TWI589803B - 渦卷形墊片 - Google Patents

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。

能夠使用在高溫高壓之渦卷形墊片(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(hoop material)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至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輪環構件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輪環構件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。

該等填充材的最高使用溫度及在長期加熱條件下之密封性，概略表示如下表。

膨脹石墨片在高溫環境下使用係困難的，被暴露在高溫時產生氧化而劣化；以雲母作為主體之薄片則有使用範圍狹窄而缺少泛用性之問題。

調配有無機纖維之薄片，係在至500℃為止的高溫區域存在在較高的區域具有密封性之優點。但是在高溫長期間繼續使用時，有密封性低落之問題點。

[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，其目的係提供一種即便長期在高溫環境下使用後，不僅發揮密封性，而且填充材缺損的顧慮較少之渦卷形墊片。

通常，認為渦卷形墊片的密封性低落之主要因素，係以下的機制。

(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

特別是將調配有無機纖維之薄片作為填充材之渦卷形墊片時，在加熱條件下長期使用時，認為(i)引起密封性低落。

其理由係將「調配有無機纖維之薄片」作為填充材之渦卷形墊片，由於在高溫狀態下長期使用和重複加熱冷卻致使墊片面壓低落時，填充材中的黏結劑成分因熱而消失。而且黏結劑成分消失時，填充材本身的強度低落而無法保持作為密封面的填充材之形狀。其結果，認為因配管內的壓力負荷、振動等致使填充材中的無機纖維等從密封面脫落，而且在墊片與法蘭之間的接面產生泄漏路徑且產生密封性低落。又，填充材的強度低落時，亦擔心因為脫落的無機纖維產生飛散而對環境造成影響。

而且，本案發明者等進一步專心研究，發 現藉由使用在預定加熱條件下所測定之加熱後的填充材強度為特定範圍之填充材，在渦卷形墊片使用中能夠抑制因配管應力、內壓等外部因素的作用引起之填充材缺損，而完成了本發明。

本發明的構成如下。

[1]一種渦卷形墊片，係具備將填充材與箍材疊合後捲起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，從填充材採取尺寸為長邊30mm×短邊15mm、厚度0.5±0.05mm的長方體試片且將該試片於500℃加熱96小時後，在14mm間隔的2根棒上，將加熱後的試片以短邊與棒平行且試片的中心與前述間隔的中心重疊之方式予以載置，在試片之中心，將重量1g、尺寸為短邊9mm×長邊15mm以上的長方體砝碼，以試片與砝碼的各自長邊的中心軸正交之方式予以載置，試片能夠保持5秒至10秒不破壞時，將強度設作1g，且進一步載置1g的砝碼而重複5秒至10秒的保持，將直到即將破壞之前為止試片能夠保持的砝碼重量設作填充材強度時，強度為9g以上。

[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至85重量%、無機纖維2至20重量%、有機纖維2至20重量%、有機黏結劑4至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，其中含有岩絨(rock wool)作為無機纖維。

[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]項中任一項所述之渦卷形墊片，其中無機纖維的平均纖維直徑在11至20μm的範圍。

[6]如[1]至[5]項中任一項所述之渦卷形墊片，其中無機纖維的平均縱橫比在70至115的範圍。

因為本發明的渦卷形墊片，係使用具有在預定條件下評價較高的填充材強度之填充材，所以在高溫條件下長期使用時之密封性高。

具體而言，係使用在預定條件下加熱後，具有一定以上的強度之填充材。其結果，在高溫長期使用時，能夠抑制因內壓負荷等外部因素引起填充材損失，即便在高溫環境下亦能夠長期繼續將流體密封。

1‧‧‧填充材

2‧‧‧箍材

3‧‧‧內輪環構件

4‧‧‧外輪環構件

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。

第2圖係測定填充材強度之概略圖。

以下，更詳細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，關於在填充材所調配的無機纖維，較佳是使用纖維長度較小(較短)而纖維直徑較大(粗的)纖維。亦即，縱橫比較小的纖維。認為藉由使用該無機纖維，無機纖維不容易折斷而能夠保持正常性，作為填充材的強度提升。

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。作為此種無機纖維，係以具有可撓性之不剛直者為佳，其平均纖維直徑為20μm以下，較佳為11至20μm。又，縱橫比的平均值為150以下，較佳是以115以下為佳，而且，以在70至115的範圍為較佳。又，平均纖維長度係能夠從前述的纖維直徑及縱橫比適當選定。

使用具有該範圍的縱橫比、纖維直徑之無機纖維時，能夠顯現預定之填充材強度。

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且不會對環境造成不良影響，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。

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者為佳。

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，亦可組合使用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、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)、填料的可撓性、填料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，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。

為了顯現預定強度，填充材係以在無機填充材74至85重量%、無機纖維2至20重量%、有機纖維2至20重量%、有機黏結劑4至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至94重量%、較佳為85至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%)。

填充材中的無機纖維為2至20重量%，較 佳為2至19重量%，特佳是含有2至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至20重量%，較佳是7至17重量%的量，而且無機纖維與有機纖維係合計為4至20重量%，較佳是含有5至15重量%的量。

而且，有機纖維為2至20重量%，較佳為2.0至13.7重量%，特佳是在填充材中含有2.0至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3至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，例如使用抄紙法製造填充材時如下述進行即可。首先，使用水力碎漿機(hydrapulper)或打漿機(beater)使預定量的有機纖維、無機纖維及無機填充材分散在水中 之後，添加預定量的有機.無機黏結劑及依照必要的硫化劑、硫化促進劑、撥水劑等各種副資材且適當地調整漿料濃度，其次，依照必要而添加固定劑使有機．無機黏結劑附著在上述纖維狀物、無機填充材等之後，將所得到的漿料狀物依次引導至貯槽(chest)、其次引導至抄紙機而得到填充材用片。又，亦可以依照必要，藉由在抄紙階段使用凝聚劑保持漿料的均勻分散性，再稀釋成為能夠抄紙的濃度後進行抄紙。

在本發明所使用的填充材，係在以下所評價的強度為9g以上，較佳為10g以上，更佳為11g以上。使用具有此種強度的填充材時，能夠在加熱條件下長期密封。因為加熱後填充材的強度較高，所以能夠抑制填充材的損失而能夠達成長期密封。又，強度的上限係只要能夠加工，就沒有特別限制。

為了調整此種填充材強度，無機纖維的纖維直徑、縱橫比、纖維長度及填充材中的含量係重要的，能夠藉由使用在前述預定範圍者來調整。

[強度測定]

從填充材採取尺寸為長邊30mm×短邊15mm、厚度0.5±0.05mm的長方體試片，於空氣環境500℃加熱96小時。黏結劑及有機纖維係因加熱而消失。將加熱後的試片以試片的長方形之中心為與下述棒之間隔之中心重疊之方式，將短邊載置在14mm間隔的2根(直徑約2.4mm(2.4至2.6mm)的不鏽鋼製)圓棒上。

將重量1g且尺寸為短邊9mm×長邊15mm以上的長方體砝碼，以試片與砝碼的各自長邊之中心軸為正交的方式載置在試片之中心，試片能夠保持5秒不破壞時，將強度設作1g且進一步追加1g的砝碼而重複保持5秒之操作。若未破壞，再追加1g的砝碼重複進行保持之操作，試片破壞時，將試片即將破壞之前能夠保持的砝碼重量，設作本發明的填充材之強度。

又，保持時間係較佳是使其固定為5秒，但即使大於5秒至10秒為止時，此種測定強度亦不受到影響。因此，在5至10秒之間保持即可。

砝碼的長邊係只要是15mm以上，就沒有特別限制，通常係使用25mm者。進行5次試驗且對5次的平均值進行評價。

[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)等的單體金屬及合金等。

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至0.3mm的範圍。

前述箍材的剖面形狀，係能夠採用V字形、 M字形等彎曲線狀者；以及圓弧狀、波形狀等曲線狀者；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地的方法，捲起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。例如亦可只有在內周部及外周部使用前述填充材，在中央部係使用先前的膨脹石墨填充材形成墊片本體。

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輪環構件及/或被嵌合在前述墊片本體的外周之外輪環構件。

因為本發明的渦卷形墊片係如上述的構造，即便在高氧化性環境下亦能夠發揮良好的密封性，在石油化學用密封材、石油純化工廠用密封材等的用途係有用的。

[實施例]

以下，藉由實施例更詳細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、纖維長度的評價方法>

拍攝無機纖維的電子顯微鏡照片且測定直徑及長度。

關於纖維長度，無機纖維係存在折斷、變短者。因此進行評價纖維長度時，係產生廣範圍的分布。為了排除該等的影響，係在光學顯微鏡照片隨機採取100根纖維進行 評價。使用所評價之纖維長度較長的前50百分比的數據作為評價對象(表2)。

又，從評價纖維長度後之纖維，算出平均纖維直徑。又，亦從各自之纖維直徑及纖維長度決定各自之縱橫比。實測的數據係記載在以下的表。評價結果亦記載在以下。

而且，測定機器係使用KEYENCE VHX-D510(VHX DIGITAL MICROSCOPE；VHX數位顯微鏡)且以光學倍率150至200倍進行評價。

[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(岩絨)：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。填充材的形態為抄紙，其厚度為0.5±0.05mm。岩絨的纖維直徑之平均直徑為11.05μm，纖維長度的平均長度為774.05μm。又，縱橫比的平均值為72.48。

使用上述的方法，將砝碼保持5秒重複進行以評價填充材強度。加熱使黏結劑及有機纖維消失後，測定填充材的強度。又，在實施例．比較例的加熱條件係在空氣下於500℃進行96小時。

其結果，填充材強度為13.0g。

[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(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。填充材的形態為抄紙，其厚度為0.5±0.05mm。陶瓷纖維的纖維直徑之平均直徑為8.73μm，纖維長度的平均長度為996.50μm。又，縱橫比的平均值為117.80。

與實施例1同樣使用上述方法評價填充材強度。加熱使黏結劑及有機纖維消失後，測定填充材的強度。

其結果、填充材強度為8.8g。

1‧‧‧填充材

2‧‧‧箍材

3‧‧‧內輪環構件

4‧‧‧外輪環構件

10‧‧‧墊片本體

Claims (6)

1. 一種渦卷形墊片，係具備將填充材與箍材疊合後捲起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，從填充材採取尺寸為長邊30mm×短邊15mm、厚度0.5±0.05mm的長方體試片且將該試片於500℃加熱96小時後，在14mm間隔的2根棒上，將加熱後的試片以短邊與棒平行且試片的中心與前述間隔的中心重疊之方式予以載置，在試片之中心，將重量1g、尺寸為短邊9mm×長邊15mm以上的長方體砝碼，以試片與砝碼的各自長邊的中心軸正交之方式予以載置，試片能夠保持5秒至10秒不破壞時，將強度設作1g，且進一步載置1g的砝碼而重複5秒至10秒的保持，將直到即將破壞之前為止試片能夠保持的砝碼重量設作填充材強度時，強度為9g以上。
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至85重量%、無機纖維2至20重量%、有機纖維2至20重量%、有機黏結劑4至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，其中含有岩絨(rock wool)作為無機纖維。
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或2項所述之渦卷形墊片，其中無機纖維的平均纖維直徑在11至20μm的範圍。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之渦卷形墊片，其中無機纖維的平均縱橫比在70至115的範圍。