专利名称：垫圈脱离剂的制作方法
垫圈脱离剂相关专利申请的交叉引用本发明要求 Tim Pistner、Howard Lockhart 禾口 Ameet Kulkarni 于 2007 年 10 月 30日提交的题为“垫圈脱离剂”的美国临时专利申请第60/983，846号的优先权，该临时专 利申请在此被全文引入作为参考。
背景技术：
垫圈是公知的，并且在各种流体应用中用于密封接头、阀门和其它开口。垫圈也可 用在各种其它应用中，例如需要隔振和/或隔音的应用。这类应用通常涉及称为配合面的 两个表面，所述配合面与位于中间的垫圈一起配合来实现这两个表面之间的密封。通常，为了诸如接头或阀门的维护或修理，所述表面必须是分离的。在这种情况 下，通常需要去除介于所述表面之间的垫圈材料、清洁配合面、安装新的垫圈以及使所述表 面再次配合。将垫圈从其应用点去除时，可能会留下残余物。在向其接合组件内安装新垫 圈之前，通常需要去除这类残余物，以确保严密的密封。此外，在某些情况下，需要过多的努 力来将其间残留有垫圈的表面分开。这可能源于多种因素，例如垫圈材料对配合面的粘结， 这导致需要很大的力来分离这两个表面。早先提供垫圈脱离剂的尝试是使用石墨。然而，在这类应用中，通常部分石墨会转 移到密封表面，这限制了其应用。使用石墨作为脱离剂的另一问题是，随着温度升高石墨的 摩擦系数会呈指数级上升。此外，石墨的加工和处理通常比较脏。石墨的黑色使得这类应 用比较难看，限制了其可应用的范围，并且阻碍了脱离剂或其上残留有该脱离剂的基材的 色彩标记(color-branding)。
发明内容
本发明内容被提供以用于介绍某些概念的精简选择，在以下具体实施方式
中将对 这些概念做进一步的描述。本发明内容和背景技术不意味着确定要求保护的主题的关键方 面或实质方面。此外，本发明内容不意味着用作确定要求保护的主题范围的辅助。本发明提供了经涂布的垫圈(coated gasket)以及提供和使用所述经涂布的垫 圈的方法的各种实施方式。在某些实施方式中，垫圈体在所述垫圈体与接合组件(joining assembly)的配合面相接触的两个表面上提供有脱离剂涂层。其它实施方式可包括在单一 表面上或者在一个或多个表面的一部分上具有涂层的垫圈体。在某些方面，垫圈体可由有 机和无机非金属和金属垫圈体材料形成，例如垫片纸、弹性体、不锈钢、软木、毛毡、石墨、玻 璃纤维和/或聚合物(如聚四氟乙烯、聚丙烯等)。在某些实施方式中，垫圈体也可包括加 强材料。在某些实施方式中，涂层是增强垫圈在安装到接合组件内之后的脱除的脱离剂。 在特定实施方式中，涂层可提供为主要包括六方氮化硼(BN)的多组分混合物。涂层可通过 众多方法中的任何方法施加到垫圈体上，包括涂抹、涂敷、辊涂、喷涂和/或浸渍。也可通过 单个施加步骤或者超过一个步骤来将涂层施加到垫圈体上。在某些实施方式中，脱离剂涂层包括多种组分，包括脱离剂和强化脱离剂对垫圈体表面的粘附的粘合材料。粘合材料可包括例如有机或无机材料。在某些实施方式中，除粘合剂材料和填充剂外，还可向垫圈脱离 剂分散体中加入表面活性剂。表面活性剂促进了涂层材料对垫圈体表面材料的润湿。粘合 剂和表面活性剂取决于基材。因此，在某些实施方式中两者都不需要。各种实施方式的法兰组件可被提供用于在模拟运行条件下测试各种垫圈以验证 垫圈的性能。在一个例子中，经涂布的垫圈可具有100%六方氮化硼的涂层。可在特定的 螺栓载荷和特定温度下对垫圈和涂层进行测试，以确定在暴露于模拟运行条件下一段时间 后，垫圈是否会从法兰表面上脱离。特别地，经涂布的垫圈可安装在介于两个法兰之间的法 兰组件内。然后，可借助垫片、螺栓和螺母将法兰彼此紧固在一起，达到所需的螺栓载荷。随 后，可使该组件经受模拟运行条件。随后，将法兰组件从模拟运行条件中取出，分离两个法 兰，同时测定分离该法兰所需的力。在考虑本文的具体实施方式
和附图之后，本发明系统和方法的这些方面和其它方 面是显而易见的。然而，应当理解，本发明的范围应当根据授权的权利要求来确定，而不应 该根据指定主题是否解决了背景部分中提及的任何或所有问题，或者包括本发明内容中记 载的任何特征或方面来确定。
参照以下附图对本发明的非限制性和非穷举的实施方式(包括优选的实施方式) 进行了描述，其中除非有相反表示在各视图中相同的附图标记指示相同的部件。图1显示了根据本发明技术的经涂布的垫圈的一种实施方式的部分剖视图。图2显示了根据本发明技术的经涂布的垫圈的实施方式的平面图，其中去除了一 半的垫圈体，以更好地显示垫圈体表面上的涂层。图3显示了图2所示经涂布的垫圈的立体图。图4显示了可用于测试垫圈以验证垫圈性能的法兰组件的一种实施方式的分解 正视图。图5显示了处于装配位置的图4所示法兰组件的立体图。图6显示了图5所示法兰组件的侧视图。图7显示了图5所示法兰组件的平面俯视图。
具体实施例方式以下参照附图对实施方式进行更充分的描述，所述附图构成本申请的一部分并且 示例性地显示了具体的示例性实施方式。对这些实施方式进行了充分具体的公开，使得本 领域技术人员能够实施该技术。然而，这些实施方式可通过许多不同方式实现，并且不应解 释为本文给出的实施方式。因此，以下具体描述不应理解为限制性的。如上所述，许多应用需要安装和更换垫圈。此外，更换通常需要施加很大的力来分 离配合面，并且通常导致在一个或多个表面上留下大量残余物，需要极大努力来清除，并且 在某些情况下需要更换接合组件部件中的一个或多个。本申请发现，出于多种原因，减小分 离配合面组件以进行维护和修理所需的力量是非常必要的，这些原因包括更有效的维护和 修理操作及安全考虑等。此外，本申请发现在分离外壳部件之后减少遗留在配合面上的垫圈残余物是非常必要的，以便减少维护或修理所需的时间，并且可能减少当配合面不能被 充分地清除掉垫圈残余物的情况下更换组件的次数。许多现有方式使用诸如石墨粉末的脱 离剂，其适用于部分应用。然而，这类脱离剂通常是肮脏的，因为粉末是黑色的并且常常污 染邻近的物件，这通常是不合意的。此外，这类脱离剂会在相对高的温度发生分解，导致在 分离接合组件部件之后有额外的残余物遗留在配合面上。本申请的各种实施方式提供了在 接合组件暴露于高温时能够使垫圈从配合面脱离并且提供用于安装的清洁垫圈的方法、系 统和设备。
参照图1 3，描述了经涂布的垫圈20的实施方式。图1显示了该实施方式的经 涂布的垫圈20的部分剖视图，在该实施方式中，垫圈体24具有位于该垫圈体24与接合组 件的配合面相接触的两个表面上的脱离剂涂层28。图2显示了经涂布的垫圈20的平面图， 其中去除了垫圈体20的一半以更好地显示垫圈体24表面上的涂层28。图3显示了图2的 经涂布的垫圈20的立体图。其它实施方式可包括仅在单一表面上或者一个或多个表面的 一部分上具有涂层28的垫圈体24。垫圈体24可由有机和无机非金属和金属垫圈体材料形成，例如垫片纸、弹性体、 不锈钢、软木、毛毡、石墨、玻璃纤维和/或聚合物(如聚四氟乙烯、聚丙烯等)。本领域技术 人员容易理解，具体的垫圈材料主要取决于使用该垫圈的具体应用，并且需根据诸多因素 进行选择，例如所需的压缩比、操作温度和该垫圈所接触的介质。同样，本领域公知且本领 域技术人员容易理解，垫圈体24还可包括加强材料。在一个实施方式中，涂层28是增强垫圈20在安装到接合组件(未示出)内之后 的脱除的脱离剂。在一个实施方式中，涂层28是主要包括六方氮化硼(BN)的多组分混合 物。BN为脱离剂，其使得被安装在接合组件中的经涂布的垫圈20能够以相对少的努力而与 该接合组件的配合面分离并留下相对少的残余物。可通过诸多方法中的任意方法来将涂层 28施加到垫圈体24上，包括辊涂、喷涂和/或浸渍。可通过单个施加步骤或者超过一个步 骤来将涂层28施加到垫圈体24上。在某些实施方式中，脱离剂涂层28包括多种组分，这些组分包括主要充当脱离剂 的BN及强化BN对垫圈体24表面的粘附的粘合材料。粘合材料可包括例如有机材料。粘 合材料也可包括无机材料，其在较高温度时是稳定的。可强化包括BN的垫圈脱离涂层28 的性能的粘合材料包括但不限于天然和合成的聚合物(有机和无机)以及天然和合成的矿 物。在某些实施方式中可使用无机粘合剂和填充剂，由于它们的耐高温性，因而在相对宽的 温度范围(如室温到900° F)内均非常有效。可达到更高的温度，只要垫圈体24本身能够 耐受这种极端条件。用作粘合剂或填充剂的无机材料的例子包括但不限于硅酸盐(胶体二 氧化硅、硅酸钾、硅酸钠和硅酸锂)、氧化物(氧化铝、氧化锆、氧化硅和氧化镁)、页硅酸盐 (滑石、云母和蛭石)以及粘土(高岭土、膨润土和埃洛石)。为将涂层粘合至片材，有些聚 合物粘合剂或填充剂有很好的作用，它们包括但不限于热塑性塑料(聚乙烯、聚丙烯、聚醋 酸乙烯酯和丙烯酸类聚合物)、含氟聚合物(聚四氟乙烯、氟化乙烯-丙烯和全氟烷氧基树 脂)、热固性塑料(聚氨酯、环氧化物、橡胶)、天然存在的多糖介质(淀粉、树胶和纤维素树 脂)、蜡(蜂蜡、巴西棕榈醇、石蜡)。然而，在有机和无机粘合剂中，在用于垫圈结合的涂层 和用于法兰粘结的涂层之间可能需要权衡。还可使用其它聚合物粘合剂来将脱离剂结合到 垫圈体上。在某些实施方式中，除粘合材料和填充剂之外，还可向垫圈脱离剂分散体中加入表面活性剂。表面活性剂促进涂层材料对垫圈体表面材料的润湿。通常使用的表面活性剂 包括但不限于阴离子表面活性剂(十二烷基硫酸钠、月桂醚硫酸钠和肥皂)以及非离子表 面活性剂(聚乙二醇辛苯基醚、聚(环氧乙烷)和聚(环氧丙烷)共聚物、醇、烷基聚(环 氧乙烷)和烷基聚葡糖苷)。粘合剂和表面活性剂取决于基材；在某些情况下两者都不需要。在各实施方式中，涂层包括脱离剂、粘合剂和表面活性剂的混合物。脱离剂包括含量为先前施加到垫圈上的干涂层的0.01% 100% (体积)的六方氮化硼。粘合剂和/ 或填充剂组分包括含量为先前施加到垫圈上的干涂层的0% 80% (体积)的一种或多种 上述粘合剂/或填充剂材料。表面活性剂包括含量为先前施加到垫圈上的干涂层的0% 40% (体积)的一种或多种上述表面活性剂。上述范围取决于供涂层驻留的表面基材。实施例1在一个实施例中，使用常规技术形成垫圈材料片(sheet of gasketmaterial)。将 垫圈材料片进料入辊涂机中，所述辊涂机在垫圈材料上涂布涂层28。在该实施例中，辊涂机 提供了包括六方氮化硼、粘合剂材料、填充剂材料和表面活性剂的涂层。所述涂层为初始包 括25% (体积)六方氮化硼和3%氧化铝粘合剂的六方氮化硼分散体。用蒸馏水将所述分 散体稀释至包括2. 5%的六方氮化硼和0. 3%的粘合剂。再向稀释的分散体中加入表面活 性剂Triton X-100，直到分散体包括的表面活性剂。使用辊涂机将上述分散体施加到 垫圈材料上，并将经涂布的垫圈材料放置在干燥烘箱中，以便将水从分散体中蒸发出来。在 较高温度环境中干燥之后，本实施例的干涂层包括一定含量范围的固体，该范围取决于所 含表面活性剂的百分比。对于干涂层，固体含量范围为约66% 90%六方氮化硼、约7% 10%氧化铝和约0% 26% TritonX-IOO0随后，根据垫圈具体应用的需要，将经涂布的垫 圈材料片切割为任何所需的形状。实施例2在另一实施例中，使用常规技术形成垫圈材料片。将垫圈材料片进料入辊涂机中， 所述辊涂机在垫圈材料上涂布涂层28。在该实施例中，辊涂机提供了包括六方氮化硼、粘合 剂材料和表面活性剂的涂层。所述涂层为包括40% (体积)六方氮化硼、0%粘合剂和0% 表面活性剂的六方氮化硼分散体，该分散体的剩余部分为蒸馏水。使用辊涂机将上述分散 体施加到垫圈材料上，并将经涂布的垫圈材料放置在干燥烘箱中，以便将水从分散体中蒸 发出来。本实施例的干涂层包括100%六方氮化硼。随后，根据垫圈具体应用的需要，将经 涂布的垫圈材料片切割为任何所需的形状。实施例3在第三实施例中，使用常规技术形成垫圈材料片。将垫圈材料片进料入辊涂机中， 所述辊涂机在垫圈材料上涂布涂层28。在该实施例中，辊涂机提供了包括六方氮化硼、填充 剂材料、粘合剂材料和表面活性剂的涂层。所述涂层为包括25% (体积)的六方氮化硼、 20%无机粘土填充剂材料、5%硅酸盐粘合剂和0%表面活性剂的六方氮化硼分散体，剩余 部分为蒸馏水。使用辊涂机将上述分散体施加到垫圈材料上，并将经涂布的垫圈材料放置 在干燥烘箱中，以便将水从分散体中蒸发出来。本实施例的干涂层包括50%六方氮化硼、 40%无机粘土填充剂和10%硅酸盐粘合剂材料。随后，根据垫圈具体应用的需要，将经涂布 的垫圈材料片切割为任何所需的形状。
现在参照图4 7，描述了一个实施方式的法兰组件40。在该实施方式中，法兰组件40是测试部件，其可用于在模拟运行条件下测试垫圈20以验证垫圈的性能。例如，经涂 布的垫圈20可具有100%六方氮化硼的涂层。需要测试在指定螺栓载荷和指定温度条件下 的垫圈和涂层，以确定在暴露于模拟运行条件下一段时间后垫圈能否从法兰表面脱离。在 该实施方式中，经涂布的垫圈20安置在法兰组件40内，介于两个法兰44之间。用垫片48、 螺栓52和螺母56将法兰44相互紧固在一起。将螺母56和螺栓52上紧至所需的螺栓载 荷，并使装配好的测试部件经受模拟运行条件。将法兰组件40从模拟运行条件中取出，并 分离两个法兰44。在分离法兰44时，测量分离法兰44所需的力，并观察残留在法兰44与 垫圈相接触的表面上的残余物虽然以具体到某些结构、材料和方法步骤的语言对所述技术进行了描述，但应理 解所附权利要求中限定的发明不必局限于所述具体结构、材料和/或步骤。相反，所描述的 具体方面和步骤是实施要求保护的发明的各种形式。由于在不脱离本发明精髓和范围的情 况下，可以实现许多本发明的实施方式，因此本发明记载在之后所附的权利要求中。除非有 相反表示，说明书(不含权利要求)中使用的所有数值或表述例如那些表达尺寸、物理特性 等等的那些，在所有情况下均应理解为受术语“约”修饰。最低限度，并且不意味着将等同 范围的应用限制到所述权利要求，说明书或权利要求书中记载的由术语“约”修饰的每一数 值参数应当至少根据所记载的有效数字的数值，并通过应用常用取整方法来解释。此外，本 文公开的所有范围应当理解为涵盖并且支持记载了其中所含的任何及所有子范围或者任 何及所有具体数值的权利要求。例如，所给的1 10的范围应当理解为包括并支持记载了 介于和/或包括最小值1和最大值10之间的任何及所有子范围或具体数值的权利要求；即 所有以最小值ι或更高值为起始并以最大值10或更小值为结束的子范围(如5. 5 10、 2. 34 3. 56等等)，或者任何从1到10的数值(如3、5. 8、9. 9994等)。当涉及相对关系 时，如果适当，会使用诸如“上”、“下”、“上部”、“下部”、“水平”、“垂直”、“左”、“右”等的表述 来使描述更为清楚。但是，这些术语并不意味着暗示绝对的关系、位置和/或方向。例如， 对于一个物体，简单地将其翻转即可使“上部“表面变为“下部”表面。然而，这仍是同一物 体。
权利要求
一种用于可移除地安置在相对表面之间的垫圈组件，所述垫圈组件包括具有多个配合面的垫圈体；粘附到一个或多个垫圈配合面的至少一部分上的脱离剂层；所述脱离剂包括一定量的六方氮化硼。
2.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中所述脱离剂还包括一定量的选自以下材料族 的材料，所述材料族包括硅酸盐、氧化物、页硅酸盐和粘土。
3.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中所述脱离剂还包括一定量的选自如下材料 族的材料，所述材料族包括热塑性塑料、含氟聚合物、热固性塑料、天然存在的多糖介质和 蜡。
4.根据权利要求2所述的垫圈组件，其中所述脱离剂还包括一定量的选自硅酸盐材料 族的材料，所述硅酸盐材料族包括胶体二氧化硅、硅酸钾、硅酸钠和硅酸锂。
5.根据权利要求2所述的垫圈组件，其中所述脱离剂还包括一定量的选自页硅酸盐材 料族的材料，所述页硅酸盐材料族包括滑石、云母和蛭石。
6.根据权利要求2所述的垫圈组件，其中所述脱离剂还包括一定量的选自氧化物材料 族的材料，所述氧化物材料族包括氧化铝、氧化锆、氧化硅和氧化镁。
7.根据权利要求2所述的垫圈组件，其中所述脱离剂还包括一定量的选自粘土材料族 的材料，所述粘土材料族包括高岭土、膨润土和埃洛石。
8.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中所述脱离剂还包括一定量的选自表面活性剂 族的表面活性剂，所述表面活性剂族包括阴离子和阳离子共聚物、醇、烷基聚环氧乙烷和烷 基聚葡糖苷。
9.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中所述脱离剂包括约0.01% 100%(干体积) 的六方氮化硼。
10.根据权利要求9所述的垫圈组件，其中所述脱离剂包括约0% 80%(干体积)的 粘合剂和/或填充剂。
11.根据权利要求10所述的垫圈组件，其中所述脱离剂包括占约0% 40%(干体积) 的表面活性剂。
12.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中所述脱离剂提供为稀释的水分散体，包括大约(a)2. 5% (体积)的六方氮化硼；(b)0.3%(体积)的粘合剂材料；以及(c)l%(体积)的表面活性剂。
13.根据权利要求12所述的垫圈组件，其中所述脱离剂提供为施加到垫圈材料上的干 燥涂层，包括大约(a)66 90% (体积)的六方氮化硼；(b)7 10% (体积)的粘合剂材料；以及(c)0 26%(体积)的表面活性剂。
14.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中所述脱离剂提供为稀释的水分散体，包括大约(a) 40% (体积)的六方氮化硼；以及(c)60% (体积)的水。
15.根据权利要求14所述的垫圈组件，其中所述脱离剂提供为施加到垫圈材料上的干 燥涂层，包括约100% (体积)的六方氮化硼。
16.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中所述脱离剂提供为稀释的水分散体，包括大约(a)25% (体积)的六方氮化硼；(b)20%(体积)的无机粘土填充剂材料；以及(c)5%(体积)的硅酸盐粘合剂材料。
17.根据权利要求16所述的垫圈组件，其中所述脱离剂还包括蒸馏水。
18.根据权利要求17所述的垫圈组件，其中所述脱离剂包括0%(体积)的表面活性剂。
19.根据权利要求17所述的垫圈组件，其中所述脱离剂提供为施加到垫圈材料上的干 燥涂层，包括大约(a)50% (体积)的六方氮化硼；(b)40%(体积)的无机粘土填充剂材料；以及(c)10%(体积)的硅酸盐粘合剂材料。
20.一种制造垫圈组件的方法，所述方法包括 提供垫圈材料片；向垫圈材料片的表面施加脱离剂层，所述脱离剂包括一定量的六方氮化硼；以及 将所述垫圈材料片成形为一个或多个垫圈。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述脱离剂作为包括一定量水的脱离剂分散体 而被施加到所述垫圈材料片上。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括从所述脱离剂分散体中蒸发出一定量的水，由此脱离剂层粘附到所述垫圈材料片上。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述脱离剂还包括一定量的选自以下材料族的 材料，该材料族包括硅酸盐、氧化物、页硅酸盐和粘土。
24.根据权利要求20所述的方法，其中所述脱离剂还包括一定量的选自如下材料族的 材料，该材料族包括热塑性塑料、含氟聚合物、热固性塑料、天然存在的多糖介质、蜡。
25.根据权利要求21所述的方法，其中所述脱离剂包括约0.01% 100%(干体积) 的六方氮化硼。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述脱离剂包括约0% 80%(干体积)的粘 合剂和/或填充剂。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述脱离剂包括约0% 40%(干体积)的表 面活性剂。
全文摘要
本发明提供了各种垫圈脱离剂以及提供和使用该脱离剂的方法，并且提供了在与接合组件的配合面相接触的一个或多个表面上具有脱离剂涂层的垫圈体。所述涂层可提供为包括六方氮化硼的多组分的混合物。其它组分可包括脱离剂和粘合材料，所述粘合材料增强了脱离剂对垫圈体表面的粘附。粘合材料可包括例如有机或无机材料。在某些实施方式中，除粘合剂材料和填充剂之外，还可向垫圈脱离剂分散体中加入表面活性剂。
文档编号F16J15/06GK101802067SQ200880108267
公开日2010年8月11日 申请日期2008年10月28日 优先权日2007年10月30日
发明者埃米特·库尔卡尼, 蒂姆·皮斯特纳, 霍华德·洛克哈特 申请人:卡勒克密封技术有限责任公司