用於密封管接頭的密封材料和方法，密封材料的製造方法和分配器的製作方法

2023-06-24 19:00:01

專利名稱：用於密封管接頭的密封材料和方法，密封材料的製造方法和分配器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於輸送流體的管的接頭的密封，更具體地涉及一種用於在所述接頭形成期間密封接頭的材料、用於製造該材料的方法以及用於容納和分配該密封材料的分配器。
背景技術：
眾所周知，當管的兩個部分通過螺紋連接在一起時，在相互螺紋連接區域內塗敷密封劑以便確保防止在管內流動的液體洩露的密封。
此流體經常處於高於管外部壓力的壓力下，因此如果密封不當則會發生不可接受的外部洩漏，導致公知的並且不需要專門和詳細解釋的問題和缺陷考慮用於輸送和分配易燃液體或氣體的管便足以容易地理解這些密封是多麼重要和精密。
為了形成這些密封，過去使用植物材料(酒椰葉纖維或亞麻短纖維)的細絲，所述材料纏繞在較小直徑部分的螺紋上，同時在纏繞的細絲上塗敷油漆或膏劑。但是，得到的密封不能提供最優的結果，尤其是由於油漆隨著時間流逝而變幹，導致氣密封被破壞，因此需要頻繁維護和修理。
最近，此密封系統已被塑料材料尤其是聚四氟乙烯(PTFE)的條帶的應用所代替。
對於密封問題，必須注意，當管的兩個螺紋部分旋擰在一起時——螺紋位於較小直徑部分的外端面上以及較大直徑部分的內端面上，各個螺紋的牙頂或脊部裝在相對螺紋的牙槽內，但是在兩個相對設置的部分之間仍存在間隙——儘管很小，通過該間隙會發生流體從較高壓力區域到較低壓力區域的洩漏。密封材料正好具有填充此間隙並保持其隨著時間的流逝仍被填充和氣密地封閉的作用。
關於這一點，必須注意，在接頭形成期間，在向一個或兩個螺紋部分——優選地向其外表面上具有螺紋的較小直徑部分的螺紋端部上——塗敷密封材料之後，將這兩個部分旋擰在一起，並且該旋擰操作可確保密封材料最終被定位在螺紋的牙頂或脊部與另一個螺紋的牙槽之間留有的間隙內。但是，該旋擰步驟不能被控制以確保密封材料完全按照希望定位在確保密封的位置處。
此外，即使當接頭在不利環境中使用時，例如當管被掩埋從而其受到溼氣以及地下存在的任何物質的作用時，仍必須確保密封功能。除了這種情況，還必須指出，接頭在不同季節受到的溫度波動同樣造成不利的影響，該波動會導致形成接合在一起的管部分的材料膨脹和/或收縮這些膨脹和收縮現象很明顯會影響密封。
另一問題在於在接合的管內輸送的流體的溫度，該流體可例如是高溫和高壓的蒸汽。
再次考慮根據已知技術的密封材料的上述兩種情況的示例，密封材料不僅至少部分地填充螺紋之間的間隙，而且(尤其是在旋擰操作之後)會部分覆蓋螺紋的牙頂或脊部，從而會損壞完美的密封。
目前已發現——該發現形成本發明的主題——使用具有方形優選地為矩形橫截面的聚四氟乙烯單絲作為密封材料可完全解決迄今為止已知密封材料以及得到的密封所遇到的問題和缺陷。

發明內容
在本發明的優選實施例中，當將上述材料施用到第一管部分——該第一管部分將與能夠連接到該第一部分的另一個類似的螺紋部分相接合——的螺紋上時，其與優選為常規清潔劑(優選地可生物降解)的潤滑劑結合使用，該潤滑劑以少量滴狀物的形式施用到纏繞的PTFE單絲上，然後被塗敷在纏繞有PTFE的螺紋的整個範圍。
然後如果按照正常的緊密度旋擰第二管部分，則可獲得非常好的密封。
仍然是關於該優選實施例，沿螺紋方向不按任何特定的纏繞方法沿接頭[wl]纏繞PTFE單絲，該纏繞沿軸向方向延伸越過最小8-10mm的長度，該長度是根據不同參數例如管的直徑、螺紋的尺寸以及形成管的材料的品質選擇的。
不是對本發明施加任何不適當的限制，利用根據本發明的單絲獲得的非常好的密封看上去是由於單絲相對於傳統密封材料的不同特性而獲得的。
前面參考了密封材料對於在接頭形成期間相互作用的兩個螺紋所必須起到的作用。還必須指出，在管部分之間的連接處的螺紋決不是完美的，具體地，螺紋的牙頂與此螺紋裝在其中的相對螺紋的牙槽的底部之間存在的間隙是變化的。
在傳統的密封材料尤其是亞麻短纖維的情況下，細絲狀材料必須圍繞螺紋纏繞足夠的量以填充螺紋的脊部和此脊部裝在其中的螺紋的相對牙槽的底部之間的最大剩餘厚度。
為了確保密封——尤其是接頭將要在存在加壓流體和/或溫度遠遠不同於環境溫度的情況下操作時，在酒椰葉纖維或亞麻短纖維的情況下，必須添加大量的油漆或膏劑。但是，在塑料帶的情況下，旋擰操作使得該帶沿螺紋的脊部或牙頂切割並且聚集在牙頂和面對的牙槽之間的殘留間隙內然而，該帶還沿螺紋的側面排列，從而在對於密封效果非常重要的區域內不能實現螺紋之間非常好的接頭。
在根據本發明的PTFE單絲的情況下，單絲被裝在連續的螺紋的牙槽內，並且當執行具有相對螺紋的另一個管部分的旋擰時，單絲由於其展延性和可壓縮性而伸長，並且更通常地是被模塑，從而產生一種PTFE薄膜，該薄膜在旋擰期間被固定並填充留下的自由間隙。
少量由液體清潔劑組成的添加劑的唯一的用途是幫助將第二管部分旋擰到具有纏繞的PTFE單絲的第一部分的螺紋上。
本發明還涉及一種用於在管之間形成氣密封接頭的方法，所述管是這樣的類型，即，將要接合在一起的兩個管的直徑相互稍有不同，從而較小直徑的管可以被旋擰到較大直徑的管的端部內，其中所述較小直徑的管在將被接合的端部的外表面上具有螺紋，所述較大直徑的管的端部在其內表面上具有相應螺距的螺紋，其特徵在於以下操作1)將具有方形優選為矩形橫截面的聚四氟乙烯單絲圍繞該較小直徑管的所述具有螺紋的端部纏繞預定數量的圈數；2)在所述纏繞的材料上施用少量滴狀物形式的潤滑劑，並將該滴狀物塗敷在纏繞的PTFE單絲的外表面上，該潤滑劑優選為液體清潔劑，更優選為可生物降解的類型；以及3)將較大直徑管的具有內螺紋的端部旋擰到具有所述纏繞材料的所述較小直徑管的所述具有外螺紋的端部上，直到在兩個管之間實現良好的緊密度。
單絲在較小直徑的管的端部上的纏繞圈數依賴於管的質量和直徑以及粗牙或細牙螺紋。
例如，在直徑為1/2英寸且具有細螺紋的優質管的情況下，纏繞8-10圈就足夠了，而在具有相同直徑和粗螺紋的劣質管的情況下，圈數要增加到10-12圈。
然後如果考慮直徑為1英寸的管，則上述圈數分別為16-20以及20-24。
對於將要施用的潤滑劑的量，纏繞的材料必須被稍微弄溼以便有助於隨後旋擰較大直徑的管。
最後，對於緊固力，其與將兩個管狀管部分旋擰在一起時施加的緊固力基本相同，即直至達到這樣的狀況——不施加過大的力則不再能夠進一步相對轉動。
本發明還涉及一種用於製造PTFE單絲的方法，該方法包括以下步驟(1)製備擠出混合物，該擠出混合物本身在單絲擠出領域中是公知的，其包含細粉末形式的純PTFE和用於擠出PTFE的製劑或添加劑；(2)利用機械擠壓所述混合物來製備預製件；
(3)優選地利用多擠出噴嘴擠出機擠出單獨的單絲，獲得的單絲每根直徑在0.3和1.9mm之間、優選地不小於1.2mm，密度為1.5g/cm3，該密度是未燒結PTFE的特性；(4)將單絲加熱到適於提取擠出添加劑的溫度，該溫度對於已知添加劑大約為200℃；(5)在260和315℃之間的溫度下拉伸所得到的單絲，以便將單絲的密度減小到0.2和1g/cm3之間的值；(6)壓延單絲以便使其橫截面為方形、優選地為矩形，其中厚度小於2mm，寬度小於3mm；以及(7)將單絲纏繞到具有預定長度和直徑的捲軸上。
利用根據本發明的方法，由此獲得可用作密封材料的單絲。
應指出，在優選地與纏繞到捲軸上同時執行的壓延步驟期間，單絲的密度增加到0.7和1.1g/cm3之間。
本發明還涉及一種用於分配PTFE單絲和旋擰潤滑劑的特殊裝置，該裝置尤其有利於形成密封的管接頭。
該分配器包括箱狀殼體，該箱狀殼體包括能夠容納具有纏繞的單絲的捲軸的第一室，所述箱狀殼體具有限定所述第一室並在其中形成用於分配單絲的孔的端壁，該孔優選地與所述捲軸同軸地對齊，該單絲通過施加在從所述端壁突出的單絲的端部上的簡單的拉力從捲軸上鬆開，所述端壁優選地具有一種裝置，該裝置用於切割預定長度的一段所述單絲，使得單絲的尾端總保持從所述端壁突出，所述箱狀殼體還包括用於容納可取出的清潔劑分配器的第二室，所述分配器優選地為所謂的「滾擦式」。


從下文參照附圖對本發明的優選實施例的說明中可更清楚地了解根據本發明的分配器的具體方面和優點，在附圖中圖1是根據本發明的分配器的優選實施例的側向剖視圖；圖2是根據圖1的分配器的分解視圖；以及圖3是PTFE單絲的剖視圖。
具體實施例方式
參照附圖，分配器包含圓柱形的箱狀殼體10，在該箱狀殼體內隔板12分別限定了兩個室14和16。
室14用於容納捲軸18，一預定量(通常為大約100米或更長)的如上文定義的PTFE單絲纏繞在該捲軸上。
室14的頂端由罩或壁20限定，該罩或壁優選地稍微為截頭圓椎形，並且在其頂點總是與室14的軸線同軸地具有適當尺寸的孔22，形成捲軸18的單絲24通過該孔並因此可被抽出。
罩20具有厚度變化的凸緣，以便允許以預定距離插入室14的端部並擱置在箱狀殼體10的端部邊緣上。
優選地，單絲24在捲軸18上的纏繞執行成使得單絲可從捲軸18的內部軸向孔自由地抽出。
箱狀殼體10的第二室16用於容納用於分配潤滑劑或清潔劑的所謂的滾擦式裝置，所述裝置包含容器30，該容器頂部具有截頭圓錐形壁32，在該壁32的內部形成有分配孔34。
容器30的底端通過蓋36封閉，用於容納壓縮彈簧40的管狀導向件38從該蓋突出，該壓縮彈簧支承一直徑稍大於孔34的直徑的球42。
蓋36的周緣44具有突出唇緣式形狀46，其接合在箱狀殼體10的端壁中的對應凹腔內部，與室16相對，以便當蓋36安裝在容器30的底部上時，可確保密封以防止所述容器內容納的液體清潔劑通過容器的底部洩露。
蓋36的安裝還可以使球42接觸由此被封閉的孔34。
從圖1可容易地理解，管狀導向件38的高度小於容器30的軸向高度，從而球42的側部接觸容器內(更準確地是其室31內)存在的液體組分並被其浸溼。
最後，仍參照根據本發明的分配器的優選實施例，總體上用標號50指示的切割裝置安裝在上部罩20的外表面上。
此切割裝置可以是通常與細絲狀材料的分配器共同使用的類型。
但是，在根據本發明的分配器的情況下，所述切割裝置包含具有加寬的傘狀頭部54的銷52。銷52能夠裝在壁20內形成的對應的孔56內，並以傳統的方式固定在那裡。頭部54通過軸環58保持與罩20的外表面分隔開。墊圈60設置在基部58和罩20的外壁之間，並且具有從該墊圈突出的由鋼刀片組成的切割元件62，該刀片具有高度的彈性，並且形狀形成為具有合適的曲率，從而切割元件向上延伸並且相對於孔56的軸線沿徑向向外張開。
在所示的實施例中，這些切割元件的數量為四個，並因此彼此相隔90°地設置。
在根據本發明的分配器的正常使用期間，單絲24通過孔22被抽出並圍繞裝置50特別在頭部54和墊圈60之間纏繞，以便單絲不發生任何切割操作地接觸切割元件62的外表面。
當要形成接頭時，將單絲從該切割裝置鬆開，並且以上文所述方式在希望的長度上圍繞較小直徑的管部分的螺紋執行纏繞。
當已完成希望程度的纏繞時，通過施加f操作將單絲接合到切割裝置50而不必設置在精確的給定位置上，從而單絲被與其接觸的切割元件62切斷。
在切割裝置下遊的單絲的剩餘部分再次應用到管部分的螺紋上，而單絲的另一端不被拉緊地在切割裝置50上纏繞一圈或多圈。
這裡，用於施加清潔劑的容器30被從箱狀殼體10的底部即室16取出，並且放置成與已經纏繞在管部分的螺紋上的單絲部分接觸，使該容器滑動，從而球42正是由於其轉動而向上述纏繞物傳送少量清潔劑並粘附在其表面上。
如已經提及的，通過手動操作使清潔劑更均勻地分布在纏繞的單絲的表面上，然後將容器30重新安置在箱狀殼體的室16內。
然後將另一個管部分旋擰在具有纏繞的單絲的管部分上，並執行常規的上緊操作以便獲得非常好的密封。
在正式的材料測試實驗室中對該接頭的流體密封性進行密封試驗。
值得一提的試驗是在卡爾斯魯厄(Karlsruhe，德國)的DVGW-Forschungstelle，Prueflaboratorium Gas進行的試驗，該試驗於2004年2月19日頒發了證書以證實根據本發明的密封材料符合歐洲標準EN751.3FRp和GRp這一事實。試驗在20℃到150℃的溫度下使用壓縮到30bar的氮氣循環執行，並且管浸沒在容納水的箱體內以便指示任何洩露。
值得注意的是，如報告中的字母F和G所指示的那樣，針對拋光類型的細螺紋和粗螺紋進行試驗並證實根據本發明的密封材料，此外，代碼Rp表明，即使接頭被擰松45°密封材料仍保持其密封作用。
在由卡爾斯魯厄大學相同的機構執行的進一步試驗中，根據本發明的密封材料在室溫下當水池內存在壓縮到100bar的氮氣的情況下仍保持其密封作用(標準EN751)。
對於根據本發明的密封材料，值得提及以下優點-對於任何即使具有侵蝕特性的化學產品和溶劑是完全化學惰性的；-化學惰性，對於在配備有所述接頭的管內輸送的流體沒有影響；-完全抵抗結垢的形成、氧化和表面弱化；-完全抵抗具有微生物和/或真菌特性的侵蝕製劑；-在-200℃到+200℃溫度範圍內的穩定性；-不可燃和不易燃；-極度防水並且完全抗水解；-無限期地保持柔韌性和延展性；-除了常用的可生物降解的清潔劑作為潤滑劑之外，沒有添加劑和外部製劑。
此外，如已經提到的那樣，根據本發明的PTFE單絲不需要膏劑或油漆以執行其操作。
權利要求
1.用於管接頭的密封材料，其特徵在於，所述密封材料由橫截面為方形、優選地為矩形的聚四氟乙烯單絲組成。
2.根據權利要求1所述的用於管接頭的密封材料，其特徵在於，所述PTFE單絲具有矩形橫截面。
3.根據權利要求1和/或2所述的用於管接頭的密封材料，其特徵在於，所述PTFE單絲的密度在0.7和1.1g/cm3之間。
4.根據權利要求2所述的用於管接頭的密封材料，其特徵在於，所述PTFE單絲的厚度小於2mm，寬度小於3mm。
5.用於在管之間形成氣密封接頭的方法，所述管是這樣的類型，即，將要接合在一起的兩個管的直徑相互稍有不同，從而較小直徑的管可以被旋擰到較大直徑的管的端部內，其中所述較小直徑的管在將被接合的端部的外表面上具有螺紋，所述較大直徑的管的端部在其內表面上具有相應螺距的螺紋，其特徵在於以下操作(1)將具有方形橫截面的聚四氟乙烯單絲以預定數量的圈數纏繞到所述較小直徑管的所述具有螺紋的端部；(2)在所述纏繞的材料上施用幾滴潤滑劑，並將該滴狀物塗敷在纏繞的PTFE單絲的外表面上；以及(3)將較大直徑管的具有內螺紋的端部旋擰到具有所述纏繞材料的所述較小直徑管的所述具有外螺紋的端部上，直到在兩個管之間實現良好的緊密度。
6.根據權利要求5所述的用於在管之間形成氣密封接頭的方法，其特徵在於，所述PTFE單絲具有矩形橫截面。
7.根據權利要求5所述的用於在管之間形成氣密封接頭的方法，其特徵在於，所述潤滑劑是液體清潔劑。
8.根據權利要求7所述的用於在管之間形成氣密封接頭的方法，其特徵在於，所述液體清潔劑是可生物降解的。
9.根據權利要求5所述的用於在管之間形成氣密封接頭的方法，其特徵在於，所述潤滑劑的添加量為使得在塗敷之後纏繞的PTFE單絲略微潮溼。
10.用於製造可用作根據前面權利要求中任何一項所述的密封材料的PTFE單絲的方法，所述方法包括以下步驟(a)製備擠出混合物，該擠出混合物本身在單絲擠出領域中是公知的，其包含細粉末形式的純PTFE和用於擠出PTFE的製劑或添加劑；(2)利用機械擠壓所述混合物來製備預製件；(3)優選地利用多擠出噴嘴擠出機擠出單獨的單絲，獲得的單絲每根直徑在0.3和1.9mm之間，密度為1.5g/cm3，該密度是未燒結PTFE的特性；(4)將單絲加熱到適於提取擠出添加劑的溫度；(5)在260和315℃之間的溫度下拉伸所得到的單絲，以便將單絲的密度減小到0.2和1g/cm3之間的值；(6)壓延單絲以便使其橫截面為方形；以及(7)將單絲纏繞到具有預定長度和直徑的捲軸上。
11.根據權利要求10所述的用於製造PTFE單絲的方法，其特徵在於，步驟(b)獲得的所述單絲的直徑不小於1.2mm。
12.根據權利要求10所述的用於製造PTFE單絲的方法，其特徵在於，步驟(c)中的所述加熱在大約200℃的溫度下執行。
13.根據權利要求10所述的用於製造PTFE單絲的方法，其特徵在於，所述步驟(f)使單絲的橫截面為矩形，其中厚度小於2mm，寬度小於3mm。
14.根據權利要求10所述的用於製造PTFE單絲的方法，其特徵在於，所述步驟(f)和(g)同時執行，並且由壓延步驟得到的單絲的密度在0.7和1.1g/cm3之間。
15.用於分配PTFE單絲和旋擰潤滑劑以便形成密封的管接頭的裝置，其特徵在於，所述裝置包括箱狀殼體(10)，該箱狀殼體包括能夠容納具有纏繞的單絲(24)的捲軸(18)的第一室(14)，所述箱狀殼體具有限定所述第一室並在其中形成用於分配單絲的孔(22)的端部(20)，該單絲通過施加在從所述端壁(20)突出的單絲的端部上的簡單的牽引操作從捲軸上鬆開，所述箱狀殼體(10)還包括用於容納可取出的清潔劑分配器(30，32，34)的第二室(16)，所述分配器優選地為所謂的滾擦式分配器。
16.根據權利要求15所述的用於分配PTFE單絲和旋擰潤滑劑的裝置，其特徵在於，所述壁(20)具有一裝置(50)，該裝置(50)用於切割預定長度的一段所述單絲(24)，使得單絲的一個端部總保持從所述端壁(20)突出。
17.根據權利要求15所述的用於分配PTFE單絲和旋擰潤滑劑的裝置，其特徵在於，所述孔(22)與所述捲軸(18)同軸地對齊以便單絲(24)可以沿所述捲軸的軸線鬆開。
18.根據權利要求15所述的用於分配PTFE單絲和旋擰潤滑劑的裝置，其特徵在於，所述可取出的潤滑劑分配器包括容器(30)，該容器頂部具有其中形成有分配孔(34)的截頭圓錐形部分(32)，該容器(30)的底端通過蓋(36)封閉，用於容納壓縮彈簧(40)的管狀導向件(38)從該蓋突出，該壓縮彈簧支承一直徑稍大於孔(34)的直徑的球(42)，密封裝置(46)設置在所述蓋(36)的周緣(44)和所述箱狀殼體(10)在所述室(16)的區域內的端壁之間。
19.根據權利要求17所述的用於分配PTFE單絲和旋擰潤滑劑的裝置，其特徵在於，切割裝置(50)包括具有加寬的傘狀頭部(54)的銷(52)，該銷(52)能夠裝配並固定在形成於壁(20)內的對應的孔(56)內，間隔軸環(58)保持頭部(54)與罩(20)的外表面分隔開，墊圈(60)設置在軸環(58)的基部和罩(20)的外壁之間，並且具有從該墊圈突出的由鋼刀片組成的切割元件(62)，該刀片具有高度的彈性並且形狀形成為具有合適的曲率，從而該切割元件向上延伸並且相對於孔(56)的軸線沿徑向向外張開。
20.根據權利要求17所述的用於分配PTFE單絲和旋擰潤滑劑的裝置，其特徵在於，所述切割元件(62)的數量為四個，並且相互成90°地設置。
全文摘要
為了氣密地密封具有螺紋的管接頭，使用具有矩形橫截面的聚四氟乙烯單絲，所述單絲纏繞在較小直徑管的端部的外螺紋上，較大直徑管的具有內螺紋的端部旋擰在該端部上。少量的潤滑劑——優選地為可生物降解的清潔劑——塗敷在纏繞的PTFE單絲上，從外部潤溼所述纏繞的材料。為了製造PTFE單絲，擠出單獨的單絲，並通過加熱從單絲中除去擠出添加劑，然後對單絲進行受控的拉伸和壓延以使單絲具有希望的橫截面形狀。可設想單個分配器用於分配來自捲軸的PTFE單絲和清潔劑。
文檔編號F16L15/04GK101072966SQ200480044540
公開日2007年11月14日 申請日期2004年10月20日 優先權日2004年10月20日
發明者R·貝拉爾迪內利, N·穆拉伊, C·波利, M·瓦卡羅薩 申請人:雷西塔佩有限公司