Уплотнительный материал
Изобретение относится к уплотнительному материалу для уплотнения резьбовых соединений труб. Уплотнительный материал содержит многоволоконную полифениленсульфидную пряжу или крученую полифениленсульфидную пряжу, уплотнительную композицию для соединений, содержащую кремнийорганическое масло или масло природного происхождения, у которого температура дымообразования составляет приблизительно 230°C или выше. Причем многоволоконная полифениленсульфидная пряжа или крученая полифениленсульфидная пряжа покрыта уплотнительной композицией для соединений. Уплотнительный материал обеспечивает эффективное уплотнение и является устойчивым даже при использовании в системах, в которых на него воздействуют температуры, превышающие 280°C. Материал может быть обеспечен в раздаточном устройстве. 5 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к уплотнительному материалу. Интерес представляют уплотнительные материалы, пригодные для использования в уплотнении соединений. Уплотняемые соединения включают соединения трубопроводов для текучих сред. Например, соединения могут представлять собой соединения труб. Настоящее изобретение является пригодным для использования в водопроводных и канализационных промышленных системах. Особый интерес представляют материалы для уплотнения резьбовых соединений труб.
Краткое описание родственной технологии
[0002] Материалы для уплотнения соединений труб хорошо известны. Например, публикация международной патентной заявки № WO 98/47805 описывает материал пряжи, на который нанесен покровный материал. LOCTITE® 55 представляет собой товарный продукт на основе технологии, описанной в данной публикации. Хотя такие материалы являются весьма пригодными для использования, и LOCTITE® 55 был и остается весьма успешным в коммерческом отношении, существуют приложения и/или условия окружающей среды, где могли бы иметь преимущество улучшенные эксплуатационные характеристики
[0003] Публикация патента ФРГ № DD 254915 описывает уплотнительный материал для соединений труб с использованием каучуковых покрытий. Европейский патент № EP 1647511 описывает проволоку с полимерной сердцевиной, которую покрывает сшитый кремнийорганический каучук. Публикация японской патентной заявки № JP 2007016173 описывает уплотнительный материал для вращательных соединений, который представляет собой матричную смолу, включающую волокна. Патент США № 4502364 описывает композиционный волокнистый упаковочный материал. Публикация международной патентной заявки № WO 01/36537 описывает отверждающуюся кремнийорганическую композицию. Публикация европейской патентной заявки № EP 0399682 также описывает отверждающийся силоксановый уплотнительный материал. Публикация патентной заявки США № 2001/0044486 описывает пластизольные композиции. Публикация патентной заявки КНР № 1127774 описывает уплотнительный материал для соединения коммуникаций. Публикация патентной заявки КНР № 1092459 описывает уплотнительный материал. Публикация японской патентной заявки № JPS 5228548 описывает уплотнительный материал.
[0004] Публикация европейского патента № EP 1122202 описывает намоточное устройство для намотки на трубы герметизирующего материала для соединений труб. Патент США № 5172841 описывает раздаточное устройство корда. Патент США № 4606134 описывает раздаточное устройство покровной линии.
Сущность изобретения
[0005] Согласно одному аспекту, настоящее изобретение предлагает уплотнительный материал для уплотнения соединений, содержащий:
многоволоконную полифениленсульфидную пряжу или крученую полифениленсульфидную пряжу; и
уплотнительную композицию для соединений, содержащую кремнийорганическое масло или масло природного происхождения, у которого температура дымообразования составляет приблизительно 230°C или выше,
причем полифениленсульфидная пряжа покрыта уплотнительной композицией для соединений.
[0006] Неожиданно было обнаружено, что такие герметизирующие/уплотнительные материалы могут легко герметизировать/уплотнять соединения, такие как соединения труб, и выдерживать воздействие высокой температуры.
[0007] Когда термин «масло природного происхождения» используется согласно настоящему изобретению, он означает масло, получаемое из природных источников, не включая нефтепродукты. Подходящие натуральные масла включают масла, получаемые из растений, включая экстракты семян, плодов и других частей растений.
[0008] Согласно настоящему изобретению, температура дымообразования представляет собой температуру дымообразования, которая измеряется стандартным методом Cc 9a-48 Американского общества химиков масложировой промышленности (AOCS) для исследования, помимо прочего, температуры дымообразования.
[0009] В качестве кремнийорганического масла выбирается в количестве от 20 до 40 мас.% полидиметилсилоксан, содержащий концевые метильные группы и/или имеющий фенильные заместители. Действительно, интерес представляет любой полидиметилсилоксан, который является устойчивым при высокой температуре.
[0010] В качестве масла природного происхождения желательно выбирается масло авокадо, сафлоровое масло, масло из рисовых отрубей, соевое масло или кунжутное масло. Такие натуральные масла могут использоваться в водопроводных и канализационных соединениях, например, системах питьевого водоснабжения.
[0011] Уплотнительная композиция для соединений может присутствовать в количестве от приблизительно 20 до приблизительно 40 мас.% уплотнительной композиции в расчете на от приблизительно 60 до приблизительно 80 мас.% пряжи.
[0012] Уплотнительная композиция для соединений желательно содержит масло природного происхождения или устойчивое масло с высокой температурой дымообразования. Использование масел природного происхождения является предпочтительным, поскольку они неожиданно проявляют устойчивость при высокой температуре, и при этом они не являются токсичными.
[0013] Желательно пряжа представляет собой крученую полифениленсульфидную пряжу, и уплотнительная композиция для соединений содержит кремнийорганическое масло, поскольку данное сочетание показывает особенно хорошие результаты при исследовании.
[0014] Следует отметить, что все уплотнительные композиции для соединений согласно настоящему изобретению представляют собой неотверждающиеся композиции. Кроме того, следует отметить, что все герметизирующие композиции для соединений согласно настоящему изобретению не содержат волокна, диспергированные в носителе, таком как смола. Все композиции согласно настоящему изобретению представляют собой многоволоконные пряжи или крученые пряжи, на которые нанесена уплотнительная композиция для соединений.
[0015] Настоящее изобретение также предлагает изделие, содержащее уплотнительный материал по любому предшествующему пункту, упакованный в раздаточное устройство, из которого уплотнительный материал может поступать для непосредственного нанесения на уплотняемое соединение.
[0016] Даже когда температура дымообразования является высокой, составляя, например, приблизительно 230°C или выше, неожиданно было обнаружено, что соединения, герметизированные герметизирующим материалом согласно настоящему изобретению, могут выдерживать температуры, составляющие вплоть до 280°C и выше. Даже при таких температурах масло не образует дым, несмотря на то, что появление дыма могло бы ожидаться при температурах, которые превышают температуру дымообразования.
[0017] Таким образом, настоящее изобретение предлагает эффективные материалы для уплотнения соединений, которые могут выдерживать высокие температуры, составляющие, например, приблизительно 230°C и выше, например, 280°C и выше, и остаются неповрежденными, не допуская протечки.
[0018] Уплотнительная композиция желательно присутствует в форме пасты, что обеспечивает простоту ее применения.
[0019] Некоторые желательные свойства согласно настоящему изобретению включают:
мгновенное уплотнение;
возможность поворота соединения на угол, составляющий, по меньшей мере, 45° и в некоторых случаях вплоть до 360°; и
устойчивость при температуре 280°C.
[0020] Использование пасты на основе масла природного происхождения с высокой температурой дымообразования предоставляет преимущество использования в приложениях уплотнения/герметизации, в которых не могут использоваться другие масла, такие как минеральные масла, например, кремнийорганические масла. Например, мастерские по окраске и ремонту корпусов не могут использовать на месте продукты на основе кремнийорганических соединений.
[0021] Использование крученой полифениленсульфидной пряжи с пастой на основе кремнийорганических масел производит продукт, который не вызывает растрескивание под воздействием окружающей среды (ESC) патрубков из полифенилсульфона (PPSU).
[0022] Другие потенциальные компоненты композиции согласно настоящему изобретению включают один или несколько веществ, в качестве которых выбираются инертные наполнители в количестве от 60 до 80 мас.%, такие как карбонат кальция, тальк, реологические модификаторы, если они требуются (например, органоглины), а также полимерные наполнители, такие как политетрафторэтилен (PTFE) или полиметилметакрилат (PMMA). Если используется PMMA, он желательно присутствует в форме микрогранул.
Краткое описание чертежей
[0023] Фиг. 1 представляет чертеж исследуемой сборки, используемый в приведенной ниже экспериментальной части; и
[0024] фиг. 2 представляет чертеж резьбового соединения труб с нанесенным на него герметизирующим материалом согласно описанию в приведенной ниже экспериментальной части.
Подробное описание
[0025] Герметизирующие материалы согласно настоящему изобретению были получены, как описано в следующей экспериментальной части.
Экспериментальная часть
[0026] Были использованы следующие материалы:
| Наименование | Материал/состав |
| Пряжа 1 | полифениленсульфидная многоволоконная пряжа |
| Пряжа 2 | полифениленсульфидная крученая пряжа |
| Покрытие a1 | 28% PDMS с концевыми метильными группами 5% талька 64% карбоната кальция (неорганический наполнитель) 3% микрогранул PMMA (полимерный наполнитель для восстановления работоспособности и уплотнения) |
| Покрытие b1 | 24% масла авокадо 68% карбоната кальция (неорганический наполнитель) 5% талька 3% микрогранул PMMA (полимерный наполнитель для восстановления работоспособности и уплотнения) |
| Покрытие a2 | 28% PDMS с концевыми метильными группами 5% талька 64% карбоната кальция (неорганический наполнитель) 1,5% микрогранул PMMA (полимерный наполнитель для восстановления работоспособности и уплотнения) 1,5% PTFE (полимерный наполнитель) |
| Покрытие b2 | 24% масла авокадо 68% карбоната кальция (неорганический наполнитель) 5% талька 1,5% микрогранул PMMA (полимерный наполнитель для восстановления работоспособности и уплотнения) 1,5% PTFE (полимерный наполнитель) |
[0027] Две нити типа пряжи 1 объединяли друг с другом, помещая их параллельно и протягивая их через резервуар с пастой. (Пасту использовали для удерживания нитей друг с другом, чтобы они не скручивались и не сплетались друг с другом каким-либо образом). Две нити типа пряжи 2 также объединяли друг с другом таким же способом, помещая их параллельно и протягивая их через резервуар с пастой.
[0028] Паста, используемая в каждом примере, определяется как a1, a2, b1 или b2 в приведенной выше таблице, и компоненты каждой пасты также перечисляются в данной таблице. Пряжи также определяются в приведенной выше таблице.
[0029] Выходящую влажную пряжу наматывали на катушки до получения массы, составляющей приблизительно от 0,5 до 0,8 г/м пряжи.
[0030] Исследование осуществляли, используя сборки, изготовленные с применением новых (не бывших в употреблении) труб и патрубков, вырезанных согласно стандарту EN 10242 и не имеющих видимых дефектов. Рекомендуемые исследуемые детали имеют качество согласно стандарту ISO 7-1 (и были использованы детали такого качества). Используемую для исследования сборку 1, которая представлена ниже на фиг. 1, составляют нагнетательный патрубок 4, переходник с 1,5 дюйма на 0,5 дюйма (3,8-1,3 см) и ровный нарезной патрубок 3, раструб 1,5 дюйма (3,8 см) заглушка 1,5 дюйма (3,8 см). Используемые раструбы обычно имели цилиндрическую резьбу и коническую заглушку.
[0031] Наружную резьбу 7 делали шероховатой, используя пилу по металлу. Наружную и внутреннюю резьбу 7 очищали, используя стальную щетку. Продукт наносили на наружную резьбу 7 исследуемых соединений 9, 10, 12. Одну резьбу 11 оставляли в видимом положении, чтобы обеспечить сборку в раструбах. Пять витков продукта наносили на следующую резьбу и обертывали назад по пяти ниткам, затем обертывали вперед до начала и обратно, осуществляя нанесение способом «крест-накрест», как представлено ниже на фиг. 2. Нитку обрезали, и задний конец продукта подворачивали в патрубок или заглушку таким образом, чтобы он свободно не свешивался.
[0032] Исследуемые образцы собирали, как представлено на фиг. 1, используя тарированный ключ, чтобы прилагать подводимый крутящий момент 150 Н⋅м. Избыток продукта удаляли, используя стальную щетку. Перед исследованием образцы выдерживали для охлаждения до комнатной температуры. (Тепло может производиться вследствие трения.)
[0033] Детали и, в частности, соединения затем исследовали согласно стандарту EN751-2 «Диагностическое исследование» следующим образом.
[0034] Соответствующий переходник присоединяли к открытому концу исследуемой сборки и к источнику сжатого воздуха.
[0035] Давление в исследуемой сборке повышали до 7,5±3 бар (0,75 МПа ± 0,3 МПа), используя воздух или азот.
[0036] Сборку выдерживали в ванне с водой при комнатной температуре и проверяли на протечку. Протечку определяли по появлению пузырьков в течение периода выдерживания, не учитывая пузырьки, наблюдаемые в течение первых 15 секунд выдерживания.
[0037] Соединения 9 и 10 (см. фиг. 1) поворачивали обратно на 45°, и сборку повторно выдерживали и повторно исследовали, как описано выше.
Исследования стойкости к окружающей среде
[0038] После описанного выше исследования мгновенного уплотнения исследуемые сборки заполняли водой, закрывали заглушками (у напорного соединительного патрубка) и выдерживали при заданных температурах и соответствующих давлениях в течение одной недели. Затем удаляли заглушки, опустошали исследуемые образцы и повторно исследовали соединения, как описано выше.
| Пряжа | Покрытие | Моментальная герметизация | Восстановление работоспособности согласно стандарту EN 752-1 | Стойкость к пару при 200°C и давлении 17 бар (1,7 МПа) | Стойкость к пару при 250°C и давлении 40 бар (4,0 МПа) | Стойкость к пару при 280°C и давлении 65 бар (6,5 МПа) |
| 1 | (a1) | V | V | V | V | V |
| 1 | (a2) | V | V | V | V | V |
| 1 | (b1) | V | V | V | V | - |
| 1 | (b2) | V | V | V | V | V |
| 2 | (a1) | V | V | V | V | V |
| 2 | (a2) | V | V | V | V | V |
| 2 | (b1) | V | V | V | V | V |
| 2 | (b2) | V | V | V | V | V |
[0039] Основное различие между покрытием a1 и b1, соответственно, и a2 и b2, соответственно, заключается в том, что масло авокадо было использовано вместо PDMS.
[0040] Для сравнения приведенная ниже таблица представляет результаты на основе использования таких же композиций, за исключением использования полиамидной пряжи с описанными выше покрытиями:
| Пряжа | Покрытие | Моментальная герметизация | Стойкость к пару при 250°C | Стойкость к пару при 280°C |
| PA 4,6 | (b2) | V | X | X |
| PA 6,6 | (a2) | V | X | X |
| PA 6,6 | (b2) | V | X | X |
| Loctite 55 | V | X | X |
[0041] PA 4,6 представляет собой полиамид 4,6; PA 6,6 представляет собой полиамид 6,6. LOCTITE® 55 представляет собой уплотнительный материал для труб; он представляет собой уплотнительный продукт 4 на основе покрытой нейлоновой нити, где покрытие представляет собой пасту, изготовленную из полидиметилсилоксана, содержащего концевые гидроксильные группы, с инертными наполнителями, включая карбонат кальция, тальк и политетрафторэтилен. На основании сравнительных результатов в приведенной выше таблице предполагается, что использование PA 4,6 и PA 6,6 с композициями a1 и b1 также является неудачным, поскольку оказалось, что соединения, герметизированные с использованием композиций a2 и b2, имеют лучшие эксплуатационные характеристики, чем соединения, герметизированные с использованием композиций a1 и b1, соответственно.
[0042] Из описанных выше экспериментальных исследований ясно, что герметизирующие материалы согласно настоящему изобретению обеспечивают очевидные преимущества по сравнению с другими композициями и тщательно составлены для получения оптимальных свойств.
[0043] Когда слова «содержит/содержащий» и слова «имеющий/включающий» используются в настоящем документе в отношении настоящего изобретения, они используются для обозначения присутствия указанных отличительных признаков, целых чисел, стадий или компонентов, но не исключают присутствия или введения одного или нескольких других отличительных признаков, целых чисел, стадий, компонентов или их групп.
[0044] Предполагается, что определенные отличительные признаки настоящего изобретения, которые для ясности описаны в контексте отдельных вариантов осуществления, могут также присутствовать в комбинации в одном варианте осуществления. С другой стороны, разнообразные отличительные признаки настоящего изобретения, которые для краткости описаны в контексте одного варианта осуществления, могут также присутствовать отдельно или в любой подходящей субкомбинации.
1. Уплотнительный материал для уплотнения соединений, содержащий:
(a) многоволоконную полифениленсульфидную пряжу или крученую полифениленсульфидную пряжу и
(b) уплотнительную композицию для соединений, содержащую кремнийорганическое масло или масло природного происхождения с температурой дымообразования, составляющей 230°C или выше,
причем многоволоконная полифениленсульфидная пряжа и крученая полифениленсульфидная пряжа покрыта уплотнительной композицией для соединений в количестве от 20 до 40 мас.% в расчете на от 60 до 80 мас.% пряжи.
2. Материал по п. 1, в котором кремнийорганическое масло выбрано из полидиметилсилоксана, содержащего концевые метильные группы или замещенного фенильными группами.
3. Материал по п. 1, в котором масло природного происхождения выбрано из по меньшей мере одного из масла авокадо, сафлорового масла, масла из рисовых отрубей, соевого масла или кунжутного масла.
4. Материал по любому предшествующему пункту, в котором уплотнительная композиция для соединений содержит масло природного происхождения с высокой температурой дымообразования.
5. Материал по любому предшествующему пункту, в котором пряжа представляет собой полифениленсульфидную пряжу и уплотнительная композиция для соединений содержит кремнийорганическое масло.
6. Уплотнительный материал для уплотнения соединений, содержащий:
(a) многоволоконную пряжу или крученую пряжу и
(b) уплотнительную композицию для соединений, содержащую масло природного происхождения, причем масло природного происхождения выбрано из по меньшей мере одного из масла авокадо, сафлорового масла, масла из рисовых отрубей, соевого масла или кунжутного масла.
7. Уплотнительный материал для уплотнения соединений, содержащий:
(a) полифениленсульфидную крученую пряжу и
(b) уплотнительную композицию для соединений, содержащую полидиметилсилоксан с концевыми метильными группами.
8. Материал по п. 7, в котором уплотнительная композиция для соединений содержит от 60 до 80 мас.% инертного наполнителя.
9. Материал по п. 7 или 8, в котором уплотнительная композиция для соединений содержит в сочетании тальк, карбонат кальция и полиметилметакрилатные микрогранулы.
10. Материал по любому из пп. 7-9, в котором уплотнительная композиция для соединений содержит от 20 до 40 мас.% полидиметилсилоксана с концевыми метильными группами.
11. Изделие для уплотнения соединений, содержащее уплотнительный материал по любому предшествующему пункту, упакованный в раздаточное устройство, выполненное с возможностью подачи уплотнительного материала для непосредственного нанесения на уплотняемое соединение.
12. Уплотнительный материал для уплотнения соединений, содержащий:
(a) многоволоконную полифениленсульфидную пряжу или крученую полифениленсульфидную пряжу и
(b) уплотнительную композицию для соединений, содержащую кремнийорганическое масло или масло природного происхождения с температурой дымообразования, составляющей 230°C или выше,
причем многоволоконная полифениленсульфидная пряжа и крученая полифениленсульфидная пряжа покрыта уплотнительной композицией для соединений, причем кремнийорганическое масло представляет собой полидиметилсилоксан, содержащий концевые метильные группы, и масло природного происхождения выбрано из по меньшей мере одного из масла авокадо, сафлорового масла, масла из рисовых отрубей, соевого масла или кунжутного масла.
