专利名称：具有增强的表面性质的管配装垫圈的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有干膜润滑剂的垫圈，并且更特别涉及一种用于任何使用弹性体垫圈的系统中的弹性体垫圈，该系统例如管联接件。本发明的益处可以有利地应用于任何系统，在该系统中干膜润滑剂可以用于帮助垫圈座放和就位。
背景技术：
许多类型的系统使用垫圈来防止渗漏。例如，已知管联接件计划用于在各种管构形的连接处经济和有效地提供安全和防漏的连接。自然地，依据被连接的管的类型、它们的路径安排和它们的尺寸，以及计划的使用它们的用途来选择特定的联接组件。
典型的这种管联接件是(i)如美国专利4,601,495中典型示出的沟槽管联接件，(ii)如美国专利3,999,785中典型示出的用于支管以便固定于主管上的T联接件，(iii)如美国专利4,165,892中典型示出的凸轮启动的联接件，以及(iv)如美国专利4,561,678中典型示出的无螺栓锁定销固定的联接件，在这些管联接件中本发明已经发现了特别有利的应用，所有这些专利都转让给了本发明的受让人，并且它们的公开内容都结合于本文以作参考。
尽管在结构和应用上有所不同，但是所有这种联接件以及本发明适用的其他联接结构的一个共同特点是包括一可变形的垫圈，其一般由弹性体的化合物构造成，该化合物例如为天然或合成的橡胶。垫圈包含在一合适构形的凹槽中，并且用于密封与联接件相符合的管，以便在联接件处于装配好的状态时防止渗漏。
一般地，当包括垫圈的联接件的各种构件被运送到安装地点时，垫圈就暴露于环境中。已经发现，在运送过程中，灰尘或者例如从联接段碎裂下的颜料的其他污染物可能粘在垫圈上。在该地点，在将联接件安装到管上的过程中，安装者必须随后对垫圈进行除去、清洗和润滑。
除了必须在安装地点清洗垫圈是低效率的以外，聚合的水基润滑剂或硅树脂基润滑剂趋向于移走、玷污，并且一般留下难看的和不安全的残渣，这些润滑剂目前以“湿的状态”在安装地点施加于垫圈表面上。在很多情况下，安装者在垫圈上可能放置不均匀或不一致的润滑剂量，或者甚至放置错误的润滑剂。这可以最终导致由于不合适的垫圈密封产生的渗漏，以及损坏垫圈并大大缩短其使用寿命。由于滑的残渣会传送到工具、表面和本体部件上，所以也可以损害安全性。
因此，本发明的一个目的是提供一种管联接垫圈，其具有以干膜的形式结合于其上的干膜润滑剂。
本发明的另一个目的是通过表面处理的封装和渗透特性使垫圈受氧化的影响减至最小。
本发明的再一个目的是当制造弹性体的垫圈时通过在其表面上施加一润滑膜来对其预先润滑，并且这是在管的装配地点，在运送和安装到管联接件内的过程中处于干的条件下进行的。
本发明的又一个目的是提供一种预备安装入管联接件的弹性体的垫圈或密封件，其具有处于干的状态的预先润滑的表面。
本发明的又一个目的是提供一种具有预先润滑的干表面的弹性体的垫圈或密封件，该垫圈或密封件被涂色或染色，以便指示和验证润滑剂的存在和覆盖或者其使用等级。
一旦研究了以下的附图和以下的详细描述，这些以及其他目的将变得明显。
对用于带沟槽的管的管联接件的垫圈来说，本发明发现了特定的应用。固体的干润滑膜提供了连续和均匀的润滑，使得联接件易于滑动，防止了垫圈收缩，并且便于联接件准备就绪的转动。
参考
图1，表示了一种形式的分段的管联接件，其计划用于带沟槽的管，并且其包括具有粘接在垫圈表面上的干润滑膜的本发明的垫圈。这种类型的联接件是前述的美国专利No.4,601,495的主题。
图1的分段联接件表示成拆卸开的状态，各个联接段表示为10和12。联接段彼此相同，并且基本上是半圆形的，每个联接元件半体包括有一弧形体部分14，该弧形体部分以径向朝外延伸的螺栓垫16终结于其端部，该螺栓垫与该体部分14整体成形。
每个径向朝外延伸的螺栓垫16包括用于接纳紧固元件的孔18，在图中该紧固元件表示为撑帽式螺栓20。当在装配条件下时，通过撑帽式螺栓20和以螺纹方式接纳该螺栓的常用螺母或锁紧螺母22，以围绕管端部的关系把各个联接段10和12彼此固定。
在所示的实施例中，在每个联接段半体10和12的内部以及其轴向长度的中间有一凹槽26，其中容纳一垫圈28，该垫圈具有根据本发明的结合于其上的干润滑膜29，当联接件在装配条件下时，该垫圈28用于密封该管24并防止渗漏。
紧邻于每个联接段中的凹槽26放置有轴向的内键30，该内键与联接段整体成形，并且每个轴向内键30与轴向外键32间隔开，该轴向外键类似地与各个联接段整体成形。虽然在本实施例中示出了两个键30和32，但是本发明也可用于类似的计划用于低压应用场合的带沟槽的管联接件，对于每个管，该管联接件可以包括仅单个的键。
如后面所讨论的那样确定各个键30和32的尺寸，它们将接纳在对应的轴向间隔开的环形沟槽34中，在各个管中临近于其端部形成该环形沟槽。
为了安装分段联接件，使管24的端部彼此接近，而垫圈28与管端部密封。各个联接段定位在垫圈28上，而垫圈包含在凹槽26中，并且键30和32插入到各个管端部中的环形沟槽34内。然后螺栓20插过联接段的对齐的孔18，并且通过把螺母22向下紧固在螺栓20上将联接段朝向彼此拉近。这将各个联接段朝向该管拉近，并将垫圈28压缩，以与各个管端部紧密密封地接触。
尽管各个联接段可以由任何已知的技术形成，例如由压制或冲锻的钢材或任何其他合适的高强度金属形成，但是各个联接段也可以通过紧公差的铸造技术由延性铁或类似的高强度金属形成。
尽管图中所示的分段联接件仅包括两个联接段，但是应该理解，本发明同样适用于包括三个或更多个联接段的分段联接件，以用于与大直径的管连接。多个联接段的使用便于手工操纵各段和将联接件装配到管上。另外，由多个联接段形成这样大尺寸的分段联接件便于使各个联接段形成的公差比大的分段联接件仅包括两个联接段的情况下可能形成的公差更紧密。
如参考图2所见的那样，当以截面表示时，垫圈28的内表面限定了基本上为U形的通道，该通道具有并入向内倾斜的内唇部28b的平的上表面28a。垫圈28的外表面包括平的上表面28c，该上表面28c并入向下和向外延伸的侧壁28d，并且随后并入向下和向内延伸的外唇部28e。尽管已经发现本发明的润滑组合物即使在与饮用水接触时也是安全的，但优选的是仅将润滑膜29施加在垫圈的外表面，即上表面28C、侧壁28d和外唇部28e。可意识到这提供了环境安全的额外措施，以确保干润滑膜不会与通过联接的管传送的液体接触。
本发明的垫圈润滑剂包括形成膜的聚合物中的润滑剂，该聚合物至少充分地把润滑剂保持和保留在弹性体的垫圈的表面上，以便使该润滑剂在安装阶段中基本上处于原位置。这种类型的润滑剂系统使得其寿命比一般可通过使用常规的润滑剂系统得到的寿命更长。
可以根据本发明使用的弹性体的垫圈一般由各种合成橡胶制成。典型的弹性体的垫圈可以由三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈橡胶、表氯醇、氯丁橡胶、硅树脂和卤化丁基橡胶制成。
用于本发明的润滑剂是石墨的水悬浮液、分散在形成膜的聚合物中的肥皂或者天然或合成的蜡，而蜡是优选的。
合适的蜡包括天然蜡和合成蜡，该天然蜡例如为蜂蜡、鲸蜡、巴西棕榈蜡、小烛树腊、褐煤蜡、地蜡(不定形蜡)、石腊和矿脂蜡等，该合成蜡例如为乙烯的长链聚合物、例如聚乙二醇(“聚乙二醇”)(polyoxyethylene glycol(“Carbowax”))的环氧乙烷与二元醇的长链聚合物、氯化萘(“卤蜡”)、例如聚氧化乙烯山立梨醇的蜡性多元醇醚酯、合成烃蜡(Fischer-Tropsch蜡)、例如月桂酮、棕榈酮和硬脂酮的直链蜡状酮、和例如苯氧基苯基十五烷基酮的环状酮、脂肪酸的酰胺衍生物、苯邻二甲酰亚胺蜡、聚氧乙烯脂肪酸酯(例如“聚乙二醇4000(单)硬脂酸酯”)等。由于石蜡是现成可得的，所以它们是特别优选的。
例如蜡的润滑剂分散在数量能有效地形成膜的水溶性聚合物中，该聚合物包括聚丙二醇的醚。用于本发明的实际情况中的优选聚丙二醇醚是三丙二醇的单烷基醚，而三丙二醇单甲基醚的使用是特别优选的。
在与聚丙二醇醚相比较时，虽然聚四氟乙烯(PTFE)并不形成为与本发明的弹性体的垫圈紧密地和持久地结合，但是它也可以有利地将润滑剂传送和保持在垫圈的表面上，虽然只是一段较短的时间。由于主要目的是使在安装阶段和安装之后的涂覆位移处的润滑能提高性能，所以不需要润滑剂膜的紧密结合。
通过各种常规的施加方法中的任何一种，在垫圈制成后将本发明的润滑膜施加到该垫圈上，该方法包括喷洒、成雾、浸渍、起泡、涂抹等。然而已经发现，为了得到厚度约为1mil的均匀和一致的膜涂层，优选通过高容量低压(HVLP)喷洒装备来施加润滑剂。通过把垫圈放置在一定位带上并随后应用多个喷嘴来保证均匀的施加，该喷嘴发射出能够施加1mil的膜涂层的在空中传播的薄雾。此后，为了保证包含有聚合物的膜的蜡能适当地干燥，把空气导向垫圈，该垫圈在其表面上具有湿的膜。
此后，将垫圈从带上除下，并且垫圈可以进一步由热空气干燥以完成干燥过程。通过将垫圈在环境温度中保持大约14天，可以完成聚合物的固化和将其以干的结合膜的形式结合在弹性体的垫圈上。如果需要，可以通过使局部干燥的膜在大约150°F的温度下经过约20到约35分钟来加速固化和结合，这足以完成聚合物的固化。
尽管根据本发明的垫圈可以运送到安装地点而无需另外的保护，但有利的是将它们封装在一保护性环境中，例如干净的热缩塑料包装件，该包装件是1998年9月29日提交的专利申请系列No.09/162,954的主题，其公开内容结合于本文中以作参考，并且该专利已经转让给本发明的受让人。
还已经确定，FDA验证的染料和颜料能够安全地和有效地加入润滑剂中，以便给垫圈加上色标，从而垫圈中应用的弹性体的性质可容易地识别。例如，黄的染料可用于识别由丁腈橡胶制成的垫圈，而蓝的染料可用于识别由EPDM制成的垫圈。另一种方案是，润滑剂中的着色剂还可以用于指示垫圈的使用等级，即，例如绿色可以表示具有高温应用场合的垫圈，而红色可以指示设计用于低温的垫圈。
一旦被干燥，根据本发明的具有沉积于其上的干润滑膜的弹性体垫圈在水中就是稳定的。已经确定，根据本发明的预先润滑的垫圈符合NSF标准14，其对于饮用水通过以这样的垫圈联接的管的流通是完全安全的。另外，像使用常规的垫圈润滑剂的情况一样，一旦该润滑剂施加到垫圈上，它就不会移走或漏出。从而向工人提供了显著的保证和高水平的可信度，即垫圈在适当地运行，并且提供了不变的和连续的润滑。实例在保持由丁腈橡胶制成的弹性体垫圈的定位带上，从以一恒定压力保留的多个喷嘴排放出在空中传播的润滑剂的湿的薄雾，该润滑剂可确定为由宾夕法尼亚州的Souderton的Coatings for Industry公司制成的EXP W122 U，其足以在每个垫圈的表面上施加均匀的一(1)mil的湿涂层。首先在环境温度下用空气喷射使该垫圈干燥。此后，使垫圈在环境温度下干燥14天，以便完成润滑膜在垫圈的表面上的固化。
权利要求
1.一种弹性体的垫圈，其具有一粘接在其表面上的干润滑膜，所述膜包括一润滑剂和形成膜的聚合物的水溶液。
2.根据权利要求1所述的垫圈，其特征在于，该润滑剂选自石墨、肥皂和天然或合成的蜡。
3.根据权利要求2所述的垫圈，其特征在于，该蜡选自石蜡、乙烯型聚合物类蜡、氯化萘和微晶蜡。
4.根据权利要求1所述的垫圈，其特征在于，该形成膜的聚合物是聚丙二醇醚。
5.根据权利要求4所述的垫圈，其特征在于，该形成膜的聚合物是单烷基聚丙二醇醚。
6.根据权利要求5所述的垫圈，其特征在于，该形成膜的聚合物是三丙二醇单甲基醚。
7.根据权利要求1所述的垫圈，其特征在于，该形成膜的聚合物是聚四氟乙烯。
8.根据权利要求1所述的垫圈，其特征在于，该膜具有的厚度为大约1mil。
9.根据权利要求1所述的垫圈，其特征在于，该弹性体选自EPDM、丁腈橡胶、表氯醇、氯丁橡胶、硅树脂橡胶和卤化丁基橡胶。
10.一种用于提供一带有干润滑膜的弹性体垫圈的表面的过程，其包括a)将一润滑剂和形成膜的聚合物的水溶液施加在一弹性体的垫圈的该表面上；以及b)在环境温度或高温下使该垫圈干燥足够的时间，以使该润滑剂膜固化并结合在该垫圈表面上。
11.根据权利要求10所述的过程，其特征在于，通过在高压下成雾或喷洒来施加该润滑剂。
12.根据权利要求11所述的过程，其特征在于，该压力是大约40psi。
13.根据权利要求10所述的过程，其特征在于，该润滑剂选自石墨、肥皂和天然或合成的蜡。
14.根据权利要求13所述的过程，其特征在于，该蜡选自石蜡、乙烯型聚合物类蜡、氯化萘和微晶蜡。
15.根据权利要求10所述的过程，其特征在于，该形成膜的聚合物是聚丙二醇醚。
16.根据权利要求15所述的过程，其特征在于，该形成膜的聚合物是单烷基聚丙二醇醚。
17.根据权利要求16所述的过程，其特征在于，该形成膜的聚合物是三丙二醇单甲基醚。
18.根据权利要求10所述的过程，其特征在于，该润滑膜具有的厚度为大约1mil。
19.根据权利要求10所述的过程，其特征在于，该弹性体选自EPDM、丁腈橡胶、表氯醇、氯丁橡胶、硅树脂橡胶和卤化丁基橡胶。
20.根据权利要求10所述的过程，其特征在于，在一大约150°F的温度下进行这种干燥约20到约35分钟。
21.一种管联接件，其具有一垫圈座和一弹性体的垫圈，该垫圈的构形和尺寸确定为使其在所述垫圈座内配合地接合，所述弹性体的垫圈具有一粘接在其上的干润滑膜，该膜包括一润滑剂和形成膜的聚合物的水溶液。
22.根据权利要求21所述的管联接件，其特征在于，该润滑剂选自石墨、肥皂和天然或合成的蜡。
23.根据权利要求22所述的管联接件，其特征在于，该蜡选自石蜡、乙烯型聚合物类蜡、氯化萘和微晶蜡。
24.根据权利要求21所述的管联接件，其特征在于，形成该弹性体的垫圈的该弹性体选自EPDM、丁腈橡胶、表氯醇、氯丁橡胶、硅树脂橡胶和卤化丁基橡胶。
25.根据权利要求21所述的管联接件，其特征在于，该形成膜的聚合物是聚丙二醇醚。
26.一种密封装置，用于在各不动的部件之间提供一流体压紧连接，其包括一弹性体的垫圈，其具有一粘接在其表面上的干润滑膜，所述膜包括一润滑剂和形成膜的聚合物的水溶液。
27.根据权利要求26所述的密封装置，其特征在于，该润滑剂选自石墨、肥皂和天然或合成的蜡。
28.根据权利要求27所述的密封装置，其特征在于，该蜡选自石蜡、乙烯型聚合物类蜡、氯化萘和微晶蜡。
29.根据权利要求26所述的密封装置，其特征在于，该形成膜的聚合物是聚丙二醇醚。
30.根据权利要求26所述的密封装置，其特征在于，该弹性体的垫圈在两个管端部的连接处定位于一管联接件内。
全文摘要
一种用于管联接件的弹性体的垫圈,其具有粘接在其上的润滑剂和形成膜的聚合物的水溶液的干润滑膜。
文档编号F16L17/04GK1384906SQ00813163
公开日2002年12月11日 申请日期2000年9月14日 优先权日1999年9月21日
发明者C·W·舒尔茨, 小L·W·陶 申请人:美国维克托里克公司