形成大直径热塑性密封件的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于制造大直径密封环的结构和方法。本发明专利技术的优选实施例利用显示出更好焊接质量和强度的聚合物的共挤出“载体”层。粘结到功能聚合物的共挤出载体聚合物的使用可用来改善整个焊接点、包括功能聚合物层的焊接点的强度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的涉及热塑性密封件，特别地，涉及使用填充了PTFE或其它填料的聚合物形成的大直径热塑性密封件。
技术介绍
各种工业正越来越多地转向大型设备以满足运行需要。随着工业开发大型设备，其将寻求大型部件如密封件和O-形环。大型设备常常安置在偏远的严苛环境中，从而增大对耐久且结实的密封件的需求。例如，随着石油天然气工业寻求在更深的水域钻井，采用的设备规模不断增大，并因此，对可承受严苛环境的更耐久大型产品的需求增大。PTFE填充聚合物对于多种应用如大直径密封环、支承环或其它密封装置(本文中统称为密封环)来说是高度期望的。这些大直径密封环常为例如石油天然气工业所使用。如本文所用，表述“大直径”用来描述至少600mm的直径。这样的大直径密封环不能通过用于较小环的常规模制技术轻松地制成。Vaideeswaran等人的美国专利申请第2010/0116422号“Method of Forming Large Diameter Thermoplastic Seal”中描述了形成这些类型的大直径环的一种方法，所述专利申请被转让给本申请的受让人并以引用方式并入本文。根据Vaideeswaran所描述的方法，使用挤出的热塑性棒来形成大直径密封环，所述热塑性棒被弯曲成圆形形状并然后在端部处焊接于一起以形成密封环。不幸的是，PTFE填充材料虽然就其磨损特性和低摩擦而言是高度期望的，但它们常常难以与典型的热焊接工艺一起使用。具体而言，与未填充的聚合物相比，PTFE聚合物的焊接部分常将显示出减小的断裂伸长率。这使得此类PTFE填充材料较不适合于如需要至少3％的断裂伸长率的大直径密封环、支承环或其它密封装置的应用。因此，需要使用填充了PTFE或其它填料的聚合物形成大直径密封件的新方法。
技术实现思路
本专利技术的一个优选实施例涉及一种用于制造大直径密封环、支承环或其它密封装置的新型结构和方法。各种类型的密封聚合物，虽然具有有利的物理特性，但难以与采用热焊接的形成大直径密封环的方法一起使用。本专利技术的优选实施例利用显示出更好焊接质量和强度的聚合物的共挤出“载体”层。申请人已发现，粘结到功能聚合物的共挤出载体聚合物的使用令人惊奇地改善整个焊接点(weld)、包括功能聚合物层的焊接点的强度。前文已相当宽泛地略述了本专利技术的特征和技术优点以便随后的本发明具体实施方式可得到更好的理解。本专利技术的其它特征和优点将在下文描述。本领域技术人员应理解，所公开的概念和具体实施例可容易地用作改变或设计其它结构以实施本专利技术的相同目的的基础。本领域技术人员还应认识，这样的等价构造不偏离如附随的权利要求中所陈述的本专利技术的精神和范围。附图说明通过结合附图，本专利技术可得到更好的理解，并且其众多特征和优点对于本领域技术人员来说将显而易见。图1示出了根据本专利技术的一个优选实施例的密封环。图2为示意图，示意了根据本专利技术的实施例具有两个聚合物层的挤出热塑性棒。图3为流程图，示出了根据本专利技术的优选实施例制造密封环的方法中的步骤。图4A和4B为示意图，示意了根据本专利技术的实施例焊接弯曲成圆形形状的热塑性棒的端部的方法。图5为可用来制造根据本专利技术的优选实施例的密封环的现有技术成型装置的示意图。图6示出了根据本专利技术的一个优选实施例的密封环，其中两根热塑性棒被接合以形成具有两个焊接点的密封环。图7示出了根据本专利技术的另一个优选实施例的密封环。附图非意在按比例绘制。在附图中，各个图中所示每个相同或接近相同的部件均由相似的数字表示。为清楚起见，不是每一个部件都在每一个附图中作了标注。具体实施方式虽然填充的聚合物如PTFE填充材料常常具有高度期望的特性，但它们可能难以与典型的热焊接工艺一起使用。具体而言，与未填充的聚合物相比，填充的聚合物如PTFE填充聚合物的焊接部分常将显示出减小的断裂伸长率。这使得此类PTFE填充材料较不适合于如需要至少3％的断裂伸长率的大直径密封环、支承环或其它密封装置的应用。申请人已发现，未填充聚合物的共挤出“载体”层的使用令人惊奇地改善整个焊接点、包括PTFE填充聚合物层的焊接点的强度。功能性PTFE填充层可朝向密封件的内部(在内周长上向着开口)或朝向外部(在外周长上)，具体取决于特定的密封应用需要功能性PTFE填料的地方。在许多典型的应用中，PTFE填充层优选朝向密封件的内部，如下面所述图1中所示。如图1和2中所示，密封环100可自热塑性棒200形成。优选地，所述热塑性棒为挤出的热塑性棒，例如熔融挤出棒。或者，棒200可为压塑棒。热塑性棒200优选包含至少两种共挤出的热塑性聚合物，所述两种聚合物形成第一纵向层102和第二纵向层104，其由焊接点106接合于一起。在本专利技术的优选实施例中，至少一个层包含PTFE填充化合物如PTFE填充PEEK。如上面所讨论，PTFE填充化合物如PTFE填充PEEK可能非常难以焊接。此类材料的典型焊接点的断裂伸长率小于许多密封环应用所需的3％值。通过共挤出PTFE填充聚合物层与另一具有优异的焊接拉伸强度或焊接断裂伸长率的未填充聚合物层，申请人已发现，整个焊接点、包括PTFE填充聚合物的焊接点的强度可得到改善。图3为流程图，示出了根据本专利技术的优选实施例制造密封环的方法中的步骤。形成密封环的优选方法包括在步骤301中通过功能聚合物如聚四氟乙烯(PTFE)填充聚合物和载体聚合物的共挤出来形成热塑性棒，使得所形成的热塑性棒至少包括功能聚合物的第一层和未填充聚合物的第二层。图2中示意性地示出了这样的两层挤出棒。在挤出棒被切割至所需长度(步骤302)后，然后在步骤303中将棒加热至两个聚合物层的玻璃化转变温度以上的温度。在步骤304中，棒被弯曲成圆形形状。一旦棒已被弯曲形成环，即在步骤305中将棒的第一端部和第二端部加热至两个层的熔化温度以上的温度。然后在步骤306中将熔化的端部压制于一起以形成焊接环。优选地，接合端部使得PTFE填充层的端部接合在一起并且未填充聚合物层的端部接合在一起；换句话说，使得PTFE填充聚合物焊接到PTFE填充聚合物并且未填充聚合物焊接到未填充聚合物。最后，在步骤307中，使焊接环退火以增强共挤出层之间的焊接和粘结。热塑性棒可具有任何所需的形状。例如，所述棒可形成为具有矩形横截面和两个大约相等尺寸的纵向层的直棒，如图2中所示。或者，所述棒可具有圆形横截面或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成密封环的方法，所述方法包括：由至少第一聚合物的纵向层和第二聚合物的纵向层形成热塑性棒，并且挤出棒具有第一端部和第二端部；加热所述热塑性棒至所述第一聚合物和第二聚合物的玻璃化转变温度以上的第一温度；在至少保持温度于所述第一温度下的同时将所述热塑性棒弯曲成圆形结构；加热所述挤出棒的所述第一端部和第二端部至所述第一聚合物和第二聚合物的熔化温度以上的温度；和将所述挤出棒的所述经加热的第一端部和第二端部聚在一起以形成接合所述端部于一起的焊接点，其中经焊接的第二聚合物至少具有比经焊接的第一聚合物的第一机械性能更期望的第一机械性能，使得接合所述挤出棒的所述端部于一起的所述焊接点的第一机械性能也是比所述经焊接的第一聚合物的第一机械性能更期望的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.23 US 61/6509621.一种形成密封环的方法，所述方法包括：
由至少第一聚合物的纵向层和第二聚合物的纵向层形成热塑性棒，并
且挤出棒具有第一端部和第二端部；
加热所述热塑性棒至所述第一聚合物和第二聚合物的玻璃化转变温
度以上的第一温度；
在至少保持温度于所述第一温度下的同时将所述热塑性棒弯曲成圆
形结构；
加热所述挤出棒的所述第一端部和第二端部至所述第一聚合物和第
二聚合物的熔化温度以上的温度；和
将所述挤出棒的所述经加热的第一端部和第二端部聚在一起以形成
接合所述端部于一起的焊接点，其中经焊接的第二聚合物至少具有比经焊
接的第一聚合物的第一机械性能更期望的第一机械性能，使得接合所述挤
出棒的所述端部于一起的所述焊接点的第一机械性能也是比所述经焊接
的第一聚合物的第一机械性能更期望的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一机械性能选自断裂伸长
率、拉伸强度或拉伸模量。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述挤出棒的所述
经加热的第一端部和第二端部聚在一起以形成焊接点包括将所述热塑性
棒的所述经加热的第一端部和第二端部聚在一起以形成接合所述端部于
一起的焊接点，使得所述第一聚合物的层的所述第一端部和第二端部相接
合并且所述第二聚合物的层的所述第一端部和第二端部相接合。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一聚合物包含
由基质聚合物和填料所形成的填充聚合物。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一聚合物包含
由基质聚合物和聚四氟乙烯(PTFE)填料所形成的PTFE填充聚合物。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二聚合物包含
未填充聚合物。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中对所述第二聚合物和
所述基质聚合物采用相同的聚合物材料。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述热塑性棒通过所
述第一聚合物与所述第二聚合物的共挤出形成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述热塑性棒通过压
塑形成。
10.一种形成密封环的方法，所述方法包括：
通过聚四氟乙烯(PTFE)填充聚合物与未填充聚合物的共挤出形成热
塑性棒，使得所形成的热塑性棒至少包括PTFE填充聚合物的第一层和未
填充聚合物的第二层，所述热塑性棒具有第一端部和第二端部；
加热所述热塑性棒至所述PTFE填充聚合物和所述未填充聚合物的玻
璃化转变温度以上的温度；
在保持所述温度在所述玻璃化转变温度以上的同时将所述热塑性棒
弯曲成圆形结构；
将所述热塑性棒的所述经加热的第一端部和第二端部聚在一起以形
成接合所述端部于一起的焊接点，使得所述PTFE填充聚合物的层的所述
第一端部和第二端部相接合并且所述未填充聚合物的层的所述第一端部
和第二端部相接合。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中接合所述热塑性棒
的所述端部于一起的所述焊接点具有至少3％的断裂伸长率。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中接合所述热塑性棒
的所述端部于一起的所述焊接点具有至少5％的断裂伸长率。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中接合所述热塑性棒
的所述端部于一起的所述焊接点具有至少10％的断裂伸长率。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中当焊接时所述PTFE
填充聚合物具有小于10％的断裂伸长率。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中当焊接时所述PTFE
填充聚合物具有小于5％的断裂伸长率。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中当焊接时所述PTFE
填充聚合物具有小于3％的断裂伸长率。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中当焊接时所述未填
充聚合物具有大于3％的断裂伸长率。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中当焊接时所述未填
充聚合物具有大于5％的断裂伸长率。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中当焊接时所述未填
充聚合物具有大于10％的断裂伸长率。
20.一种通过聚合物焊接形成密封环的方法，所述方法包括：
通过共挤出PTFE填充聚合物的第一层和载体聚合物的第二层形成包
括至少两个层的热塑性棒，当焊接时所述PTFE填充聚合物具有小于3％
的断裂伸长率，当焊接时所述载体聚合物具有至少3％的断裂伸长率，并
且所形成的热塑性棒具有第一端部和第二端部；
加热所述热塑性棒至所述第一层和第二层的玻璃化转变温度以上的
温度；
将所述热塑性棒弯曲成圆形形状；
加热所述热塑性棒的所述第一端部和第二端部至所述第一层和第二

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·刘，R·辛格，
申请(专利权)人：美国圣戈班性能塑料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US