TWI824771B

TWI824771B - 具有塗層之密封件以及其製造及使用方法

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Publication number: TWI824771B
Application number: TW111139001A
Authority: TW
Inventors: 瑞安莫勞; 東燁申; 珍瑪莉勒布倫; 貝德羅斯Ｊ塔斯雷基恩
Original assignee: 美商聖高拜塑膠製品公司
Priority date: 2021-10-15
Filing date: 2022-10-14
Publication date: 2023-12-01
Also published as: TW202319668A; US20230130234A1; WO2023064885A1

Abstract

一種密封件，其包括環本體及凹部，該環本體界定中心軸，該凹部延伸至該環本體中與該中心軸同心，其中該夾套包括至少30 wt%的PTFE及至少10 wt%的填料材料，且其中該填料材料包括含硼材料、含氮材料、含鈦材料、含矽材料、碳纖維、玻璃纖維、或其組合，其中該夾套進一步包括塗層；及賦能元件，其設置於該凹部中。

Description

具有塗層之密封件以及其製造及使用方法

本揭露係關於密封件。

密封件一般用以防止在兩個組件（例如，像是軸件及內孔的內組件及外組件）之間的環內發生洩漏。密封件可定位在軸件與內孔之間，以在密封件之相對側上維持不同流體壓力或以分離不同的流體組分。傳統密封件通常在延長時間週期暴露於溫度及壓力後失效。諸如與高效能引擎相關聯之工業持續需求能夠在延長時間週期耐受不同溫度及壓力條件，同時維持有效密封特性（諸如洩漏速率）的密封件。

根據本文所描述之實施例之密封件通常可包括界定一凹部之一夾套及設置於該凹部中之一賦能元件。在某些實施例中，該夾套可包括一均質組合物，該均質組合物包括例如至少30 wt%之聚合材料及至少10 wt%之填料材料。該填料材料可嵌入於該聚合材料內，增強該夾套之一或多個屬性。在具體實施例中，該填料材料可包括含硼材料、含氮材料、含鈦材料、含矽材料、碳纖維、玻璃纖維、或其組合。在具體實施例中，該夾套可包括塗層。

根據本文所描述之實施例之密封件通常包括界定一凹部之一夾套及設置於該凹部中之一賦能元件。在某些實施例中，如使用靜態測試1在低於400℃下所測量，該密封件可具有小於400 cc/min之一洩漏速率。

根據本文所描述之實施例之密封件通常包括界定一凹部之一夾套及設置於該凹部中之一賦能元件。在某些實施例中，在該密封件已使用靜態測試2在高於330℃至少200小時之條件下之後，如在低於300℃下所測量，該密封件可具有小於400 cc/min之一洩漏速率。

根據本文所描述之實施例之密封件通常包括界定一凹部之一夾套及設置於該凹部中之一賦能元件。在某些實施例中，在該密封件已使用靜態測試2在高於360℃至少2小時之條件下之後，如在低於300℃下所測量，該密封件可具有小於400 cc/min之一洩漏速率。

提供與圖式組合之以下描述以幫助理解本文中所揭示之教示內容。以下論述將聚焦於教示內容之具體實施方案及實施例。提供此聚焦以幫助描述教示內容且不應解釋為限制教示內容之範圍或適用性。然而，可基於本申請案中所揭示之教示來使用其他實施例。

用語「包含(comprises/comprising)」、「包括(includes/including)」、「具有(has/having)」或其任何其他變化意欲涵蓋非排他性包括。例如，包含特徵清單之方法、物品、或設備不必然限於彼等特徵，而是可包括未明確列出或此類方法、物品、或設備固有的其他特徵。另外，除非明確相反陳述，否則「或(or)」係指「包含性或(inclusive-or)」且不是「排他性或(exclusive-or)」。例如，藉由下列任一者滿足條件A或B：A係真（或存在）且B係偽（或不存在）；A係偽（或不存在）且B係真（或存在）；以及A及B兩者係真（或存在）。

此外，使用「一(a/an)」以描述本文所述之元件及組件。此僅為方便起見且給出本發明之範圍的一般意義。此描述應理解為包括一個、至少一個，或單數理解為亦包括複數，或反之亦然，除非明確其另有含義。例如，在本文中描述一單一項目時，可使用多於一個項目取代單個項目。類似地，在本文中描述多於一個項目時，單一項目可取代多於一個項目。

除非另有定義，否則本文中所用之所有技術及科學用語具有與本發明所屬領域中具有通常知識者通常所理解相同的含義。材料、方法及實例僅為說明性且不意欲為限制性。倘若本文未描述，則關於特定材料及處理動作之許多細節係習知的且可在密封件領域內之教科書及其他來源中找到。

參考圖1，密封件100可通常包括夾套102及賦能元件104。夾套102可包括界定凹部110的指狀物106及108。在一實施例中，指狀物106及108可繞線112對稱，使得凹部110亦係對稱的。賦能元件104可設置於凹部110內，諸如部分地設置於凹部110中或完全設置於凹部110中。在一實施例中，指狀物106及108中之至少一者可包括朝向凹部110延伸之遠端凸緣112。遠端凸緣112可防止賦能元件104從凹部110脫落。

賦能元件104可包括經調適以在至少一個向外定向方向（諸如朝向指狀物106及108中之至少一者）提供向外偏置力的本體。在一實施例中，賦能元件104可由彈簧組成，例如，諸如螺旋彈簧或具有O形截面輪廓之本體。在另一實施例中，賦能元件104可具有選自D形狀、U形狀、V形狀或C形狀之截面輪廓。在一具體實施例中，賦能元件104可具有在賦能元件104之表面以相鄰於指狀物106或108中之至少一者的方式延伸的懸臂式輪廓。賦能元件104之懸臂式部分可使指狀物106及108向外偏置以彼此分開。

在具體情況下，賦能元件104可具有纏繞設計。例如，賦能元件104之內部部分可包括與賦能元件104之外部部分之材料不同的第一材料。外部部分可纏繞內部部分之全部或一部分。在另一情況下，賦能元件104可包括具有弓形截面之導線。導線可被捲繞或纏繞以便形成通常O形狀的截面。在又另一實例中，賦能元件104可包括經纏繞以形成通常O形截面的條帶。在一具體實施例中，該條帶可具有彼此間隔開的兩個主要表面。該條帶可界定長度、寬度及厚度，其中長度大於寬度，且其中寬度大於厚度。該條帶可被捲繞，使得相鄰線圈在徑向方向彼此重疊諸如至少10%、至少20%或至少30%，或使得相鄰的線圈在徑向方向不重疊。在安裝之前，賦能元件104可界定大於凹部110之直徑的直徑。亦即，在一實施例中，可將賦能元件104可能對於凹部110而言尺寸過大。

在一實施例中，賦能元件104可相對於夾套102浮動。更具體而言，賦能元件104可相對於凹部110自由地移動。在另一實施例中，例如，諸如藉由黏著劑、夾套102及賦能元件104中之一或兩者的機械變形、螺紋或非螺紋緊固件、或藉由將賦能元件104至少部分地嵌入在夾套102內，可將賦能元件104耦接至夾套102。在一實施例中，賦能元件104之端部可經囊封在夾套102內，以防止賦能元件104從夾套102脫落。在利用黏著劑之實施例中，黏著劑層（未繪示）可設置於賦能元件104之至少一部分與夾套102之間。黏著劑層可包含熱熔黏著劑。可使用之黏著劑之實例包括氟聚合物、環氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚醚/聚醯胺共聚物、乙烯乙烯酸乙酯、乙烯四氟乙烯(ETFE)、ETFE共聚物、全氟烷氧基 (PFA）或其等之任何組合。另外，黏著劑可包含選自-C=O、-C-O-R、-COH、-COOH、-COOR、-CF ₂=CF-OR之至少一個官能基或其等之任何組合，其中R為含有介於1與20個碳原子之間的環狀或線性有機基團。另外，黏著劑可包括共聚物。

舉非限制性實例，賦能元件104可包括聚合物、金屬、合金或其等之組合。在具體實施例中，賦能元件104包括金屬。例示性金屬包括鋼、青銅、銅、Monel、Inconel、Elgiloy、Hastelloy及油回火色素鉻矽或釩。在一實施例中，賦能元件104可包括鉬、鈷、鐵、鉻、銅、錳、鈦、鋯、鋁、碳、鎢或其等之任何組合。在一具體實施例中，賦能元件104包括不銹鋼，諸如301不鏽鋼、302/304不鏽鋼、316不銹鋼或17-7不鏽鋼。

在一實施例中，一或多個抗腐蝕塗層（未繪示）可施加至賦能元件104。抗腐蝕塗層可具有1至50微米之範圍內（諸如在5至20微米之範圍內，或甚至在7至15微米之一範圍內）的厚度。抗腐蝕塗層可包含黏合促進劑層及環氧樹脂層。在一實施例中，環氧樹脂層可增加賦能元件104之抗腐蝕性。例如，環氧樹脂層可實質上防止腐蝕性元素（諸如水、鹽及類似物），從而使賦能元件104接觸，藉此抑制其化學腐蝕。

在某些實施例中，夾套102可具有至少0.01、至少0.1或至少0.2的平均表面粗糙度Ra。在其他實施例中，Ra可不大於1、不大於0.5、或不大於0.4。在一具體實施例中，夾套102可具有在0.1與0.7（含）之間範圍內的Ra。更具體而言，Ra可在介於0.2及0.4（含）之間的範圍內。

夾套102可具有至少45、至少50、至少55、至少60、至少65、至少70或至少75的肖氏D硬度。在一實施例中，夾套102可具有不大於100、不大於90、或不大於80的肖氏D硬度。希望夾套102包括具有在45與100（含）之間範圍內的肖氏D硬度之材料，以防止夾套102在延長使用期間破壞，同時提供足夠低密封特性的密封件100。

在某些實施例中，夾套102可包括聚合材料。例示性聚合物包括聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯丙烯氟化物(FEP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、乙烯氯三氟乙烯 (ECTFE ))、聚四氟乙烯(PFA)、聚縮醛、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醚(PI)、聚醚醯亞胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚乙烯(PE)、聚碸、聚醯胺(PA)、聚環氧乙烷、聚苯硫醚(PPS)、聚胺基甲酸酯、聚苯碸(PPS)、聚酯、液晶聚合物(LCP)、或其等之任何組合。根據具體實施例，夾套102可包括氟聚合物。例示性氟聚合物包括：乙烯丙烯氟化物(FEP)；聚四氟乙烯(PTFE)；聚偏二氟乙烯(PVDF)；聚四氟乙烯(PFA)；四氟乙烯、六氟丙烯與二氟亞乙烯(THV)之三元共聚物；聚三氟氯乙烯(PCTFE)；乙烯四氟乙烯(ETFE)共聚物；乙烯氯三氟乙烯(ECTFE)共聚物；或其等之任何組合。PTFE係根據本文中所描述之具體實施例予以使用，因為其展現極佳密封特性，同時維持移動中組件之間的低摩擦界面。

在某些實施例中，夾套102可包括含至少30 wt% PTFE、至少35 wt% PTFE、至少40 wt% PTFE、至少45 wt% PTFE、或至少50 wt% PTFE的混合物。在其他實施例中，混合物可不大於90 wt% PTFE、不大於75 wt% PTFE、不大於70 wt% PTFE、不大於65 wt% PTFE、不大於60 wt% PTFE、或不大於55 wt% PTFE。在一具體實施例中，夾套102可包括之混合物包括介於30 wt%與90 wt%（含）的夾套之間的範圍內的PTFE。在某些實施例中，混合物可包括介於40 wt%與60 wt%（含）的夾套之間的範圍內的PTFE。在其他實施例中，混合物可包括介於60 wt%與90 wt%（含）的夾套之間的範圍內的PTFE。

在一實施例中，混合物可進一步包括填料材料。該填料材料可包括含硼材料、含氮材料、含鈦材料、含矽材料、碳纖維、玻璃纖維或其等之組合。在更具體實施例中，填料材料可包括硼化鈦/二硼化鈦、氮化硼、聚矽氧粉末或其等之任何組合。

在一實施例中，該混合物可包括至少10 wt%的填料材料、至少15 wt%的填料材料、至少20 wt%的填料材料、至少25 wt%的填料材料、至少30 wt%的填料材料、至少35 wt%的填料材料、或至少40 wt%的填料材料。在一實施例中，該混合物可包括不大於70 wt%的填料材料、不大於65 wt%的填料材料、不大於60 wt%的填料材料、不大於55 wt%的填料材料、不大於50 wt%的填料材料、或不大於45 wt%的填料材料。在一具體實施例中，該填料材料可均質地分佈遍及混合物。均質地分佈可促進在夾套102內均勻磨損率，防止形成局部化磨損，諸如局部化裂解或局部化磨損。在另一具體實施例中，該填料材料可不均質地分佈遍及混合物。以此方式，在夾套102內之第一位置處的填料材料之wt%在與其中的第二位置相比較時可不同。例如，與將指狀物106及108連接在一起的夾套102之跟部相比較，該填料材料可重沉積於指狀物106及108之至少一者中（諸如兩者）。替代地，與指狀物106及108中之一或兩者相比較，跟部可包括較高濃度之填料材料。

在具體情況下，混合物可包括介於45至55 wt%（含）的混合物之間的範圍內的PTFE、介於30至50 wt%（含）的混合物之間的範圍內的碳纖維、介於5至15 wt%（含）的混合物之間的範圍內的硼化鈦/二硼化鈦。在更具體情況下，混合物可包括約50 wt%的PTFE、約40 wt%的碳纖維、及約10 wt%的硼化鈦/二硼化鈦。

在另一具體情況下，混合物可包括介於45至55 wt%（含）的混合物之間的範圍內的PTFE、介於30至50 wt%（含）的混合物之間的範圍內的玻璃纖維、介於5至15 wt%（含）的混合物之間的範圍內的硼化鈦/二硼化鈦。在一更具體情況下，夾套102可包括約50 wt%的PTFE、約40 wt%玻璃纖維、及約10 wt%的硼化鈦/二硼化鈦。

在又另一具體情況下，混合物可包括約75 wt%的PTFE及約25 wt%的氮化硼。

在又一具體情況下，混合物可包括約85 wt%的PTFE及約15 wt%的聚矽氧粉末。

在一具體實施例中，混合物可藉由將上文所描述之填料材料中的任何一或多者與聚合材料（諸如PTFE）組合予以形成。可進行混合直到混合物均質地分佈，使得填料材料密度相對甚至相對均勻。可接著將混合物成形為環本體。在一具體實施例中，可藉由擠製、模製、鑄造、滾壓、壓印、切割或其等之任何組合來執行成形。在某些實施例中，經成形環本體可經固化一段時間，諸如至少1小時。此時，經成形環本體可包括凹部110。替代地，經成形環本體可被加工以形成凹部110。更具體而言，可從經成形環本體移除材料直到適當地形成凹部110。

在一實施例中，在形成經成形環部件之後，賦能元件104可定位在凹部110中。在另一實施例中，賦能元件104可相對於經成形環部件予以定位，而混合物仍為軟、易彎、柔韌或否則未完全固化。此可適用於其中賦能元件104經部分或完全囊封在夾套102內的應用。

在一實施例中，密封件100（包括夾套102或賦能元件104中之至少一者）可塗佈有塗層120。塗層120可置放於夾套102或賦能元件104中之至少一者之外表面上。塗層120可包括組成物。在一實施例中，塗層120可包括含聚對二甲苯之組合物。在一實施例中，塗層120可包括含聚對二甲苯二聚體之組合物。在一實施例中，塗層120可包括含聚合物之組成物。在一實施例中，塗層120可包括含陶瓷之組合物。在一實施例中，塗層120可包括含金屬之組合物。在一實施例中，塗層120可包括含類鑽碳之組成物。

塗層120可至少部分地包括聚對二甲苯。塗層120可至少部分地包括聚對二甲苯二聚體。在一實施例中，塗層120可包括一組成物，該組成物包括氯化聚對二甲苯二聚體、含對二甲苯之聚對二甲苯二聚體、或氟化對聚對二甲苯二聚體。在一實施例中，氯化聚對二甲苯二聚體可係僅藉由用氯原子取代芳族烴中之一者而改質的聚對二甲苯二聚體。在一實施例中，氯化聚對二甲苯二聚體可係僅藉由用氯原子取代芳族烴中之兩者而改質的聚對二甲苯二聚體。在一實施例中，含對二甲苯之聚對二甲苯二聚體可係聚對二甲苯二聚體。在一實施例中，氟化聚對二甲苯二聚體可係僅藉由用對二甲苯二聚體之α氫原子取代氟原子而改性的聚對二甲苯二聚體。

塗層120可至少部分地包括聚合物。聚合物可選自包括下列的群組：聚酮、聚芳醯胺、聚苯硫、聚醚碸、聚亞苯基碸、聚醯胺醯亞胺、超高分子量聚乙烯、氟聚合物、聚苯并咪唑、聚縮醛、聚對苯二甲酸丙二酯(PBT)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、丙烯睛-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醚(PI)、聚醚醯亞胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚乙烯(PE)、聚碸、聚醯胺(PA)、聚環氧乙烷、聚苯硫醚(PPS)、聚胺基甲酸酯、聚酯、液晶聚合物(LCP)、或其等之任何組合。聚合物可係熱塑性或熱固性聚合物。在一實施例中，夾套102可包括氟聚合物或甚至基本上由氟聚合物所組成。例示性氟聚合物包括：聚四氟乙烯(PTFE)；聚醚醚酮(PEEK)；聚醯亞胺(PI)；聚醯胺-醯亞胺(PAI)；氟化乙烯丙烯(FEP)；聚偏二氟乙烯(PVDF)；聚四氟乙烯(PFA)；四氟乙烯、六氟丙烯與二氟亞乙烯(THV)之三元共聚物；聚三氟氯乙烯(PCTFE)；乙烯四氟乙烯(ETFE)共聚物；乙烯氯三氟乙烯(ECTFE)共聚物；乙烯四氟乙烯(ETFE)共聚物；或其等之任何組合。其他氟聚合物、聚合物及摻合物可被包括於夾套102之組成物中。在另一具體實施例中，塗層120可至少部分地包括聚乙烯(PE)甚至基本上由聚乙烯(PE)（諸如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)）所組成。在另一具體實施例中，塗層120可包括熱塑性彈性烴嵌段共聚物、聚醚-酯嵌段共聚合物、熱塑性聚醯胺彈性體、熱塑性聚胺甲酸酯彈性體、熱塑性聚烯烴彈性體、熱塑性硫化橡膠、基於聚烯烴之共聚合物、基於烯烴之三元共聚物、聚烯烴彈性體或其等之組合。在一實施例中，塗層120可包括基於苯乙烯之嵌段共聚物，諸如苯乙烯-丁二烯、苯乙烯-異戊二烯、其摻合物或混合物、及其類似物。例示性苯乙烯熱塑性彈性體(SBC)包括三嵌段苯乙烯嵌段共聚物(SBC)，諸如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-乙烯-苯乙烯(SEBS)、苯乙烯-乙烯-乙烯-苯乙烯(SEEB)、苯乙烯-乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEEBS)、苯乙烯-異戊二烯-丁二烯(SIBS)、或其組合。商業實例包括一些等級的Kraton ^TM及Hybrar ^TM樹脂。在一實施例中，塗層120可包括含下列至少一者之彈性體：丙烯睛-丁二烯-(NBR)羧基丁腈(XNBR)乙烯丙烯酸（AEM、Vamac®）、乙烯丙烯氟化物橡膠（EPR、EPDM）、丁基橡膠(IIR)、氯丁二烯橡膠(CR)、氟碳(FKM、FPM)、氟矽(FVMQ)、氫化腈(HNBR)、全氟彈性體(FFKM)、聚丙烯酸酯(ACM)、聚胺甲酸酯(AU、EU)、聚矽氧橡膠(Q、MQ、VMQ、PVMQ)、四氟乙烯-丙烯(AFLAS®) (FEPM)。

在一實施例中，塗層120可包括含下列至少一者之陶瓷：玻璃、二氧化矽、雲母黏土、高嶺土、氧化鋁、二氧化鈦、二氧化鈦、氟化鈣、氮化硼、雲母、矽灰石、碳化矽、氮化矽、氧化鋯、碳黑、顏料或其等之任何組合。

在一實施例中，塗層120可包括金屬。根據某些實施例，金屬可包括鐵、銅、鈦、錫、鋁、其合金或可為另一類型的金屬。在一實施例中，塗層120可包括金屬（諸如鋁、鋅、銅、鎂、錫、鉑、鈦、鎢、鐵、青銅、鋼、彈簧鋼、不鏽鋼）、金屬合金（包括所列金屬）、經陽極處理金屬（包括所列金屬）或其等之任何組合。

在一實施例中，塗層120可包括類鑽碳。

根據某些實施例，密封件100可用在內組件114及外組件116（分別諸如軸件與內孔）之間。更具體而言，密封件100可設置於由外組件116之內孔內之區域及內組件114之外表面所形成之環內。在某些實施例中，內組件114可相對於外組件116縱向地平移（例如，往復運動）。在其他實施例中，內組件114可相對於外組件116旋轉。密封件100可防止或減少一或多種流體組分從密封件之第一側至其第二相對側進入或排出。

在具體情況中，內組件114及外組件116可係高溫總成之部分。亦即，該總成可在高溫下操作，諸如至少275℃、至少300℃、至少325℃或甚至至少350℃。舉非限制性實施例，該總成可包括其中軸件相對於一或多個壓縮機或渦輪機旋轉的引擎，諸如噴射引擎。密封件100可設置於軸件及壓縮機或渦輪機中之至少一者之間，預防或減輕非所欲的流體洩漏，諸如由密封件之相對側的壓力差所引起的空氣洩漏、燃料洩漏或壓力洩漏。

在具體情況中，內組件114及外組件116可係環境溫度總成之部分。亦即，該總成可在低於升高溫度下操作，諸如小於275℃。舉非限制性實施例，該總成可包括其中軸件相對於一或多個壓縮機或渦輪機旋轉的引擎或馬達。密封件100可設置於軸件及壓縮機或渦輪機中之至少一者之間，預防或減輕非所欲的流體洩漏，諸如由密封件之相對側的壓力差所引起的空氣洩漏、燃料洩漏或壓力洩漏。

密封件100可經調適以在升高溫度或低於升高溫度下延長使用。在一實施例中，密封件100在這些溫度下可具有所欲的洩漏速率。靜態測試1係在密封件100安裝在環內時的洩漏速率之測量。為了執行靜態測試1，該密封件可具有101 mm之初始內徑及108 mm之初始外徑。該環可具有契合該密封件的凹槽，使得密封件可安裝在該凹槽內。將15與30 PSI之間的差壓壓力施加至密封件之一側，同時在密封件之另一側在大氣壓力下。將流體（空氣）施加於環內部。在密封件充當流體障壁之情況中，感測器監測從環之一個端部至另一端部的流體（空氣）洩漏。感測器在靜態測試1之整個過程中監測流體（空氣）洩漏。對於此實施例，密封件100可經判定為在至少4個循環期間在規定洩漏速率內，因此通過靜態測試1。在各循環期間，該總成斜升至介於330℃與400℃之間的規定溫度，且在冷卻至室溫之前留置至少15分鐘。在恆定差壓的情況中，若循環在24小時期間在規定洩漏速率內，則該循環定義為成功，如上文針對整個溫度循環所述。使用靜態測試1，如在400℃下所測量，根據本文實施例之密封件100可經測試具有小於400立方公分/分鐘(cc/min)之洩漏速率。

密封件100可經調適以在升高溫度或低於升高溫度下延長使用。在一實施例中，密封件100在這些溫度下可具有所欲的洩漏速率。靜態測試2係在密封件100安裝在環內時的洩漏速率之測量。為了執行靜態測試2，該密封件可具有101 mm之初始內徑及108 mm之初始外徑。該環可具有契合該密封件的凹槽，使得密封件可安裝在該凹槽內。將15與30 PSI之間的差壓壓力施加至密封件之一側，同時在密封件之另一側在大氣壓力下。將流體（空氣）施加於環內部。在密封件充當流體障壁之情況中，感測器監測從環之一個端部至另一端部的流體（空氣）洩漏。感測器在靜態測試2之整個過程中監測流體（空氣）洩漏。感測器監測在整個靜態測試2中之流體洩漏。在此時間後，對於此進一步實施例，密封件100可經判定為在至少2個循環期間在規定洩漏速率內，因此通過靜態測試2。在各循環期間，該總成斜升至介於330℃與400℃之間的規定溫度，且在冷卻至室溫之前留置至少15分鐘（例如，200小時或超過330℃）。在恆定差壓的情況中，若循環在24小時期間在規定洩漏速率內，則該循環定義為成功，如上文針對整個溫度循環所述。根據本文實施例之密封件100已使用靜態測試2在高於330℃達至少200小時之條件下之後，如在低於300℃下所測量，該密封件可經測試具有小於400立方公分/分鐘(cc/min)之洩漏速率。

密封件100可經調適以在升高溫度或低於升高溫度下延長使用。在一實施例中，密封件100在這些溫度下可具有所欲的洩漏速率。靜態測試2係在密封件100安裝在環內時的洩漏速率之測量。為了執行靜態測試2，該密封件可具有101 mm之初始內徑及108 mm之初始外徑。該環可具有契合該密封件的凹槽，使得密封件可安裝在該凹槽內。將15與30 PSI之間的差壓壓力施加至密封件之一側，同時在密封件之另一側在大氣壓力下。將流體（空氣）施加於環內部。在密封件充當流體障壁之情況中，感測器監測從環之一個端部至另一端部的流體（空氣）洩漏。感測器在靜態測試2之整個過程中監測流體（空氣）洩漏。感測器監測在整個靜態測試2中之流體洩漏。在此時間後，對於此進一步實施例，密封件100可經判定為在至少2個循環期間在規定洩漏速率內，因此通過靜態測試2。在各循環期間，該總成斜升至介於330℃與400℃之間的規定溫度，且在冷卻至室溫之前留置至少15分鐘（例如，2小時或超過360℃）。在恆定差壓的情況中，若循環在24小時期間在規定洩漏速率內，則該循環定義為成功，如上文針對整個溫度循環所述。根據本文實施例之密封件100已使用靜態測試2在高於360℃達至少2小時之條件下之後，如在低於300℃下所測量，該密封件可經測試具有小於400立方公分/分鐘(cc/min)之洩漏速率。

在一具體實施例中，如使用靜態測試1或2在21℃至400℃下所測量，該密封件在靜態測試1或2之後可具有小於350立方公分/分鐘(cc/min)之洩漏速率。在一更具體實施例中，密封件可具有小於300 cc/min、小於250 cc/min、小於200 cc/min、小於150 cc/min、小於100 cc/min、小於50 cc/min、小於40 cc/min、小於30 cc/min、或小於20 cc/min之洩漏速率。

在一實施例中，密封件100可經調適以在升高溫度或低於升高溫度下延長使用。在一實施例中，密封件100在這些溫度下可具有所欲的洩漏速率。靜態測試3係在密封件100安裝在環內時的洩漏速率之測量。為了執行靜態測試3，該密封件可具有93 mm之初始內徑及102 mm之初始外徑。該環可具有契合該密封件的凹槽，使得密封件可安裝在該凹槽內。將15與45 PSI之間的差壓壓力施加至密封件之內部，同時在密封件之外部在大氣壓力下。將流體（空氣）施加於環內部。在密封件充當流體障壁之情況中，感測器監測從環之一個端部至另一端部的流體（空氣）洩漏。感測器在靜態測試3之整個過程中監測流體（空氣）洩漏。對於此實施例，密封件100可經判定為在至少3個循環期間在規定洩漏速率內，因此通過靜態測試3。在各循環期間，該總成斜升至介於340℃與400℃之間的規定溫度，且在冷卻至室溫之前留置至少15分鐘。在恆定差壓的情況中，若循環在24小時期間在規定洩漏速率內，則該循環定義為成功，如上文針對整個溫度循環所述。使用靜態測試3，如在400℃下所測量，根據本文實施例之密封件100可經測試具有小於400立方公分/分鐘(cc/min)之洩漏速率。

密封件100之重量可在延長暴露於升高溫度之後改變。此可例如起因於在負載及熱條件下外套之熱不穩定性所導致的材料降解。就此而言，密封件100可具有初始比重力G _I（如在熱暴露之前所測量），及老化比重G _A（如在暴露於365℃達60,000分鐘之後所測量）。在一實施例中，G _I可大於G _A。例如，G _I/G _Ac之比率可小於1.4、小於1.35、小於1.3、小於1.25、小於1.2、小於1.15、小於1.1、或小於1.05。在另一實施例中，, G _I可約等於G _A。亦即，密封件100之重量在暴露於365℃達60,000分鐘之後保持相對不變，使得G _I/G _A可係約1。在一具體實施例中，G _I/G _A之比率可在介於0.95與1.25（含）之間的範圍內E、介於0.96與1.2（含）之間的範圍內、介於0.99與1.16（含）之間的範圍內。

在一實施例中，夾套材料可具有初始斷裂伸長度EAB _I（如在暴露於升高溫度之前所測量）及斷裂有效伸長EAB _E（如在暴露於升高溫度之後所測量），其中EAB _I可不大於150% EAB _E、不大於145% EAB _E、不大於140% EAB _E、不大於135% EAB _E、不大於130% EAB _E、不大於125% EAB _E、不大於120% EAB _E、不大於115% EAB _E、不大於110% EAB _E、或不大於105% EAB _E。在一個實施例中，EAB _I/EAB _E之比率可係約1.0。亦即，如在暴露於升高溫度之前及之後所測量，夾套102的斷裂伸長度可相對相同。此可減少通常與在升高溫度下延長使用週期相關聯的磨損及疲勞。在又一實施例中，EAB _I/EAB _E可小於1.0，諸如小於0.995、小於0.99、或小於0.985。

在另一實施例中，夾套材料可具有在暴露於升高溫度之後相對不變的極限抗拉強度(UTS)之伸長度。例如，夾套102可具有UTS _I（如在暴露於升高溫度之前所測量），及UTS _E（如在暴露於升高溫度之後所測量），其中UTS _E:UTS _I之比率可不小於1:5、不小於1:4、不小於1:3、不小於1:2、不小於1:1、不小於2:1、不小於3:1、不小於4:1、或甚至不小於5:1。在一實施例中，UTS _E/UTS _I可小於5、小於4、小於3、小於2、小於1、小於0.9、小於0.8、小於0.7或小於0.6。在另一實施例中，UTS _E可係至少101% UTS _I、至少105% UTS _I、至少110% UTS _I、至少115% UTS _I、至少120% UTS _I、或至少125% UTS _I。

密封件100可形成可在雙向壓力施加中使用的總成。密封件100可經定向並保護以防順向軸向方向的流體洩漏，或密封件100可經定向並保護以防在中心軸3000向下的向後軸向方向的流體洩漏。密封件100可經定向並保護以防向內徑向方向的流體洩漏，或密封件100可經定向並保護以防垂直於中心軸3000的向外徑向方向的流體洩漏。在一實施例中，密封件100可係面密封件。在另一實施例中，密封件100可係軸向密封件。就此而言，密封件100可經選擇以具有允許在彼等特定定向中有效密封的特定特性。尤其適用的應用包括低溫閥、活塞、真空條件密封件（諸如在真空室內者），以及其等之間需要密封的可移動組件。

根據本文實施例所描述之密封件可由於密封材料及其等之間相互作用而允許撓性，以防止在較寬溫度及壓力範圍內之洩漏，且使用更複雜的密封幾何。此外，根據本文實施例所描述之密封件可在較廣的溫度範圍內提供更一致的密封且使用更複雜的密封件幾何。此外，根據本文實施例所描述之密封件可允許更複雜的密封件安裝程序。最後，密封件可允許比傳統密封件更高負載。因此，可改善組件及密封件本身之壽命。

許多不同態樣及實施例係可行的。下文描述彼等態樣及實施例中之一些者。在閱讀本說明書之後，熟習此項技術者將瞭解，彼等態樣及實施例僅為說明性且不限制本發明之範疇。實施例可根據如下文所列之實施例中之任一或多者。

實施例1：一種密封件，其包含：一夾套，其包含一環本體及一凹部，該環本體界定一中心軸，該凹部延伸至該環本體中與該中心軸同心，其中該夾套包含至少30 wt%的一PTFE及至少10 wt%的一填料材料，且其中該填料材料包含一含硼材料、一含氮材料、一含鈦材料、一含矽材料、一碳纖維、一玻璃纖維、或其組合，其中該夾套進一步包含一塗層；及一賦能元件，其設置於該凹部中。

實施例2：一種密封件，其包含：一夾套，其包含一環本體及一外表面，該環本體具有一中心軸，該外表面界定延伸至該環本體中與該中心軸同心的一凹部；及一賦能元件，其設置於該凹部中，其中如使用靜態測試1及/或測試3在低於400℃下所測量，該密封件具有小於400 cc/min之一洩漏速率。

實施例3：一種密封件，其包含：一夾套，其包含一環本體及一凹部，該環本體界定一中心軸，該凹部延伸至該環本體中與該中心軸同心；及一賦能元件，其設置於該凹部中，其中在該密封件已使用靜態測試2在高於330℃達至少200小時之條件下之後，如在低於300℃下所測量，該密封件可具有小於400 cc/min之一洩漏速率。

實施例4：一種密封件，其包含：一夾套，其包含一環本體及一凹部，該環本體界定一中心軸，該凹部延伸至該環本體中與該中心軸同心；及一賦能元件，其設置於該凹部中，其中在該密封件已使用靜態測試2在高於360℃達至少2小時之條件下之後，如在低於300℃下所測量，該密封件可具有小於400 cc/min之一洩漏速率。

實施例5：如實施例1之密封件，其中該塗層包含一聚合物 .

實施例6：如實施例1之密封件，其中該塗層包含一金屬。

實施例7：如實施例1之密封件，其中該塗層包含一聚對二甲苯二聚體。

實施例8：如實施例1之密封件，其中該塗層包含一陶瓷。

實施例9：如實施例1之密封件，其中該塗層包含一類鑽碳。

實施例10：如實施例1至4中任一項之密封件，其中該賦能元件包含經調適以在至少一個向外定向方向提供向外力的一本體。

實施例11：如實施例1至4中任一項之密封件，其中該賦能元件具有選自D形狀、U形狀、V形狀或C形狀之一截面輪廓。

實施例12：如實施例1至4中任一項之密封件，其中該賦能元件具有O形截面輪廓。

實施例13：如實施例1至4中任一項之密封件，其中該賦能元件包含一聚合物、一金屬、一合金、或其組合。

實施例14：如實施例1至4中任一項之密封件，其中該夾套包含一內指狀物及一外指狀物，如截面所觀察。

實施例15：如實施例10之密封件，其中該內指狀物及該外指狀物中之至少一者包含朝向該凹部延伸之一遠側凸緣。

實施例16：如實施例1至4中任一項之密封件，其中該賦能元件完全設置於該凹部中。

實施例17：如實施例1至4中任一項之密封件，其中該夾套包含至少0.01且不大於1的一平均表面粗糙度Ra。

實施例18：如實施例1至4中任一項之密封件，其中，如根據硬度蕭氏D所測量，該夾套具有至少45且不大於100的一硬度。

實施例19：如實施例1至4中任一項之密封件，其中該夾套包含至少30 wt%的一PTFE且不大於90 wt%的一PTFE。

實施例20：如實施例1至4中任一項之密封件，其中該夾套包含至少10 wt%之一填料材料且不大於70 wt%之該填料材料。

實施例21：如實施例1至4中任一項之密封件，其中該夾套包含一填料材料，其中該填料材料包含一含硼材料、一含氮材料、一含鈦材料、一含矽材料、一碳纖維、一玻璃纖維、或其組合。

實施例22：如實施例1至4中任一項之密封件，其中該夾套包含在45至55 wt%之該夾套之一範圍內的一PTFE，其中該夾套包含一碳纖維填料，其中該夾套包含在30至50 wt%之該夾套之一範圍內的一碳纖維填料，其中該夾套包含在5至15 wt%之該夾套之一範圍內的一硼化鈦/二硼化鈦填料。

實施例23：如實施例1至4中任一項之密封件，其中該夾套包含在45至55 wt%之該夾套之一範圍內的一PTFE，其中該夾套包含一碳纖維填料，其中該夾套包含在30至50 wt%之該夾套之一範圍內的一玻璃纖維填料，其中該夾套包含在5至15 wt%之該夾套之一範圍內的硼化鈦/二硼化鈦填料。

實施例24：如實施例1至4中任一項之密封件，其中該夾套包括約75 wt%的一PTFE及約25 wt%的氮化硼。

實施例25：如實施例1至4中任一項之密封件，其中該夾套包括約85 wt%的一PTFE及約15 wt%的矽粉末。

實施例26：如實施例1至4中任一項之密封件，其中該夾套包含一材料，該材料具有一初始比重G _I（如在熱暴露之前所測量），及一老化比重G _A，如在暴露於300℃達60,000分鐘之後所測量，且其中G _I/G _A小於1.4且至少0.5。

實施例27：如實施例1至4中任一項之密封件，其中密封件係一面密封件。

實施例28：如實施例1至4中任一項之密封件，其中密封件係一軸向密封件。

應注意，不需要上文所描述之特徵的所有特徵，可不需要特定特徵之一部分，且除了所描述之外，可提供一或多個特徵。再者，描述特徵的順序不一定是安裝特徵的順序。

為了清楚起見，在本文中在分開之實施例之上下文中描述之某些特徵亦可在單一實施例中組合地提供。相反地，為了簡潔起見，在單一實施例之上下文中描述之各種特徵亦可分開地或以任何次組合提供。

已關於具體實施例來描述益處、其他優點及問題解決方案。然而，益處、優點、問題解決方案及可引起任何益處、優點或解決方案發生或變得更明顯的任何特徵不應解釋為任何或所有請求項之關鍵、所需或基本特徵。

本文所描述之實施例的說明書及圖式意欲提供對各種實施例之結構的一般理解。說明書及圖式不意欲充當使用本文所述之結構或方法的設備及系統之所有元件及特徵的詳盡及全面描述。分開之實施例亦可組合地提供於單一實施例中，且相反地，為了簡潔起見，在單一實施例之上下文中描述之各種特徵亦可分開地或以任何次組合提供。此外，提及範圍中所陳述之值包括在該範圍內之每個值，包括所提及之結束範圍值。只有在閱讀本說明書之後，熟習此項技術者將瞭解許多其他實施例。其他實施例可被使用且衍生自本揭露，使得可在不脫離本揭露之範疇的情況下進行結構取代、邏輯取代或任何變化。因此，本揭露被視為說明性而非限制性的。

100:密封件 102:夾套 104:賦能元件 106:指狀物 108:指狀物 110:凹部 112:線；遠端凸緣 114:內組件 116:外組件 120:塗層

實施例以舉實例來說明且非意欲在附圖中限制。〔圖1〕包括根據一實施例之密封件的截面圖。

100:密封件

102:夾套

104:賦能元件

106:指狀物

108:指狀物

110:凹部

112:線；遠端凸緣

114:內組件

116:外組件

120:塗層

Claims

一種密封件，其包含：夾套，其包含環本體及凹部，該環本體界定中心軸，該凹部延伸至該環本體中與該中心軸同心，其中該夾套包含至少30wt%的PTFE及至少10wt%的填料材料，且其中該填料材料包含含硼材料、含氮材料、含鈦材料、含矽材料、碳纖維、玻璃纖維、或其組合，其中該夾套進一步包含塗層，該塗層包含聚對二甲苯二聚體；及賦能元件，其設置於該凹部中。
一種密封件，其包含：夾套，其包含環本體及外表面，該環本體具有中心軸，該外表面界定延伸至該環本體中與該中心軸同心的凹部；及賦能元件，其設置於該凹部中，其中如使用靜態測試1及/或測試3在330℃與400℃之間循環達至少15分鐘之後，在低於400℃下所測量，該密封件具有小於400cc/min之洩漏速率，其中該夾套包含至少30wt%的PTFE及至少10wt%的填料材料，且其中該填料材料包含含硼材料、含氮材料、含鈦材料、含矽材料、碳纖維、玻璃纖維、或其組合，其中該夾套進一步包含塗層，該塗層包含聚對二甲苯二聚體。
一種密封件，其包含：夾套，其包含環本體及凹部，該環本體界定中心軸，該凹部延伸至該環本體中與該中心軸同心；及賦能元件，其設置於該凹部中，其中在該密封件已使用靜態測試2在高於330℃循環至少200小時之後，如在低於300℃下所測量，該密封件具有小於400cc/min之洩漏速率，其中該夾套包含至少30wt%的PTFE及至少10wt%的填料材料，且其中該填料材料包含含硼材料、含氮材料、含鈦材料、含矽材料、碳纖維、玻璃纖維、或其組合，其中該夾套進一步包含塗層，該塗層包含聚對二甲苯二聚體。
如請求項1之密封件，其中該塗層包含聚合物。
如請求項1之密封件，其中該塗層包含金屬。
如請求項1之密封件，其中該塗層包含陶瓷。
如請求項1之密封件，其中該塗層包含類鑽碳。
如請求項1至3中任一項之密封件，其中該夾套包含至少30wt%的PTFE且不大於90wt%的PTFE。
如請求項1至3中任一項之密封件，其中該夾套包含至少10wt%之填料材料且不大於70wt%之該填料材料。