用於螺紋連接的密封材料的製作方法

2023-12-02 16:20:36 1

本發明涉及一種用於螺紋連接的柔性密封材料，該柔性密封材料由特別是呈帶或線的形式的柔性ptfe-單絲或復絲製成。

這種類型的密封元件，特別是密封帶或密封線，充當用於非常多種多樣的連接、用於管連接或用於密封由金屬或塑料製成的螺紋的密封件。為此目的，在螺紋連接完成之前，將聚四氟乙烯線或聚四氟乙烯帶纏繞在要求密封的螺紋螺齒周圍。這些密封元件充當先前用於密封管道中的螺紋的大麻的替代物。它們目前以非常多種多樣的形式使用，具體實例是密封帶和密封線。市場上可獲得的密封帶總是呈定向形式的ptfe單絲，主要在表面上配備有全氟化的潤滑劑，或者需要在表面上施加該類型的潤滑劑。

早在1961年，us3002270a公開提出了使用ptfe(聚四氟乙烯)帶作為在管連接中的陽螺紋與陰螺紋之間的密封夾層。通過以下方式生產該帶，將粉狀ptfe與小比例的油狀增加物混合、擠出並且在壓延輥系統中軋制以給出長的薄帶，並且最後捲起。在該壓延輥系統中或在其下遊，以這樣一種方式拉伸該帶，即，使得其密度變成從1.2g/mm3到1.8g/mm3。

已知的是，當螺紋連接完成時，用於隨後調節的要求經常使得將所述螺紋接頭再次分開並且重新連接是不可避免的。然而，在此必要的是在這個程序期間、以及還有之後，保證防漏連接。在將全氟化的潤滑劑單獨施加到該ptfe單絲上的情況下，符合此具體要求用目前在市場上可獲得的ptfe單絲產品可以僅確保至受限制的程度。在其他情況下，始終必要的是在分開螺紋接頭之後，還替換密封元件，以便確保其具有所要求的防漏品質。

ep0801254a1(1997年公開的)描述了一種用於零件的材料，這些零件不僅必須充當可移動閥零件的滑動件，而且還必須是耐用的，並且還是密封的；因此，典型地這些零件是用於塞閥的軸承襯。該材料是富含添加劑的ptfe。這些添加劑是具有層狀晶體結構的固體潤滑劑的顆粒，例如滑石粉或石墨。該生產工藝擠出和/或壓延(軋制)材料的混合物以給出帶，將其捲起以給出卷形物，將其以卷形物的形式壓縮，並且最後在約380℃的溫度下將其燒結持續數小時以給出緻密、相對硬的產品，該產品具有經久地良好的低摩擦表面。擠出和/或壓延以對於低摩擦特性理想的方式實現與所得帶並且最後剛性成品的表面平行的添加劑的層狀晶體的定向。不存在以下意圖，並且當然不存在以下建議，呈帶形式的中間產品用於密封目的。

從當前現有技術水平開始，本發明基於提供用於柔性密封元件的密封材料的目的，該柔性密封元件充當在陽螺紋與陰螺紋之間的密封夾層，特別地用於管連接，同時展示了改進的密封特性並且在一定程度上允許隨後調節螺紋接頭，而沒有任何產生的對於替換所述元件的要求，這在壓力條件下也適用。

本發明實現了這個目的，因為該密封材料是ptfe單絲-或復絲，該單絲或復絲特別地呈帶或線的形式並且已經用高壓添加劑進行了改性並且是無定向的。

因為該密封材料沒有被燒結(像ep0801254a1中的密封材料，其在多個方面中是可比較的)，它保持相對軟的並且相對柔性的，並且具有相對高的摩擦係數，並且因此不會在密封螺紋接頭的正確組裝期間滑出位置。此外，生產成本是非常低得多的。

因為該密封材料不是定向的(像在前言中提及的ptfe密封帶或密封線)，它比定向的材料更緻密、較不多孔的、並且更可變形的，並且具有比定向的材料更軟的塑性特性。良好的塑性可變形性有可能是造成以下事實的原因：當該材料被用作在密封螺紋連接的陽螺紋和陰螺紋零件的組裝和調節期間的夾層時，它提供了良好的潤滑效應，使得不存在對於任何附加的物質如油的需要。

高壓添加劑採取精細顆粒粉末的形式，並且被分類成發揮結構效應、化學效應或物理效應的物質。在最常用的高壓添加劑之中的是二硫化鉬、石墨、磷酸三鈣、焦磷酸鋅、氫氧化鈣、鋁、硫化鋅、氧化鋅和氟化鈣。二氧化鈦同樣可以用作高壓添加劑，具有以下優點：它可用於食品工業中。

雖然ptfe本身具有非常低的摩擦係數，但它不具有層-晶格結構，並且僅發揮物理效應。因此，用具有層-晶格結構並且還發揮化學效應的高壓添加劑改性ptfe是對於用作螺紋用的密封線特別有利的。為此目的特別有吸引力的材料是硫化鉬(mos2)、二硫化鎢(ws2)和二氧化鈦(tio2)、其混合物和其他類似的高壓添加劑。

本發明的密封材料的實質優點是，在組裝之後對螺紋接頭進行隨後調節依然是可能的；這在壓力條件下也適用。特別地，在該密封材料已經被纏繞在其上之後已經被擰緊的螺紋接頭可以被分開至至少四分之一轉的程度而沒有它可能洩漏的風險。用高壓添加劑改性該無定向的ptfe單絲導致改進的抗壓縮變形性。

高壓添加劑的操作模式是基於它們的結晶結構，該結晶結構允許它們發揮潤滑效應而不改變金屬表面。層-晶格晶體通常憑藉它們的結構具有一個平面，其中它們顯著地更易於裂開；因此，薄層像紙的疊層彼此滑過。這種低內摩擦對於潤滑特性是重要的。因此，結果是在增加壓力下，低摩擦膜在金屬表面之間形成並確保移動自由度。

高壓添加劑有利地是該細絲的按重量計從0.1％至5.0％。甚至0.1％的高壓添加劑的加入提供了在材料的特性上的顯著改進，但是高於5.0％的加入既不是有成本效益的也不是有用的。

本發明的實質優點是，已經用高壓添加劑改性的無定向的ptfe膜具有所要求的改進的密封特性，並且允許隨後調節螺紋接頭至一定程度，而不損害密封裝置；這在壓力條件下也適用。此優點本質上可歸因於以下事實：將高壓添加劑引入到該聚合物內可以控制ptfe的不利冷流動。同時，高壓添加劑充當幹潤滑劑，替代全氟化的潤滑劑的附加施加。該密封元件可以採取任何所希望的形式，但是特別地是通用的密封元件，不論形式如何，特別是具有任何所希望的寬度和厚度的密封帶或密封線。用對於所提及的密封目的生產的ptfe膜或用從所述膜切割的密封帶或密封線的適當試驗顯示了優異的結果連同非常良好的可加工性，這些膜由已經用高壓添加劑改性的無定向的ptfe製成並且沒有全氟化的潤滑劑。所描述的膜以帶和線兩種形式在高達200巴及以上的壓力下在非常多種多樣的類型的螺紋和材料上進行測試。

從1.20g/cm3至1.80g/cm3、特別地從1.50g/cm3至1.70g/cm3的密度的無定向的ptfe膜有利地具有所要求的改進的密封特性，以便允許隨後調節螺紋接頭至一定程度，而不損害密封裝置。

未改性的聚四氟乙烯具有已知的優點如優異的耐化學性、非常低的滑動摩擦係數、從-200℃至260℃的使用範圍、無吸水性、無硬化等，並且原則上具有對於以提出的無定向形式用作螺紋密封材料的非常良好的適用性。然而，所述材料的相當大的缺點是冷流動，這在不將高壓添加劑引入到該ptfe聚合物內的情況下僅允許隨後調節至最小程度。在此所要求的防漏特性可以確保僅僅至受限制的程度。當施加高扭矩時，這在完成螺紋連接期間是不可避免的，同樣存在密封表面的磨損的風險。當螺紋連接由不鏽鋼製成時，存在關於密封表面的磨損的特定風險。

該無定向的ptfe膜通過壓延產生。在生產本發明的密封裝置期間可能要求的任何潤滑劑在壓延之後的乾燥過程期間蒸發。與現有技術相比，藉助於壓延工藝製造的膜網在進一步加工以給出密封帶或密封線之前不是定向的，並且也不存在潤滑劑的進一步施加，現有技術中、特別地在該膜的定向之後存在潤滑劑的進一步施加。單絲表面因此是無潤滑劑的；這在本發明上下文中的含義是不存在任何單獨的潤滑劑層的施加。市場上可獲得的常規的ptfe螺紋密封線或帶總是定向的並附加地提供有潤滑劑。

將高壓添加劑嵌入到ptfe基質內，例如以幹潤滑劑的形式，旨在提供ptfe的冷流動特性的實質性改進；這些的最終結果是允許螺紋接頭的進一步旋轉；這在壓力條件下也適用。因此，提供了對提供有全氟化的潤滑劑的定向密封帶和線(其中該潤滑劑僅已經被施加在表面上)的另一種替代方案。在加工期間將高壓添加劑直接結合到該ptfe聚合物內可以實現均勻的分布。對於不允許使用脂肪或油的應用，高壓添加劑作為幹潤滑劑具有優異的適用性，並且因此它們還被批准用於氧氣管線中的應用。相比於將潤滑劑施加到表面上，將提及的添加劑引入到ptfe聚合物內的優點是，潤滑特性是永久可獲得的，因為顆粒已被確切地嵌入在ptfe基質內並且不能蒸發。相比之下，施加到ptfe密封帶和密封線的表面上的潤滑劑可以相對容易地蒸發。

為了改進在要求密封的螺紋周圍纏繞期間的一致性，可能有利的是在膜上穿孔。這意味著例如通過針在該膜或密封帶或密封線上垂直於其縱向方向穿孔。呈槽形式的凸起同樣可以優化膜的應用或到螺紋螺齒內的滲透，並且因此優化密封效應。在此該槽優選地延伸跨越截面並且在單絲方向上定向。