[发明专利]低泄漏率复合垫圈

说明书

本发明涉及一种用于密封应用的垫圈。已知多种用于密封应用的垫圈。，除了其它材料之外，已知由具有期望特性的膨胀型聚四氟乙烯（ePTFE）制成的垫圈。

更具体地，本发明涉及一种包括第一和第二分离的部件的复合垫圈。本发明的复合垫圈顺应凸缘的表面，并且密封需要较小的加载力。本文中所用的复合垫圈定义为包括至少两个部件的垫圈。

在许多类型的应用中，垫圈都用于密封凸缘。凸缘的尺寸和形状可变化甚大。在一些情况下，凸缘可以是不平的，或具有使其难以密封的表面缺陷。此外，一些应用涉及到易损凸缘，这些凸缘包括石墨或衬有玻璃的凸缘或塑料凸缘和纤维增强型塑料凸缘（FRP），如果施加太大负载则这些凸缘易于破裂。在诸如高腐蚀性、高温或制药环境的许多应用下，需要含氟聚合物垫圈。诸如膨胀型聚四氟乙烯（ePTFE）的含氟聚合物垫圈具有非常高的高温稳定性并且是化学惰性的，但它们会需要较大负载来密封。

因此，需要一种具有可顺应的密封面并需要较小负载来密封的含氟聚合物垫圈。

一般而言，当将垫圈放置于两个凸缘之间时，凸缘定会将一定的平均夹紧压力施加于垫圈上。这一方面使得必须获得使垫圈的密封面气密地封抵凸缘的压力。另一方面，一些垫圈、特别是由膨胀型聚四氟乙烯（ePTFE）制成的垫圈需要一定压缩，以充分阻断流体在垫圈的整个宽度上渗透。所谓的低应力密封垫圈仅需要适度的平均夹紧压力，例如，低应力密封ePTFE垫圈通常需要明显低于使垫圈完全硬化所需的压力的夹紧压力。

低应力密封垫圈可例如用于连接任何类型的管道，管道包括具有大开口横截面面积和大直径凸缘（例如，大于50厘米）的钢管，以运送包括化学腐蚀性液体和气体的任何类型的液体或气体。

期望将平均夹紧压力保持得较小，这是因为高应力需要较强的凸缘，而且高夹紧力会损坏垫圈本身。特别是，当在几天或几个月或几年的一段较长时间段施加持久压力时，相当软和可压缩的垫圈将蠕变。垫圈的蠕变和松弛会造成泄漏，而这需要更大的表面压力来保持初始的泄漏率。此外，将平均夹紧力保持成较小使得垫圈可用于不能抵抗高应力的易损凸缘。

为了增大ePTFE垫圈的抗蠕变性，US5,494,301建议使ePTFE垫圈芯卷绕（包覆）有高强度膜。然而，ePTFE垫圈的良好密封性是由于较软和可压缩的ePTFE顺应凸缘形状的能力，并由此使凸缘表面的粗糙度和不平度变平。当垫圈的密封面并不由可压缩ePTFE垫圈芯构成、而是由卷绕在芯部周围的高强度膜构成时将丧失这些特性。在US5,486,010和US5,492,336中描述了类似的卷绕有高强度膜的垫圈。

US6,030,694公开了一种平坦的多层垫圈，该垫圈包括外层和内层，外层基本上由可顺应的多孔聚四氟乙烯构成，而内层由刚性含氟聚合物材料构成。密封材料的刚度使材料可容易地进行处理和安装，而没有与过度柔性的垫圈产品有关的困难，而可顺应外层提供良好的密封特性，从而使得密封材料可以填补密封面上或密封面之间的间隙和缺陷。嵌入的刚性材料确保密封材料在处理、切割和安装期间保持其位置，而不会有“松软”垫圈材料会遇到的问题。此外，材料在其整个密封面上呈一致特性，从而使得材料可切成或修改成多种形状，并确保密封面之间的最大有效密封面积。

在US6,030,694的垫圈的密封面由较软的外PTFE层构成的情况下，在很大程度上避免了US5,494,301、US5,494,301、US5,486,010和US5,492,336的上述缺点。然而，US6,030,694的垫圈仍需要相对较高的夹持压力。

US6,485,809涉及一种垫圈，该垫圈包括基本上不透气的第一“外层”和基本上不透气的第二“外层”以及跨接基本上不透气的第一层和基本上不透气的第二层的基本上不透气区域。因此，上述外层可例如对应于盘状垫圈的径向内部和径向外部，而基本上不透气区域设置在这些部分之间。不透气区域由预致密的ePTFE制成，并使两个部分彼此隔离，因而，借助不透气区域来阻断或者至少减少流体透过整个垫圈。尽管这种结构在使用时需要相对较小的平均夹紧压力，但期望更进一步的减少。

相似地，US7,361,398描述了一种ePTFE垫圈，该垫圈包括致密区域，这些致密区域产生从垫圈上表面到垫圈下表面基本上连续的不透气屏障，以阻断流体透过垫圈。US7,179,525涉及一种垫圈，该垫圈包括至少两条连结的多孔ePTFE带和位于两带之间的基本上不透气层，这两条ePTFE带沿它们的带侧面对准。