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    重庆时时彩算不算犯法: 密封件.pdf

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    密封件
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    摘要
    申请专利号:

    CN200980136383.2

    申请日:

    2009.07.16

    公开号:

    CN102197249A

    公开日:

    2011.09.21

    当前法律状态:

    终止

    有效性:

    无权

    法律详情: 未缴年费专利权终止IPC(主分类):F16J 15/10申请日:20090716授权公告日:20150401终止日期:20170716|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F16J 15/10申请日:20090716|||公开
    IPC分类号: F16J15/10 主分类号: F16J15/10
    申请人: 詹姆斯沃克有限公司
    发明人: 彼得·约翰·沃伦; 斯蒂芬·温特博特姆
    地址: 英国萨里
    优先权: 2008.07.16 GB 0812998.3; 2009.05.05 GB 0907667.0
    专利代理机构: 中科专利商标代理有限责任公司 11021 代理人: 吴小明
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200980136383.2

    授权公告号:

    |||||||||

    法律状态公告日:

    2018.07.31|||2015.04.01|||2011.11.23|||2011.09.21

    法律状态类型:

    专利权的终止|||授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种密封件,其具有良好的低温挠性并且包括包含弹性体的芯(3),和芯上的包含弹性体的外层(7)。在描述的一些实施例中,芯的Tg大于外层的Tg。描述的密封件具有高耐化学性以及良好的抗爆炸减压性。

    权利要求书

    1.一种密封件,所述密封件包含:包括芯材的内芯,和所述芯上的包含层材料的外层,其中:-所述芯材包括弹性体且能够在第一温度之上提供密封功能,-所述层材料包括弹性体且能够在第二温度之上提供密封功能,其中所述第二温度低于所述第一温度。2.根据权利要求1所述的密封件,其中所述层材料的Tg小于所述芯材的Tg。3.根据权利要求1或权利要求2所述的密封件,其中所述层材料的TR10小于所述芯材的TR10。4.根据权利要求1-3中任一项所述的密封件,其中所述芯的第一温度和/或Tg,和/或所述芯的TR10小于-20℃,优选小于-30℃。5.根据权利要求1-4中任一项所述的密封件,其中所述层的第二温度和/或Tg,和/或所述层的TR10小于-40℃,优选小于-50℃,优选小于-60℃,更优选小于-70℃。6.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述密封件满足NORSOK?M710检验(附件B)的RGD验收标准。7.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其通过本文所述的爆炸减压检验。8.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述层材料是耐化学性的。9.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述芯材是耐化学性的。10.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述芯材具有比所述层材料更高的耐化学性。11.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述芯材和/或所述层材料包含丁腈橡胶或氢化丁腈橡胶。12.根据权利要求11所述的密封件,其中所述氢化丁腈橡胶具有一定丙烯腈含量,优选10%-60%,优选25%-55%。?13.根据权利要求11所述的密封件,其中所述氢化丁腈橡胶具有10%-30%的丙烯腈含量。14.根据权利要求11-13中任一项所述的密封件,其中所述氢化丁腈橡胶是通过氢化母体丁腈橡胶中存在的至少90%双键形成的。15.根据权利要求14所述的密封件,其中所述氢化丁腈橡胶是通过氢化母体丁腈橡胶中存在的至少98%双键形成的。16.根据权利要求1-10中任一项所述的密封件,其中所述芯材和/或层材料包含硅酮交联的全氟聚醚。17.根据权利要求16所述的密封件,其中所述硅酮交联的全氟聚醚包含聚(全氟环氧烷)主链。18.根据权利要求16所述的密封件,其中所述硅酮交联的全氟聚醚包含聚(全氟环氧丙烷)主链。19.根据权利要求16-18中任一项所述的密封件,其中所述硅酮交联的全氟聚醚选自可获自Shin-Etsu化学品公司的SIFEL(RTM)弹性体。20.根据权利要求1-10中任一项所述的密封件,其中所述芯材和/或所述层材料包含聚磷腈聚合物。21.根据权利要求20所述的密封件,其中所述聚磷腈聚合物包含具有式-[P(R1)(R2)=N]-的重复单元,其中每个R1和每个R2独立地为无机结构部分或有机结构部分。22.根据权利要求21所述的密封件,其中每个R1和每个R2独立地选自-O-(C1-C6)烷基、-O-(C6-C10)芳基、-O-(C1-C6)烷基(C6-C10)芳基、-NH-(C1-C6)烷基、-NH-(C6-C10)芳基和-NH-(C1-C6)烷基(C6-C10)芳基,其中所述烷基和芳基任选地被一个或多个氟原子取代。23.根据权利要求22所述的密封件,其中每个R1和每个R2独立地选自-OCH3、-OCH2CH3、-OCF3、-OCF2CF3、-OCH2CF3、-OC6H5、-OC6F5、-NHCH3、-NHCH2CH3、-NHCF3、-NHCF2CF3、-NHCH2CF3、-NHC6H5和-NHC6F5。24.根据权利要求23所述的密封件,其中每个R1和每个R2独立地选自-OCH3、-OCH2CH3、-OCF3、-OCF2CF3、-OCH2CF3、-OC6H5和-OC6F5。25.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述芯材和/或所述层材料包括含氟聚合物。?26.根据权利要求25所述的密封件,其中所述含氟聚合物包括含氟弹性体和/或氟硅氧烷。27.一种密封件,所述密封件包含:包括芯材的内芯,和所述芯上的包含层材料的外层,其中:-所述芯材包括丙烯腈含量小于30%、优选25%以下的NBR或HNBR材料,-所述层材料包括丙烯腈含量小于所述芯材的丙烯腈含量的NBR或HNBR材料。28.一种密封件,所述密封件包含:包括芯材的内芯,和所述芯上的包含层材料的外层,其中芯材和/或所述层材料包括氢化丁腈橡胶、硅酮交联的全氟聚醚、聚磷腈聚合物中的一种或多种,并且其中所述外层和/或所述芯的TR10小于-30℃,优选小于-40℃,小于-50℃,小于-60℃或小于-70℃。29.一种密封件,所述密封件包含:包括芯材的内芯,和所述芯上的包含层材料的外层,其中:-所述芯材包括弹性体;-所述层材料包括耐化学性材料;和-所述密封件是抗快速气体减压(RGD)的。30.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述密封件在小于-10℃的温度下是挠性的。31.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述层材料在小于-10℃的温度下是挠性的。32.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述芯材在小于-10℃的温度下是挠性的。33.根据权利要求30-32中任一项所述的密封件,其中所述密封件和/或所述芯在小于-20℃,优选小于-46、-60或小于-90℃的温度下是挠性的。34.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述芯材的Tg低于-10℃。35.根据权利要求34所述的密封件,其中所述芯材的Tg低于-46℃。?36.根据权利要求35所述的密封件,其中所述芯材的Tg低于-60℃,优选低于-90℃。37.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述芯材的TR10小于-20℃,优选小于-46℃,优选小于-60或-90℃。38.一种密封件,所述密封件包含:包括芯材的内芯,和所述芯上的包含层材料的外层,其中:所述芯材包括弹性体,所述密封件在小于-10℃的温度下是挠性的,且所述层材料包括耐化学性材料。39.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其满足Norsok?M710检验(附件B)的RGD验收标准。40.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其通过本文所述的爆炸减压检验。41.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述密封件在小于-10,优选小于-20,-46,-60或-90℃的温度下具有耐RGD性。42.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述密封件在大于50,优选在100℃以上的温度下具有耐RGD性。43.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述密封件在下列中的一种或多种的存在下具有耐RGD性:i.烃类(脂族的和/或芳族的);和ii.二氧化碳。44.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述密封件对于大于50巴/小时的压力减小具有耐RGD性。45.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述芯材包含硅酮和/或含硅酮材料。46.根据权利要求45所述的密封件,其中所述芯包括硅酮和/或氟硅氧烷。47.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述芯材包含乙烯-丙烯弹性体,例如,EPM和/或EPDM。48.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述芯材包含聚丁二烯。49.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述外层的材料耐受下列中的一种或多种:?i.蒸汽,ii.胺类;iii.烃类(脂族的和/或芳族的);iv.甲醇。50.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述芯材耐受下列物质中的一种或多种:i.蒸汽,ii.胺类;iii.烃类(脂族的和/或芳族的);iv.甲醇。51.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述外层包含含氟弹性体材料。52.根据权利要求51所述的密封件,其中所述外层包含含氟弹性体或全氟弹性体。53.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述外层包含HNBR。54.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其为O形环或类似的密封件。55.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述外层的厚度小于所述密封件的厚度的约30%。56.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述外层包括四氟乙烯丙烯共聚物(TFE-P)。57.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述外层包括VITON含氟弹性体或类似的材料。58.一种密封件,所述密封件包含:内部部分,所述内部部分包括i.硅酮和/或含硅酮材料,和/或ii.乙烯-丙烯弹性体,例如EPM和/或EPDM,和/或iii.含氟弹性体,例如FKM或TFE-P,和/或iv.抗RGD和/或ED弹性体,和/或v.弹性体,其在小于-10℃的温度下是挠性的,?所述内部部分上的外层,所述外层包含i.含氟弹性体材料,和/或ii.HNBR和/或iii.具有耐化学性的弹性体。59.根据权利要求58所述的密封件,其是抗爆炸减压的。60.根据权利要求58或权利要求59所述的密封件,其具有良好的耐蒸汽性和/或良好的耐化学性,例如针对胺类、甲醇和/或烃类。61.一种密封件,包含芯和所述芯上的材料层,其中所述芯包含具有高透气性的材料,所述芯包含在小于-10℃,优选小于-30℃的温度下是挠性的材料,且所述材料层具有良好的耐化学性。62.一种密封件,包含芯和所述芯上的材料层,其中所述芯包括弹性体材料,所述芯还包含可渗透材料,所述层材料包括弹性体材料。63.根据权利要求62所述的材料,其中所述芯材料包括硅酮材料。64.根据权利要求62或权利要求63所述的材料,其中所述芯包括硅酮和/或氟硅氧烷。65.根据权利要求62-64中任一项所述的密封件,其中通过所述芯材的气体传递速率为在20C、在5巴N2下大于200,优选大于500、1000、1500、1800cc/m2/hr以上。66.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述芯材包括芯,所述芯包括用于阻止所述芯材中的裂纹扩展的元件。67.一种密封件,所述密封件包含:包括芯材的芯,和所述芯上的包含层材料的外层,其中所述芯包括弹性体材料,所述弹性体材料包括用于阻止所述芯材中的裂纹扩展的元件。68.根据权利要求66或权利要求67所述的密封件,其中所述用于阻止裂纹扩展的元件包括弹性体材料的多个畴。69.根据权利要求66-67中任一项所述的密封件,其中元件包括两层弹性体材料之间的边界。70.根据权利要求69所述的密封件,其中所述两层包含相同的弹性体材料。?71.根据权利要求69或权利要求70所述的密封件,其中所述层通过将层共挤压而形成。72.根据权利要求66-71中任一项所述的密封件,其中元件包括未固化的或部分固化的材料的区域。73.根据权利要求66-72中任一项所述的密封件,其中元件包括穿过所述密封件的横截面的一层或多层能量吸收层。74.根据权利要求66-73中任一项所述的密封件,其中元件包括所述弹性体中的夹杂物。75.根据权利要求74所述的密封件,其中所述元件包含所述弹性体中的多个颗粒。76.根据前述任一项权利要求所述的密封件,其中所述芯包含复合材料,所述复合材料包括弹性体材料基质,和分布在所述基质中的多个元件。77.根据权利要求66-76中任一项所述的密封件,其中所述层材料包括Tg低于所述芯材的Tg的材料。78.一种形成用于密封件的材料的方法,所述方法包括将多层弹性体材料共挤压以形成芯,在所述层之间具有多个边界。79.根据前述任一项权利要求所述的密封件,还包含在所述芯和所述外层之间的粘合材料。80.根据权利要求79所述的密封件,其中粘合层的材料包括所述芯材和/或所述外层的材料。81.根据权利要求1-77,79或80中任一项所述的密封件,其中所述芯包括至少部分金属表面层。82.一种密封件,所述密封件包含:包括芯材的内芯,和所述芯上的包含层材料的外层,其中所述芯包括至少部分金属表面层。83.根据权利要求81或权利要求82所述的密封件,其中所述金属层包括Cr和/或WC。84.根据权利要求82或权利要求83所述的密封件,其中所述金属层基本上是挠性的。?85.一种形成密封件的方法,所述密封件包含:包括芯材的内芯和包含层材料的外层,所述方法包括:在所述芯的表面上涂敷至少部分的金属材料涂层并且随后涂敷所述层材料。86.一种制造根据权利要求1-77,或79-84中任一项所述的密封件的方法。87.一种制造密封件的方法,包括:形成包含芯材的芯,和形成在所述芯上的外层,所述外层包含外层材料。88.根据权利要求86或权利要求87所述的方法,包括将所述芯材和所述外层材料共挤压。89.根据权利要求86-88中任一项所述的方法,还包括提供在所述芯和所述外层之间的粘合层,所述粘合层包含粘合材料。90.根据权利要求89所述的方法,其中所述粘合材料包含芯材和/或外层材料。91.根据权利要求89或权利要求90所述的方法,其中所述粘合材料包含所述芯材和所述外层材料的掺合物。92.根据权利要求87-91中任一项所述的方法,包括以下步骤:-形成所述芯,-向所述芯涂敷所述粘合材料,-将所述芯和外层模压以形成密封件。93.根据权利要求87-92中任一项所述的方法,包括以下步骤:-将所述芯材和所述外层材料共挤压,和-优选在游离状态下,将所述共挤压的材料硬化。94.根据权利要求89-93中任一项所述的方法,包括将所述芯材、粘合材料和外层材料共挤压。95.根据权利要求86-94中任一项所述的方法,还包括在所述密封件的表面上进行表面加工、处理或改性。96.根据权利要求86-95中任一项所述的方法,其中所述密封件包括O形环密封件或类似的密封件。97.根据权利要求86-96中任一项所述的方法,其中所述密封件具有不同于O-环密封件的轮廓。?98.一种密封件,包含形成所述密封件的外表面的至少一部分的材料,其中所述外表面处的所述材料已经进行处理以减小其摩擦系数。99.根据权利要求1-84中任一项、或权利要求98所述的密封件,其中仅对所述外表面处的材料的一部分进行所述处理。100.一种包括外表面的密封件,所述外表面包含一种材料,其中所述外表面的第一部分处的所述材料的摩擦系数低于所述外表面的第二部分处的所述材料的摩擦系数。101.根据权利要求100所述的密封件,其中所述表面的第一部分处的所述材料已经进行处理以减小摩擦系数。102.一种制造密封件的方法,所述方法包括处理所述密封件的外表面以减小所述表面的至少一部分的摩擦系数的步骤。103.根据权利要求102所述的方法,其中所述处理包括改变所述表面处的材料的组成。104.根据权利要求102或权利要求103所述的方法,其中所述处理包括向所述表面涂敷涂料。105.根据权利要求98-104中任一项所述的密封件或方法,其中所述密封件材料具有小于-10℃,优选小于-30℃,优选小于-50℃,或小于-70℃的TR10。106.一种制造密封件的方法,其任选地参照附图、基本上如本文所述。107.一种密封件,其基本上如本文所述,任选地参照附图和如附图中所图示。108.一种用于密封件的密封壳体,所述壳体包括外表面,其中所述表面的至少一部分包括材料,所述材料已经进行处理以减小其摩擦系数。109.根据权利要求108所述的密封壳体,其中所述壳体表面的至少一部分包括涂层。110.根据权利要求109所述的密封壳体,其中所述涂层的材料包括PTFE。111.一种密封件组件,包括密封件和密封件壳体,其中所述密封件和/或所述壳体已经被处理以减小其表面的至少一部分的摩擦系数。112.根据权利要求111所述的密封件组件,其中所述处理包括涂敷涂料。?113.根据权利要求111或权利要求112所述的密封件组件,其中所述密封件和所述壳体两者均包括减小它们的外表面的至少一部分的摩擦系数的处理。114.根据权利要求113所述的密封件组件,其中所述密封件的处理与所述壳体的处理不相同。?

    说明书

    密封件

    本发明涉及密封件。本发明的一些实施例涉及具有高抗爆炸减压(explosive?decompression)性的弹性体密封件。本发明的一些实施例涉及适合在低温下使用的弹性体密封件。

    弹性体密封件用于广泛的应用和环境中。本发明的各个方面特别地但非唯一地涉及用于石油和天然气工业中的密封件。

    使用弹性体密封件的一些环境从环境的化学和物理因素的角度提出了特殊的挑战。这些具有挑战性的环境的实例可以见于石油和天然气工业中。实际上,对于从甚至更极端的环境中开采石油和天然气是一种趋势。存在着对在低温下,例如,低至-46℃或甚至更低的温度下发挥作用的弹性体密封件的需求。具有所需的耐化学性的弹性体通常不易起反应并且因此不适合于在这样的温度下执行密封功能。

    耐化学性的要求也可能严格地限制了许多应用中聚合物的选择。例如,耐蒸汽性经常是密封件的要求,例如,在开采石油中使用蒸气的情况下?;箍赡艽嬖谧哦阅褪馨防嗪?或其他化学品,例如甲醇和/或脂族和芳族烃,钻探泥浆和硫化氢的存在的密封件的需求。

    目前,认为目前可获得的对某种接触介质具有所需耐化学性的聚合物没有一种能够提供低温下的足够的密封性能以及所需的机械性能,例如,低于-10℃。尽管一些聚合物,诸如所谓的“低温”含氟弹性体(FKMs)(例如Viton?GLT或GFLT),可以在烃类和油井环境中所遇到的一些流体的存在下得到可接受的性能,但当这些物质接触其他化学品,例如“酸气”(含有H2S),或胺类(已经发现其侵蚀已知的FKMs)时可能发生问题。在这些化学品的存在下获得较好性能的其他已知的聚合物,诸如AFLAS(RTM-Asahi?Glass),在低温下的密封性能不足。例如,AFLAS(RTM)的TR10约为+2C。对于对广泛的化学品具有耐化学性的物质获得低温性能(例如在-10℃和以下的温度)是理想的。

    在提供用于这些环境中的密封件的尝试中,阀门制造商正在使用弹簧增能的PTFE唇形密封件,但这些密封件很昂贵,较难以安装,并且通常需要具有一定的抛光标准的外壳,所述抛光标准比用于弹性体密封件的那些标准高。备选地或另外地,使用局部加热和/或热绝缘以试图避免密封件处非常低的局部温度。

    对于一些密封件的额外或备选的要求,例如对于用于石油和天然气开采工业的那些密封件,是抗快速气体减压的(rapid?gas?decompression),或也称为爆炸减压或ED的RGD。ED可以导致密封件的损坏,包括起泡、内部龟裂和裂口形式的结构损坏,在密封件接触的流体压力快速下降时可以导致这些结构损坏。

    本发明的实施例寻求克服或减轻这些和/或其他问题中的一个或多个。

    在一些应用和环境中,密封件将有利地寻求克服或减轻上面提及的问题中的几个或全部。在其他应用或环境中,所述问题中的仅一些或一个需要减轻或克服。根据本发明的一个方面,提供了一种密封件,其包含:包括芯材的内芯,和所述芯上的包含层材料的外层,其中:所述芯材包括弹性体;所述层材料包括耐化学性的材料;所述密封件是抗快速气体减压(RGD)。

    通过提供弹性体芯材和耐化学性的外部材料,能够提供具有所需的耐化学性和所需的耐RGD性的密封件。

    因此,本发明的实施例可以包含具有良好耐RGD/ED性的芯和耐化学性的外层。在一些情况下,得到的产物不一定具有良好的低温性能。存在许多耐RGD密封件的应用,其中低温性能不是重要的问题。根据本发明,ED/RGD性能可以与耐化学性相组合地提供用于不需要低温挠性的应用。优选密封件在低于-10℃的温度下是挠性的。密封件的低温挠性可以由芯、外层或两者提供,和/或可以由另一种部件或层提供。密封件可以包含三个或多个部分,例如,耐RGD的一个部分,在低温下挠性的第二部分,和具有耐化学性的第三个部分。要理解的是耐化学性层将设置在密封件的外表面处,其通常是与化学环境接触的表面。预期密封件的任何部分可以提供所需的耐RGD性质、低温挠性和/或耐化学性中的一种或多种。

    在本发明的广义方面,提供了一种密封件,其包含具有耐RGD性的第一种材料和具有耐化学性的第二种材料。这些材料可以以层状结构,或以其他配置形式提供。它们可以混合或组合以提供形成密封件或密封件一部分的复合材料。任选地一种或多种材料可以具有低温挠性,和/或可以提供具有低温挠性的第三种材料。

    现在描述芯材的优选特征。优选地,另外地或备选地,密封件本身具有这些特征中的一种或多种。另外地或备选地,外层具有这些特征中的一种或多种。

    在密封件的一个部分具有所需的低温挠性的情况下,密封件的其他部分可以不具有所需的低温挠性。例如,低温挠性材料可以设置在耐RGD芯的外侧,所述芯的Tg明显高于外部材料的Tg。

    优选地芯材在低于-10℃的温度下是挠性的。在一些应用中,芯材可以具有在较高温度下的较低的温度挠性界限。例如,在一些应用中,在大气压在达约+2C下具有所需挠性的AFLAS(RTM)可以用作芯材。

    通过提供具有所需低温挠性的内芯和耐化学性的外层,得到的密封件可以适合用于低温下的恶劣化学环境中。例如,芯材本身可以不具有所需的用于相关环境中的耐化学性,层材料可以不具有所需的低温挠性。

    优选芯材和外层材料彼此不同。优选术语芯应当被用来指密封件的在外层内的部分。在优选实施例中,所述芯完全被所述密封件的任何表面上的层覆盖,在使用时所述层暴露于工作环境。不一定所有芯被外层覆盖。在一些实施例中,芯将包括密封件的中央部分。然而,在其他配置方式中,更多的部件或部分可以设置在所述芯内使得在那些实施例中内芯包括在外层下面的层。所述芯可以包括多于一个部分,其中弹性体材料可以是内部部分或外部部分。

    在提到芯材,或在特定温度下为挠性的其他材料时,优选该指代是指具有充分的挠性使得其可以在特定温度下作为密封件工作的材料。

    在下面进一步讨论的本发明的广义方面,在一些实施例中,芯材为挠性的最低温度可以高于层材料为挠性的最低温度。在其他配置方式中,反之是优选的。

    优选密封件的芯在小于-20℃,优选小于-30、-40、-46、-50、-60、-75或甚至小于-90℃的温度下是挠性的。材料在相关温度下的挠性可以例如,通过制备包含相关材料的密封件并观察该密封件在该相关温度下的性能来直接确定。

    可以使用其他试验或信息。例如,可以确定材料在相关温度下的性质以鉴别该材料是否是挠性的。优选芯材的Tg低于-10℃。优选Tg小于-20℃,优选小于-30℃,优选小于-40℃。芯材的Tg可以低于-46℃。优选芯材的Tg低于-60、-70、-80℃或甚至更低。芯材的Tg可以低于-60℃,优选低于-90℃。

    材料的Tg可以使用任何合适的方法确定。优选当提到材料的Tg时,优选Tg值指处于待使用该材料的环境的压力下的值。便利地,作为备选方案,如果合适,Tg可以被理解为指大气压下的Tg。作为实例,认为对于每50巴压力,材料的Tg将升高约1℃。

    备选地或另外地,可以在材料上进行温度回缩试验以确定其在相关温度下是否是适当挠性的。优选芯材的TR10小于-10、-20、-30℃。优选芯材的TR10小于-46℃,优选小于-60或-90℃。

    温度回缩试验的一个实例包括拉长测试样品并且使其在伸长位置下冷冻。然后使样品在温度以均匀的速率缓慢升高的同时自由回缩??梢源踊竦玫氖菁扑闳魏挝露认碌幕厮醢俜直?。

    实际上,可见对应于10%回缩的温度(TR10)大致与材料的可用挠性的温度界限相关。示例性试验的进一步细节可以参见例如ASTM?D1329。在一些应用中,密封件可以能够在静态应用中在较低温度下发挥作用。所述芯材可以具有上面指出的与低温挠性相关的一种或多种特征。应该理解具体的材料不一定包括所有这些特征。

    在优选的配置方式中,优选密封件本身和/或外层的材料具有上面对于芯弹性体所指出的范围内的性质。优选芯弹性体和/或密封件的硬度约为80-90IRHD(国际橡胶硬度标度)。

    本发明的广义方面提供了一种密封件,其包含:包括芯材的内芯,和所述芯上的包含层材料的外层,其中:所述芯材包括弹性体,所述密封件在小于-10℃的温度下是挠性的,且所述层材料包括耐化学性的材料。

    密封件的低温挠性可以由芯、外层和/或密封件的其他部分提供。

    视情况而定,关于本发明的一个方面描述的特征优选地可应用于本发明的其他方面。

    优选所述密封件也是抗快速气体减压或爆炸减压的。

    RGD损坏或ED损坏包括当密封件暴露的流体压力快速下降时引起的结构损坏或故障。

    不希望受RGD的任何特殊解释的约束,通常认为其是由于弹性体中溶解的气体的渗透和扩散而出现的。

    随着时间推移,弹性体组分将被体系内的气体饱和。当出现压力波动时,在弹性体组分的内部和表面之间可能建立大的压力梯度。此压差可以通过气体向弹性体外扩散或渗透来平衡。然而,如果弹性体化合物的物理性能不能阻止渗透期间的裂纹和气泡生长,则可能出现结构损坏。

    RGD损坏是在石油和天然气工业中经常遇到的问题,尽管其可能是其中存在流体压力的快速下降的任何应用(例如,在喷漆枪和灭火器至压缩机和制冷系统中)中的一个问题。

    有利地,密封件是阻止RGD损坏的一类密封件。

    抗RGD性可以通过在用于所需应用的适当环境中测试密封件来确定,和/或可以使用其他试验。

    优选密封件满足Norsok?M710检验(附件B)的RGD验收标准。优选由测试引起的密封件的任何损坏具有3以下,优选2以下,优选1以下的等级。

    备选地或另外地,密封件优选通过下面所述的爆炸减压检验(ExplosiveDecompression?Test),或用于测试抗RGD或ED性的其他可适用试验或试验条件。

    优选地所述密封件在小于-10,优选小于-20、-30、-40、-50、-60、-75或甚至-90℃的温度下具有相关的耐RGD性。优选所述密封件在CO2和/或甲烷(或其他烃)和CO2的混合物的存在下具有相关的抗RGD性,这取决于该密封件的应用。后者通常被认为是油井流体的代表??梢栽谡庑┢宓拇嬖谙陆蠷GD试验。

    在石油和天然气应用中密封件可以接触的其他物质包括用作缓蚀剂的胺类,用作润滑剂的钻探泥浆和用于去除废物的介质,甲醇(其被注入至一些油井中以辅助开采)。所述密封件可以暴露于这些介质,尽管不一定在高压下。H2S存在于一些油井流体中,但是目前由于安全性原因通常不用于ED/RGD试验中,尽管如果可以克服安全性问题可以用于试验中。目前,甲烷和CO2混合物被公认可用于建立ED/RGD性质的试验中。

    优选RGD试验在升高的温度下,例如,100℃下进行。在许多情况下,如果密封件通过在100℃下进行的RGD试验,则其将适合于在较低温度下,例如,-10℃,-30℃或更低的温度使用。

    优选密封件对在大于30巴/小时,优选大于40巴/小时,优选大于50巴/小时的压力下的变化具有抗RGD性。尽管密封件本身需要是抗RGD的,优选芯是抗RGD的。外层可以是抗RGD的。备选地或另外地,密封件的另一部分或层可以是抗RGD的。

    根据本文关于密封件的一个或多个术语和描述,优选芯是抗RGD的。优选芯本身通过本文所述的一个或多个抗RGD性试验。

    芯材可以包含硅酮和/或含硅酮材料。

    已经认识到硅酮非常好地抵抗爆炸减压。不希望受任何特定理论的约束,申请人认为硅酮材料的相对高的渗透性是其中的一个因素。然而,硅酮缺少允许其广泛用于石油和天然气应用的耐化学性和机械性能。

    根据本发明的另一个方面,提供了一种密封件,其包含芯和所述芯上的外层,所述芯包括硅酮和/或含硅酮材料,所述外层包含耐化学性的材料,优选其中所述密封件是抗快速气体减压的。

    优选所述芯包括硅酮和/或氟硅氧烷。尽管氟硅氧烷具有比硅酮低的渗透性,但渗透性仍然是相对很高的。硅酮类材料由于其相对高的渗透性而被认为特别适合于此类应用。例如,硅酮橡胶的气体传递速率在20C在5巴N2下测量为1800cc/m2/hr。这可以与FKM在20C在5巴N2下的约50cc/m2/hr的传递速率相比较。需注意当在密闭系统中使用硅酮密封件时,有时观察到压降。

    硅酮橡胶在低温下仍然是挠性的。硅酮具有极低的Tg并且在40℃和以下的温度下仍然是挠性的。然而,相比较,AFLAS(RTM-Asahi?Glass)?的TR-10在约-10和+3℃之间,这取决于AFLAS的类型;并且AFLAS在约0℃下使用时具有适当的挠性并且在一些情况下即使在该温度以下也可以提供足够的密封性。其他的耐碱聚合物,例如,FKM材料,可获自其他制造商,诸如Solvay和杜邦(DuPont)?;褡許olvay的一种等级的FKM(Solvay?BR?9152)可在约-17℃下工作,尽管与AFLAS相比具有很差的耐胺性。此类氟化材料可以在本发明的实施例中用作外层材料。

    然而,还认为可以以其他方式改造抗RGD性。例如,与硅酮相比具有十分低的渗透性水平的弹性体可以显示良好的抗RGD性。一个实例是非?!凹崛汀钡牡蕴?。本发明人已经认识到,小心地混合其他弹性体,例如,EPM,也可以产生适当地抗RGD的材料。因此即使具有相对低的渗透性的非硅酮类材料也可以具有适当的抗RGD性并且因此可以用作用于根据本发明的密封件中的材料。

    本发明的另一个方面提供了一种密封件,其包含芯和所述芯上的材料层,其中所述芯包括弹性体材料,所述芯还包含可渗透材料,所述层材料包括弹性体材料。优选所述材料具有良好的抗挤压性。优选该材料具有足以减少相关条件下使用期间夹层起泡的危险的渗透性水平。

    可渗透的芯优选是透气的并且因此在一些实施例中允许气体从此部分密封件横截面中快速释放。此种配置可以减小通过RGD施加于材料上的应力,否则所述应力可能导致所述材料的损坏。然后密封件的外层包括弹性体,所述弹性体优选提供关于所述密封件的相关应用所需的力阻和耐环境性。

    例如高强度外层可以赋予材料以抗挤压性。适合于密封件的应用的耐化学性将是合乎需要的。然而,在一些应用中耐化学性可以不是必需的。

    可渗透的芯可以设置在密封件的所有或一部分中。例如,可渗透材料可以设置在密封件的某些区域处,例如,被认为更加处于RGD损坏的危险中的那些区域,例如相对较厚的区段。不同的材料可以设置在芯的不同部分处。

    所述芯材可以包括硅酮材料。例如,所述芯可以包括硅酮,或可以包括EPDM/硅酮,或其他组合物。所述芯可以包括硅酮和/或氟硅氧烷。

    通过芯材的气体传递速率可以在20C在5巴N2下大于200,优选大于500、1000、1500、1800cc/m2/hr以上。

    优选所述芯包括硅酮和/或氟硅氧烷材料。硅酮类材料由于其相对高的渗透性而被认为特别适合于此类应用。例如,硅酮橡胶的气体传递速率在20C在5巴N2下测量为1800cc/m2/hr。这可以与FKM在20C在5巴N2下约50cc/m2/hr相比较。需注意当在密闭系统中使用硅酮密封件时,有时观察到压降。优选通过芯材的气体传递速率在20C在5巴N2下大于200,优选大于500、1000、1500、1800cc/m2/hr以上。所述芯材可以包含乙烯-丙烯弹性体。例如,所述芯材可以包含EPM和/或EPDM。

    芯材可以包含任何其他合适的弹性体或弹性体的组合。所述材料可以包含聚丁二烯。

    不同于硅酮的材料可以用作芯材,尤其是如果其具有可接受的抗RGD性和低温挠性。优选所述芯材具有在-20℃以下,优选-46℃以下,甚至更优选更低温度下的挠性。在一些应用中,优选所述芯材具有在-60℃(例如甲基乙烯基硅酮或氟硅氧烷)或甚至-90℃(例如苯基硅氧烷)下的挠性。

    优选所述芯材是弹性体材料。

    所述芯可以包含一种材料,或可以包含多于一种的材料。所述芯可以包含不同材料的多个部分,例如,多层。

    然而,硅酮和其它耐RGD弹性体可以具有相对较差的耐化学性。

    通过提供耐化学性层,在一些实施例中可以克服此问题。

    优选地,外层的材料耐受下列物质中的一种或多种:

    i.蒸汽;

    ii.胺类;

    iii.烃类(脂族的和/或芳族的);

    iv.甲醇;

    v.钻探泥浆;

    vi.硫化氢。

    优选地,如果当外层的材料暴露于相关物质72小时,该材料的体积的变化是其暴露前的初始体积的小于15%,优选小于10%,优选小于5%,更优选小于2%,则认为该材料耐受该物质。备选地,或另外地,如果当?外层的材料暴露于相关物质72小时,该材料的物理性能(例如硬度、模量、抗张强度)变化是其暴露前的初始值的小于30%,优选小于20%,优选小于10%,优选小于5%,则该材料被认为耐受该物质。在一些配置中,10IRHD或更小的硬度变化是可接收的。备选地或另外地,如果当外层的材料暴露于相关物质72小时,该物质未显示溶解、起泡、裂化或其他物理损害的趋势,则优选该材料被认为耐受该物质。

    优选外层材料是这样的,在使用条件下体积的任何变化在约+10%和-5%内。显著大于该范围的变化预期将不可接受地损害性能。

    优选外层材料包含弹性体。

    根据任何前述权利要求的密封件,其中所述外层包含含氟弹性体材料。

    含氟材料通常具有良好的耐化学性。然而,可以使用其他材料,例如HNBR,其耐受胺,在其他介质中至多达约5%浓度,和脂族烃和芳族烃,在其他介质中至多达约6%浓度,取决于ACN含量。

    外层可以包含HNBR。

    本发明可以提供合适的芯和外层的不同组合。

    例如,本发明的独立方面可以提供一种密封件,其包含包括硅酮的芯,和包括含氟弹性体材料的外层。

    例如,本发明的独立方面可以提供一种密封件,其包含:包括EPM或EPDM的芯和HNBR的外层。

    其他组合是可能的。例如,该密封件可以包含含碳氟化合物的芯材,其优选在低温下是挠性的(例如基于VITON(RTM-杜邦)GLT或GFLT的弹性体),和例如含氟弹性体四元共聚物外层,例如VITON(RTM)ETP。这样的密封件可以例如在-30℃或更低温度下工作。

    含氟弹性体,例如FKM或FFKM,通常具有良好的耐化学性,但一些具有相对差的抗爆炸减压性并且它们在低温下的可用性在一些情况下也是不合适的。FKM材料可以被混合从而获得改善的抗RGD性。一些特级的FKM也可以在低温下工作(典型地,-40C,例如,获自Solvay的VPL85540)。然而对于一些应用,这些已知的特级品不具有合适的耐化学性。例如一些特级品不具有对蒸汽和碱类诸如胺的良好耐受性。例如,已知等?级的AFLASTM(下面进一步描述的一种四氟乙烯/丙烯共聚物)具有相对差的抗爆炸减压性,并且可以作为密封件在大气压下在低至约0℃的温度工作,在较高的压力下、诸如在工作环境中所遇到的压力下其Tg较高。然而,其具有相对良好的耐化学性,和针对例如蒸汽和胺类的耐受性。

    通过提供具有低Tg和抗RGD的弹性体材料的芯和耐化学性弹性体的外层的密封件,例如O形环密封件,则可以提供具有关于下列的所需性质的密封件:

    -耐化学性

    -低温挠性

    -抗快速气体减压性。

    密封件可以是O形环或类似的密封件,或另一种类型的密封件。尽管本发明的各个方面具有关于O形环密封件的特殊应用,但它们通??墒视糜谒欣嘈兔芊饧?。本发明的各个方面可以适用于O形环。备选地,本发明可以适用于其他类型的密封件。SPRINGSELES(商标)和TEESELES(商标)两者均可获自James?Walker?&?Co?Ltd,它们是通常用于密封比O形环更高的压力的密封件的两个实例。

    优选外层的厚度为密封件的厚度的小于约50%,优选小于约30%。例如,所述密封件可以包含3.53mm直径的芯,所述密封件包括外层的直径为5.33mm。备选的密封件可以包含5.33mm直径的芯,包括外层的直径为6.99mm。

    优选所述密封件的任何特殊区域上的层的厚度为该区域中所述密封件厚度的小于约30%,优选小于20%或小于约10%。

    层的厚度优选足以赋予所述密封件以任何必需的耐化学性或其他所需的性质,而不会(如果相关的话)以不合宜的方式减小所述密封件的挠性。配方可以包括添加剂以改变渗透性水平。

    芯也可以涂敷以薄金属层以减少加入外层之前的气体吸收。金属材料可以例如是Cr和WC的混合物。

    在一些实施例中此特征是特别有利的并且单独地提供。本发明的一个方面提供了一种密封件,其包含:包括芯材的内芯,和所述芯上的包含层?材料的外层,其中所述芯包括至少部分的金属表面层。所述金属层可以包括Cr和/或WC。

    本发明还提供了一种形成密封件的方法,所述密封件包含:包括芯材的内芯和包含层材料的外层,所述方法包括在所述芯的表面上涂敷至少部分的金属材料涂层并且随后涂敷所述层材料。

    在实施例中,围绕所述芯的金属层是挠性的,并且优选防止或减少流体的进入。

    优选外层包含含氟弹性体或全氟弹性体。

    备选地或另外地,外层可以包含HNBR或具有适合于相关工作环境的耐化学性的其他弹性体。

    所述层优选地包含含氟弹性体(FKM)。所述层可以包含全氟弹性体(FFKM)。所述层可以包含一种或多于一种的材料。优选所述层的氟化弹性体的氟含量大于60%,优选大于64%,大于66%,优选68%以上。

    可以使用不同于包括氟的那些的弹性体。

    所述外层可以包括四氟乙烯丙烯共聚物(TFE-P)。用于所述外层中的材料的实例为Asahi?Glass?Co?Ltd.的AFLASTM。类似的材料为获自杜邦的TBR等级和获自Solvay的BR等级。HNBR聚合物的实例由Zeon和Lanxess(拜耳)制备。

    所述外层可以包括VITON含氟弹性体或来自其他制造商的类似材料。

    所述外层可以包含包括六氟丙烯(HFP)、偏二氟乙烯(VDF或VF2)和四氟乙烯(TFE)的共聚物或三元共聚物的材料。例如可以使用基于VITON(RTM)ETP?600S的化合物。其他聚合物类型,或来自其他制造商的等效聚合物同样是合适的。

    优选外层材料具有良好的耐蒸汽性,和/或良好的耐化学性,例如针对胺和烃的良好耐受性。

    在一些情况下,优选外层覆盖芯的整个外表面。例如,在外层为密封件提供耐化学性的情况下,外层优选地覆盖芯的可能接触相关的恶劣化学环境的所有部分。然而,在其他应用中,不需要完全的覆盖。例如,所述?层可以设置在所述芯的仅一个表面上和/或所述芯的某些区域中,这取决于应用。

    所述层可以包含单一材料,或多于一种的材料。所述外层可以本身包含多于一层,或可以包含不同组成的区域。更多的层或材料的其他区域可以设置在外层和芯之间,和/或外层的外表面上。例如,金属镀层可以设置在芯上,例如,用于减少渗透。外层材料可以本身具有良好的抗爆炸减压性。

    优选任何涂料或层具有合适的挠性。

    根据本发明的另一个方面,提供了一种密封件,其包含:

    内部部分,其包括

    -硅酮和/或含硅酮材料,和/或

    -乙烯-丙烯弹性体,例如EPM和/或EPDM,和/或

    -含氟弹性体,例如FKM或TFE-P,和/或

    -抗RGD和/或ED弹性体,和/或

    -弹性体,其在小于-10℃的温度下是挠性的。

    -具有密封件的预期应用所需的低温性质的弹性体(优选所述弹性体具有上面所述芯的一种或多种特征)

    所述内部部分上的外层,所述外层包含

    -含氟弹性体材料,和/或

    -HNBR和/或

    -具有耐化学性的弹性体。

    在一些实施例中,具有良好耐化学性的低Tg材料可以放置在具有较高Tg的抗ED芯的外侧。例如,具有低Tg的FKM和/或HNBR等级可以用在外层处。所述等级具有良好的耐化学性但可能具有对于指定的应用不可接受的抗ED性质。通过在整个横截面上使用两种材料的成分,抗ED的芯将用来获得可接受的总体性能。在另一个实施例中,可以提供可接受的密封件,其不具有良好的低温性能,但确实是一些应用所需的。在一个实施例中,在降至约-10℃下可用的三元共聚物可以与具有良好的抗?RGD/ED性的芯组合使用,所述三元共聚物提供耐化学性的外层。在此情况下,低温性能可能不是重要的问题。

    优选所述密封件具有良好的耐蒸汽性和/或耐化学性,例如,对胺和硫化氢的耐受性。

    优选所述芯具有高透气性和/或足以获得所需的抗RGD性的机械性能。

    优选所述芯包括弹性体材料。

    优选所述层包含弹性体材料。

    优选所述层具有良好的耐蒸汽性和对胺类和烃类的存在的良好耐受性。

    所述外层的材料的Tg可以高于-20℃。在一些实施例中,所述外层材料的Tg将低于-20℃。

    所述密封件可以包含所述芯和所述外层之间的粘合材料。

    例如,可以提供粘合剂层以将外层粘合至芯上。例如,可以使用Chemosil?5150,或可以使用化学处理,例如,EP?1025987中所述的那些。

    粘合层的材料优选包括所述芯材和/或所述外层的材料。

    以该种方式在所述芯和所述外层之间可以获得强力和相容性的结合。

    备选地,采取优化的加工条件和化合物配方,所述层可以直接粘合至所述芯,无需粘合层。

    本发明的另一方面提供了一种密封件,其包含:包括芯材的内芯,和所述芯上的包含层材料的外层,其中:

    -所述芯材包括弹性体且能够在第一温度之上提供密封功能,

    -所述层材料包括弹性体且能够在第二温度之上提供密封功能,

    其中所述第二温度低于所述第一温度。

    在一些应用中,可以实现密封功能的温度将由芯和/或层的材料来决定。密封的温度也可以,或备选地被其他因素影响,所述其他因素例如表面抛光,挤压水平,胶边(flashline)的定向和表面润滑。例如,在本文所述的任一方面中,密封件的表面可以被改性。例如,材料的表面可以被处理以改变其一种或多种性质。在一些实施例中,表面被改性以改变所述密封件的至少一部分表面的摩擦系数。所述处理可以包括例如喷涂技术、等离?子体处理,例如将化学基团接枝到材料的表面上以改变其性质(例如基于硅氧烷的基团),或其他适当的处理。喷涂处理的一个实例是获自WhitfordCorp.的基于PU和硅酮的水基树脂,其直接涂敷至密封件上,随后烘干以使涂层硬化。在多个实施例中,处理是使材料的表面增能(energised)。备选地或除改变摩擦系数以外,处理,例如添加化学基团,可以改变材料表面的其他性质。在优选的实施例中,减小摩擦系数是至关重要的。不太感兴趣的是密封件的其他性质,条件是它们不损害材料或密封件的功能。优选所述处理具有减小材料表面的至少一部分的摩擦系数的作用。在表面处理的材料用于密封件中时所述摩擦系数的减小可以改善密封性能。不希望受任何特殊理论的约束,认为在至少一部分密封件的表面处较低摩擦系数的材料将允许所述密封件更有效地增能。在已知的系统中,使用润滑脂或其他施加的润滑剂来减小密封件的表面处的摩擦系数。然而,发现所述润滑剂要及时去除,例如通过系统的各组分的作用和/或密封件配置的移动来去除。作为润滑剂的润滑脂或其他组分的使用也可以导致系统污染;存在一些应用,其中所述组分不适合使用。在至少一部分表面处具有固有的低摩擦系数的密封件将是有益的。在一些实施例中在密封件外壳连同密封件上应用减小摩擦的涂层仍然可以进一步改善性能。因此本发明的另一个方面提供了一种密封件,所述密封件具有在至少一部分外表面上的减小摩擦的涂层,和提供了一种制造所述密封件的方法。

    因此,此特征在一些实施例中是特别有优势的,并且独立地提供。

    根据本发明的另一个方面,提供了一种密封件,其包含形成所述密封件的至少一部分外表面的材料,其中所述外表面处的材料已经进行处理以减小其摩擦系数??梢远酝獗砻娲Φ乃谢蚪鲆徊糠植牧辖写?。

    根据本发明的另一个方面,提供了一种密封件,其包含:包括材料的外表面,其中在所述外表面的第一部分处的所述材料具有比在所述外表面的第二部分处低的摩擦系数。成型密封件在一些实施例中可以仅需要密封表面上的润滑的或低摩擦系数的涂层。在表面的第一部分处的材料优选已经接受了处理以减小摩擦系数。

    根据本发明的另一个方面,提供了一种制造密封件的方法,该方法包括处理密封件的外表面以减小所述表面的至少一部分的摩擦系数。

    所述处理可以包括将基于包括硅酮、PU和氟的组分的涂料涂敷至所述表面。

    所述处理可以包括改变所述表面处的材料的一种或多种组分的组成。所述处理可以包括改变所述表面处的弹性体材料的组成。

    在处理期间,组分或基团可以插入至表面处的材料中,例如硅氧烷或含氟基团。作为实例,可以使用等离子体技术。

    优选所述密封件具有小于-10℃,优选小于-30℃,优选小于-50℃的TR10。

    摩擦系数的减小可以为至少10%,优选至少20%。在实施例中,摩擦系数的减小可以至多达50%,或甚至更大。摩擦系数可以例如使用本领域已知的斜面试验检测。

    在其他方面,作为备选方案,或另外地,材料可以添加至密封件本身的弹性体化合物以减小摩擦系数。此类添加至密封件材料的实例包括“可控释放”的添加剂,诸如油酰胺和PTFE。

    本发明的另一个方面提供了一种用于密封件的密封件外壳,所述外壳包括外表面,其中所述表面的至少一部分包括已经进行处理以减小其摩擦系数的材料。因此,所述密封件和/或密封件外壳可以具有低摩擦系数表面。

    所述外壳表面的至少一部分可以包括涂层。所述涂层优选包括具有一种或多种相对低的摩擦系数的材料以便减小其涂敷的外壳的摩擦系数。所述涂层的材料可以包括PTFE。

    本发明的另一个方面提供了一种密封件组件,其包括密封件和密封件外壳,其中所述密封件和/或所述外壳已经被处理以减小其表面的至少一部分的摩擦系数。

    所述处理可以包括涂敷涂料。

    在实施例中,润滑的外壳和/或密封件表面的提供可以改善密封件响应度,尤其是在低温下。

    在一些优选的配置中,密封件和外壳两者都被处理以减小其外表面的至少一部分的摩擦系数。密封件的处理可以与外壳的处理相同或不同。在一些情况下,处理将是相同的,例如将相同的涂料涂敷至基底材料上。在?其他配置中,可以使用不同的处理,这样为用于密封件和外壳的每一个的处理的优化提供了更大的范围。

    “两相”润滑存在着益处,诸如当密封件和外壳两者在它们表面的至少一部分处都具有减小的摩擦系数时可获得所述“两相”润滑。所述两相润滑可以导致改善的密封件响应度,尤其是当密封件组件在低温下被加压时。

    作为对使用金属表面的密封件的适当处理的实例,例如,在密封件外壳上的处理,是树脂粘合的PTFE涂料,例如,Armourcote(RTM?of?SurfaceTechnology(表面技术公司的RTM)),或水基涂料诸如获自ITW的DKAQW-3917。

    优选通过测量密封件在实验室或测试设施中的低温性能来确定密封件提供密封功能的能力。已经发现在一些情况下密封件的实际密封性能不同于从考虑使用的材料所预期的理论性能,密封件(例如O形密封件)可能在低于从其材料性质所预期的温度下具有密封功能。

    在不同温度下密封性能的测试的一个实例中,使用容纳三个类似的O形环的测试夹具外壳。O形环相对于环境室安装。对于该测试,夹具用氮气加压,并且经质量流传感器监测泄漏。结果提供了关于O形环是否正在提供足够的密封性能的信息。两个测试的实施例如下:

    1.冷却前压力(PBC)。

    O形环在“环境”温度下(10℃以上)加压至(例如)100巴。然后温度以指定速率下降,例如0.3℃/分钟下降直至一个或多个密封件泄漏。

    2.冷却后压力(PAC)

    在此测试中,测试夹具首先在施加压力前在测试温度下稳定。一旦温度稳定,则将夹具加压(例如加压至100巴)并且确认通过一个或多个O形环的泄漏的存在。然后该夹具在执行下一次测试前回复至室温从而使得密封件“恢复”。此第二个测试更加代表实际的使用条件,尽管通常所说的泄漏在比其中允许密封件在室温下“增能”的测试(PBC)更高的温度下发生。

    在本文中提到在一个温度下具有特定的密封性能的密封件时,优选该密封件通过所述的第一个测试,和/或第二个测试。优选所述材料通过两个?测试。另外一个测试是该密封性能是否在实践中在研究的密封件要进行的应用中是足够的。

    在一些实施例中,对于指定材料的低温密封性能可能与其Tg或TR10不直接相关。

    在本发明的实施例中,可以进行下列的测试以观察芯材是否能够在第一温度之上提供密封功能,所述第一温度低于第二温度,在所述第二温度之上所述层材料能够提供密封功能。

    在该测试中,制备包括芯材但不包括层材料的第一密封件,并且在不同温度下测试该密封件以确定该密封件提供密封功能的最低温度。然后,包括层材料的第二密封件接受同样的测试以确定第二密封件提供密封功能的最低温度。比较在第一个和第二个测试中确定的温度。

    在一些情况下,密封性能随芯和层材料的温度的变化将取决于制备芯和/或层的材料的低温性能。例如,材料的Tg和/或TR10将决定密封性能。

    本发明的另一个方面提供了一种密封件,其包含:包括芯材的内芯,和所述芯上的包含层材料的外层,其中所述芯材的Tg和/或TR10大于所述层材料的Tg和/或TR10。

    在一些实施例中,层材料的Tg优选小于所述芯材的Tg。

    在一些实施例中,层材料的TR10小于芯材的TR10。

    在一些实施例中第一温度和/或芯的Tg,和/或芯的TR10优选小于-20℃,优选小于-30℃。在一些实施例中第二温度和/或层的Tg,和/或芯的TR10小于-40℃,优选小于-50℃,优选小于-60℃。

    优选所述密封件满足NORSOK?M710检验(附件B)的RGD验收标准和/或通过本文所述的爆炸减压检验。

    优选所述密封件具有关于本文所述的本发明的一个或多个其他方面所述的一个或多个另外的特征。

    所述层材料优选是耐化学性的。所述芯材优选是耐化学性的。常规地,关于密封件的外表面是否包括耐化学性材料要给予考虑。例如,共挤压的密封件可以包括仅在外侧上的耐化学性材料(例如FKM或FFKM)。在许多应用中,例如,在石油和天然气应用中,密封件暴露于高压和长的浸泡时间,并且这个可以导致接触介质渗透至外表面中并且与芯材接触。如果芯?材是被该接触介质破坏的一类,则这迟早会发生问题。通过使用至少部分地耐受该接触介质的芯材来对付渗透水平将是合乎需要的。

    此重要特征可以单独提供。因此,本发明的另一个方面提供了一种密封件,其包含:包括芯材的内芯,和所述芯上的包含层材料的外层,其中所述芯材包括至少部分耐化学性的弹性体,且层材料包括弹性体。

    优选耐化学性具有本文所述的一个或多个另外的特征。

    所述芯材可以具有比所述层材料更高的耐化学性。

    在本发明的实施例中,所述层的厚度比所述芯材的厚度小。因此,在一些应用中,可以容忍所述层材料较小的耐化学性。例如,如果所述层材料在特殊介质的存在下会膨胀,则与所述芯材同样的%膨胀相比,所述层的较大%膨胀可能是可以接受的。例如,与可能需要10%或优选5%以下的变化的所述芯材的%体积变化相比,所述层材料的%体积变化为20%可能是可以接受的。

    所述芯材和/或所述层材料可以包含氢化丙烯腈-丁二烯,例如HNBR,或具有不同ACN水平的HNBR。所述层材料可以包含全氟聚醚,例如,Sifel?RTM材料或聚磷腈,例如,氟烷氧基取代的聚磷腈,或PNF?RTM。

    预期在一些应用中,硅酮和氟硅氧烷不具有用作外层所需的耐化学性,但可以适合用作芯材。

    在一些实施例中所述芯材可以包括任何合适的材料,优选弹性体,例如,一种或多种本文指出的材料。

    在一些实施例中,所述芯材和/或所述层材料包含丁腈橡胶或氢化丁腈橡胶。氢化丁腈橡胶可以具有20%-60%以上的丙烯腈含量。在一些实施例中,丙烯腈含量为,例如,至多达55%或50%。在一个实施例中,丙烯腈含量为约51%。在一些实施例中,橡胶可以具有约30%-45%的丙烯腈含量。备选地或另外地,氢化丁腈橡胶具有10%-30%的丙烯腈含量??梢愿萸榭鍪褂貌煌呐渲?。例如,包含具有25%标称ACN含量的HNBR的密封件可以用作芯材,外层材料包括具有17%标称ACN含量的HNBR(例如ELAST-O-LION(EOL)985)。在另一个实施例中,密封件材料具有包括标称ACN含量为36%的EOL101芯的芯。在芯中小于30%或20%的相对低的ACN含量获得较好的低温挠性/机械性的折衷,并且在一些实施例中,?其能够使复合材料形成在-46℃以下的可接受的密封件。在其中芯具有较高ACN含量,例如,EOL101的实施例中,最低的可接受密封温度可以较高,例如,-40℃。

    此特征是特别感兴趣的,并且本发明的另一个方面提供了一种密封件,其包含:包括芯材的内芯,和所述芯上的包含层材料的外层,其中:

    -所述芯材包括丙烯腈含量小于30%,优选25%以下的NBR或HNBR材料,

    -所述层材料包括丙烯腈含量小于所述芯材的丙烯腈含量的NBR或HNBR材料。

    在实施例中,低含量ACN?HNBR可以提供作为层材料,和高含量ACNHNBR可以提供作为芯材。

    氢化丁腈橡胶可以通过氢化母体丁腈橡胶中存在的至少90%双键来形成。

    氢化丁腈橡胶可以通过氢化母体丁腈橡胶中存在的至少98%双键来形成。

    所述芯材和/或所述层材料可以包含硅酮交联的全氟聚醚。硅酮交联的全氟聚醚可以包含聚(全氟环氧烷)主链。硅酮交联的全氟聚醚可以包含聚(全氟环氧丙烷)主链。

    硅酮交联的全氟聚醚可以选自可获自Shin-Etsu化学品公司(Shin-EtsuChemical?Co)的SIFEL(RTM)弹性体。优选选择的等级为胶质的形式(而非例如液体)。

    所述芯材和/或所述层材料可以包含聚磷腈聚合物。

    聚磷腈聚合物(PNF,RTM材料科学技术(RTM?Materials?ScienceTechnology))可以包含具有式-[P(R1)(R2)=N]-的重复单元,其中每个R1和每个R2独立地为无机结构部分或有机结构部分。每个R1和每个R2可以独立地选自-O-(C1-C6)烷基、-O-(C6-C10)芳基、-O-(C1-C6)烷基(C6-C10)芳基、-NH-(C1-C6)烷基、-NH-(C6-C10)芳基和-NH-(C1-C6)烷基(C6-C10)芳基,其中所述烷基和芳基任选地被一个或多个氟原子取代。

    每个R1和每个R2可以独立地选自-OCH3、-OCH2CH3、-OCF3、-OCF2CF3、-OCH2CF3、-OC6H5、-OC6F5、-NHCH3、-NHCH2CH3、-NHCF3、-NHCF2CF3、-NHCH2CF3、-NHC6H5和-NHC6F5。

    每个R1和每个R2可以独立地选自-OCH3、-OCH2CH3、-OCF3、-OCF2CF3、-OCH2CF3、-OC6H5和-OC6F5。

    可以使用给予聚磷腈聚合物的其他组合物。

    对于所需的耐化学性,优选所述芯材和/或所述层材料包括含氟聚合物。

    含氟聚合物可以包括含氟弹性体和/或含氟硅酮材料。

    本发明的另一个方面提供了一种密封件,其包含:包括芯材的内芯,和所述芯上的包含层材料的外层,其中:芯材和/或所述层材料包括氢化丁腈橡胶、硅酮交联的全氟聚醚、聚磷腈聚合物中的一种或多种,并且其中所述外层和/或所述芯的TR10小于-30℃,优选小于-40℃,小于-50℃,小于-60℃或小于-70℃。

    RGD破坏的关键机制是龟裂开始和裂纹扩张。提供包含阻止裂纹扩展的材料的密封件将是有益的。

    优选所述芯材包括芯,所述芯包括用于阻止所述芯材中的裂纹扩展的元件。

    根据本发明的另一个方面,提供了一种密封件,其包含包括芯材的芯,和所述芯上的包含层材料的外层,其中所述芯包括弹性体材料,所述弹性体材料包括用于阻止所述芯材中的裂纹扩展的元件。

    在优选实施例中,所述材料包括多个畴(domain),其在整个产品横截面上随机分布或例如共挤压,其能够吸收能量和优选地减少或停止裂纹扩展。这样的特征用于关于材料的较厚区段,例如,大于5mm,或7mm以上的特殊应用。

    可以设置任何合适的元件??梢陨柚枚嘤谝恢掷嘈偷脑?。所述元件可以设置在整个芯内,或仅设置在所述芯的特定区域或范围内。用于阻止裂纹扩展的元件可以包括弹性体材料的多个畴。

    元件可以包括两层弹性体材料之间的边界。例如,所述芯材可以包含不连续或连续的一层或多层。这样的一层或多层弹性体的存在可以有助于阻止芯材中的裂纹生长。

    所述层可以包含相同的弹性体材料。

    备选地,多于一种的弹性体材料,或材料混合物是可能的。

    所述多层可以通过使多层共挤压来形成。

    元件可以包括未固化的,或部分固化的材料的区域。

    例如,所述芯材可以包括未固化的畴。所述芯的部分或全部弹性体材料可以包含固化的和未固化的或部分固化的部分的混合区域。这可以例如通过将未固化的弹性体进行高选择性固化来进行,诸如英国专利申请号2276625中所述。元件可以包含弹性体中的夹杂物(inclusion)。

    所述夹杂物可以包含另一种材料的粒子或其他元件。所述元件可视包含弹性体中的多个颗?;蛳噶?。因此,所述芯材可以由复合材料(其中基质由一种或多种弹性体材料提供)形成,并且元件,例如,颗粒、杆状体、细粒、纤维或其他元件包括在基质中以减少裂纹扩展。

    所述颗??梢园ɡ绻袒牡蕴逑噶?,例如其具有低固化状态和/或高滞后。这样的颗??梢运婊植蓟蚬嬖蚍植?,并且可以具有类似或变化的粒度,例如4微米以上。多个能量吸收材料的部分可以策略性放置在产品中从而在特定的区域处提供减小的裂纹扩展。例如,一个或多个部分可以位于产品的较厚部分中,或较易于裂开的区域中。

    所述芯可以包含包括弹性体材料基质的复合材料,和分布在所述基质中的多个元件。

    所述“能量吸收”元件可以,例如,是穿过横截面共挤压或制造为同心环,或沿产品长度的“杆状体(rods)”。

    根据需要,本发明的此方面的特征可以与本发明的其他方面的特征组合提供。

    所述层材料可以包括具有低于所述芯材的Tg的Tg的材料。

    本发明的另一个方面提供了一种制造如本文所述的密封件的方法。

    本发明的另一个方面提供了一种制造密封件的方法,所述方法包括形成包含芯材的芯,和形成所述芯上的外层,所述外层包含外层材料。

    所述芯可以包含自由固化的压出物,或可以包含未固化的材料,所述未固化的材料在模制过程期间任选地与其他层一起固化。

    所述方法可以包括使所述芯材和所述外层材料共挤压。所述方法可以包括提供所述芯和所述外层之间的粘合层,所述粘合层包含粘合材料。

    所述粘合材料可以包含芯材和/或外层材料,优选所述芯材和所述外层材料的掺合物。

    所述方法可以包括以下步骤:形成所述芯;向所述芯涂敷所述粘合材料;将所述芯和外层模压以形成密封件。

    所述芯材可以在涂敷粘合材料之前是固化的或未固化的。

    所述粘合材料可以通过涂布(painting)或铺展(spreading)来涂敷。

    所述粘合材料可以在涂敷之前溶解在合适的溶剂中。

    所述方法可以包括共挤压所述芯材、粘合材料和外层材料。

    所述芯材和外层材料可以在固化之前共混在一起形成粘合材料。

    所述外层可以通过冲压所述材料,通过如上所述的挤压,作为共挤压(双螺杆或三螺杆)或通过任何其他方法形成。优选所述外层材料具有优异的耐化学性。优选外层材料具有良好的抗爆炸减压性。

    表面抛光可以在密封件的表面上进行。

    所述密封件可以包括O形环密封件。本文中提到的“密封件”可以是密封件的一部分或元件。

    根据本发明的实施例,可以提供改良的密封件,其具有改进的耐化学形,并具有低温挠性和密封性。

    本发明延伸至基本上本文参照附图所述的方法和/或设备。

    本发明的一个方面的任何特征可以以任何适当的组合适用于本发明的其他方面。具体地,方法方面可以适用于设备方面,且反之亦然。

    仅作为实例,现在将参照附图描述本发明的优选特征,在附图中:

    图1示意性地显示穿过本发明的一个实施例的O形环密封件的截面。

    图1示意性地显示穿过一部分O形环密封件1的横截面。

    所述密封件具有大体上圆形的横截面。所述密封件材料包括大体上圆形横截面的芯3和两层:第一粘合层5,和外层7。

    通常,内芯3包含具有良好的低温挠性和/或良好的抗爆炸减压性的材料。在此实施例中,芯3包含硅酮橡胶。如上所述,可以使用其他材料作为芯材。

    外层7包含具有良好的耐化学性的材料。例如,层7可以包含AFLASTM或VITONTM?ETP-600S,VPL?85540(获自Solvay的FKM,TR10为约-40C)FFKM或HNBR。

    粘合层5是任选的。

    为清楚起见,在图1中层的厚度已经被放大。在一个实施例中,所述O形环区段的直径可以为6.99mm,所述硅酮芯直径为5.33mm。

    可以使用多种不同的方法来制造O形环。所述芯材、粘合层材料和外层材料可以被共挤压以形成密封件。

    所述粘合层材料可以包含外层化合物和芯化合物的掺合物,所述外层化合物和所述芯化合物在固化前共混在一起。这将允许各层在模制过程期间粘合在一起。

    备选地,可以形成芯3并且粘合材料可以铺展或涂布在所述芯上。所述粘合材料可以包含固化之前共混并且在涂敷至所述芯之前溶解在合适的溶剂中的外层材料和芯材的掺合物。所述芯可以是固化的或未固化的,所述粘合材料涂敷至所述芯上并干燥。这将允许内芯和外层在随后的模制过程期间粘合在一起。产物还可以在挤压之后以游离的状态固化,例如,在惰性气氛诸如氮气中,而不进行模制。

    备选地,粘合材料可以包含不同的粘合剂,例如Chemosil?5150。备选地可以使用化学处理,例如,如EP1025987中所述。

    在一些情况下,可能能够在不使用粘合材料的条件下将外层粘合至芯上。在此情况下,粘合材料5可以不存在于O形环中。

    在下面的实施例中,相对低Tg的材料设置在包括相对高Tg的材料的芯的表面上。参照图1,其中所述材料用于O形环密封件中,相对低Tg的材料设置在外层7处,且相对高Tg的材料设置在芯3处。要理解的是材料组合可以用于O形环密封件以外的应用中。

    实施例1

    芯包含“介质”ACN(丙烯腈)HNBR(氢化丁腈橡胶),例如包括30重量%以上的ACN。这样的材料具有良好的机械性能和抗RGD性。

    外层7包括低ACN?HNBR,例如包括25%以下的ACN,例如20%。这样的材料具有良好的低温性能,和与芯大致相等的耐化学性。然而,其缺少所述芯材的机械性能。

    例如,所述芯可以包含James?Walker?Group的ELAST-O-LION?101(RTM),其具有-17C的TR10,且外层可以包含James?Walker?Group的ELAST-O-LION?985(RTM),其具有-37C的TR10。

    因为芯材和层材料彼此相容,两者均包含ACN?HNBR,因此它们可以通过共挤压和随后的模制来形成。备选地,预先模制的芯可以与外层二次模制。产品也可以由未固化板和模制之前的挤压来制造。

    在一个实施例中,层的厚度为芯的每侧产品的区段的约5%-25%。

    形成的密封件具有良好的抗RGD性、典型地关于HNBR的耐化学性,并且提供良好的低温密封性。

    实施例2

    芯包含FKM芯材,所述芯材关于抗RGD性进行了优化。这可以基于TR10值分别为-18C和-12C的二聚物或三元共聚物。例如,FKM三元共聚物可以用作芯材。外层包含FKM材料,例如Viton?GLT或GFLT,它们在低温下是挠性的并且具有分别为约-30C和-29C的TR10。

    该层材料的成本大大地高于所述芯材的成本。

    粘合层可以涂敷在所述芯和所述外层材料之间以形成密封件。然而,在一些实施例中,这样的粘合层可能是不需要的。例如,如果芯材和外层两者是过氧化物固化的材料,则粘合层可以不是必需的(尽管根据需要这样的层仍然可以使用)。

    形成的密封件具有良好的抗RGD性,良好的耐化学性并且提供良好的低温密封性。

    实施例3

    芯包含FKM弹性体,其在低温下,例如,低于-30℃,是挠性的。

    外层包括氟化硅酮材料,例如全氟聚醚/硅酮材料,例如可获自日本Shin-Etsu化学品公司的SIFEL。此外层材料在低至-60℃的温度下具有挠性??梢允褂肧IFEL?9700等级。

    在此实施例中,粘合层有利地涂敷在所述芯和所述外层之间以形成密封件。形成的密封件具有良好的抗RGD性,良好的耐化学性并且在低至-60℃的温度下提供非常好的低温密封性。

    此外层材料也可以使用不同的芯材。

    实施例4

    提供美国休斯敦的材料科学技术有限公司(Materials?ScienceTechnology?Inc)的PNF(一种氟烷氧基取代的聚磷腈)作为层材料。PNF在-70℃下具有低温挠性。

    芯可以包含例如具有抗RGD性的FKM材料。

    粘合层可以涂敷在所述芯和所述外层材料之间以形成密封件。形成的密封件具有良好的抗RGD性,良好的耐化学性并且在低至-70℃的温度下提供非常好的低温密封性。

    在这些实施例的每一个中,芯材贡献抗RGD性和总体上良好的机械性能。层的机械性能可以比芯的机械性能差。例如,SIFEL和PNF材料层的机械性能,例如刚性,相对较差,并且所述密封件依赖于芯材的存在来支撑所述层材料。此外,上面指出的许多层材料很昂贵,因此芯的使用允许使用较薄的较为昂贵的材料层。

    实施例5

    芯包括硅酮,所述硅酮的气体传递速率为于20C在5巴N2下大约1800cc/m2/hr,诸如获自Dow?Corning?Ltd.的S2475。

    涂层包括SIFEL,例如9700等级(胶质形式)。在本文所述的一些实施例中,为胶质形式的等级比液体等级优选。

    得到的密封件具有高抗RGD性,并且也具有良好的低温密封能力。

    所述的实施例不限于O形环密封件,但可以根据需要用于任何弹性体产品。产品可以包括其他元件或部件,例如,塑料或金属防挤压元件。

    如上所示,产品可以进一步包括能量吸收元件,例如,用于减少或防止材料中的裂纹扩展。例如,具有高滞后的随机或策略性放置的粒子或穿过产品横截面的纵向轮廓可以吸收能量并抑制裂纹扩展。

    James?Walker爆炸减压检验步骤

    下列的参数用来测试O形环密封件。

    温度:100℃

    压力:138巴

    介质:甲烷,二氧化碳混合物

    密封件尺寸:SAE?AS?568-329(或其他)

    凹槽填充率:83%(标称)

    压缩率:14%(标称)

    一般步骤如下:

    i.加热装置(rig)至测试温度

    ii.施加测试压力

    iii.将密封件在温度和压力下浸泡最少72小时

    iv.立刻减压

    v.再加压;在温度和压力下浸泡1.5小时

    vi.立刻减压

    vii.在4天时间内重复步骤iv和v另外18次,每次最少浸泡1小时(即总计20次减压)自始至终监测压力/泄漏

    viii.在最后的循环后,用氮气吹洗以排空残余的气体混合物

    ix.将密封件在测试温度下在氮气中浸泡24小时。

    评价:

    在整个测试期间经压力计和OVA/声波泄漏检测连续地监测压力/泄漏。测试的8个密封件的每一个从外部肉眼检查,并且另外切成4个区段,应用下列的标准:

    0=没有任何尺寸的内部裂纹,孔洞或气泡

    1=小于4个内部裂纹,每个比横截面的50%短,总裂纹长度小于横截面

    2=小于4个内部裂纹,每个短于横截面的50%,总裂纹长度小于横截面的2.5倍

    3=小于9个内部裂纹,其中最大的两个裂纹可以具有横截面的50%-80%的长度

    4=多于8个裂纹;或一个或多个裂纹比横截面的80%长

    5=一个或多个裂纹穿过横截面或密封件完全分离成碎片

    评价为4或5的密封件被认为是不可接受的。因此,为通过该测试,在4个切下的密封件区段的任一个中,密封件的等级不高于3。一个实施例将是0,1,3,2(合格)。对于一个特定的密封件0,1,3,4将是“不合格的”,因为一个等级是4。

    要理解上面仅通过实施例描述了本发明,并且在本发明的范围内可以对细节作出改动。说明书中公开的每个特征,和(当适当时)权利要求和附图可以独立地提供,或以任何合适的组合提供。

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