TW201723358A - 渦卷形墊片 - Google Patents

Abstract

提供一種在使用調配有無機纖維之薄片時，泄漏路徑較少且具有常溫密封性之渦卷形墊片。前述渦卷形墊片係具備將填充材與箍材疊合且捲繞成為渦卷狀而形成的墊片本體之渦卷型墊片，其特徵在於：該填充材係由調配有無機纖維之薄片所構成，填充材之依據JIS B 0031(1994)之Rz值為26μm以下。前述渦卷形墊片之填充材組成，係在無機填充材74~85重量%、無機纖維2~20重量%、有機纖維2~20重量%、有機黏結劑4~12重量%的範圍(但是，合計為100重量%)。

Description

渦卷形墊片

本發明係有關於一種渦卷形墊片，更詳言之，係有關於一種將無機纖維使用在墊片本體的填充材之渦卷形墊片。

墊片係通常以非金屬墊片‧半金屬墊片‧金屬墊片等三種作為主流。尤其是半金屬墊片，係能夠使用在非金屬墊片使用無法的高壓條件下。又，雖然有金屬墊片作為能夠在高壓條件下使用的墊片，但是被要求較高的尺寸精密性且較硬而不容易鎖定。基於此種理由，通常係使用在特殊條件下。另一方面，半金屬墊片係能夠在高壓條件下使用且加工性和操作較容易，通常作為在高壓下使用的墊片。特別在半金屬墊片之中，渦卷形墊片係代表性的墊片之一。

能夠在高壓條件下使用的渦卷形墊片，係由填充材(filler)及箍材(hoop material)所構成。

渦卷形墊片(SWG)係如第1圖所顯示的構成。亦即，在渦卷形墊片，係將填充材1及箍材2(該箍材2係由剖面為V字等形狀的薄金屬帶所構成)疊合並捲成渦 卷狀，在開始捲起及結束捲取時只有使用箍材2進行空捲2~3圈，再藉由點熔接等將其固定而形成墊片本體10。

然後，在該墊片本體10的內周緣，藉由將由環狀金屬板所構成的內環環構件3作為導引構件進行嵌合而固定。又，在墊片本體10的外周緣，係藉由將由環狀金屬板所構成的外環環構件4作為導引構件進行嵌合而固定。

此種填充材，代表性者有膨脹石墨片(例如專利文獻1：特開2011-144881號公報)、以雲母作為主體之薄片(例如專利文獻2：特開2007-127178號公報)、調配有無機纖維(例如專利文獻3：特開平7-305772號公報)而成之薄片。

對內壓之耐性雖各自類似，但是由於填充材質不同而產生的優點及問題點係如以下。

在以雲母作為主體之薄片，雖然能夠使用在高溫區域，但是在常溫之密封性差。又，在膨脹石墨片，雖然在常溫之密封性良好，但是膨脹石墨之材質較柔軟而容易損傷。因此，有因傷痕而形成泄漏路徑(leak path)和不 良率提升之顧慮，而且在加工性和操作性有問題。

相對於此，調配有無機纖維之薄片作為填充材，係具有比較強的強度、不容易產生損傷、而且具有優異的加工性及操作性。又，雖然具有雲母以上的密封性之優點，但不具有能夠與膨脹石墨匹敵之常溫密封性。

先前技術文獻 專利文獻

[專利文獻1]日本特開2011-144881號公報

[專利文獻2]日本特開2007-127178號公報

[專利文獻3]日本特開平7-305772號公報

基於此種狀況，本發明係鑒於如上述先前技術之問題點而進行者，其目的係提供一種在使用調配有無機纖維之薄片時，泄漏路徑較少且具有常溫密封性之渦卷形墊片。

通常，認為渦卷形墊片的密封性問題係以下的主要因素。

(i)墊片與法蘭(flange)之間的接面泄漏

(ii)通過填充材內部之透過泄漏

(iii)通過填充材與箍材的界面之透過泄漏

本案發明者等係在調配有無機纖維之薄片材，思考藉由改善(iii)來提升常溫密封性。而且，認為(iii)的泄漏機構，係流體沿著交替地層積後被捲取之箍材與填充材的接觸面(contact area)而產生流動，發現為了減少此種情形，填充材的表面粗糙度係重要的，紋路細緻者(Rz較小者)緻密地進行接觸，能夠減輕(iii)所引起的泄漏，而完成了本發明。

本發明的構成係如以下。

[1]一種渦卷形墊片，係具備將填充材與箍材疊合後捲繞成為渦卷狀而形成的墊片本體之渦卷型墊片，其特徵在於：該填充材係由調配有無機纖維之薄片所構成，填充材之依據JIS B 0031(1994)之Rz值為26μm以下。

[2]如[1]所述之渦卷形墊片，其中填充材之組成，係在無機填充材74~85重量%、無機纖維2~20重量%、有機纖維2~20重量%、有機黏結劑4~12重量%的範圍(但是，合計為100重量%)。

[3]如[1]或[2]所述之渦卷形墊片，其中無機纖維係含有岩絨(rock wool)。

[4]如[3]所述之渦卷形墊片，其中無機纖維的75重量%以上為岩絨。

[5]如[1]至[4]項所述之渦卷形墊片，其中無機纖維的縱橫比之平均值在70~115的範圍。

本發明的渦卷形墊片，係藉由使用具有預 定表面粗糙度(Rz)之填充材，使箍材與填充材之間的親和性成為良好。其結果，可減輕通過填充材與箍材的界面之透過泄漏且在常溫之密封性變為良好。

1‧‧‧填充材

2‧‧‧箍材

3‧‧‧內環環構件

4‧‧‧外環環構件

10‧‧‧墊片本體

第1圖係顯示渦卷形墊片的概略之部分剖面圖。

以下，更詳細地說明本發明的渦卷形墊片。

本發明的渦卷形墊片，係如第1圖所記載，具備將填充材與箍材疊合後捲繞成為渦卷狀而形成的環狀墊片本體。

[填充材]

填充材係由調配有無機纖維之薄片所構成。

在本發明所使用的填充材，係依據JIS B 0031(1994)之Rz值為26μm以下，較佳為25μm以下，更佳為24μm以下。又，Rz值係以1μm以上為佳。又，Rz係從粗糙度曲線在其平均線方向截取基準長度，求取從該截取部分的平均線朝縱倍率方向所測定之從最高峰頂起至第5位為止的山頂標高的絕對值之平均值、與從最低谷底起至第5位為止的谷底標高的絕對值之平均值之和，而且以μm表示該值者。Rz係能夠使用表面粗糙度測定機來測定。

作為無機纖維，能夠使用石綿以外的無機纖維，具體而言，例如可舉出陶瓷纖維、岩絨、玻璃纖維、 鈦酸纖維等。其中由具有生物分解性而言，以岩絨為佳。

作為控制填充材的表面粗糙度之主要因素，認為起因於纖維的縱橫比。認為無機纖維的縱橫比較大時，在填充材表面突出的纖維之凹凸變大，就表面粗糙度而言係成為粗糙的狀態(Rz值變大)。在本件之實施例所使用之岩絨的縱橫比之平均值為72.48。又，比較例的縱橫比之平均值為117.80。因此，藉由選擇使用適當縱橫比的無機纖維，能夠達成預定表面粗糙度。

作為此種無機纖維，平均纖維直徑為20μm以下、較佳為11~20μm，其平均纖維長度係能夠從前述的纖維直徑及縱橫比適當地選定。又，縱橫比的平均值以150以下為宜，較佳為115以下，更佳是在70~115的範圍。

無機纖維的形狀，係藉由顯微鏡觀察100個試樣，使用在實施例所顯示的方法，測定纖維直徑與纖維長度，求取平均值同時算出縱橫比。

在本發明，此種無機纖維可使用1種或組合使用2種以上。

在本發明，從生物分解性等的觀點不會對環境造成不良影響者，以含有岩絨作為無機纖維為佳。而且，較佳是無機纖維的75重量%以上為岩絨。

在本發明，此種無機纖維可使用1種或組合使用2種以上。

填充材，係與前述無機纖維同時含有有機纖維、無機填充材、無機黏結劑及有機黏結劑而形成為佳。

作為有機纖維，可舉出植物纖維等天然纖維；醯胺纖維等合成纖維；碳化纖維；碳纖維；石墨化纖維等。該等有機纖維可使用1種且可組合使用2種以上。

該等有機纖維，係在將填充材與箍材疊合捲起而製造渦卷形墊片時，達成填充材不斷裂等增強填充材的強度之任務。此種有機纖維，係以富於柔軟性且不會使所得到的渦卷形墊片之氣密性降低者為佳，其纖維直徑為10μm以下，以0.2μm以上為佳。因此，作為此種有機纖維，係以使用至少一種如上述的纖維直徑纖絲化(fibrillation)而成的木槳狀醯胺纖維(aramid fiber)為佳。

作為無機填充材，可舉出滑石、黏土、碳酸鈣、硫酸鋇、氧化鋅、氧化鈦、氧化矽等。該等無機填充材係達成提高纖維間的堵塞(氣密性)、填充材的可撓性、填充材在高溫時之形狀保持性(凝聚性)之任務，而且在高溫時不消失而殘留來達成維持密封性之任務。此種無機填充材的粒徑係以較微細為佳，具體而言，較佳是粒徑為5μm以下且具有1μm以下的粒子存在5%以上之粒徑分布。在本發明，較佳是將具有互相不同粒徑分布之2種以上的填充材組合使用，將如此粒徑分布不同之2種以上的填充材組合使用時，能夠得到具有優異的氣密性、可撓性之墊片。

黏結劑係將纖維與無機填充材鍵結，來達成提高密封性且對填充材提供機械強度之任務，可為有機‧無機的任一種，又，亦可將有機黏結劑與無機黏結劑 組合使用。作為此種無機黏結劑，具體而言，例如能夠舉出聚磷酸鹽、水玻璃等。作為有機黏結劑者，具體而言，例如可舉出NBR系、SBR系、丙烯酸酯系、氟橡膠系等富於耐熱性之彈性體系有機黏結劑、甲基矽酮系黏結劑、苯基矽酮系黏結劑等矽酮系黏結劑、或水分散系酚樹脂等苯酚系黏結劑。

填充材係除了上述的成分以外，亦可按照必要而含有石蠟系等撥水‧撥油劑。使用此種撥水‧撥油劑時，能夠提升常溫時的密封性。

又，本發明的填充材係除了上述成分以外，亦可進一步含有各種硫化劑、硫化促進劑、硫化助劑、防老化劑、著色劑等。

在本發明使用的填充材，為了顯現預定強度，係以在無機填充材74~85重量%、無機纖維2~20重量%、有機纖維2~20重量%、有機黏結劑4~12重量%的範圍(但是，合計為100重量%)為佳。

在本發明所使用的填充材，係含有如上述的無機纖維及無機填充材、以及無機黏結劑時，無機物係合計含有76~94重量%、較佳為85~90重量%(但是，含有無機黏結劑時，無機填充材、無機纖維、有機纖維、有機黏結劑及無機黏結劑的合計為100重量%)。

填充材中之無機纖維為2~20重量%，較佳為2~19重量%，特佳是含有2~18重量%的量，而且，上述無機物的總量100重量份中，無機纖維為1.8重量份以上， 較佳是含有3.5重量份以上的量為佳。

又，在填充材中，無機黏結劑與有機黏結劑係合計為5~20重量%，較佳是7~17重量%的量，而且無機纖維與有機纖維係合計為4~20重量%，較佳是含有5~15重量%的量。

而且，有機纖維為2~20重量%，較佳為2.0~13.7重量%，特佳是在填充材中含有2.0~9.7重量%的量。

該由無機纖維、無機黏結劑及無機填充材所構成的無機物，係含有如上述的總量之填充材，在高溫下具有優異的氣密性。又，無機物含量小於76重量%之填充材，因為有機物較多，所以在高溫下被分解且顯著地減量，致使黏結劑的堵塞效果消失。

又，如上述含有無機纖維及有機纖維合計4~20重量%的量之填充材，具有製造填充材時必要的強度及製造渦卷形墊片時必要的強度。而且在具有該填充材之渦卷形墊片，常溫時亦具有優異的密封性，即便在高溫下使用亦不會因其熱減量而損害氣密性。

填充材係能夠使用抄紙法等先前眾所周知的方法來製造。又，亦能夠藉由包含壓延步驟之輥壓成形來製造，其中該壓延步驟係使含有無機纖維等各成分之混合物，通過雙軸輥筒之間複數次。在輥壓成形時，亦能夠藉由提高填充材的壓縮率，來調整成為所需要的表面粗糙度。

[箍材]

作為前述箍材，係能夠使用在通常的渦卷形墊片所使用的帶狀箍材。

作為箍材的材料，可舉出SUS304、SUS304L、SUS316、SUS316L等不鏽鋼鋼材、及鋁、英高鎳(Inconel)、赫史特合金(hastelloy)等單體金屬及合金等。

前述箍材的厚度，係依照墊片的尺寸、使用用途、要求性能等的條件而不同，通常係能夠設定在0.1~0.3mm的範圍。

前述箍材的剖面形狀，係能夠採用V字形、M字形等形成彎曲線狀者；以及圓弧狀、波形狀等的曲線狀者；亦能夠採用將直線部分與曲線部分組合而成者等。

[渦卷形墊片]

本發明的渦卷形墊片，係具備將前述填充材及前述箍材使用先前眾所周知的方法捲繞成為渦卷狀而形成之墊片本體。

又，在前述墊片本體，亦能夠併用前述填充材以外的填充材。例如只有在內周部及外周部使用前述填充材、在中央部則使用先前的膨脹石墨填充材而形成墊片本體。

本發明的渦卷型墊片亦可進一步具備被嵌合在前述墊片本體的內周之內環環構件及/或被嵌合在前述墊片本體的外周之外環環構件。

因為本發明的渦卷形墊片，係包含具備如 上述的表面粗糙度的填充材之構造，填充材與箍材係緊密地溶合，所以能夠抑制從填充材與箍材之間產生泄漏。因此，發揮較高的常溫密封性。

[實施例]

以下，藉由實施例而更詳細地說明本發明之渦卷形墊片，但是本發明係不受該等實施例之任何限定。

<纖維直徑、纖維長度的評價>

拍攝無機纖維的電子顯微鏡照相且測定直徑及長度。

[實施例1]

使用含有無機填充材(滑石‧黏土及其他)：78重量%、無機纖維(生物分解性岩絨，Lapinus RoxulR1000RS470)：6重量%、有機纖維(醯胺纖維)：8重量%、有機黏結劑(NBR)：8重量%之填充材。填充材的形態為薄片狀，其厚度為0.5±0.05mm。岩絨的縱橫比之平均值為72.48。

使用以下的方法，評價填充材的表面粗糙度。

<評價方法>

依據JIS B 0031(1994)的方式進行測定。測定係針對所製造的3個試片進行。

評價長度：4.0mm

評價速度：0.3mm/s

截止值：0.8mm

其結果，Rz=19.835μm、20.335μm、21.538μm。

其次，使用將厚度0.2mm、寬度5.3mm的 SUS304製薄板以成為預定墊片高度(4.5mm)的方式將剖面形成為大略V字狀之箍材、及經調整寬度成為6.0mm之前述各填充材，製成附內外環的渦卷形墊片(墊片尺寸：JIS10K25A，內環內徑：61mm，墊片本體：69mm×89mm，外環外徑：104mm)。

具體而言，係在碳鋼(SPCC)製內環的外徑側將箍材的端部進行點熔接且只以箍材纏繞2圈之後，將填充材與箍材重疊捲繞，在最後只以箍材捲繞2圈，成為預定墊片寬度6.5cm，捲繞後之箍材的外形側端部係藉由點熔接固定，進而安裝碳鋼(SPCC)製的外環，製成附內外環的渦卷形墊片。

將所製成的渦卷形墊片安裝在SUS316L製的法蘭(適用法蘭規格：JIS B 2238)之間，使用SNB7製的螺栓，以墊片勒緊面壓成為50MPa之方式使其壓縮而製成供試物。

其次，將該供試物的密封性能，使用肥皂水發泡法評價常溫密封性。

<肥皂水發泡法>

將試驗用墊片組裝在實際機台(氣體性流體用配管)的法蘭部，在法蘭間隙塗佈肥皂水之後，使氦氣在配管內流通，藉由有無氣泡產生，來判斷是否有氦氣從配管的接續部泄漏。肥皂水發泡法係在工業界之泄漏評價，只要泄漏量為3×10^-4Pa‧m³/s以上，就能夠觀測到肥皂水產生發泡，而成為判斷初期是否密封之材料。

[比較例1]

使用含有無機填充材(滑石‧黏土及其他)：78重量%、無機纖維(耐火陶瓷纖維)：6重量%、有機纖維(醯胺纖維)：8重量%、有機黏結劑(NBR)：8重量%之填充材。填充材的形態為薄片狀，其厚度為0.5±0.05mm。耐火陶瓷纖維的平均縱橫比為117.80。

使用與實施例1同樣的方法，評價3個填充材的表面粗糙度。其結果，Rz=34.806μm、34.654μm、27.943μm。

使用比較例1的填充材代替實施例1的填充材，且與上述實施例1同樣進行而製成附內外環的渦卷形墊片，使用肥皂水發泡法評價常溫密封性及加熱後密封性能。

將結果同時顯在表2。

1‧‧‧填充材

2‧‧‧箍材

3‧‧‧內環環構件

4‧‧‧外環環構件

10‧‧‧墊片本體

Claims (5)

1. 一種渦卷形墊片，係具備將填充材與箍材疊合且捲繞成為渦卷狀而形成的墊片本體，該渦卷型墊片之特徵在於：該填充材係由調配有無機纖維之薄片所構成，填充材之依據JIS B 0031(1994)之Rz值為26μm以下。
2. 如申請專利範圍第1項所述之渦卷形墊片，其中填充材之組成，係在無機填充材74~85重量%、無機纖維2~20重量%、有機纖維2~20重量%、有機黏結劑4~12重量%的範圍(但是，合計為100重量%)。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之渦卷形墊片，其中無機纖維係含有岩絨(rock wool)。
4. 如申請專利範圍第3項所述之渦卷形墊片，其中無機纖維的75重量%以上為岩絨。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之渦卷形墊片，其中無機纖維的縱橫比之平均值在70~115的範圍。