слоистый уплотнительный материал

Формула изобретения

Слоистый уплотнительный материал, включающий несколько плоских параллельных композиционных слоев на основе полимерного связующего, внутри которого размещены частицы наполнителя, при этом для каждой линии ортогонального сечения слоистого материала при максимальном эксплуатационном сжатии материала сумма длин сечений этой линией частиц наполнителя меньше толщины слоистого материала, а сумма длин сечений этой линией частиц наполнителя для каждого слоя меньше толщины этого слоя, отличающийся тем, что для каждой линии ортогонального сечения слоистого материала при максимальном эксплуатационном сжатии сумма длин сечений этой линией частиц наполнителя меньше толщины слоистого материала на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителей по этой линии при максимальном эксплуатационном нагреве материала, а сумма длин сечений этой линией частиц наполнителя для каждого слоя меньше толщины этого слоя на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителей в пределах соответствующего слоя по этой линии при максимальном эксплуатационном нагреве материала.

Описание изобретения к патенту

Заявляемое изобретение относится к плоским слоистым уплотнительным материалам (паронитам), предназначенным для эксплуатации в уплотнительных узлах, имеющих плоские уплотняемые поверхности, в процессе эксплуатации которых материал подвергается переменным термическим и механическим нагрузкам (периодическим сжатиям, нагревам и др.).

Аналогом заявляемого изобретения является слоистый уплотнительный материал, включающий несколько плоских параллельных композиционных слоев на основе полимерного связующего, внутри которого размещены частицы наполнителя (см. Шанин Н.П. и др. Производство асбестовых технических изделий. Л., Химия, 1983, с. 185-194). Существенные признаки аналога "несколько плоских параллельных композиционных слоев на основе полимерного связующего, внутри которого размещены частицы наполнителя" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является снижение уплотнительных свойств материала при многократных нагревах и охлаждениях его в процессе эксплуатации за счет уменьшения монолитности материала из-за повреждения и разрушения полимерного связующего композиционных слоев частицами наполнителя.

Прототипом заявляемого изобретения является слоистый уплотнительный материал, включающий несколько плоских параллельных композиционных слоев на основе полимерного связующего, внутри которого размещены частицы наполнителя, при этом для каждой линии ортогонального сечения слоистого материала при максимальном эксплуатационном сжатии материала сумма длин сечений этой линией твердых частиц наполнителя меньше толщины слоистого материала, а сумма длин сечений этой линией твердых частиц наполнителя для каждого слоя меньше или равна толщине этого слоя (см. патент РФ N 2068137, МПК B 32 B 33/00, 1996). Существенные признаки прототипа "несколько плоских параллельных композиционных слоев на основе полимерного связующего, внутри которого размещены частицы наполнителя, при этом для каждой линии ортогонального сечения слоистого материала при максимальной эксплуатационном сжатии материала сумма длин сечений этой линией твердых частиц наполнителя меньше толщины слоистого материала, а сумма длин сечений этой линией твердых частиц наполнителя для каждого слоя меньше толщины этого слоя" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа является снижение уплотнительных свойств материала при максимальном эксплуатационном сжатии материала после многократных охлаждений и нагреваний в результате неравномерного теплового расширения полимерного связующего и отдельных наполнителей (различные коэффициенты теплового расширения), что вызывает возникновение напряжений и разрушение полимерного связующего между отдельными частицами наполнителей. В результате происходит трещинообразование и, соответственно, увеличивается возможность протечек и пропусков уплотняемой среды, то есть уменьшается уплотнительная способность материала.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение уплотнительной способности материала при максимальном эксплуатационном сжатии материала после многократных охлаждений и нагреваний за счет снижения возможности пропусков и протечек путем снижения возможности трещинообразования в результате неравномерного теплового расширения полимерного связующего и отдельных наполнителей.

Для достижения указанного технического результата в слоистом уплотнительном материале, включающем несколько плоских параллельных композиционных слоев на основе полимерного связующего, внутри которого размещены частицы наполнителя, при этом для каждой линии ортогонального сечения слоистого материала при максимальном эксплуатационном сжатии материала сумма длин сечений этой линией частиц наполнителя меньше толщины слоистого материала, а сумма длин сечений этой линией частиц наполнителя для каждого слоя меньше или равна толщине этого слоя, при этом для каждой линии ортогонального сечения слоистого материала при максимальном эксплуатационном сжатии сумма длин сечений этой линией частиц наполнителя меньше толщины слоистого материала на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителя по этой линии при максимальном эксплуатационном нагреве материала, а сумма длин сечений этой линией частиц наполнителя для каждого слоя меньше толщины этого слоя на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителей в пределах соответствующего слоя по этой линии при максимальном эксплуатационном нагреве материала. Существенные признаки заявляемого изобретения "для каждой линии ортогонального сечения слоистого материала при максимальном эксплуатационном сжатии сумма длин сечений этой линией частиц наполнителя меньше толщины слоистого материала на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителей по этой линии при максимальном эксплуатационном нагреве материала, сумма длин сечений этой линией частиц наполнителя для каждого слоя меньше толщины этого слоя на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителей в пределах соответствующего слоя по этой линии при максимальном эксплуатационном нагреве материала" являются отличительными от признаков прототипа.

На фиг. 1 представлено сечение слоистого материала.

Слоистый материал содержит несколько (2 и более) параллельных слоев на основе связующего (например, эластичного, каучукового типов) и наполнителя (единственного или представляющего собой смесь различных наполнителей, например, порошкообразных и волокнистого). В качестве наполнителей могут использоваться твердые частицы, например, глинозем, каолин и др. При этом частицы 1 наполнителей имеют такие размеры и так размещены внутри композиционных слоев 2 материала, сжатого в направлении С (ортогонально плоскости материала), что для каждой линии сечения материала в направлении С сумма длин сечений этой линией частиц наполнителя меньше толщины D слоистого материала на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителей по этой линии при максимальном эксплуатационном нагреве материала, а сумма длин сечений этой же линией частиц наполнителя для каждого слоя меньше толщины этого слоя на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителя (в пределах этого слоя) по этой линии при максимальном эксплуатационном нагреве материала.

Изготавливаться заявляемый материал может известными методами, например, по паронитовой технологии, соединением предварительно изготовленных композиционных листов и др.

Изготовление слоистого материала, внутри слоев которого размещены твердые частицы наполнителя, с размещением частиц наполнителя таким образом, что сумма длин сечений частиц по каждой линии сечения материала ортогонально плоскости слоев с учетом суммарного теплового удлинения частиц по этим линиям, меньше длины соответствующих линий сечения, позволяет увеличить уплотнительную способность материала. Суммарное удлинение частиц наполнителей в результате эксплуатационного нагрева может составить довольно заметную величину и, если длина конкретного сечения уплотнения будет недостаточной, то есть при отсутствии запаса толщины материала, может возникнуть жесткий контакт частиц наполнителя и уплотняемых поверхностей (ограничивающих материал), с разрушением связующего между частицами наполнителя и последующим разрушением материала, а при недостаточной толщине слоя материала - произойти его разрушение и деформирование соседних слоев. В результате в материале могут образовываться трещины, дефекты структуры и пр., по которым может произойти протечка уплотняемой среды, то есть уменьшится уплотнительная способность материала.

Конкретным примером заявляемого слоистого уплотнительного материала может являться слоистый материал, имеющий толщину 4 мм и содержащий 6 параллельных слоев толщиной 0,07 мм. Слои выполнены из полимерного композита, содержащего 34 мас.% связующего на каучуковой основе, 60 мас.% порошкообразных наполнителей и 6 мас.% волокнистого наполнителя. Частицы порошкообразных наполнителей имеют такие размеры, чтобы остаток на сите с сеткой N 0063 после мокрого просева составлял не более 1,0%. Такой материал обладает достаточной уплотняющей способностью в максимально сжатом состоянии при температуре 300-350^oC. Если в указанном композите увеличить содержание порошкообразных наполнителей до 85 мас.%, то материал будет обладать достаточной уплотняющей способностью в максимально сжатом состоянии при нормальных условиях, однако при температуре 300-350^oC возникают пропуски и протечки уплотняемой среды из-за трещинообразования.

На фиг. 2 представлено сечение слоистого материала в ненагруженном (не сжатом) состоянии, на фиг. 3 - в сжатом ортогонально плоскости материала состоянии, на фиг. 4 - в сжатом нагретом состоянии. При сжатии уменьшается толщина материала и, соответственно, слоев в ортогональном плоскости материала направлении (при неизменных линейных размерах частиц наполнителей). При нагреве материала в сжатом состоянии происходит увеличение линейных размеров частиц наполнителей при неизменной толщине материала и слоев (обусловлены размером уплотнения).