CN102686917B - 压盖填料纱线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种填料纱线，其利用非金属编织加固物来提供横向以及纵向强度且同时改进纱线材料的磨损特性。为了增强编织加固物所提供的支撑，纱线材料和编织加固物被折叠在一起以使得在最终填料纱线中编织加固物与纱线材料基本共同延伸。

Description

压盖填料纱线

相关申请

本申请要求2009年11月6日提交的美国专利申请序列号12/613,979的优先权，其全部内容并入本文以供参考。

技术领域

本发明涉及填料纱线（packingyarn）。更具体地，本发明涉及具有加固层的复合纱线。

背景技术

填料纱线被用于制造密封件，并且具体地用于填料用于密封泵和阀轴的填料箱。一种常规的填料纱线通常由以下方法形成，即通过使用聚四氟乙烯（PTFE）和石墨的混合物形成的膨胀膜或带且将其折叠成纱线。纱线可以由膜、基底、带和其他材料形成。纱线可以膨胀或不膨胀，可以被挤压或不被挤压，并且可以被烧结或不被烧结。

在一些情况下，液体润滑剂可以被用于辅助制造过程并且/或者提供增加的热传导。这种材料呈现良好的热特性和磨损特性。这种混合物的一个问题在于这些材料具有较差的抗拉强度并且倾向于容易地通过填料箱内的间隙被挤出。为了提高纱线的抗拉强度，加固物被结合到纱线中。常规的被加固材料更好地抗挤压并且能够处理更大压力的应用。常规材料的显著缺点在于在正常操作期间它们仍然非常易于被挤压且断裂。

发明内容

有鉴于此，有利的是提供一种纱线，其具有改进的磨损特性和强度特性且不具有使用常规被加固材料所固有的缺点。本发明利用诸如编织加固物的加固物来提供横向以及纵向强度且同时改进纱线材料的磨损特性。根据应用，编织加固物可以是金属或非金属。非金属编织材料可以用于例如避免损坏与纱线结合使用的密封件。还可以使用例如黄铜的金属材料。金属材料可以适用于某些高压应用。

纱线材料和编织加固物被折叠在一起以形成填料纱线。当被折叠时，编织加固物可以与最终填料纱线内的材料基本共同延伸。

本发明保持沿纵向和横向两个方向内的抗拉强度，即使一条或多条丝断开时也是如此。

附图说明

通过结合附图参考下述具体描述，将更加全面地理解本发明的这些和其他特征，附图中：

图1A是形成本发明的填料纱线的堆叠层的横截面图。

图1B是根据本发明教导处于第一折叠阶段的第一纱线层和第二加固层的组合的横截面图。

图1C是根据本发明教导处于第二折叠阶段的第一纱线层和第二加固层的组合的横截面图。

图1D是根据本发明教导处于第三折叠阶段的第一纱线层和第二加固层的组合的横截面图。

图2是根据本发明教导的图1D的填料纱线的立体图。

图3A是多层常规纵向加固的填料纱线的俯视图。

图3B是本发明的多层填料纱线的俯视图，其中加固层根据本发明教导由编织材料构成。

图4A是根据本发明教导的图3B的编织加固层的织法式样的部分分解平面图。

图4B是根据本发明教导的图3B的编织加固层的另一织法式样的部分分解平面图。

图5是根据本发明教导用于制造和折叠填料纱线的示例性机械折叠***的立体图。

图6是图5的机械折叠***的第一阶段的部分立体图。

图7是由图5***的机械折叠***实施的折叠过程的另一阶段的部分分解立体图。

图8是图5的机械折叠***的另一压制阶段的立体图。

图9是由图8的压制和折叠阶段得到的第一层和加固层的组合的立体图。

图10是图5的机械折叠***的最后阶段的立体图。

图11是示出根据本发明教导用于制造填料纱线的方法的示意性流程图。

图12A是如图1B所示处于第二折叠阶段的第一纱线层和第二加固层的组合的另一实施例的横截面图。

图12B是图1C中处于第三折叠阶段的第一纱线层和第二加固层的组合的另一实施例的横截面图。

图12C是图1D中处于第四折叠阶段的第一纱线层和第二加固层的组合的另一实施例的横截面图。

图13A是如图1A所示处于第一折叠阶段的第一纱线层和第二加固层的组合的又一实施例的横截面图。

图13B是图1C中处于第二折叠阶段的第一纱线层和第二加固层的组合的又一实施例的横截面图。

图13C是图1D中处于第三折叠阶段的第一纱线层和第二加固层的组合的又一实施例的横截面图。

图14A是如图1A所示处于第一折叠阶段的第一纱线层和第二加固层的组合的再一实施例的横截面图。

图14B是图1C中处于第二折叠阶段的第一纱线层和第二加固层的组合的再一实施例的横截面图。

图14C是图1D中处于第三折叠阶段的第一纱线层和第二加固层的组合的再一实施例的横截面图。

具体实施方式

本发明提供了一种填料纱线，其利用非金属编织加固层来提供对填料纱线的纵向和横向两个方向（例如多维）的支撑且同时保持纱线的柔性。加固层被堆叠在第一材料层上并且最终组合物被折叠在一起。在某些实施例中，当被折叠在一起时，加固层与形成纱线外表面的第一层的材料基本共同延伸。加固层能够由非金属编织材料形成，不过对于本领域技术人员显而易见的是还能够使用其他材料。加固层除了提供强度之外，还使得在使用期间如果第一层的材料磨损的话，加固物的非金属编织特性较少损坏密封元件。对于需要抗高压性的应用而言，金属编织材料能够被用作加固材料。

如这里所用，术语“非金属”指的是不是基本由金属或金属合金制成的材料和复合物。如这里所用，术语“编织材料”指的是通过使得一种或多种材料形成的线股交织成诸如编织织物或编织网的共同总体所形成的材料。如这里所用，术语“基本共同延伸”指的是加固层基本延伸遍布纱线的主体来支撑第一层的材料。因此，在大多数情况下，无论在填料纱线的主体中的何处存在第一层的材料，则也存在加固层的材料来提供对第一层的材料的支撑。

通过将纤维或丝编织在一起来形成编织材料。本领域技术人员已知多种织法式样。除了使用重复式样的传统织法式样之外，还能够以基本随机式样缠卷纤维或丝以使得纤维或丝相对彼此被设置成处于不规则或不同角度来形成编织材料。在这样的实施例中，可以例如通过喷涂来设置或应用纤维或丝。这样的材料也可以被看作是这里的“编织材料”。

针织类似于编织。针织材料由一系列被牵拉穿过彼此的所谓“针脚”的环形成。虽然针织材料提供一定的多轴加固，但是对于本发明来讲在一些情况下针织材料会是过于有弹性的。在优选实施例中，编织材料是非针织编织材料。

此外，在一些情况下，非编织材料可以用于与本发明相结合，只要它们提供了足够的多轴加固即可。非编织材料是不通过编织或针织而制成的材料并且不需要将纤维转变成纱线。非编织材料可以是通过缠卷纤维或丝或通过给膜穿孔而结合在一起的片状或网状结构。非编织材料可以被机械、热力或化学地或以本领域技术人员公知的其他手段被结合。非编织材料可以是由独立的纤维或由熔融塑料或塑料膜直接制成的平坦多孔片材。非编织材料的耐用性的范围可以是从单次使用的有限寿命的材料到耐用织物。非编织材料可以针对特定性质被选择，例如吸收性、液体排斥性、回弹性、伸缩性、柔软性、强度、阻燃性、清洗性、减震、过滤、提供细菌屏障以及无菌性。

图1A是根据本发明一种实施例形成填料纱线的层110、120的组合100的横截面图。组合100包括由第一材料形成的第一层110。由非金属编织材料形成的加固层120被堆叠在第一层110上。第一层110和加固层120的组合100被折叠在一起以形成填料纱线。

图1B是根据本发明的一种实施例的处于第一折叠阶段的第一层110和加固层120的组合100的横截面图。在这种示例中，第一层110的第一边缘112和第二边缘114已经被分别翻折到加固层120的第一边缘122和第二边缘124上。这确保了当组合100已经被完全折叠在一起以形成填料纱线时第一层110的材料覆盖加固层。

图1C是根据本发明的一种实施例的处于第二折叠阶段的第一层110和加固层120的组合100的横截面图。在这种示例中，加固层120的第一边缘122和第二边缘124（此时由第一层110的边缘112和114覆盖）被翻折到加固层120上。这确保了当组合100已经被完全折叠在一起以形成填料纱线时加固层120与第一层110基本共同延伸。

图1D是根据本发明的一种实施例的处于第三折叠阶段的第一层110和加固层120的组合100的横截面图。在这种示例中，组合100（其中加固层120的边缘122和124被翻折回到加固层120上）被对折以形成填料纱线130。以此方式折叠填料纱线130确保了加固层120与第一层110基本共同延伸。因此，无论在何处存在第一层110的材料，则也存在加固层120的材料来提供支撑。材料加固层120不仅沿填料纱线130的长度延伸而且沿纱线130的高度140和宽度150延伸，如所绘制的横截面所示。这里，加固层为第一层110和最终填料纱线提供多维支撑。

图2是通过图1A-1D所示的折叠得到的填料纱线130的立体图。在这种实施例中，第一层110围绕加固层120折叠并且第一层110和加固层120的组合被折叠在其自身之上。因此，纱线130的外表面160包括由加固层120支撑或以其他方式加固的第一层110的材料，该加固层120此时被置于填料纱线130内。

因为第一层110形成填料纱线130的外表面160，所以第一层110优选地由适于在填料纱线应用中使用的材料形成。所用材料类型可以取决于填料纱线的使用，包括使用中所经历的条件，如温度、压力和化学相容性。一些适当材料的示例包括但不限于石墨和聚四氟乙烯（PTFE）。在优选实施例中，第一层110由石墨浸渍的膨胀PTFE形成。这种材料具有良好的导热性、化学抗性和低摩擦特性。对于本领域技术人员而言，在理解本公开优点的情况下，将显而易见到其他可能材料。

第一层110的大小和尺寸被制成当与加固层120折叠在一起时得到所需尺寸的填料纱线130。这两层的宽度是基于所用设备的理想宽度。之后，所用宽度被分割成产生更易于折叠成成品纱线的宽度。成品纱线具有在大约5000至大约25000范围内的旦尼尔（denier）。这个范围提供了能够制造各种尺寸的机械填料的多种成品尺寸。之后这些各种尺寸的纱线被绞合在一起以便制成针对特定应用的较大旦尼尔纱线。

加固层120的大小和尺寸也可以被制成当与第一层110折叠在一起时得到所需尺寸的填料纱线130。如前所述，第一层110围绕加固层120折叠。在这样的实施例中，加固层120可以最小基本横跨成品纱线的宽度并且最大能够与第一层110的宽度相同以确保当第一层110和加固层120的组合100被折叠在一起以形成最终的填料纱线130时加固层120与第一层110基本或完全共同延伸。优选地，加固层沿任意方向具有大约12lbs的最小抗拉强度。

因为填料纱线130中的加固层120的主要作用之一是为填料纱线130的第一层110提供多维强度和支撑且同时保持柔性，所以加固层120优选地由适于这种应用的非金属编织材料形成。适当材料的示例包括但不限于玻璃纤维、石墨、碳、芳纶（包括各种形式的芳纶，例如间位芳纶和对位芳纶）以及其他天然和人造纤维。这些材料对于成品产品具有各种影响，例如成本、强度和化学抗性。对于需要极大抗压性的应用而言，金属编织材料能够被用作加固材料。对于本领域技术人员而言，在理解本公开优点的情况下，将显而易见到其他可能材料。

加固层120的编织材料与第一层110相结合从而通过提供强度和支撑而增强第一层110的材料的性能。由于使用金属会导致密封件中的金属与金属接触，所以非金属材料通常是优选的，但是金属材料能够用于某些有限的应用。本发明的填料纱线如果使用金属加固层的话则能够将金属封装在第一层100内以便减少加固层120与设备的任意潜在接触。编织材料包括将成股材料交织编织成诸如织物、针织物或网状物的共同整体。这样，其向填料纱线130提供横向及纵向的支撑和强度（例如多向或多维）。这样的示例能够参考图3A和图3B。

图3A是使用一系列纵向支撑物210加固的一层常规纱线200的示例的俯视图，其中该支撑物210例如是金属丝且沿纱线200的纵轴线220延伸。虽然纵向支撑物210提供了沿轴线220的增加的抗拉强度，但是它们没有沿另一轴线230横向地支撑纱线。因此，这种加固类型仅提供了单一方向的支撑和加固。因为在使用中力会沿多于一个的轴线或方向施加到填料纱线200，所以这种纵向加固的填料纱线200会偏转或以其他方式失效。

图3B是本发明的填料纱线130的第一层110和第二加固层120的组合100的俯视图，其中加固层120由编织材料制成以便提供多维支撑。加固层120的编织材料包括被交织成矩阵的一系列纵向支撑物126以及一系列横向支撑物128。纵向支撑物126提供沿纵向轴线220的增加的抗拉强度，而横向支撑物128提供沿横向轴线230的增加的抗拉强度。交织成纵向支撑物126和横向支撑物128构成的网状物进一步增强了加固层120所提供的强度和支撑且同时保持了柔性。因此，加固层120的交织矩阵改进了对于来自多个方向的力（如使用中会遇到的）的抵抗，且同时保持填料纱线130的柔性。此外，加固物还为机械填料提供了优异的抗压性。

如上所述，加固层120的编织材料被交织成提供纵向和横向支撑的网状物或织物。这种网状物或织物的织法可以取决于应用。图4A和图4B示出了一些可能构造。

图4A是织法式样300的一种实施例的部分分解图，其中纵向支撑物126和横向支撑物128被编织成阶梯式样。在这种示例中，每个横向支撑物128均交织于每两个纵向支撑物126。相继的横向支撑物128偏移（或移开）一个纵向支撑物126。这导致图4A中所示的紧密阶梯式样。

图4B示出了织法式样400的另一实施例的部分分解图，其具有一组纵向支撑物126和两组横向支撑物128a、128b。在这种示例中，第一组横向支撑物128a以偏离横向轴线的一定角度被对齐。第二组横向支撑物128b以偏离该横向轴线且与第一组横向支撑物128a的角度相反的角度被对齐。纵向支撑物126被编织在第一和第二组横向支撑物128a、128b之间。这导致了图4B所示的六边形式样。

针对具体应用，一些织法式样可能比另一些织法式样更合适。对于本领域技术人员而言，在理解本公开优点的情况下，将显而易见到其他可能织法式样。一些织法式样类型比另一些提供了更大强度和/或弹性，并且基于特定应用标准进行织法式样的选择。特定编织材料的最终强度是基于进行编织所选择的基底加固材料以及织法式样本身。提供多轴抗拉强度的任意构造类型均是加固材料的适当选择。

图5是本发明的示例性机器折叠***500的立体图，其中第一层110和由编织材料制成的加固层120被结合并折叠在一起以形成填料纱线130。第一层110作为膜或带被提供在第一卷筒510上。加固层120的编织材料作为丝带被提供在第二卷筒520上。第一层110和加固层120通过一系列压制组件和折叠器530、540、550、560、570和580被结合和处理从而得到填料纱线130。这些处理中的每一步将在下文中被更加详细地讨论。

图6是一幅部分立体图，其示出加固层120的非金属编织材料被堆叠在第一层110上并且穿过图5的机械折叠***500的第一压制组件530到达第一折叠器540上。第一压制组件530用于将第一层110和加固层120压制在一起。在这种示例中，仅示出第一压制组件530的上辊。在某些实施例中，可以使用粘结剂、环氧树脂或其他结合剂将第一层110和加固层120的编织材料联接在一起。在其他实施例中，例如由第一压制组件530提供的将第一层110和加固层120压制在一起的动作用于在加固层120的编织纹理稍嵌入第一层110内时将加固层120结合到第一层110。在这个阶段，组合100具有图1A所示的横截面。

一旦第一层110和加固层120已经被压制在一起，则第一层110和加固层120的组合100被送至第一折叠器540。在这种示例中，第一层110的宽度大于加固层120的宽度。这样，第一折叠器540用于将第一层110的第一边缘112和第二边缘114翻折到加固层120的第一边缘122和第二边缘124上。其示例能够参见图7。

图7是当第一层110和加固层120的组合100穿过第一折叠器540时该组合100的部分分解立体图。在这种示例中，第一折叠器540将第一层110的边缘112和114向上折叠且翻折到加固层120的边缘122和124上。这确保了加固层120与第一层110基本共同延伸从而为第一层110提供最大支撑和加固。

在第一层110和加固层120的组合100从第一折叠器540露出之后，该组合行进到第二压制组件550。其示例能够参见图8。第二压制组件550将翻折的边缘112和114压制到加固层120中。这确保了第一层110的材料覆盖加固层120的边缘122和124。在此阶段，组合110具有图1B所示的横截面。在从第二压制组件550露出之后，第一层110和加固层120的组合100穿过第二折叠器560，该第二折叠器560再次翻折加固层120的边缘122和124。

再次参考图5，在从第二折叠器560露出之后，组合100穿过第三压制组件570。第三压制组件570将翻折的边缘122和124压制到加固层120中。图9是第一层110和加固层120的组合100从第三压制组件570露出时该组合100的立体图。在这种示例中，加固层120的第一边缘122和第二边缘124被翻折到加固层120上。能够看出，加固层120与第一层110基本共同延伸。在此阶段，组合100具有如图1C所示的横截面。

图10是图5的机器折叠***500的最后阶段的立体图。如所示，第一层110和加固层120的组合100穿过最终压制组件580。该最终压制组件580对折第一层110和加固层120的组合100并将两个半部压制在一起以形成能够在图2中看到的填料纱线100，其横截面在图1D中被示出。

图11示出了用于制造本发明的填料纱线的方法的一种示例性实施例的流程图1100。第一步是提供第一层（步骤1110）。第一层110可以是上文讨论的材料中的任意材料，其大小和尺寸根据需要被制成。在图5的示例中，第一层110作为膜或带被提供在第一卷筒510上。方法的下一步骤是将加固层120堆叠在第一层110上（步骤1120）。加固层120优选地是非金属编织材料，其大小和尺寸根据需要被制成。在图5和图6的示例中，加固层120作为织物丝带被提供在第二卷筒520上。如图5和图6所示，加固层120被第一压制组件530堆叠在第一层110上且与第一层110结合。方法的最后步骤包括折叠第一层110和加固层120以使得加固层120与第一层110基本共同延伸（步骤1130）。折叠第一层110和加固层120以形成填料纱线100的过程的一种实施例能够参见图5至图10。对于本发明技术人员而言将显而易见到用于结合和折叠第一层110和加固层120的其他可能技术。

本发明的最终填料纱线克服了常规金属纵向加固纱线所遇到的问题。使用非金属编织加固物给纱线提供了纵向和横向强度且同时保持了纱线的柔性。编织加固物除了提供强度之外，还使得在使用期间如果第一层的材料磨损的话，则加固物的编织特性较少损坏密封元件。

还可以使用替代性折叠式样和技术。两种这样的替代方案被示于图12和图13。在图12A中，第一和第二层已经以与图1A类似的方式被设置，不同之处在于第一层比第二层长以便允许第一层被更大程度地初始折叠到第二层上。在图12B中，材料以类似于图1C的方式被折叠。由于初始折叠的原因，在这个步骤中第二层的端部被第一层围绕。在图12C中，结构以类似于图1D的方式被再次折叠。

图13A至图13C示出了三折技术。在图13A中，如图1A所示，第一层和第二层相对彼此基本共同延伸。在图13B中，执行初始折叠操作，以使得大约三分之一的第一和第二层被翻折。在图13C中，相对三分之一的第一和第二层被翻折到结构上，从而产生三折形状。在这种实施例中，与前述实施例不同的是，在完成折叠过程之后第二层的一端会是暴露的（例如参见图13C）。因此，可能需要提供其大小和位置被设置成使得暴露端将不会从纱线突出的第二层。在一种实施例中，第一层具有足够大小以使得第一层的一端能够被翻折到第二层的暴露端上。

图14A至图14C示出了又一实施例。在这种实施例中，如图14A所示，第二层被夹在第一层和第三层之间。根据具体应用，第一和第三层可以由基本相同的材料形成，或者可以由不同材料形成。第二层与图1中所示的第二层相同。在这种实施例中，在如图14B所示执行了首次折叠之后，第三层被翻折在其自身之上以使得第二层保持被夹在第一层和第三层之间。在最后折叠之后，如图14C所示，结构类似于图1D所示的结构，不同之处在于其包含由第三层形成的附加内层。

参考前文描述，本领域的技术人员将显而易见到本发明的大量改进和可替代实施例。因此，本描述将被看作仅是示意性的并且用于教导本领域技术人员实施本发明的最佳模式。在不背离本发明精神的情况下结构的细节可以进行实质性变化，并且保护落入所附权利要求范围内的所有改进的专有用法。本发明试图仅被限制于所附权利要求及适用法规所要求的限度。

还应该理解，所附权利要求将涵盖这里描述的本发明的所有一般性和特定性特征，并且作为语言描述，对本发明范围的所有陈述可被看作是落入这二者之间。

Claims (14)

1.一种填料纱线，包括：

由第一材料形成的第一层；以及

被堆叠在所述第一层上的由非金属编织材料形成的加固层；

所述填料纱线通过被横向折叠在一起的所述第一层和所述加固层的组合而形成；

其中横向折叠所述第一层和所述加固层的组合包括：

将所述第一层的第一边缘和第二边缘翻折到所述加固层的第一和第二边缘上以便使用所述第一层的材料覆盖所述加固层的第一和第二边缘；

将所述加固层的第一边缘和第二边缘翻折到所述加固层上；以及

将所述第一层和所述加固层的所述组合折叠在一起以形成所述填料纱线；

其中在最终纱线中所述加固层与所述第一层基本共同延伸。

2.如权利要求1所述的填料纱线，其中所述第一层的所述第一材料包括PTFE。

3.如权利要求2所述的填料纱线，其中所述PTFE包括石墨浸渍的膨胀PTFE。

4.如权利要求1所述的填料纱线，其中所述第一层的所述第一材料包括石墨。

5.如权利要求1所述的填料纱线，其中所述加固层的所述非金属编织材料包括玻璃纤维。

6.如权利要求1所述的填料纱线，其中所述加固层的所述非金属编织材料包括石墨。

7.如权利要求1所述的填料纱线，其中所述加固层的所述非金属编织材料包括芳纶及其各种变型。

8.如权利要求1所述的填料纱线，其中所述加固层的所述非金属编织材料包括一系列横向支撑物和与所述一系列横向支撑物交织成矩阵的一系列纵向支撑物。

9.如权利要求1所述的填料纱线，其中当所述第一层和所述加固层被折叠在一起时所述加固层与所述第一层基本共同延伸。

10.如权利要求1所述的填料纱线，其中所述加固层具有至少12lbs的横向抗拉强度。

11.如权利要求1所述的填料纱线，其中所述加固层具有均为至少12lbs的纵向抗拉强度和横向抗拉强度。

12.一种形成填料纱线的方法，该方法包括：

提供由第一材料形成的第一层；

将由编织材料形成的加固层堆叠在所述第一层上；以及

横向折叠所述第一层和所述加固层的组合以形成所述纱线；

其中横向折叠所述第一层和所述加固层的组合包括：

将所述第一层的第一边缘和第二边缘翻折到所述加固层的第一和第二边缘上以便使用所述第一层的材料覆盖所述加固层的第一和第二边缘；

将所述加固层的第一边缘和第二边缘翻折到所述加固层上；以及

将所述第一层和所述加固层的所述组合折叠在一起以形成所述填料纱线；

其中在最终纱线中所述加固层与所述第一层基本共同延伸。

13.一种用于制造填料纱线的***，该***包括：

为第一层提供材料的第一卷筒；

为第二加固层提供编织非金属材料的第二卷筒；

第一压制组件，其被构造成将所述第一和第二卷筒提供的所述第一层和所述第二加固层压制在一起；

第一折叠器，其被构造成将所述第一层的第一边缘和第二边缘翻折到所述加固层的第一和第二边缘上；

第二压制组件，其被构造成压制由所述第一折叠器提供的所述第一层和第二加固层的折叠组合；

第二折叠器，其被构造成将所述第二加固层的第一边缘和第二边缘翻折到由所述第二压制组件提供的所述加固层上；

第三压制组件，其被构造成压制由所述第二折叠器提供的所述第一层和第二加固层的折叠组合；以及

最终压制组件，其被构造成将由所述第三压制组件提供的所述第一层和第二加固层的折叠组合折叠和压制在一起以形成所述填料纱线。

14.如权利要求13所述的***，其中所述第一、第二、第三和最终压制组件包括辊组，所述辊组被构造成在其间接收所述第一层和所述第二加固层。