[发明专利]含氟聚合物衬套

说明书

本专利申请要求于2007年7月26日提交的美国临时申请60/962,111的优先权。

发明领域

具有周向连续的高拉伸模量纤维的含氟聚合物热塑性塑料衬套可用作泵尤其是离心泵以及其他类似种类的设备的一个零件，例如衬套。

发明背景

泵，尤其是离心泵，具有相对于彼此旋转的很多表面。在很多情况下，一个表面旋转而另一个表面是静止的。通常，这些静止的零件是由金属制成的衬套并且表面可能彼此擦伤，因为间隙通常必须很紧或者很小以避免气体和/或液体从泵中泄漏。有时采用橡胶或者其他类型的密封，然而特别是在更高或更低的温度环境或者腐蚀环境下，此类密封不令人满意。而且在很多情况下，密封件必须是承重性的(刚性的)，因此使用的是金属对金属密封。然而如上所述，这些密封趋于磨损和/或擦伤，尤其是在泵无润滑运行某段时间或者被允许无润滑运行时。具有对于此类衬套类似需要的其他种类的设备包括压缩机和液压传动装置。

一种改进类型的密封件为包含在平面上无规取向的短切高模量纤维的热塑性塑料密封件或者衬套，所述平面垂直于要密封的轴的旋转，参见例如DuPont Vespel CR-6100 Application and Installation Guide forCentrifugal Pump Stationary Wear Parts，E.I.DuPont de Nemours&Co.，Inc.，Wilmington，Delaware，USA，2007年3月。然而，此类零件的制造既复杂又昂贵，因此期望获得加工用于此类用途零件的成本更低的方法，参见例如US 5470409和5427731。由热塑性聚合物制成的衬套优选具有良好的耐磨损性质并且具有与相对于衬套运动的表面低的摩擦系数。

US 4975321中描述了包含诸如含氟聚合物之类的热塑性塑料和周向连续的高拉伸模量纤维的复合管以及用于制造它们的方法，该文献以引用方式并入本文。其中未提到将这些管用于衬套应用，特别是其中更低的径向热膨胀系数是期望的。

发明概述

本文公开了一种衬套，所述衬套包括含氟聚合物热塑性塑料和周向连续的高拉伸模量纤维。

本文还公开了一种设备，所述设备包括相对于第二零件旋转的第一零件，和在所述第一和所述第二零件之间并与所述第一和所述第二零件接触的衬套，所述衬套包含含氟聚合物热塑性塑料和周向连续的高拉伸模量纤维。

附图简述

图1示出了衬套的各种形状。

图2示出了在典型离心泵中的本含氟聚合物衬套。

发明详述

本文采用了某些术语并且下面对其中的一些进行了定义。

所谓“衬套”或者“起到衬套作用”是指用来限制或约束旋转件运动的圆柱形内衬，其也可减少摩擦和/或磨损，和/或提供防止液体和/或气体泄漏的密封。至少一个表面即外表面或内表面是圆柱形的，并且优选内外表面均为圆柱形。衬套内外表面的每一个分别与第一零件和第二零件相接触，并且第一和第二零件可相对于彼此旋转。图1A-1D中示出了有用的零件/形状，例如衬套。同样有用的是拼合衬套，其中当衬套不能被滑下内轴时，将衬套零件分成两个或更多个件(通常沿直径切成2件)。

所谓“高拉伸模量纤维’’(HTMF)是指当根据ASTM方法D885-85测定时拉伸模量为约10GPa或更大的纤维，优选约50GPa或更大，更优选约70GPa或更大。如果所述纤维呈织物或丝束形式，则拉伸模量测量将在该织物或丝束的单根纤维上进行。如果存在一种以上的纤维种类，则应测量每一种来确定它是否是HTMF。在现有HTMF的总量中将不考虑不满足HTMF要求的纤维，因此可存在HTMF和非HTMF。

所谓“连续的”纤维是指长度为约3cm或更长的纤维，优选至少约10cm或更长，优选1米长。如果纤维不是真正地连续的，而是长度上断开的，则优选纤维长度在复合材料中彼此重叠。并非复合材料中的所有纤维均需要周向取向。

所谓“周向取向”是指纤维沿大体平行于衬套的内表面或外表面的圆周取向。不需要垂直于圆形内表面或外表面的中心轴线，而是可成某一角度，例如相对于该轴线形成螺旋线。如果纤维相对于圆柱体的轴线方向为0度，则其不被视为是周向的。

所谓“接触”是指两个表面至少在某段时间彼此接触。因此，在衬套零件的圆形内表面和该表面内部的圆轴之间可存在某个小间隙，以便所述转轴可在衬套内部旋转。即使在两个表面之间存在液体或气体薄膜，也将它视为“接触”。该薄膜可起到润滑剂的作用。