、軟木橡膠、橡膠纖維、超細纖維等等。
在本發明一具體實施例中,該載體係一種預製墊片。可使用各種預製墊片,包括軟木墊片、紙板墊片、纖維墊片、石墨墊片、金屬墊片等。
該載體之形狀必須被裁剪成符合凸緣和接合面間縫隙之形狀。並且載體之材料必須在組合條件和操作條件,例如高壓和高溫下為安定。
在一具體實施例中黏合層必須不能穿入該載體層以避免損及載體之機械性能。
在另一具體實施例中該黏合層必須穿入載體層,較佳為甚至穿過該載體層至另一邊。此具體實施例對固化厭氧性黏合劑最為有效。
該載體之材料對黏合層之成分必須為惰性,以避免產生損害載體強度之不良反應。
載體材料和黏合層間有需要產生反應之例子,例如使載體和黏合層間獲得較佳之附著。
黏合層
於該載體兩邊提供黏合層。該黏合層容許該墊片被置於墊片表面並且於墊片表面對準和放置時被固定位。較佳為,其能於固定時仍可調整墊片的位置。
黏合層於本發明中可扮演許多角色。
首先,其於組裝過程中幫助墊片保持於定位。目前,許多製造商 例如汽車製造商係利用機油、潤滑油或蟲膠固定和放置固態墊片。此係一種極為油污骯髒之工作。
第二,該黏合層可改善凸緣和接合面間之密封度,特別是當固化後。由於係使用液體或半液體材料,該黏合層可於密封部被充填入表面瑕疵內,因而可達到相當於利用FIP墊片之密封效果。
此外,與金屬墊片比較,本發明墊片之黏合層甚至於固化後更具有彈性和高熱膨脹係數,因此於高溫下仍保持低度熱變形。此能於高溫下例如於引擎內釋出熱變形造成之壓力。
此外,由於該黏合層可調節凸緣之熱差膨脹,其有助於維持儀器例如引擎之結構整體性,以及可避免螺栓鬆落。
經固化黏合層較佳為對燃氣亦具有高阻透性而因此可避免燃氣之滲漏以減少滲出。
本發明墊片之黏合層可含有用於改善密封性能和減少滲出之反應性樹脂。該反應性樹脂較佳為在置於組裝位置之前不被固化以及當到達組裝條條時被固化,因此形成具有極佳密封性和優點之固定位墊片。
該黏合層較佳為以蠟狀半固體方式被供應,特別是當液狀黏合層過於液狀或極不易處理時。半固態黏合層之墊片容易儲存並且於組裝時可直接與金屬表面接觸。
本發明之黏合層可使用各種材料,包括厭氧性黏合劑、壓敏性黏合劑以及矽膠。
下列用作為黏合層成分之反應材料有利於提高其性能:凸緣密封劑,例如Henkel公司製造之Loctite®515、Loctite®518、Loctite®534、Loctite®620、Loctite®2440;矽酸鈉水溶液;硼酸水溶液; 水性環氧樹脂和矽酸鈉/硼酸混合物;水性丙烯酸酯和矽酸鈉/硼酸;以及苯并(口咢)(口井)樹脂。等等
在一較佳具體實施例中,該黏合層被形成為一厭氧性黏合劑。
應注意厭氧性黏合劑不建議用於純氧及/或富氧系統內以及不應被選擇作為用於氯或其他強氧化材料之密封劑。
在一進一步較佳具體實施例中,該黏合層被形成為一含有壓敏黏合劑之黏合組成物。
在一進一步較佳具體實施例中,該黏合層被形成為一含有矽膠之黏合組成物。
黏合層與載體間之黏合力較佳為大於黏合層與剝離層間之黏合力,因而儘可能減少從載體轉移至剝離層之黏合力。
本發明之黏合層可進一步含有少量技術中常用和習知之非必需添加物。添加劑之實例包括但不侷限於例如含一或多種矽、黏土、滑石粉等之填料成分;濕潤劑成分;安定劑成分。
只要不損及黏合層之基本和新穎0性以及對本發明墊片不造成明顯不良影響,這些添加物可適量存在於黏合層內。
剝離層
剝離層被施於黏合層上部以保護該黏合層不被刮傷以及用於固定黏合層之組成物。
剝離層於組裝時可被撕開以暴露出該黏合層。通常,剝離層於組裝廠被撕開,但是許多例子較佳為於隨取即用型墊片搬運至組裝廠之前被撕離,以維持組裝廠之整齊和清潔並且便於快速組裝。
一剝離層可形成自各種材料包括紙、塑料、纖物如不織布等等。
有時剝離層被施以塗膜以進一步減少該黏合層和剝離層間之黏合 力。基於此目的,該塗膜可含有潤滑油、矽膠或矽油。
墊片之組裝
本發明之墊片可輕易地被組裝。工人於組裝廠可輕易地撕開剝離層以及放置墊片(即一塗佈黏合層之載體)其餘部分於凸緣上然後以扣件組裝另一凸緣。
放置於正確位置之後,該墊片之黏合層可於厭氧條件在壓力或施熱下被固化。正常時需數小時達到固化,但是完全固化則需數天的時間。
含黏合劑墊片應覆蓋於整個凸緣以達到封閉濕氣和污染之目的。
墊片通常在按裝於大墊片之前被置於小墊片之凸緣區上。
測試
本發明墊片必需通過用於固態墊片和FIP墊片之全部必需測試。
有三種最重要保證該墊片性能之測試。其為根據ISO 4587標準之搭接剪力測試、耐化性/耐溶劑性測試以及根據STM 791之性能測試。
就用於引擎之墊片設計而言,其亦必需通過500小時之動力引擎測試。
根據本發明製備和使用組合凸緣內之墊片。
實例1:製備黏合劑組成物
於旋轉攪拌機內混合下列化合物並且在1500min-1之下旋轉2分鐘。
甲基丙烯酸聚胺基甲酸酯樹脂;78 g聚乙二醇二甲基丙烯酸酯18g;1-乙醯基-2-苯肼;0.32 g 1,4-萘醌;0.007 g 1,2-二羥基丙烷;4.3 g
一種四醋酸乙二胺(5%)、水(44%)、1,2-二羥基丙烷(15%)和EDTA(37%)之混合物;0.71 g以及糖精;1.1 g
接著,於旋轉混合物之攪拌杯(moxer cup)內加入0.55 g改性尿素以及在1500min-1混合2分鐘,將4.3 g氫過氧化枯烯(cumene hydroperoxide)加入攪拌杯內以及在1500min-1混合2分鐘,然後將16 g Disparlon 6200加入攪拌杯內以及在1500min-1混合4分鐘。Disparlon 6200係一種獲得自Henkel波多黎各公司之長鏈疏水性蠟。
將該形成混合物於60℃加熱2小時。
實例2:製備隨取即用型墊片
從無紡紙裁剪出所欲形狀(墊片形狀)之一種載體材料。將實例1製備之黏合劑組成物塗佈於該載體材料之一面至約0.1 mm厚度。一旦黏合劑被塗佈於該載體材料上之後,小心地將PET離形膜(release liner)覆蓋於黏合層上。然後將該載體材料翻面,以及將製備自實例1之黏合劑組成物塗佈於該載體材料之另一面,接著覆蓋上一層離形膜。因而可獲得一隨取即用型墊片。
實例3:利用隨取即用型墊片於組裝凸緣
放置製備自實例2之隨取即用型墊片於一凸緣金屬表面之前先清潔與凸緣接觸之金屬表面。清除表面污物,以及進行表面處理。一旦表面乾燥之後,撕除該隨取即用型墊片之離形膜,然後以露出黏合層面向和接觸被接合金屬表面之方式將墊片置於凸緣上。最後,撕除該隨取即用型墊片之另一面離形膜。上述凸緣與一隨取即用型墊片被按 裝於一接合凸緣上,而使該隨取即用型墊片被夾於兩個凸緣接合面之間。
本發明雖然已利用代表具體實施例進行圖解和描述,但是非擬侷限於所述說明細節,其可能做出各種修改和取代而不偏離本發明之精神。依此,熟習本技術之人士可在不超過例行實驗之下進行本發明此處揭示之改良物和相等物,並且全部此類改良物和相等物被視為仍屬於本發明下列申請專利範圍所定義之精神和範圍內。
1‧‧‧載體層
2‧‧‧黏合層
3‧‧‧剝離層
4‧‧‧凸緣
圖一 說明於凸緣之間使用本發明之墊片。
圖二 以圖解說明本發明墊片之五層構造。
1‧‧‧載體層
2‧‧‧黏合層
3‧‧‧剝離層

Claims (10)

  1. 一種墊片,包含一載體;一於載體各邊之黏合層;以及一於各黏合層上部之剝離層。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之墊片,其中該墊片之剝離層於使用時被撕離。
  3. 根據申請專利範圍第1項或第2項所述之墊片,其中該黏合層於組合墊片時被固化。
  4. 根據申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之墊片,其中該黏合層被形成為一厭氧性黏合劑。
  5. 根據申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之墊片,其中該黏合層被形成為一壓敏黏合劑組成物。
  6. 根據申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之墊片,其中該黏合層被形成為矽膠。
  7. 根據申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述之墊片,其中該載體係由軟木、紙、紙板、纖維、橡膠-纖維素、橡膠金屬、橡膠纖維、超細纖維、石墨、金屬或其組合所製成。
  8. 根據申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述之墊片,其中該載體係一種預製墊片。
  9. 一種根據申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述墊片之用途,其用於密封兩個嚙合面間之縫隙以避免壓縮時滲漏自或進入接合物件內。
  10. 一種用於密封兩個嚙合面間之縫隙以避免壓縮時滲漏自或進入接合物件內之方法,包括下列步驟:- 撕開該剝離層,- 將墊片其餘部分放置於其一嚙合面上, - 組合另一嚙合面,- 以一或多個扣件視需要地固定組成物件,以及- 固化該黏合層,較佳為於厭氧條件、於壓力或加熱之下。
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