CN103109119B

CN103109119B - 低泄漏率复合垫圈

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Publication number: CN103109119B
Application number: CN201080069155.0A
Authority: CN
Inventors: H·肖尔茨
Original assignee: WL Gore and Associates GmbH
Current assignee: WL Gore and Associates GmbH
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: US9109700B2; EP2545306B1; JP2013543564A; CA2806366A1; EP2754927B1; WO2012041381A1; EP2754927A1; AU2010361325A1; US20130175766A1; ZA201300287B; EP2545306A1; KR101463361B1; CN103109119A; AU2010361325B2; JP5647350B2; BR112013003709A2; CA2806366C; AU2010361325A8; KR20130080472A

Abstract

本发明涉及一种垫圈（1），该垫圈包括第一分离的部件和第二分离的部件，其中，第一和第二部件（20）沿垫圈（1）的长度延伸。第二部件（20）相对于第一部件（10）设置成使第一部件（10）至少与两个密封面（2,4）中的一个密封面分开。第一部件（10）至少沿垫圈（1）的厚度方向相对较硬，并且较佳地不可压缩，而第二部件（20）至少沿垫圈（1）的厚度方向相对较软，并且是可压缩的。当将垫圈压于两个凸缘（101,102）之间时，存在高压缩的限制区域，这是因为第一部件（10）增加了将第二部件（20）压于各凸缘的表面之间的压力。这在相对较小的力下可形成高密封性的密封。

Description

低泄漏率复合垫圈

本发明涉及一种用于密封应用的垫圈。已知多种用于密封应用的垫圈。，除了其它材料之外，已知由具有期望特性的膨胀型聚四氟乙烯（ePTFE）制成的垫圈。

更具体地，本发明涉及一种包括第一和第二分离的部件的复合垫圈。本发明的复合垫圈顺应凸缘的表面，并且密封需要较小的加载力。本文中所用的复合垫圈定义为包括至少两个部件的垫圈。

在许多类型的应用中，垫圈都用于密封凸缘。凸缘的尺寸和形状可变化甚大。在一些情况下，凸缘可以是不平的，或具有使其难以密封的表面缺陷。此外，一些应用涉及到易损凸缘，这些凸缘包括石墨或衬有玻璃的凸缘或塑料凸缘和纤维增强型塑料凸缘（FRP），如果施加太大负载则这些凸缘易于破裂。在诸如高腐蚀性、高温或制药环境的许多应用下，需要含氟聚合物垫圈。诸如膨胀型聚四氟乙烯（ePTFE）的含氟聚合物垫圈具有非常高的高温稳定性并且是化学惰性的，但它们会需要较大负载来密封。

因此，需要一种具有可顺应的密封面并需要较小负载来密封的含氟聚合物垫圈。

一般而言，当将垫圈放置于两个凸缘之间时，凸缘定会将一定的平均夹紧压力施加于垫圈上。这一方面使得必须获得使垫圈的密封面气密地封抵凸缘的压力。另一方面，一些垫圈、特别是由膨胀型聚四氟乙烯（ePTFE）制成的垫圈需要一定压缩，以充分阻断流体在垫圈的整个宽度上渗透。所谓的低应力密封垫圈仅需要适度的平均夹紧压力，例如，低应力密封ePTFE垫圈通常需要明显低于使垫圈完全硬化所需的压力的夹紧压力。

低应力密封垫圈可例如用于连接任何类型的管道，管道包括具有大开口横截面面积和大直径凸缘（例如，大于50厘米）的钢管，以运送包括化学腐蚀性液体和气体的任何类型的液体或气体。

期望将平均夹紧压力保持得较小，这是因为高应力需要较强的凸缘，而且高夹紧力会损坏垫圈本身。特别是，当在几天或几个月或几年的一段较长时间段施加持久压力时，相当软和可压缩的垫圈将蠕变。垫圈的蠕变和松弛会造成泄漏，而这需要更大的表面压力来保持初始的泄漏率。此外，将平均夹紧力保持成较小使得垫圈可用于不能抵抗高应力的易损凸缘。

为了增大ePTFE垫圈的抗蠕变性，US5,494,301建议使ePTFE垫圈芯卷绕（包覆）有高强度膜。然而，ePTFE垫圈的良好密封性是由于较软和可压缩的ePTFE顺应凸缘形状的能力，并由此使凸缘表面的粗糙度和不平度变平。当垫圈的密封面并不由可压缩ePTFE垫圈芯构成、而是由卷绕在芯部周围的高强度膜构成时将丧失这些特性。在US5,486,010和US5,492,336中描述了类似的卷绕有高强度膜的垫圈。

US6,030,694公开了一种平坦的多层垫圈，该垫圈包括外层和内层，外层基本上由可顺应的多孔聚四氟乙烯构成，而内层由刚性含氟聚合物材料构成。密封材料的刚度使材料可容易地进行处理和安装，而没有与过度柔性的垫圈产品有关的困难，而可顺应外层提供良好的密封特性，从而使得密封材料可以填补密封面上或密封面之间的间隙和缺陷。嵌入的刚性材料确保密封材料在处理、切割和安装期间保持其位置，而不会有“松软”垫圈材料会遇到的问题。此外，材料在其整个密封面上呈一致特性，从而使得材料可切成或修改成多种形状，并确保密封面之间的最大有效密封面积。

在US6,030,694的垫圈的密封面由较软的外PTFE层构成的情况下，在很大程度上避免了US5,494,301、US5,494,301、US5,486,010和US5,492,336的上述缺点。然而，US6,030,694的垫圈仍需要相对较高的夹持压力。

US6,485,809涉及一种垫圈，该垫圈包括基本上不透气的第一“外层”和基本上不透气的第二“外层”以及跨接基本上不透气的第一层和基本上不透气的第二层的基本上不透气区域。因此，上述外层可例如对应于盘状垫圈的径向内部和径向外部，而基本上不透气区域设置在这些部分之间。不透气区域由预致密的ePTFE制成，并使两个部分彼此隔离，因而，借助不透气区域来阻断或者至少减少流体透过整个垫圈。尽管这种结构在使用时需要相对较小的平均夹紧压力，但期望更进一步的减少。

相似地，US7,361,398描述了一种ePTFE垫圈，该垫圈包括致密区域，这些致密区域产生从垫圈上表面到垫圈下表面基本上连续的不透气屏障，以阻断流体透过垫圈。US7,179,525涉及一种垫圈，该垫圈包括至少两条连结的多孔ePTFE带和位于两带之间的基本上不透气层，这两条ePTFE带沿它们的带侧面对准。

本发明的目的是提供一种垫圈，该垫圈在例如小于或等于10MPa的垫圈表面压力的较小平均夹紧压力下提供良好的密封性，同时具有较高的抗蠕变性，例如根据EN13555:2005，在30MPa的初始凸缘压力、500kN/mm凸缘刚度和150°C的温度下具有至少0.3的P_QR值。

通过具有独立权利要求的特征的垫圈来解决此目的。在从属权利要求中，限定了本发明的垫圈的较佳实施例。

根据本发明的垫圈具有两个密封面之间的厚度，并还具有一长度和一宽度，该宽度是厚度的至少1.5倍，所述垫圈包括第一分离的部件和第二分离的部件，第一和第二部件沿垫圈长度延伸，且第二部件相对于第一部件设置成使第一部件至少与两个密封面中的一个分隔开，其中，第一部件至少沿垫圈的宽度方向基本上不透气体和液体，并至少沿垫圈的厚度方向相对较硬，而第二部件相对较软并至少沿垫圈的厚度方向可压缩，相对较软的第二部件的沿厚度方向的硬度小于相对较硬的第一部件的沿厚度方向的硬度，且沿垫圈的长度延伸的第一部件或第一部件的与其平均厚度相比厚度增大的部段的宽度小于第二部件的宽度的50％。

换言之，根据本发明的垫圈具有两个相对的密封面，并且以垫圈的在两个密封面之间的厚度、长度和宽度方面进行限定。垫圈可具有任何形状，诸如环状、圈形、矩形、正方形等。在圈形（即，环形）垫圈的情况下，长度方向沿圆的中心线（在垫圈的圆的侧面之间）延伸，而宽度方向从内圆的侧面或内直径径向延伸到外圆的侧面或外直径。文中所用的密封面限定为垫圈的、与凸缘接触的表面。垫圈宽度是垫圈厚度的至少1.5倍。本发明的垫圈包括第一分离的部件和第二分离的部件，两个部件沿垫圈长度延伸。第二部件相对于第一部件设置成使第一部件至少与两个密封面中的一个分开。

本发明的重要方面在于第一部件至少沿垫圈的宽度方向基本上不透气体和液体，并且至少沿垫圈厚度方向相对较硬，而第二部件相对较软并至少沿垫圈的厚度方向可压缩。在此情况下，术语相对较软和相对较硬仅指相对较软的第二部件的沿厚度方向的硬度（例如，测定为肖氏A硬度）小于相对较硬的第一部件沿厚度方向的硬度。文中所用的硬度定义为由标准硬度测量方法确定的硬度，例如肖氏A硬度。在此情况下，基本上不透气体和液体是指存在对输送气体和液体的高阻力，从而实际上防止任何对流的空气流，但可能允许某些基于扩散的输送（例如，经由溶液和扩散）。

此外，根据本发明，第一部件或第一部件的、与其平均厚度相比至少厚度增大的部段沿垫圈长度延伸，并具有小于第二部件宽度的50%，较佳为小于30％，更佳为小于20％和最佳为小于10％。由此，当第一（硬）部件较佳地沿垫圈长度设置在中间时，第二（软）部件在很大程度上沿侧向、即沿垫圈的宽度方向超出硬部件。在下文中，第一部件将被称为“硬”部件，而第二部件将被称为“软”部件。

由此，当将垫圈安装在两个凸缘之间并由凸缘置于压力下时，硬部件或其厚度增大的部段将不被压缩，或者至少将比软部件压缩得少。由此，硬部件将占去所施加的力的主要部分。与硬部件对准的软部件将比硬部件左侧或右侧的软部件压缩得多。因此，在软部件位于硬部件和凸缘中的一个（在软部件使硬部件与两个密封面中的仅一个分开的情况下）之间或位于硬部件和两个凸缘中的每个（在软部件使硬部件与两个密封面分开的情况下）之间的情况下，将增大的压力施加到软部件上。在此特别高压缩区域中，将垫圈压于凸缘之间的压力相对于平均压力局部增大。这在由凸缘施加于垫圈的平均表面压力相对较小的情况下产生较高的密封性。

软部件的密度在高压缩区域内与软部件的、在没有硬部件或其厚度增大的部段的相邻区域内的密度相比增大较佳为至少1.25，更佳为至少2倍。由于高压缩区域内的软部件的增大密度，软部件的气体和液体渗透性在此区域内减少。由此，气体和液体渗透性减小的屏障由高压缩区域内的硬部件（即便不施加任何压力，也基本上沿其宽度方向不透气体和液体）和软部件的高度压缩和致密材料的组合作用沿垫圈的宽度方向形成。

此外，由于硬部件或其厚度增大的部段的宽度小于软部件宽度的50％，较佳小于30％，较佳小于20％且最佳小于10％，且软部件的、与高压缩区域相邻的其余部分支承高度压缩的软部件材料，以使它不能沿垫圈宽度方向侧向蠕变。相对于为了充分支承软部件的高度压缩材料所需的硬部件或其厚度增大的部段的宽度和厚度，软部件的宽度和厚度可尤其取决于软部件材料的抗蠕变性、硬部件的形状和硬度以及施加于垫圈的夹紧压力的参数。

为了实现上述有利效果，硬部件或其厚度增大的部段较佳地具有小于软部件厚度的80％和大于软部件厚度的5％的厚度，且更佳地小于软部件厚度的50％和大于软部件厚度的10％，且最佳地小于软部件厚度的50％和大于软部件厚度的20％。在此，软部件的厚度是指存在硬部件的区域外侧的初始未压缩厚度。

如前所述，软部件的硬度（例如，规定为肖氏A硬度）小于硬部件的硬度（例如，也规定为肖氏A硬度或转变为肖氏A硬度）。为了实现上述有利作用，硬部件的肖氏A硬度较佳地大于软部件的肖氏A硬度1.1或更大倍，较佳地1.25或更大倍，甚至更佳地1.5或更大倍以及最佳地2或更大倍。在一些情况下，硬部件的硬度超过肖氏A硬度的范围（从0到100），在此情况下，硬部件的硬度被认为是大于100肖氏A。

在上文和下面提及的材料特性中的一些相当取决于温度的情况下，在没有标明温度之处，规定或要求的范围和关系应理解为在室温下（约23°C）。

在某些状况下，硬部件理想地硬到它实际上在正常状况下、即当将垫圈安装和压缩在两个凸缘之间时不变形。然而，根据软部件的材料，硬部件会破坏软部件，因此，硬部件的硬度可选择成使硬部件在安装垫圈时略变形。根据较佳实施例，硬部件的肖氏A硬度应比软部件的肖氏A硬度大的范围是1.1到3倍，更佳地1.5到2.5倍。

硬部件的较佳的肖氏A硬度大于或等于60，更佳地大于或等于80，且最佳地大于或等于90，且硬部件的肖氏A硬度的较佳范围为60到100肖氏A，更佳为85到100肖氏A。软部件的较佳的肖氏A硬度小于或等于80，更佳地小于或等于60，且软部件的肖氏A硬度的较佳范围为30到70肖氏A，更佳为40到60肖氏A。

在较佳实施例中，与没有硬部件或其厚度增大的部段的相邻区域相比，沿垫圈的宽度方向的质量分布在软部件使硬部件与密封面分开的区域内增大。由此，可以容易地实现硬部件和软部件的硬度之间的上述期望关系，软部件的期望程度的可压缩性和致密度以及硬部件的对气体和液体的小（实际上为零）渗透性。在此情况下，上述质量分布定义为根据沿垫圈1的宽度方向的位置示出在垫圈1的整个厚度上每一宽度和长度单元所累加的垫圈1的质量。

根据较佳实施例，硬部件的密度为其理论密度的至少50％，较佳为至少80％并可甚至达到95％或更大。换言之，硬部件的孔隙率小于50％，较佳地小于20％，并可甚至达到仅5％或更小因此，理论密度对应于由原子量和晶体结构计算出的材料密度，例如通过

ρ_理论=∑(Nc,x·Ax)/(Vc·N_A),

其中，Nc,x是每个晶胞体积的类型X的原子数，Ax是类型X的这些原子的原子量[kg/mol]，Vc是晶胞体积的体积[1/m³]，

N_A是阿伏加德罗常数[1/mol]，以及∑是对材料中存在的所有不同类型的原子的求和。在硬部件的密度几乎与理论密度一样高的情况下，硬部件最多可进行非常有限程度的压缩（直到它的密度到达理论密度）。这样，当将垫圈压缩在凸缘之间时，硬部件可将大幅增加的压力在高压缩区域内施加于软部件上。当硬部件完全不可压缩时，这在一些情况下会是有利的。然而，在其它情况下，根据两个部件的材料特性，完全不可压缩的不变形硬部件可能会破坏较软的部件。

替代地或此外，硬部件的密度较佳地比软部件的密度大1.25或更大倍，较佳为1.5或更大倍，甚至更佳地2或更大倍，甚至更佳地2.5或更大倍和最佳地5或更大倍。换言之，硬部件的孔隙率小于软部件的孔隙率。这种比软部件的密度大、即孔隙率小的硬部件的材料通常适用于当垫圈被凸缘压缩时在高压缩区域内将大幅增大的压力施加于软部件上。此外，硬部件的密度较佳地比软部件密度大，范围为1.5到6倍，更佳地范围为2.5到6倍，且最佳地为3到6倍。通过将两个部件的材料的密度比限制到因子6，并通过在局部压缩应力超过30MPa时使硬部件塑性变形，在许多情况下，在高压缩区域内施加于软部件上的大幅增大的压力会受限制，并由此可以避免或减少由硬部件对软部件造成的破坏。

由于密封面由软部件形成，所以软部件的材料必须选择成使它能如果需要的话通过填垫、即加入软材料将凸缘表面的粗糙度和不平度变平，同时保持凸缘之间的一定表面压力。另一方面，不必将凸缘的粗糙度和不平度变平的硬部件的材料选择成比软部件硬，以使硬部件的变形小于软部件的变形，软部件在凸缘压力下由于致密化而至少沿厚度方向变形。

在任何情况下，软部件应较佳地不表现出过多蠕变，因而，在凸缘刚度为500kN/mm、初始表面压力为30MPa和室温(23°C)下，定义为根据EN13555:2005在松弛之前和之后垫圈表面压力之比并表现抗蠕变性特征的P_QR值较佳地为至少0.4，或者更佳地至少0.5。在凸缘刚度为500kN/mm、初始表面压力为30MPa和150°的温度下，P_QR值较佳地为至少0.2、或更佳地为至少0.3。

软部件和/或硬部件较佳地包含聚合物材料或由其构成，聚合物材料优选选自以下组：聚酰胺，聚酰亚胺，聚醚酰亚胺，聚醚醚酮，聚醚砜，液晶聚合物，超高分子量聚乙烯，聚氨基甲酸乙酯，橡胶，乙烯丙烯二烯单体（EPDM，三元乙丙橡胶）和硅酮。特别有益的是软和/或硬部件包括含氟聚合物材料或由其构成，特别是全氟聚合物，氟弹性体和/或全氟弹性体，诸如：氟化乙烯丙烯（FEP），全氟烷氧基共聚物（PFA），乙烯四氟乙烯（ETFE），乙烯三氟氯乙烯（ECTFE），聚三氟氯乙烯（PCTFE），聚偏二氟乙烯（PVDF），聚氟乙烯（PVF），偏氟乙烯-六氟丙烯的VDFHFP，其它的氟弹性体，或者更优选的是聚四氟乙烯（PTFE）。这些材料作为垫圈材料提供例如在可压缩性、耐化学、强度、抗蠕变性等方面的各种有利的特性。

为了进一步提高硬和/或软部件的抗蠕变性而不损害耐化学性，像氧化金属的陶瓷颗粒填充物（例如，氧化硅、氧化铝）可包含到含氟聚合物基材中。替代地，硬部件可包括较佳地涂敷有保护性含氟聚合物层的金属（例如，铜）或由其构成。

如前所述，硬部件的密度（孔隙率）较佳地大于（小于）软部件的密度（孔隙率），较佳地大出前述因数。在硬部件包括含氟聚合物材料或由其构成的情况下，硬部件的较佳密度是理论密度的至少35％或更大，更佳为至少60％，甚至更佳为至少90％以及更佳至少95％。在软部件包括含氟聚合物材料或由其构成的情况下，软部件的较佳绝对密度为1g/cm³或更小，更佳为0.8g/cm³或更小，最佳为0.7g/cm³或更小。

在较佳实施例中，软部件和/或硬部件包括较佳为膨胀型PTFE（ePTFE）的膨胀型含氟聚合物或由其构成。膨胀型含氟聚合物可由能膨胀以产生多孔和可渗透物品的任何含氟聚合物构成。合适的材料包括诸如但不限于膨胀型PTFE的膨胀型含氟聚合物以及用如美国专利第5,708,044号（Branca,1998）、美国专利第6,541,589号（Baillie,2003）、美国专利第7,531,611号（Sabol等人,2009）、美国专利申请第11/906,877号（Ford）等中所述的聚合物制成的膨胀型产品。使含氟聚合物膨胀可通过适当地调节膨胀工艺的工艺参数而调节含氟聚合物的可压缩性和抗蠕变性。较佳地，软部件包括单轴向、双轴向或多轴向膨胀型含氟聚合物层或由其构成。较佳地，软部件包括双轴向或多轴向膨胀型PTFE带或其组合或者由其构成。

由ePTFE构成或包括ePTFE的软部件由于沿横向和纵向的多方向定向和高拉伸强度而具有低应力松弛，从而产生较高的横向尺寸稳定性。这意味着由于沿横向的高强度，即便在升高的温度下，垫圈轮廓也不具有在压缩期间沿宽度增大的倾向。

软部件和/或硬部件的至少一部分可涂敷有或包含附加材料或填充物，以向垫圈提供期望的特性，例如阻力、硬度、导电性、电化学响应、抗蠕变性等。合适的颗粒填充物可包括诸如金属、半金属、金属氧化物、玻璃、陶瓷等之类的无机材料。替代地，有机材料可包括例如碳、聚合物或弹性体颗粒或珠粒。

替代地，硬部件可由具有闭孔结构的多孔材料制成。这样，部件由于孔是闭合的而相对较硬。另一硬部件设计选择是管子，其中，管子的壁厚必须选择成比具有小压缩模量的材料大，即，随着选定材料的压缩模量的减小，管子的壁厚增大，因而，提供管子的期望硬度。

在替代实施例中，硬部件包括滚卷或卷绕的不渗透膜，例如可滚卷到自身上的诸如PFA、FEP、PTFE、高密度PTFE的含氟聚合物（较佳为单体）的膜。这种滚卷或卷绕的硬部件具有良好的抗蠕变性。

硬部件可容易地嵌入两个（或更多个）软部件层之间。软部件层可例如采用粘结剂或通过烧结过程彼此粘附，或者它们可彼此缝合。替代地，软部件层可彼此卷绕或堆叠，从而利用聚合物层的自粘附特性。更有利的是软部件层包括膨胀型PTFE（ePTFE）或由其构成。在较佳实施例中，硬部件包括浸润的膨胀型含氟聚合物或由其构成。通过浸润含氟聚合物、例如用合适的液体（熔融或溶解的热塑性含氟聚合物或其它聚合物液体）来局部浸泡膨胀型含氟聚合物，可以形成增强的（例如，增强型ePTFE）含氟聚合物硬部件。替代地，硬部件可包括任何其它浸润的多孔材料，诸如至少填充有（最终干燥或硬化的）液体的任何其它浸润的多孔含氟聚合物。

替代地或除此之外，硬部件可有利地包括糊状挤出型PTFE，烧结的PTFE或由其构成，从而使得可以容易地生产出具有接近理论密度的硬部件。硬部件还可包括膨胀型PTFE和烧结的PTFE。在另一实施例中，硬部件可包括通过螺旋形地卷绕在其自身周围或单体金属或聚合物芯部周围来形成筋条的膨胀型PTFE和烧结的PTFE。在较佳实施例中，硬部件包括糊状挤出的、干燥和烧结的PTFE或由其构成。由此，可确保PTFE具有期望硬度，同时保持柔性。

在另一较佳实施例中，硬部件包括例如呈线材形式的金属或由其构成。然而，作为硬部件的金属在增大的压力下于高压缩区域内不可变形会造成对位于此区域内的软部件的破坏。这部分地取决于硬金属部件的横截面。然而，最佳地，硬部件的材料在高压缩区域内出现的压力下至少可略变形。这可通过采用像铜之类的相对较小模量金属来实现。然而，较佳地，金属线材涂敷有含氟聚合物层，该含氟聚合物层具有期望的塑性变形，并此外保护金属线材在垫圈使用期间抵抗来自侵入性介质的冲击和腐蚀，这是因为大多数金属的耐化学性比含氟聚合物差。

关于垫圈的结构，软部件较佳地至少在垫圈的整个长度的一部分处延伸过垫圈的整个宽度。此外，垫圈宽度较佳地沿垫圈的整个长度是恒定的，且垫圈的厚度较佳地在垫圈的整个宽度上恒定。如前所述，垫圈宽度是垫圈厚度的至少1.5倍。然而，更佳的是垫圈宽度是垫圈厚度的至少三倍。

硬部件可具有任何类型的横截面。然而，诸如圆形横截面、椭圆形横截面、矩形横截面或多边形横截面之类的某些横截面是较佳的，这是因为可以在硬部件不破坏软部件的情况下实现期望的作用。

在较佳实施例中，硬部件具有这样的横截面，即该横截面具有宽度大于其厚度的基部和从基部沿厚度方向向上或向下（或既向上又向下）延伸的至少一个突出部，该突出部的宽度小于基部宽度。如前所述，不要求整个硬部件的宽度小于软部件宽度的50％，较佳为小于30％，更佳为小于20％且最佳为小于10％，而是硬部件的厚度增大的部段满足此条件就够了。在前述较佳实施例的情况下，假定突出部构成该厚度增大的部段，基部的宽度可大于垫圈宽度的50％。硬部件的较宽基部使嵌入软部件内的硬部件稳定。

如前已述，更甚者，硬部件可具有例如为圆管形的中空横截面。

为了将硬部件嵌入软部件内，可切割软部件，以使切割线在垫圈长度上从外侧延伸到软部件内。然后，将硬部件沿软部件嵌入切割线。此后，切割线可用粘结剂来闭合。替代地或除此以外，可设有至少一条缝合线，该缝合线经切割线并沿垫圈长度的至少一部分延伸，其中，硬部件在缝合线后面嵌入切割线内，以使缝合线将硬部件固定到切割线内。

替代地，软部件可包括若干层或由若干层构成，其中，硬部件较佳地嵌入软部件的各层之间。软部件可包括位于软部件的这些层之间的粘合剂。较佳地，软部件的各层通过自粘附而彼此粘附，并且硬部件固定在软部件的两层之间。替代地或除此以外，可设有至少一条缝合线，该缝合线经软部件的至少两层并在垫圈长度的至少一部分上延伸，以使各层彼此固定。较佳地，至少第一和第二缝合线经软部件的至少两层并在垫圈长度的至少一部分上延伸，以使嵌入软部件的各层之间的硬部件位于第一和第二缝合线之间。

在另一实施例中，软部件折叠在硬部件周围，从而形成具有嵌入软部件内的硬部件的垫圈，而仅一侧敞开。通过经折起的软部件的开口侧缝上缝合线来固定硬部件。软部件可包括多层以获得垫圈的适当的顺应性。

上述缝合线较佳地包括PTFE纤维。

在较佳实施例中，软部件的各层采用超声波接合来彼此连结。类似地，可使通过软部件的切割线在超声波接合期间闭合。相似地，硬部件可采用超声波接合来连结到软部件。

硬部件较佳地包括热塑性塑料，可使该热塑性塑料熔融以将硬部件连结到软部件。在一个实施例中，硬部件具有位于硬部件外部的一部分上的含氟塑料，并且使该含氟塑料熔融以使硬部件连结到软部件。在一个实施例中，将含氟塑料膜卷绕在膨胀型PTFE筋条（bead）周围，而在另一实施例中，将含氟塑料挤压在挤出型PTFE筋条周围。

在任何情况下，粘合剂可设置在软和硬部件之间，以将嵌入软部件的硬部件进一步固定在期望位置。

根据较佳实施例，对应于软部件，通过将ePTFE的各层连续卷绕于彼此于之上来制造双轴向膨胀型PTFE（ePTFE）的多层堆叠物。卷绕的次数取决于ePTFE隔膜的厚度和期望的最终垫圈厚度，并可包括多达几百次卷绕。由Mills等人在美国专利第5,964,465号中描述了此制造过程。在本发明的情况下，卷绕过程在卷绕了总数的一半之后中断，并且通过采用横向馈送来螺旋形地卷绕而引入硬部件（例如，PTFE筋条）。横向馈送的速度调整为最终垫圈的期望厚度，以确保硬部件关于垫圈的宽度和厚度均位于最终垫圈的中间部分内。

由此，可以形成具有软部件的垫圈，该软部件包括至少一层双轴向（或者单轴向，如果PTFE是单轴向膨胀的话）膨胀型隔膜，其中，膨胀方向与垫圈的长度和宽度方向不同。

一般来说，软部件可较佳地包括膨胀型含氟聚合物（例如，ePTFE）的多个叠置隔膜（例如，多于100个），它们一起形成膨胀型含氟聚合物层（例如，ePTFE层）。

垫圈还可设有一个或多个不渗透层，这些不渗透层设置在垫圈的两个密封面的一个或两个上和/或设置在垫圈的在密封面之间延伸的两个侧面的一个或两个上，以减少空气和液体通过垫圈的渗透。

在较佳实施例中，垫圈包括至少一个其它部件，该其它部件的硬度小于硬部件的硬度，其中，该其它部件较佳地至少在垫圈长度的一部分处在垫圈的整个宽度上延伸。其它部件允许以更好地顺应于凸缘形状的方式调节垫圈的变形特性、硬度特性、压缩特性等，以提供改善的密封性。

在另一较佳实施例中，硬部件包括内分离的元件和设置在内元件周围的外分离的元件或由两者构成，其中，内分离的元件和/或外分离的元件较佳地包括含氟聚合物或由其构成，且外分离的元件的硬度较佳地小于内分离的元件的硬度。内分离的元件还包括金属或金属氧化物例如作为填充物材料，或者可由金属制成。通过由几个元件来形成硬部件，可以调节它的变形特性、可压缩性等。

根据较佳实施例，垫圈包括两个或更多个硬部件，以进一步提高垫圈的密封性。如果将这种垫圈压缩于不平的凸缘之间，则在垫圈的某些位置，硬部件中的一个上方和/或下方的区域可能不与凸缘充分接触或不会被充分压缩来提供足够的密封性。这将通过对应的其它硬部件来作一定程度的补偿。

如果存在具有相同横截面、尺寸、硬度和可压缩性的若干硬部件，则必须向垫圈施加增大的夹紧压力，以使若干硬部件上方和/或下方的高压缩区域被充分压缩。然而，如果设有不同横截面（特别是具有不同直径的圆形或椭圆形部件或具有不同最大高度的任何其它部件）和/或不同尺寸和/或不同硬度和/或不同可压缩性的硬部件，垫圈可设计成适于相对较宽的凸缘压力范围。在较低的凸缘压力下，硬部件中的一个（通常是最大一个）上方和/或下方的区域被高度压缩，并产生一定密封性。在较高的凸缘压力下，上述硬部件被进一步压缩，此外，另一（例如，较小和较硬的）硬部件上方和/或下方的区域也被压缩，并进一步增大垫圈的密封性。

垫圈可例如形成为在位成型垫圈和/或形成为单体垫圈。此外，垫圈可以是环形（即，环状）垫圈，即生产为不中断的（完整）环、而不是带子的垫圈。在环形垫圈的情况下，长度方向沿垫圈的圆的中心线延伸，而宽度方向沿径向延伸。

根据较佳实施例，由板材切出垫圈。在此，设置有例如形成为板材并包括软部件和硬部件的组合物，且由此板材切出例如环形垫圈的垫圈。该板材可例如通过将构成第二部件的两层或更多层彼此固定、并将硬部件嵌入各层之间来形成。

一个实施例中的垫圈设计有期望的密封性，因而，在垫圈的整个宽度上的氮气泄漏率小于0.1mg/(m·s)，更佳地小于0.02mg/(m·s)，该泄漏率是根据EN13555（测试气体为氮气，而不是氦气）来确定的，其中，在涉及垫圈的初始总表面积的10MPa的负载下和4MPa的内部气体压力下将垫圈压于两个凸缘之间。

此外，较佳实施例中的垫圈设计成平均夹紧压力在0.5MPa到50MPa的范围内，更佳地5MPa到15MPa的范围内，即，垫圈较佳地提供期望的泄漏率（例如，如上所述），而不在上述夹紧压力下被破坏。

本发明还涉及包括两个凸缘之间的上述垫圈的结构。凸缘可以是任何类型的凸缘，诸如金属凸缘，陶瓷凸缘，石墨凸缘、衬有玻璃钢制凸缘或纤维增强型塑料凸缘（FRP）。本发明垫圈还可用于陶瓷或玻璃凸缘，这些凸缘具有会表现为略凸轮廓的不平表面。

以下将结合附图对较佳实施例作下述说明以得出本发明的其它较佳特征和优点，这些附图示意地示出：

图1示出本发明第一实施例的垫圈，

图2示出安装在两个凸缘之间的图1所示垫圈。

图3示出本发明第二实施例的垫圈，

图4a,4b和4c示出本发明第三实施例的垫圈，

图5示出本发明第四实施例的垫圈，

图6a和6b示出经过本发明垫圈的缝合线，

图7示出本发明第五实施例的垫圈，

图8a到8d示出本发明第六实施例的垫圈，

图9a到9h示出垫圈的硬部件的横截面示例，

图10a到10c示出本发明垫圈的两个端部，这两个端部被连接起来以形成环形垫圈，

图11a和11b示出板材（图11a）和由该板材切出的垫圈（图11b），

图12示出图1所示垫圈的横宽质量分布和硬度分布，

图13a到13e示出本发明垫圈被压于两个凸缘之间后的横截面微观图，

图14示出用于测试垫圈密封性的装置，以及

图15a和15b示出反映工作实例的数据的表格。

如上所述，附图是示意性的，并因此不成比例。

本发明提供复合垫圈1，该复合垫圈包括第一分离的部件10，该第一分离的部件的硬度高于第二分离的部件20的硬度。第一分离的部件10较佳地附连于第二分离的部件20。

在图1中示出根据第一实施例的垫圈1。复合垫圈包括定位在第二分离的部件20内的第一部件10，其中，第一和第二密封面2、4仅包括第二分离的部件20。第二部件20相对较软，并由彼此附连的两层20a、20b构成，而相对较硬的部件10嵌在这两层之间。硬部件10通过软部件层的自粘连或通过涂覆使软部件层20a、20b连接的粘结剂来保持在位。硬部件10的宽度小于软部件20的宽度的10%，而厚度小于软部件10的总厚度的50%。垫圈1的宽度沿垫圈1的整个长度恒定，并且大于垫圈1的厚度、更精确地说是软部件20厚度的四倍。外密封面2和4由软部件20构成。可选地，密封面2和4可设有另一层，该另一层诸如是不透气和/或不透液体的覆盖层。密封面2和4较佳地具有光滑轮廓，即，除了在硬部件10所在区域内的厚度会略有增大之外，密封面具有无突出部或凹部的表面。此外，垫圈1的侧面3和5可相似地设有另一层，该另一层诸如是不透气和/或不透液体的侧面层。

硬部件10沿垫圈的长度放置在软部件20中心，以使垫圈在硬部件10的每一侧都提供相同的特性。替代地，硬部件10可放置在垫圈1内的不同厚度或宽度位置处，以使垫圈1在其上和下侧和/或沿宽度方向分别获得专门设计的不同密封特性。总体上，垫圈1具有较平的密封面2和4，即在垫圈的整个宽度上其厚度基本上不变，当在制造垫圈1期间将硬部件10嵌入软部件20内时，自动地产生这种厚度。

垫圈1的硬部件10和软部件20由诸如PTFE的含氟聚合物制成。硬部件10的密度至少为2g/cm³，这在本示例中对应于其理论密度的至少90%。软部件20可包括密度为至多1g/cm³的双轴向膨胀型多孔PTFE（ePTFE）。替代地，硬部件10可由金属制成或者至少包括涂覆有含氟聚合物的金属制成。同样，硬部件10和软部件20可由除PTFE之外的聚合物，特别是由耐化学和耐高温的含氟聚合物制成。

软部件20可压缩以使得密封面2、4可适应于不平的凸缘，而硬部件10基本上不可压缩。硬部件10的肖氏A硬度比软部件20的肖氏A硬度高至少1.1倍。由ePTFE层构成的软部件20如果由四层构成的话，则肖氏A硬度通常为34，如果它由更多数目的薄层构成（例如，大于20层），则肖氏A硬度为46。硬部件分别具有例如74或94的肖氏A硬度。

至少在从室温到150°C范围的温度下，软部件20具有比硬部件10高的抗蠕变性，且根据13555:2005，软部件20的P_QR值在凸缘刚度为500kN/mm、初始表面压力为30MPa以及室温（23°C）下为至少0.4，而在凸缘刚度为500kN/mm、初始表面压力为30MPa且温度为150°C下，软部件20的P_QR值为至少0.2。

软部件20的这些特性可藉由单轴向或较佳地由双轴向膨胀型隔膜材料来实现，诸如是含氟聚合物或较佳为PTFE，该材料在膨胀后进行烧结。烧结步骤与实现良好的抗蠕变特性、即高P_QR值有关。

如由Mills在US5,964,465中或由Minor在美国专利US6,485,809中所述那样，如图1中所示的垫圈1较佳地通过将诸如ePTFE隔膜的极薄隔膜卷绕在心轴周围来制造。隔膜的厚度可以在10到100μm的范围内，较佳在20到50μm的范围内。在卷绕了足以构成第一层20a的期望厚度的次数之后，将诸如PTFE的烧结筋条（bead）之类的硬部件10螺旋形地卷绕到第一层20a的表面上。卷绕好的PTFE筋条10螺距恒定，并对应于连续垫圈带的最终宽度。PTFE筋条以足以将该筋条嵌入到ePTFE层的较软层内的张力进行螺旋形地卷绕。隔膜和筋条的卷绕角度不同。软部件隔膜的附加层卷绕在第一层20a和PTFE筋条10上层，以形成第二层20b。然后，其内嵌有筋条的隔膜卷成捆进行烧结，同时固定到芯轴上以使层20a和20b连结在一起。在冷却之后，从芯轴随筋条螺旋形地切出多层隔膜带，由此产生筋条位于复合物的中心内的连续带式垫圈。由于软部件20的各层20a、20b由单轴向或双轴向膨胀隔膜的堆叠物构成，所以膨胀方向与筋条10的方向不同，并由此与垫圈的长度和宽度方向不同。

根据较佳实施例，硬部件10和软部件20均由膨胀型多孔含氟聚合物制成。合适材料包括膨胀型含氟聚合物，诸如但不限于是膨胀型PTFE，以及借助如美国专利第5,708,044号(Branca,1998)、美国专利第6,541,58号(Baillie,2003)、美国专利第7,531,611号（Sabol等人，2009）、美国专利申请第11/906,877号(Ford)等中所述的聚合物制成的膨胀型产品。膨胀型含氟聚合物还可一般由通过纤维互连的结节来形成。

此外，硬部件10可相似地由例如熔融挤出或糊状挤出的含氟聚合物、弹性体、热固聚合物或其组合等制成。特别是，硬部件10可由烧结挤出PTFE或糊状挤出PTFE制成。不管怎样，硬部件10都可进行烧结和/或可通过施加热量和/或压力来致密或硬化。

相似地，软部件20同样可由除了膨胀型含氟聚合物的材料之外的材料、即例如泡沫、弹性体、非织物等制成。但在较佳实施例中，软部件包括诸如ePTFE的任何类型的膨胀型含氟聚合物或由其构成。PTFE的挤压筋条作为硬部件、而膨胀型含氟聚合物作为软部件是较佳的材料组合。

图2示出安装在两个凸缘101、102之间的图1所示垫圈1。由于较硬和基本上不可压缩的部件10，软部件20在硬部件10上方和下方的高压缩区域110内与垫圈1的其它区域相比被更强地压缩，因此，密封面2和4在此高压缩区域110内更强地压抵凸缘101、102。

由此，实现由顺应凸缘101、102的软部件20所形成的垫圈的密封面2和4与凸缘101、102之间的良好密封。此外，被压缩的软部件20即使在相对较小的凸缘夹持力的情况下也在压缩区域110内表现出非常小的气体和液体渗透性。因此，与至少沿垫圈1的宽度方向基本上不透气体和液体的硬部件10结合，被压缩的垫圈形成至少沿垫圈1的宽度方向对气体和液体透过性较小的屏障。

即使增大的力在高压缩区域110内作用于软部件20，也可通过以下方式来避免垫圈1的劣化，即(i)防止软部件20蠕变和失效的、软部件20的侧向强度和稳定性以及(ii)圆形硬部件10的造成平坦化、即形成椭圆形的横截面的塑性变形，这对软部件施加较小的应力，并因此防止切过软部件。

换言之，当垫圈1被压于凸缘101、102之间时，硬部件10起到应力集中元件的作用，从而对应于分离的的密封区域110产生相对较高压缩的分离的区域。软部件20在分离的的密封区域110内比在没有硬部件10的区域内被更多地压缩。通过复合垫圈1的构造产生的分离的的密封区域110是使得在显著减小的压缩负载下却可有较低泄漏率的区域。因此，硬部件10与软部件20组合可在较小压缩负载下提供较低泄漏率。

软部件20的密度在分离的的密封区域110内大幅增大，并可接近全密度，即理论或最大密度。在一些实施例中的软部件在分离的的密封区域110内达到理论上最大密度的约90%或更多。例如，PTFE的理论最大密度为2.14g/cc，且其90%为约1.926g/cc。在图13a到13e中示出在施加不同的负载之后被压缩垫圈的横截面显微照片。

图3示出基本上对应于图1垫圈1的、垫圈1的第二实施例。但图3中的垫圈1的软部件20由单个部件构成。在制造软部件过程中将硬部件10嵌入软部件内。在此第二实施例中，硬部件10能在发泡过程中嵌入软部件20内，或更佳地通过共挤出、即通过将不膨胀的硬部件芯部与可沿纵向和横向膨胀的软部件套一起挤压而嵌入软部件20内。

图4a到4c示出基本上对应于图1垫圈1的、垫圈1的第三实施例。然而，图4a的软部件20由单层构成，该单层由隔膜堆叠体构成，并沿其整个长度在一侧被切开。在将硬部件10沿软部件20的长度置于狭缝21内之后采用粘合剂来闭合狭缝21。替代地，狭缝21可通过穿过软部件20缝合来闭合，因而产生缝合线（或多条缝合线），并将硬部件10固定到软部件20内。

图4b和4c的垫圈1的软部件20由单层构成，将该单层折叠以提供包括上层20a和下层20b的多层垫圈2。在图4b中，硬部件10放置于垫圈1的中心处，从而使垫圈沿其两个宽度方向具有基本上相同的密封特性。相反，在图4c中，硬部件10放置于折叠部22的底部处，而软部件10折叠在硬部件20周围。类似于图1到4a中示出的垫圈1，图4b和4c中的垫圈的侧面3、5也可设有不透气体和液体的其它层。

类似于图4a的垫圈，图4b和4c中的垫圈的折叠部22采用粘合剂闭合。替代地，折叠部22可通过穿过软部件20的两层20a、20b缝合来闭合，因而所形成的缝合线（或多条缝合线）将硬部件10固定到软部件20内。

图5示出基本上对应于图1垫圈1的、垫圈1的第四实施例。然而，在此实施例中，软部件20由彼此自粘附的四层20a、20b、20c、20d构成。一般来说，软部件20可包括例如由薄隔膜构成的任何数目的层。此外，硬部件10嵌入局部变形或致密的层20b和20c和相邻层内，以获得大致平坦的密封面2、4。在此实施例中，附加层40在垫圈1的整个宽度上延伸。附加层40的硬度小于硬部件10的硬度，并且抗蠕变性比软部件20的抗蠕变性小，由此使得垫圈1更好地适应位于垫圈1下侧的凸缘102的形状，以将凸缘102的表面的不平度变平。附加层40还可设置在垫圈1的上侧。

在此实施例中，密封面2、4由其它层30a和30b构成，这些其它层附连于软部件20并且不透气体和液体，以进一步减少垫圈1的渗透性。类似地，垫圈1的侧面覆盖有不透气体和液体的其它层30c、30d，以进一步减少垫圈1的渗透性。侧面上的其它层30c、30d从一个密封面2横穿到另一密封面4，由此提供横跨复合垫圈1的厚度的不透材料层。

形成密封面的其它层30a、30b具有多层结构，因为它们包括不渗透层和软材料的一个或多个外层。例如，软外层可由基本上与软部件20相同的材料制成，诸如含氟聚合物或ePTFE隔膜。然而，由于抗蠕变性并不涉及这些相对较薄的软外层，而软度是使其它层30a、30b能适应不平的凸缘表面的主要标准，软外层的材料将较佳地不在高温下烧结。

所有这些其它层30a、30b、30c、30d能例如由挤出的含氟聚合物膜构成，含氟聚合物诸如是FEP、PFA或PTFE共聚物或致密膨胀型含氟聚合物材料。其它层30a、30b、30c、30d不透气体和液体，即阻断任何对流的气体流。

层20a、20b、20c、20d、40经由粘合剂彼此粘附。同样，如所述，软部件20能借助粘附剂粘附于硬部件10。可采用合适的粘附剂。较佳地，采用含氟聚合物粘合剂，它包括但不限于热塑性含氟聚合物，例如氟化乙烯丙烯共聚物（FEP）、过氟烷氧基（PFA）和四氟乙烯，六氟丙烯和偏二氟乙烯的聚合物（THV）之类。粘合剂可涂覆于层20a、20b、20c、20d、40的表面和/或硬部件10的表面。替代地，粘合剂可包含到卷绕在硬部件10周围或附连于层20a、20b、20c、20d、40的膜内。在本实施例中，其它不渗透层30a、30b、30c、30d是热塑性含氟聚合物膜或涂层，因此不需要用粘合剂固定。

此外，层20a、20b、20c、20d、40、30a、30b可通过采用PTFE纤维沿两条缝合线7和8缝合而保持在一起。缝合线7和8还使垫圈1稳定，并将硬部件10固定到位。当设有缝合线7、8来稳定垫圈1时，上述粘合剂并不是必须的，但仍对于提高稳定性是有益的。

在此实施例中，硬部件10由内分离的元件10a和外分离的元件10b构成，外分离的元件10b位于内分离的元件10a周围，并且其硬度和/或杨氏模量和/或抗塑性变形性较佳地小于内分离的元件10a的硬度和/或杨氏模量和/或抗塑性变形性。在硬部件10由两个元件10a、10b构成的情况下，其硬度以及变形特性是“自调节”的。这意味着硬部件10的元件10a、10b在增大的凸缘压力下表现出增大的压缩强度，以使区域110的软部件致密化，但避免了由硬部件10对软部件20造成破坏。

图6a和6b示出类似于图1的垫圈。垫圈1设有两条缝合线7和8，以使软部件20的两（或在其它实施例中例如为4）层20a、20b彼此附连，并限制硬部件10沿垫圈1宽度方向进行侧向运动。在制造期间，首先，缝合上（缝纫上）第一缝合线（缝线）7，以使软部件20的两层20a、20b彼此附连。然后，将硬部件20靠近缝合线7放置于软部件20的两层20a、20b之间。在四（或更多）层的情况下，硬部件20将放置于软部件的中心两层之间。随后，产生第二条缝合线8，以使硬部件10嵌入软部件20的两层20a、20b以及两条缝合线7和8之间，并由此限制硬部件在层20a、20b之间沿垫圈1的宽度方向作运动。

在图6b中，由于生产的不精确性，软部件20的两层20a、20b示出为未精确地彼此对准。然而，垫圈1可在各侧被切去，以提供更均匀的侧面3和5以及端面。此外，如果期望的话，可切去或缩短硬部件10从软部件20之间突出的部分。

存在约束硬部件10沿垫圈1的宽度和/或长度方向作侧向运动的其它可能性。例如，软部件20的各层可通过超声焊接、共挤出或诸如借助同心管作几何上约束来附连，由此将硬部件10固定在软部件20之间。一般来说，硬部件10可借助足以将硬部件10保持在软部件20内或上的任何手段来附连于软部件20。

图7示出基本上对应于图1垫圈1的、垫圈1的第五实施例。然而，在此实施例中，硬部件10并不完全嵌入软部件20内，而是设置在软部件的、形成密封面4底面上的凹槽或凹部内。随后，硬部件10使软部件20与两个密封面2、4中的仅一个分隔开。

图8a到8d示出基本上对应于图1垫圈1的、垫圈1的第六实施例。然而根据此实施例，设有若干个硬部件10、10’以及10’’。

图8a的垫圈1包括两个硬部件10和10’，而图8b的垫圈包括嵌在垫圈的层20a、20b之间的三个硬部件10、10’、10’’。与垫圈1的具体材料和布置无关，设有若干个硬部件10、10’有助于实现更好的密封性。例如，在不平的凸缘101、102的情况下，位于硬部件10、10’中的一个上方和/或下方的高压缩区域或分离的密封区域110可能并不在垫圈1的所有位置处提供凸缘101、102之间的足够密封性。这可通过设有硬部件10、10’中一个以上硬部件来作一定程度的补偿。当然，当存在具有相同厚度和硬度（和可压缩性）的若干个硬部件10、10’时，必须向垫圈1施加增大的平均压力，以使位于这若干个硬部件10、10’上方和/或下方的几个高压缩区域110被充分地压缩。

然而，如果采用不同直径和/或硬度和/或可压缩性的硬部件10、10’，即便没有破坏软部件的危险，也可设置适于较大的凸缘压力范围的垫圈。例如，图8c中所示的垫圈包括不同直径的两个（圆形）硬部件10、10’。当图8c的垫圈在较低的平均凸缘压力下进行安装和压缩时，较大的硬部件10’充分地压缩软部件20以呈位于较大的硬部件10’上方和下方的高压缩区域，从而产生较好的密封性。

较大的硬部件10’的材料特性（硬度和可压缩性）选择成使较大的硬部件10’充分地变形，以避免在由增大的凸缘压力来压缩垫圈时对软部件20的破坏。这样，软部件20在较小硬部件10上方和下方的区域内被额外地压缩，以产生位于较小硬部件10上方和下方的其它高压缩区域。当垫圈在增大的凸缘压力下被压缩时，这些其它高压缩区域产生增大的密封性。

除了上述之外，硬部件10、10’可具有不同的横截面以增强上面讨论的效果。

图8d中所示的垫圈1的软部件20包括三层20a、20b、20c，且垫圈1包括在沿垫圈1的厚度方向的不同位置处嵌入层20a、20b和20c之间的两个硬部件10和10’。通过在沿厚度方向的不同位置处设置硬部件10和10’，可设计出具有专门设计的密封特性的垫圈。同样，图8d的硬部件可具有与参照图8c如上所述不同的横截面、尺寸、硬度和/或可压缩性。

在图8a到8d的垫圈放置于小直径凸缘之间的情况下，较佳地将硬部件10、10’放置成紧靠在一起，理想地尽可能靠近垫圈的自然弯曲线。

图9b到9f示出与之前实施例和图9a中所示的圆形横截面不同的硬部件10的横截面。特别是，硬部件10可具有多边形横截面（例如，图9c和9d）、正方形或矩形横截面（图9c和9g）或椭圆形横截面（图9b）。此外，如图9e和9f中所示的硬部件10可设有大于软部件20的50％的宽度，倘若硬部件的厚度与硬部件的平均厚度相比增大的部段11在小于软部件20的宽度的50％上延伸的话。如参照图5如上所述的那样，硬部件10可由不同硬度和几何形状的若干个元件构成，和/或可以甚至是中空的。

此外，硬部件10可具有更复杂的形状，特别是包括一个或多个突出部段或凸起部的更复杂形状，诸如苜蓿叶或星状。

如图9中所示，高宽比（沿厚度方向的高度除以宽度）为1:3的矩形横截面的硬部件10被证实为特别有利。即使硬部件具有边缘，由于其相对较大宽度，只要它由合适材料制成，它对软部件20的损坏就极少。这同样适用于如图9h中所示的下基部13的高宽比为1:3而上部14的高宽比为1:1的台阶状横截面，其中，整个硬部件10的高宽比为2:3。

图10a到10c示出垫圈1的两个端部，这两个端部被连接起来以产生圆形或环形垫圈。当垫圈1设置为垫圈带并用作环形垫圈时，则必须连接带的两个端部。这可原则上通过本领域已知的方法来完成。例如，在第一步骤中，将垫圈1的第一端部（在图10中左侧示出）安装（例如，粘附）到凸缘102（未在图10a中示出），并设有所谓的切出部。这是沿第一平面21切出的，该第一平面相对于垫圈1的下密封面4形成较佳为小于15°的角度a。然后，将环形垫圈的第二端部（在图10a中右侧示出）安放于（例如粘附于）垫圈带的第一端部已被切割的平面21上。随后，垫圈带的第二端部沿第二平面22切割，因而，在垫圈带的两个端部交叠之处，所得的环形垫圈的最大厚度是如提供的垫圈带厚度的约120％。

根据较佳实施例，硬部件10沿垫圈1的整个长度（例如，垫圈带）延伸。然而，例如在环形垫圈的情况下，当垫圈如图10a中所示进行安装时，垫圈1的硬部件10的两个端部可交叠。根据硬部件10和软部件20的材料、尺寸等，这在一些情况下是可接受的，然而，在其它情况下，硬部件10的交叠端部会破坏软部件20。此外，垫圈1的硬部件1的端部交叠的区域可能未充分地压缩，这会造成垫圈1的密封性不足。

为了避免这些作用，可采用包括这样的硬部件10的垫圈1，即，该硬部件10如图10b中所示不在垫圈1的整个长度上延伸。尽管这会造成沿垫圈1长度在没有硬部件10的区域处的密封性降低，但环形垫圈的总体密封性将不会受到大幅影响，只要硬部件10沿垫圈1长度的大部分延伸即可（例如，至少98％）。在此情况下，切出部处的附加材料可有助于填补潜在的间隙。

替代地，垫圈带的端部可放置于彼此之上，以使垫圈带的端部并不彼此对准，而是沿垫圈1的宽度方向略偏移，因而，硬部件10的端部如图10c中所示并不交叠。

在替代实施例中，垫圈1可生产成完整的环形垫圈，而不是垫圈带，其中，硬部件10较佳地沿环形垫圈1的整个长度延伸。由此，可实现最佳的密封性。

图11a示出板材200，该板材包括圆形垫圈的硬部件10和软部件20。在此实施例中，软部件20由例如通过粘合剂、超声焊接、缝合等彼此附连的至少两个板层构成，而硬部件10嵌入这两个板层之间。然而，板材200还可以不同方式形成。图11b示出已从图11a的板材200切出的环形垫圈。

图12又示出图1的垫圈以及此外示出图1的垫圈的（横宽）质量分布和硬度分布。横宽质量分布根据沿垫圈1的宽度方向的横向位置（x）示出在垫圈1的整个厚度上每一宽度和长度单元所累加的垫圈1的质量（M）。硬度分布根据宽度位置（x）示出垫圈1的的肖氏A硬度（H）。

如上所述，图1中所示的垫圈的硬部件10具有比软部件20高的硬度。此外，硬部件10较佳地具有比软部件20高的密度，这是由于这种材料通常适于将明显增大的压力施加于软部件20。在此情况下，与垫圈1的仅存在软部件20的区域相比，（横宽）质量分布在垫圈1的存在硬部件10和软部件20的位置具有增大的值。这意味着横宽质量分布是不均匀的，例如，它具有至少一个区域（对应于硬部件20所在的区域），其中质量（M）与相邻区域（不存在硬部件之处）相比增大例如至少25％。

与此相反，由单个部件构成的均匀现有技术垫圈具有由平的水平线限定的质量分布，即，均匀的横宽质量分布。

如上所述的不均匀横宽质量分布甚至有会如下情况下出现，即，硬部件10和软部件20具有相同密度，并且当在生产垫圈1过程中将硬部件10嵌入软部件20内时，软部件20在位于硬部件10上方和/或下方的区域内被预先压缩。不均匀的横宽质量分布可类似地在硬部件10和软部件20具有相同密度且垫圈1的厚度在硬部件10和软部件20均存在的区域处增大时出现。

类似于该（横宽）质量分布，与垫圈1的仅存在软部件20的区域相比，硬度分布在垫圈1的存在硬部件10和软部件20的位置具有增大的值。这是由于硬部件10的硬度比软部件20的硬度高。

在软部件20不具有用于容纳硬部件10的凹部的情况下，会在部件10、20彼此叠置时出现***。然而，当这些部件彼此附连时，施加压力（例如，用大拇指的指球）。所得的垫圈1的厚度在其整个宽度上大致恒定。由此，与垫圈1的仅存在软部件20的区域相比，垫圈1的密度及由此硬度在垫圈1的存在硬部件10和软部件20的位置处增大。即便在软部件和硬部件的初始材料具有相同硬度的情况下，也会造成了上述的硬度分布。

图13a到13d示出本发明垫圈1的横截面微观图，该垫圈起初被1MPa(图13a)、5MPa(图13b)、10MPa(图13c)和30MPa(图13d)的平均压力压于两个凸缘之间。图13a到13d中的垫圈1的软部件20包括四个ePTFE层，且硬部件10是圆形PTFE棒。如图13a到13d中可看到的，与图1中的硬部件10相反，图13a到13d中的硬部件10在压缩应力下变形，例如硬部件的厚度在30MPa的平均压力下减少了至少25％。

这意味着硬部件10起初为圆形，当增大压缩负载时，硬部件10略变形并变为椭圆形。由于当负载增大时硬部件10变形并变平，软部件20的高压缩区域沿垫圈1的宽度方向扩大。为此并且由于施加于软部件20的总应力随着硬部件10的厚度减小和其宽度加大而减小，可通过硬部件10的变形来避免对软部件20的破坏。

图13e示出本发明垫圈1的横截面微观图，该垫圈被30MPa的平均压力压于两个凸缘之间。图13e的垫圈1的软部件20包括仅两个ePTFE层20a、20b，且硬部件10是圆形PTFE棒。

上述垫圈可例如形成为在位成型式垫圈和/或形成为一体式垫圈。当垫圈在10MPa的平均表面压力和4MPa的内部气体压力下被压于两个凸缘101、102之间时，这些垫圈提供横跨垫圈1的宽度的小于0.1mg/(m*s)的氮气泄漏率。

硬部件10和软部件20能以多种方式构造成产生具有小负载密封和可顺应的密封面2、4的复合垫圈1。在如图1中所示的一个实施例中，硬部件10位于软部件20的两层20a、20b之间。在另一实施例中，设置两个或更多个硬部件10来产生多个分离的密封区域110（参见图8a到8d）。在一个实施例中，软部件20折叠在硬部件周围（参见图4b和4c）。软部件20可设有用于接纳硬部件10的凹部。在许多应用场合中，期望复合垫圈1具有均在最长尺寸处测量的、大于1:2、1:8、1:15或1:20的高宽比或者垫圈1的厚度除以垫圈1的宽度。

在一些实施例中，可期望硬部件10具有与复合垫圈1的横截面面积相比有效较小横截面面积。在一些实施例中，第一分离的部件10的横截面面积不大于复合垫圈1的横截面面积的10％、不大于20％或不大于40％。相似地，在一些实施例中，重要的是硬部件10的厚度与垫圈1的最大厚度相比不过高。在一些实施例中，期望的是硬部件10的厚度小于或等于垫圈1的总厚度的10％、25％或50％。

在一些实施例中，硬部件10的硬度和可压缩性选择成使硬部件10在垫圈1被在它所适用的应用中出现的负载压缩时不变形。在其它实施例中，硬部件10的硬度和可压缩性选择成硬部件10在这种负载下确实变形。在一些实施例中，第一相对较厚的可变形硬部件10与第二相对较薄和较少变形或不变形硬部件10的组合产生在较大的凸缘压力范围内的最佳性能。

在一些实施例中，硬部件10具有沿一个方向至少5MPa的拉伸强度值。硬部件10可制成多种厚度，诸如大于10μτ厚或大于2毫米或大于30毫米或0.5到50毫米之间厚，较佳地0.5到5毫米之间厚。

工作实例

接下来描述实施例。可以在图15a和15b的表格中找到实施例的进一步数据。在此针对按原样的隔膜给出隔膜（形成软部件）的硬度。在许多情况下，隔膜的硬度通过在垫圈制造期间压缩隔膜来增大，因而，在生产好的垫圈内的所得软部件的硬度可高于在图15a和15b的表格中给定的硬度值。类似地，“垫圈厚度”和“筋条/隔膜的厚度比”由按原样的垫圈部件的厚度得出，即，与在各部件进行组装（并略压缩）以形成垫圈之前的部件厚度有关。

硬度测量

根据采用肖氏A硬度计的ASTMD2240或ISO7619测量软部件的硬度。A型硬度计的探针是钢棒，该钢棒的直径在1.1毫米与1.4毫米之间，并具有截头的35°圆锥体，其中，在其0.79毫米直径的前端上具有平坦部。通过产生8.064N力的0.822kg的重量将A型的硬度计的探针压入试样。

基于在矩形试样上进行的硬度测量来估计垫圈的硬部件的硬度，这些矩形试样比垫圈的硬部件大，但具有相同的组分并以相同方式进行加工。

泄漏测试

基于代替DIN280901的EN13555:2005，垫圈的密封性能和泄漏特性作为泄漏测试中的工作实例在图14中示意示出的钢制凸缘测试夹具90上进行测试。在此测试方法中，凸缘的几何形状是根据EN10921DN200/PN10的，而将下凸缘92和上凸缘93压抵放置于这两个凸缘之间的垫圈1（如由箭头所指示）。借助作为测试气体的氮气在室温(23°C)下测量泄漏率。当垫圈1在不同负载下被压于上凸缘93和下凸缘92之间时，在4Mpa的气体压力下经由气体供给装置97向高压腔室（“主腔室”）94提供测试气体。从高压主腔室94经由测试垫圈1泄漏到低压辅助腔室95造成由密封件98密封的辅助腔室95内的压力增大（在测试开始时该压力处于环境水平）。该压力的增大与泄漏率成比例，并且借助压力测量装置96作为相对于环境压力的压差增量来测量。特定泄漏率的检测下限值为10^-4mg/(s·m)。上述测试方法需要恒定的温度。特定泄漏率L是每垫圈长度从高压腔室94到低压腔室95的气体流，并定义为：

L=(ρ_氮气·V₀·ΔΡ)/(d·π·Δt·P₀),

其中，L是特定泄漏率[mg/(m·s)]，ρ_氮气是氮气在环境条件下=1.25mg/cm³的密度，V₀是测试凸缘、即低压辅助腔室95内的体积，ΔΡ是在测试期间低压腔室95内的压力变化，d是意指垫圈直径，π=3.1416，Δt是建立ΔΡ的测试时间，而P₀是在测试开始时的大气压力（对应于测试开始时低压辅助腔室内的压力）。测试过程包括将上和下凸缘的负载提升到5MPa的垫圈应力。然后，将4MPa的氮气压力施加于高压腔室94。持续地测量和记录低压腔室95内的压力变化。一小时后，凸缘处的负载增大到10MPa、20MPa和30MPa的垫圈应力。在每个负载步骤中，测试泄漏一小时。Mpa的表面压力涉及初始的垫圈表面积。

顺应性测试

除了泄漏测试外，对实施例的垫圈中的一些进行顺应性测试。根据上述泄漏测试过程来测试顺应性，不同之处仅在于，在测试之前，在下凸缘92内沿盘状凸缘92的半径方向形成有0.5毫米深度和约20毫米宽度的凹槽。

测试过程包括将上和下凸缘上的负载提高到150N/mm的线力，这在30毫米的垫圈宽度的情况下对应于5MPa。然后，将氮气供给到具有4MPa的气体压力的高压腔室。持续地测量和记录低压腔室内的压力变化。一小时后，凸缘上的负载以150N/mm（在30毫米垫圈宽度下对应于5MPa）的步长增大到900N/mm的线力（在30毫米垫圈宽度下对应于30MPa），其中，在每个负载步骤中，测试泄漏一小时。

气泡测试

在对比性工作实例2和实例5的垫圈上实施在行业中已知为“气泡测试”的另一类型的稳定性测试。将垫圈安装在衬有玻璃的钢制凸缘(DN450/PN10)之间，这些钢制凸缘在垫圈的外周缘处由在凸缘之间延伸的12个夹具来压到垫圈上。首先，将螺栓（以交叉的次序，并以多步，且每步升高100Nm）拧紧到300Nm的最终转矩。最终，最后一次拧紧为300Nm。这是根据ASMEPCC1的标准螺栓拧紧过程。在30分钟的压紧时间后，以300Nm施加另一次重新拧紧。将1MPa的气压施加于由待测试的垫圈所密封的凸缘之间的内部腔室内。然后，用肥皂水溶液来喷洒凸缘和垫圈组件。通过沿垫圈的外直径对气泡进行视觉检查来检测泄漏。在相当大的尺寸泄漏的情况下，会出现肥皂泡。

确定垫圈的抗蠕变性的P_QR测试

根据EN13555:2005测试的垫圈参数P_QR描述了放松之后和之前的垫圈表面压力比，即，在位移控制模式下使用的并具有已知刚度的（压缩）压力机中进行松弛测试的残余负载和初始负载比。根据EN13555，分别在500kN/mm的凸缘刚度下并在150°C下进行测试。

工作实例1

根据本发明的ePTFE/PTFE复合垫圈如下制成：

由美国特拉华州纽华克市的W.L.戈尔及同仁有限公司（W.L.Gore&AssociatesInc.）获得具有30毫米宽度和3毫米厚度的系列300垫圈带的两片（形成垫圈的软部件）。按原样的垫圈带具有0.76g/cm³的密度和57的肖氏A硬度。

如在RobertW.Gore的美国专利第3,953,566号中教导的那样，PTFE的圆柱形棒或“筋条”（形成垫圈的硬部件）通过PTFE树脂的糊状挤出来制成。挤出物在对流炉中并在230°C下进行干燥。干燥的筋条的密度为1.63g/cm³。干燥筋条在380°C下烧结5分钟，从而产生2.55毫米直径和2.21g/cm³密度的棒。棒的拉伸强度在室温下测量为36.2MPa。棒的肖氏A硬度的值超过90，该值是在以与棒相同方式处理过的较大的矩形试样上测定的。

通过将烧结的相对较硬的筋条嵌入系列300垫圈带的相对较软两层的中间内来制成复合物。在系列300垫圈带的一层顶上涂覆一薄层的SprayMount（明尼苏达州圣保罗的3M公司），且烧结的筋条在带的全长上定位在垫圈带的中间位置。然后，将第二层堆叠于第一层的顶上，从而将筋条嵌入两层之间，而复合物借助喷雾粘结剂粘结在一起。借助大拇指的指球来施加压力，以获得强到足以在将复合垫圈安装在泄漏测试件90的DN200/PN10钢制凸缘上时防止层离的粘结。通过借助大拇指的指球施加压力来压缩系列300垫圈带，以使生产出的垫圈的软部件的肖氏A硬度高于如接受的系列300垫圈带的硬度。

根据上述测试方法来测试所得的复合垫圈的泄漏，且在图15a和15b中表格中报告结果，其中，可找到关于此工作实例的进一步数据。在10MPa凸缘压力下，泄漏测试的结果为L=0.4·10^-2mg/(s·m)的泄漏率。

对比工作实例2

由美国特拉华州纽华克市的W.L.戈尔及同仁有限公司获得具有30毫米宽度和3毫米厚度的系列300垫圈带的示例。

带式垫圈根据工作实例1中所述的相同过程来堆叠和连结，但不嵌入筋条，以形成对比垫圈。在10MPa的凸缘压力下，测得所得的泄漏率为L=1.72mg/(sm)，即，比实施例1的垫圈高430倍。

在下凸缘内具有0.5毫米深和约20毫米宽凹槽的情况下测试对比垫圈的顺应性，从而产生如下泄漏率：

对比垫圈并未通过在1Mpa气压下进行的气泡测试，这是因为在垫圈的外表面处出现了气泡。

工作实例3

基于在美国专利第3,953,566号中描述的方法来制造1.5毫米厚度的ePTFE隔膜。所得的隔膜（对应于垫圈的软部件）具有0.43g/cm³的密度。在室温下测定的拉伸强度为沿机器方向11.5MPa、沿横向为23.2MPa。按原样的4层堆叠体的肖氏A硬度为34。

该1.4毫米厚隔膜的四条带裂开，并切成30毫米宽和900毫米长度。采用SprayMount粘结剂（明尼苏达州圣保罗的3M公司）来粘结ePTFE隔膜的所得条带。通过借助大拇指的指球施加压力来加强粘结。在工作实例1的情况下如上讨论地，由此，ePTFE隔膜的硬度增大，因而，制备好的复合垫圈的软部件具有大于34的肖氏A硬度。所得的双层中的一层借助钝凿子在中间开槽，以提供凹槽用作筋条的引导部。

具有2.55毫米直径的、烧结成2.2g/cm³的全密度的挤出型PTFE用作筋条（垫圈的硬部件）。筋条基本上根据工作实例1中所述的方法来生产，并具有超过90的肖氏A硬度。

15毫米宽的双面粘性带敷加在带凹槽的隔膜堆叠体的中间内。筋条沿层叠的隔膜条带的长度放置于凹槽内，粘性带使筋条固定在正确位置。双面粘性带具有两个功能：(i)粘性带将筋条粘结于下面2层隔膜堆叠体以及(ii)它提供粘性层来将第二个2层隔膜堆叠体连结于第一堆叠体的顶上，而筋条在两堆叠体之间。借助手的指球来施加压力产生平坦的垫圈带，而筋条嵌入隔膜堆叠体的中间内。

所得的复合垫圈在有软部件、而没有硬部件的区域处具有45的肖氏A硬度，而在有软部件和硬部件的区域处具有56的肖氏A硬度。

根据上述测试的泄漏测试在10MPa下显示有L=0.01mg/(s·m)的泄漏率。

工作实例4

基本上根据工作实例3中所述的方法来生产ePTFE/PTFE复合垫圈。

如在工作实例3中所述地采用烧结的PTFE筋条来堆叠和连结四层1.5毫米厚的隔膜，该PTFE筋条的直径为3.0毫米、密度为2.1g/cm³，肖氏A硬度大于90，且拉伸强度为52.5MPa。在10MPa下，所得的泄漏率为L=8.5·10^-3mg/(s·m)。

工作实例5

如在工作实例3中所述地采用烧结的PTFE筋条来堆叠和连结四层1.5毫米厚的隔膜，该PTFE筋条的直径为1.8毫米、密度为2.2g/cm³，肖氏A硬度大于90，且拉伸强度为30.2MPa。在10MPa下，泄漏测试产生泄漏率L=1.3·10^-2mg/(s·m)。顺应性测试的结果是泄漏率为L_5MPa7.7·10^-2mg/(s·m)。垫圈在1Mpa下通过了气泡测试，不形成任何气泡。

工作实例6

如在工作实例3中所述地采用烧结的PTFE筋条来堆叠和连结四层1.5毫米厚的隔膜，PTFE筋条的直径为1.0毫米，密度为2.1g/cm³。可由美国新泽西州力登公司的的零件号0000046568购得肖氏A硬度大于90且拉伸强度为46.9MPa的筋条。在筋条位于层2和层3中间的4层复合物上实施的泄漏测试在10Mpa下产生泄漏率为L=1.7·10^-2mg/(s·m)。

工作实例7

筋条由1.85毫米直径的挤出物得到。筋条在300°C下以2:1的比率膨胀，从而形成0.9g/cm³的密度和1.8毫米的直径。所得的筋条具有46的预计肖氏A硬度。如工作实例3中所述，使四层这种隔膜进行堆叠和连结，且筋条在复合物的中心内。在10Mpa下测得泄漏率为L=6.0·10^-2mg/(s·m)。

工作实例8

如工作实例3中所述，使四层1.5毫米厚的隔膜进行堆叠和连结。由较厚的、密度为1.06g/cm³的单轴向膨胀型隔膜得到矩形ePTFE棒，该隔膜是基于美国专利第3,953,566号中所述的方法来制成的。由带切出正方形棒，其边长为2.5毫米，即2.5毫米宽和2.5毫米厚。正方形棒的肖氏A硬度为74。正方形棒在层2和3之间的4层复合物的泄漏率在10Mpa下测得为L=4.8·l0^-2mg/(s·m)。

工作实例9

如工作实例3中所述，使四层1.5毫米厚的隔膜进行堆叠和连结。筋条是可购得的聚酰胺6线（德国利普施达特市康科德（Conacord）的）。PA6细丝的拉伸强度测试显示527MPa的最大应力。细丝的肖氏A硬度大于100。如工作实例3中所述，直径为0.7毫米的筋条嵌入4层较厚的ePTFE隔膜的堆叠体内的中间两层之间。在10MPa下测试的泄漏率为L=0.15mg/(s·m)，在20MPa下为2.0·10^-3mg/(s·m)。

工作实例10

通过将ePTFE层与设置在其中心内的烧结的PTFE筋条缝起来而生产出无粘性ePTFE/PTFE复合垫圈带。

如生产工作实例3的垫圈时所用的那样，这些ePTFE层均为1.5毫米厚的ePTFE隔膜的单层。

较厚的ePTFE隔膜根据美国专利第3,953,566号中所述的方法来制造。所得隔膜具有1.3毫米的厚度以及0.5g/cm³的密度。将30毫米宽的四卷隔膜切开，并卷绕有15米的总长。四条隔膜带借助可由W.L.戈尔及同仁公司购得的缝线型TR来彼此堆叠和纵向缝合。工业缝合机（东京重机工业有限公司（TOKYOJUKIINDUSTRIALCO.,LTD）的JUKIDLN5410M7）与每厘米施加3针（针距3.0到3.5直针）的圆头针（尺寸80）一起使用。在离堆叠体的一条边缘11毫米的距离处形成第一缝线，以将四层隔膜缝在一起。然后，直径为1.5毫米、密度为2.2g/cm³且肖氏A硬度大于90的烧结的筋条嵌入4层堆叠体的内层之间并接近于第一缝线。在离隔膜的另一边缘约11毫米的距离处产生第二缝线，由此将筋条包围在层2和3之间，并包围在将4层隔膜层保持在一起的两条缝线之间。

泄漏测试在5Mpa下显示泄漏率为L=6.2·10^-2mg/(s·m)，在10MPa下L=1.4·10^-2mg/(s·m)，而在20MPa下L=2.5·10^-3mg/(s·m)。

工作实例11

根据工作实例10独立制成的第二试样的泄漏测试示出相似的结果：在5Mpa下泄漏率为L=3.0·10^-2mg/(s·m)，在10MPa下L=9.1·10^-3mg/(s·m)，而在20MPa下L=2.4·10^-3mg/(s·m)。

工作实例12

如由Minor在美国专利申请US6,485,809中所述，约30μm厚度的ePTFE隔膜卷绕在芯轴周围。在卷绕110次之后，采用横向进给将直径1.3毫米的烧结的PTFE筋条螺旋形地卷绕在表面上。筋条各绕之间的螺距为30毫米。然后，ePTFE隔膜的附加层110卷绕到具有筋条的隔膜堆叠体顶上。然后，具有嵌入的PTFE筋条的微孔膨胀型PTFE层固定在芯轴的端部处，以抵抗材料在升高温度下缩回的趋势。卷绕层捆在固定到芯轴时在熔炉内、370°C下烧结2小时，以将各层连结在一起。在冷却之后，从芯轴随筋条螺旋形地切出多层ePTFE隔膜带，由此形成在复合物中心内具有较密的烧结筋条的连续带式垫圈。生产出的垫圈的软部件的肖氏A硬度为51。垫圈的硬部件的肖氏A硬度为90以上，该硬度借助以与1.3毫米直径的筋条相同方式处理的矩形试样来测得。

所得的复合垫圈在有软部件但没有硬部件的区域处具有51的肖氏A硬度，而在有软部件和硬部件的区域处具有54的肖氏A硬度。如上所述，垫圈的软部件的肖氏A硬度由于在生产垫圈过程中压缩软部件而略高于按原样的ePTFE隔膜的肖氏A硬度。

泄漏测试显示在5Mpa下泄漏率为L=8.4·10^-1mg/(s·m)，在10MPa下1.1·10^-2mg/(s·m)，而在20MPa下L=2.8·10^-3mg/(s·m)。

工作实例13

如工作实例3中所述，四层1.5毫米厚的隔膜堆叠和连结。筋条是可由美国特拉华州威尔明顿的杜邦高性能弹性体公司购得的含氟弹性体。如工作实例3中所述，将直径2毫米、密度1.8g/cm³且肖氏A硬度为75的筋条嵌入在4层较厚ePTFE隔膜的堆叠体内的中间两层之间。泄漏测试在5Mpa下得到的泄漏率为L=3.1·10^-1mg/(s·m)，在10MPa下L=1.1·10^-2mg/(s·m)，而在20MPa下L=3.2·10^-3mg/(s·m)。

工作实例14

如工作实例3中所述，使四层1.5毫米厚的隔膜进行堆叠和连结。筋条是可由德国纽伦堡的泰勒有限公司购得的硅酮筋条，该筋条直径为2毫米、密度为1.1g/cm³，且肖氏A硬度为60。如工作实例3中所述，将筋条嵌入4层较厚的ePTFE隔膜的堆叠体内的中间两层之间。在泄漏测试期间，筋条受到部分地损坏。泄漏测试在5Mpa下得到的泄漏率为L=6.6·10^-1mg/(s·m)，在10MPa下L=8·10^-2mg/(s·m)，而在20MPa下L=3.9·10^-3mg/(s·m)。

工作实例15

如工作实例3中所述，使四层1.5毫米厚的隔膜进行堆叠和连结。筋条是可由德国纽伦堡的泰勒有限公司购得的聚氨基甲酸乙酯筋条，该筋条直径为1毫米、密度为1.15g/cm³，且肖氏A硬度为85。如工作实例3中所述，将筋条嵌入4层较厚的ePTFE隔膜的堆叠体内的中间两层之间。在10MPa下泄漏率为L=1.14·10^-1mg/(s·m)，在20MPa下为L=3.02·10^-3mg/(s·m)。

工作实例16

如工作实例3中所述，使四层1.5毫米厚的隔膜进行堆叠和连结。筋条是可由美国宾夕法尼亚州南安普敦的工业公司购得的PTFE管，该管具有1.6毫米的外径和0.8毫米的内径。管壁具有2.17g/cm³的密度，进而使填充有空气的管的平均密度为1.7g/cm³。即使在比对应的全密度筋条小的应力下压缩该管，管的肖氏A硬度也在90以上。如工作实例3中所述，该管嵌入4层较厚的ePTFE隔膜的堆叠体内的中间两层之间。在5Mpa下泄漏率为L=L=2.6·10^-1mg/(s·m)，在10MPa下L=1.6·10^-2mg/(s·m)，而在20MPa下L=3.0·10^-3mg/(s·m)。

工作实例17

如工作实例3中所述，使四层1.5毫米厚的隔膜进行堆叠和连结。将硬度为100肖氏A以上且密度为9g/cm³的1.35毫米直径的铜线嵌入如工作实例3中所述由四层构成的隔膜的中间两层之间。

在5Mpa下泄漏率为L=2.1·10^-2mg/(s·m)，在10MPa下L=1.0·10^-2mg/(s·m)，而在20MPa下L=3.9·10^-3mg/(s·m)。顺应性测试得到的泄漏率为L_5MPa=2.59·10^-2mg/(s·m)。

工作实例18

如工作实例3中所述，使四层1.5毫米厚的隔膜进行堆叠和连结。由1毫米厚的挤出带得到矩形PTFE棒，该挤压带基于美国专利第3,953,566号中所述的方法制成。使2.8毫米宽度和0.7厚度的条带裂开，然后干燥，并在350°C下烧结5分钟。烧结的棒的密度为2.2g/cm³，而肖氏A硬度的值超过90。

在5MPa下泄漏率为L=2.5·l0^-1mg/(s·m)，在20MPa下为L=1.4·10^-2mg/(s·m)。

工作实例19

如工作实例3中所述，使四层1.5毫米厚的隔膜进行堆叠和连结。由1毫米厚的挤压带得到矩形PTFE棒，该挤压带基于美国专利第3,953,566号中所述的方法制成。将5.5毫米宽的条带和3毫米宽的另一条带切开，并堆叠于彼此之上，从而产生2毫米总厚度的台阶状轮廓，即，具有5.5毫米宽度和1毫米厚度的基部以及从该基部延伸的具有3毫米宽度和1毫米厚度的突出部。将堆叠物在350°C下干燥和烧结5分钟。烧结的棒的密度为2.2g/cm³，而肖氏A硬度的值超过90。

在5MPa下泄漏率为L=6.3·10^-2mg/(s·m)，在10MPa下为L=7.4·10^-3mg/(s·m)。

Claims

1.一种垫圈(1)，所述垫圈在两个密封面(2,4)之间具有厚度，并还具有一长度和一宽度，所述宽度是所述厚度的至少1.5倍，所述垫圈(1)包括第一分离的部件(10)和第二分离的部件(20)，所述第一分离的部件和第二分离的部件沿所述垫圈(1)的所述长度延伸，而所述第二分离的部件(20)相对于所述第一分离的部件(10)设置成使所述第一分离的部件(10)与所述两个密封面(2,4)中的至少一个密封面分开，其中

所述第一分离的部件(10)沿所述垫圈(1)的至少所述宽度方向基本上不透气体和液体，并且沿所述垫圈(1)的所述厚度方向相对较硬，

所述第二分离的部件(20)沿所述垫圈(1)的所述厚度方向相对较软并可压缩，相对较软的第二分离的部件(20)沿厚度方向的硬度小于相对较硬的第一分离的部件(10)沿所述厚度方向的硬度，以及

所述第一分离的部件(10)或所述第一分离的部件的、与其平均厚度相比厚度增大的部段(11)沿所述垫圈(1)的长度延伸，并且具有比所述第二分离的部件(20)的宽度的50％小的宽度；当以10MPa的平均压力在所述垫圈(1)的整个宽度上压缩所述垫圈、以使所述第二分离的部件(20)在所述第二部件使所述第一分离的部件(10)与密封面(2，4)分开的区域(110)内被高度压缩时，与没有所述第一分离的部件(10)或其厚度增大的部段(11)的相邻区域相比，所述第二分离的部件(20)在高压缩区域(110)内的密度增大至少1.25倍。

2.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)或其厚度增大的部段(11)的宽度小于所述第二分离的部件(20)的宽度的30％。

3.如权利要求1或2所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)或其厚度增大的部段(11)的厚度小于所述第二分离的部件(20)的厚度的80％并大于所述第二分离的部件(20)的厚度的5％。

4.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)的肖氏A硬度比所述第二分离的部件(20)的肖氏A硬度大至少1.1倍。

5.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)的肖氏A硬度比所述第二分离的部件(20)的肖氏A硬度大范围从1.1到3倍。

6.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)的肖氏A硬度为60肖氏A或更大。

7.如权利要求6所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)的肖氏A硬度在60到100的肖氏A范围内。

8.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第二分离的部件(20)的肖氏A硬度为80肖氏A或更小。

9.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第二分离的部件(20)的肖氏A硬度在30到70的肖氏A范围内。

10.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)的密度是其理论密度的至少50％。

11.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)是不可压缩的。

12.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)的密度比所述第二分离的部件(20)的密度大至少1.25倍。

13.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)的密度比所述第二分离的部件(20)的密度大的范围在1.5到6倍。

14.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，与没有所述第一分离的部件(10)或其厚度增大的部段(11)的相邻区域相比，沿所述垫圈的宽度方向的质量分布在所述第二分离的部件(20)使所述第一分离的部件(10)与密封面(2，4)分开的区域内增大。

15.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，在凸缘刚度为500kN/mm、初始表面压力为30MPa和室温(23℃)下，所述第二分离的部件(20)的根据EN13555:2005的P_QR值为至少0.4。

16.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，在凸缘刚度为500kN/mm、初始表面压力为30MPa和150℃的温度下，所述第二分离的部件(20)的根据EN13555:2005的P_QR值为至少0.2。

17.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)包括聚合物材料。

18.如权利要求17所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)的聚合物材料选自以下组：聚酰胺，聚酰亚胺，聚醚酰亚胺，聚醚醚酮，聚醚砜，液晶聚合物，超高分子量聚乙烯，聚氨基甲酸乙酯，聚氨酯，橡胶，EPDM和硅酮。

19.如权利要求17所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)包括含氟聚合物材料，所述含氟聚合物材料包括全氟聚合物、含氟弹性体和全氟弹性体中至少一种。

20.如权利要求19所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)的含氟聚合物材料的密度为理论密度的35％。

21.如权利要求19或20所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)包括膨胀型含氟聚合物。

22.如权利要求21所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)包括浸润的膨胀型含氟聚合物。

23.如权利要求19所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)包括PTFE。

24.如权利要求23所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)包括糊状挤出的PTFE。

25.如权利要求23所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)包括烧结的PTFE或膨胀型PTFE。

26.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)包括金属。

27.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第二分离的部件(20)包括聚合物材料。

28.如权利要求27所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第二分离的部件(20)包括含氟聚合物材料。

29.如权利要求28所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)和所述第二分离的部件(20)包括含氟聚合物材料。

30.如权利要求28或29所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第二分离的部件(20)的含氟聚合物材料为至多1g/cm³。

31.如权利要求28所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第二分离的部件(20)包括膨胀型含氟聚合物。

32.如权利要求31所述的垫圈(1)，其特征在于，所述膨胀型含氟聚合物双轴向膨胀。

33.如权利要求31所述的垫圈(1)，其特征在于，所述膨胀型含氟聚合物被烧结。

34.如权利要求31所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第二分离的部件(20)包括所述膨胀型含氟聚合物的多个叠置隔膜，所述多个叠置隔膜一起形成膨胀型含氟聚合物层。

35.如权利要求34所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第二分离的部件(20)包括所述膨胀型含氟聚合物的所述隔膜中的100个或更多个。

36.如权利要求28所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第二分离的部件(20)包括聚四氟乙烯(PTFE)或膨胀型聚四氟乙烯(ePTFE)。

37.如权利要求36所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第二分离的部件(20)包括所述ePTFE的多个叠置隔膜，所述多个叠置隔膜一起形成ePTFE层。

38.如权利要求37所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第二分离的部件(20)包括所述ePTFE的所述隔膜中的100个或更多个。

39.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第二分离的部件(20)至少在所述垫圈(1)的整个长度的一部分上延伸过所述垫圈(1)的整个宽度。

40.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述垫圈(1)的宽度沿所述垫圈(1)的整个长度恒定。

41.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述垫圈(1)的宽度是所述垫圈(1)的厚度的1.5倍。

42.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述垫圈(1)的厚度在所述垫圈(1)的整个宽度上恒定。

43.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)具有圆形的横截面区域。

44.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)具有椭圆形的横截面区域。

45.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)具有矩形的横截面区域。

46.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)具有多边形的横截面区域。

47.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)具有带有基部和至少一个突出部的横截面，所述基部具有一厚度和一宽度，所述宽度大于所述厚度，而所述至少一个突出部从所述基部沿厚度方向向上或向下或者既向上又向下延伸，所述第一分离的部件(10)的突出部的宽度小于所述基部的宽度。

48.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)具有中空的横截面。

49.如权利要求48所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)具有圆管形的横截面。

50.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)由具有闭孔结构的多孔材料制成。

51.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第二分离的部件(20)包括至少一条切割线(21)，所述至少一条切割线从外侧延伸到所述第二分离的部件(20)内并在所述垫圈(1)的长度的至少一部分上延伸，所述第一分离的部件(10)嵌入所述切割线(21)内。

52.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第二分离的部件(20)折叠到本身上，以形成折叠部，而所述第一分离的部件(10)嵌入到所述折叠部内。

53.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第二分离的部件(20)包括至少两层(20a,20b,20c,20d)，而所述第一分离的部件(10)嵌入到所述第二分离的部件(20)的所述层(20a,20b,20c,20d)之间。

54.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第二分离的部件(20)包括由单轴向或双轴向膨胀隔膜的堆叠体构成的至少一层，膨胀的方向与所述垫圈(1)的长度和宽度方向不同。

55.如权利要求52所述的垫圈(1)，其特征在于，所述垫圈(1)包括至少一条缝合线(7，8)，所述缝合线经过第二分离的部件(20)的至少两层(20b,20c)并沿所述垫圈(1)的长度的至少一部分延伸。

56.如权利要求55所述的垫圈(1)，其特征在于，所述垫圈(1)包括至少一条第一和第二缝合线(7，8)，所述第一和第二缝合线经所述第二分离的部件(20)的至少两层(20b,20c)并沿所述垫圈(1)的长度的至少一部分延伸，所述第一分离的部件(10)在第一和第二缝合线(7，8)之间嵌入到所述第二分离的部件(20)的所述至少两层(20b,20c)之间。

57.如权利要求55所述的垫圈(1)，其特征在于，所述缝合线(7,8)包括PTFE纤维。

58.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述垫圈(1)包括使所述第一分离的部件(10)连接到所述第二分离的部件(20)的粘合剂。

59.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述垫圈(1)包括设置在两个密封面(2，4)中的一个或两个上的一个或多个不渗透层(30a,30b)。

60.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述垫圈(1)包括两个侧面(3，5)和一个或多个不渗透层(30c,30d)，所述两个侧面在所述垫圈(1)的所述密封面(2，4)之间延伸，而所述不渗透层设置在所述两个侧面(3，5)中的一个或两个上。

61.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述垫圈(1)包括至少一个其它部件(40)，所述其它部件(40)的硬度小于相对较硬的第一分离的部件(10)的硬度。

62.如权利要求61所述的垫圈(1)，其特征在于，所述其它部件(40)至少沿所述垫圈(1)的整个长度的一部分在所述垫圈(1)的整个宽度上延伸。

63.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)包括内分离的元件(10a)和设置在所述内分离的元件(10a)周围的外分离的元件(10b)。

64.如权利要求63所述的垫圈(1)，其特征在于，所述内分离的元件(10a)和所述外分离的元件(10b)包括含氟聚合物。

65.如权利要求63所述的垫圈(1)，其特征在于，所述内分离的元件(10a)由金属制成。

66.如权利要求63所述的垫圈(1)，其特征在于，所述外分离的元件(10b)的硬度小于所述内分离的元件(10a)的硬度。

67.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述垫圈(1)包括两个或更多个第一分离的部件(10,10',10")。

68.如权利要求67所述的垫圈(1)，其特征在于，所述两个或更多个第一分离的部件(10,10',10")具有不同的横截面和/或不同尺寸和/或不同硬度和/或不同可压缩性。

69.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述垫圈(1)形成为在位成型的垫圈(1)。

70.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述垫圈(1)形成为单体式垫圈(1)。

71.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述垫圈(1)是由板材切出的垫圈(1)。

72.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，所述垫圈是环形垫圈。

73.如权利要求1所述的垫圈(1)，其特征在于，在所述垫圈(1)的宽度上的氮气泄漏率小于0.1mg/(m·s)，所述氮气泄漏率是根据EN13555、针对以10MPa的平均表面压力被压于两个凸缘(101，102)之间时的垫圈(1)所确定的。

74.如权利要求19所述的垫圈(1)，其特征在于，所述第一分离的部件(10)包括膨胀型PTFE。

75.一种包括设置在两个凸缘(101，102)之间的、如前述权利要求中任一项所述的垫圈(1)的结构。