CN114651145A - 用于低压和无压应用的轻质密封垫圈 - Google Patents

用于低压和无压应用的轻质密封垫圈 Download PDF

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Abstract

示出了一种管道密封垫圈，该管道密封垫圈设计成被容纳在设置在塑料管道区段的接收式扩口端部内的座圈内，该接收式扩口端部与匹配的***式管道端部组装在一起以形成塑料管道接头。垫圈由硬塑料带以及两个分开的弹性体部分组成，其中硬塑料带具有外周表面和内周表面。第一分开的弹性体部分形成围绕硬塑料带的外周表面的外环。第二分开的弹性体部分形成围绕硬塑料带的内周表面的内唇缘。在垫圈模制操作期间，两个分开的弹性体部分通过一系列间隔开的肋部相连接，这些肋部形成以间隔开的间隔连接第一分开的弹性体部分和第二分开的弹性体部分的弹性体连续本体。

Description

用于低压和无压应用的轻质密封垫圈
技术领域
本发明总体上涉及用于塑料管线中的管道接头的密封垫圈和密封***，其中，***式插头管道区段安装在匹配的接收式插座管道区段内以形成管道接头，本发明还涉及一种用于制造这种垫圈的方法，该垫圈具有特别适合于低压或无压应用(例如下水管线)的简约轻质设计。
背景技术
用于塑料流体输送管道的流体密封***被用在各种工业中。在这种***中使用的管道通常由包含聚烯烃和PVC的热塑性材料制成。在形成管道区段之间的接头的过程中，***式或插头管道端部插嵌在接收式或插座管道端部内。环状的弹性体环或垫圈通常位于形成在热塑性管道的插座端部中的凹槽内。当插头插嵌插座内时，垫圈为接头提供主要密封能力。已经采用了不同类型的密封技术来确保管道接头的密封完整性。重要的是，密封垫圈在组成接头期间不会脱落，并且垫圈在现场应用中不会扭曲或以其他方式受损。
先前的垫圈密封***是已知的，其中均匀的橡胶垫圈总体上是可变形的，以允许用手折区或弯曲从而具有反向曲率，并且该橡胶垫圈插嵌在形成在接收式扩口管道端部中的匹配的内部座圈内。在管道制造场所使用可折叠的心轴扩口工具来预成形接收式管道扩口端部中的座圈。试图确保这种管道接头的完整性的现有技术涉及使用这样的管道垫圈，该管道垫圈具有由可弹性屈服的密封材料(诸如橡胶)制成的第一明显本体区域，该第一明显本体区域结合至由更刚性的材料(诸如刚性塑料)制成的第二明显本体区域。目的是垫圈的刚性本体区域有助于使垫圈在管道凹槽内保持在位。解决这个问题的其他方法包括使用具有加强带的均匀橡胶环，该加强带插嵌设置在橡胶环的内直径上的匹配的凹槽中。
在1970年代早期，挪威卑尔根市的Rieber&Son公司就开发了一种在工业上称为“Rieber接头”的新技术。该Rieber***采用模具元件和密封环的组合，以用于密封在由热塑性材料制成的两个配合的管道的插座端部和插头端部之间的接头。在Rieber工艺中，在形成接收式的或扩口端部的同时，将弹性体垫圈安装在位于管道的接收式插座端部中的内部凹槽内。在扩口操作期间，Rieber工艺提供了预加应力并锚固的弹性体垫圈而不是利用预成形的凹槽。因为垫圈在扩口管道端部形成的同时安装，可以供应嵌入的刚性增强环来作为垫圈的一部分。由于管道凹槽在某种意义上围绕垫圈及嵌入其的增强环形成，该垫圈被牢固地保持在位并且不倾向于扭曲或翻转或以其他方式允许杂质进入接头的密封区域，因此增加了该接头的可靠性并且降低了泄漏或由于磨损而可能失效的风险。在以下授权的美国专利中进行了描述Rieber工艺：。美国专利第4,120,521号；第4,061,459号；第4,030,872号；第3,965,715号；第3,929,958号；第3,887,992号；第3,884,612号和第3,776,682号。
尽管Rieber工艺提供了进展，但扩口操作有些复杂且昂贵。此外，存在某些这样的情况，其中希望在现场或制造工厂手动地安装垫圈，或者在选择的管道端部中的预成型的座圈内移除一个垫圈并且重新安装另一个垫圈，而不是利用一体安装的垫圈，在一体安装的垫圈中，管道中的凹槽围绕垫圈形成。因此，在一些例子中，可能希望具有可以通过将垫圈简单地弯曲并安装在管道座圈中以用手安装的垫圈。
因此，本发明的一个目的是提供一种改进的垫圈，该垫圈牢固地保持在预成型的管道凹槽内，而无需分开的保持带。
本发明的另一目的是提供这样的密封垫圈，该密封垫圈具有以下属性：允许在现场组装期间在低压或无压状态下密封该密封垫圈而无需扭曲、挤压或移位，并且该密封垫圈还可以用手安装在塑料管道的扩口座圈中。
本发明的另一目的是提供一种塑料/橡胶种类的改进的密封垫圈，该密封垫圈在使所使用的橡胶材料的量最小化的同时优化垫圈与管道扩口座圈以及与接合管道的插头端部的密封表面接触。例如，在PP-TPE垫圈的情况下，目标将是最小化所使用的TPE的量，同时通过使用更多的PP来补偿。
本发明的另一目的是提供这样的PP-TPE类型的密封垫圈，该密封垫圈中TPE体积所占的比率小于50％。
发明内容
本发明的密封垫圈满足橡胶/塑料垫圈设计的前述目的，该橡胶/塑料垫圈设计成尤其用于在低压或无压应用(诸如下水管线)中的密封PVC管道，其中可以有利地使用其简约且轻质的设计。本发明的优选垫圈包括环形的硬塑料带，该环形的硬塑料料带例如由适合的聚烯烃(例如，聚丙烯(PP))制成。硬塑料带支撑两个分开的橡胶或热塑性弹性体(即，TPE，优选TPV)密封区域，这些区域组成外环和内唇缘。设计的主要目的是减少所需的TPV的量，并通过使用更多的PP来进行补偿。在特别优选的形式中，本发明的密封垫圈包含按体积计约55％的PP和45％的TPV。特征是具有外密封环、内密封唇缘和一种塑料的杯状带的独特设计还固有地实现最小化所使用的TPV的总体积的目的。
如将更全面描述的，细长PP本体支撑两个TPE部件(环和唇缘)，从而提供大部分的必要的硬度以形成抵靠密封表面的足够的接触压力。外环被选择性地设定尺寸以提供作为密封本体的适当功能。在组成接头期间，密封垫圈的外直径上的接触压力来自环压缩(由于干涉)以及来自PP本体的压缩和弯曲。外环与内唇缘部件有效地吸收所有接头尺寸变化。在内直径的情况下，接触压力的主要来源来自唇缘受拉伸而产生的周向应力。
在大多数密封件中，不存在从外密封表面通过软质材料到内密封表面直接压缩线。在本发明的设计中，内部PP弯曲应力成为通过密封传递反作用力的手段。通过用手弯曲垫圈，垫圈可以容易地安装在塑料管道的预成形座圈中。安装简易性和密封性能通过在PP材料性质或本体几何形状上做出轻微改变来调节，以满足要求和标准。当施加液体静压力时，V形密封件的形状促进自赋能行为。
使用独特的模制操作来注射模制本发明的密封垫圈。TPV注射在PP插嵌件上，从密封轴线通过两个浇口到内唇缘中。TPV的外环注射通过位于密封件的外周表面上的多个肋部进行，这些肋部保持结合到成品产品中。在成品产品中，这些肋部或流道用作缓冲部，该缓冲部有助于侧向地密封配合到管道座圈凹槽中而需要较少材料。
在特别优选的形式中，示出了这样的管道密封垫圈，该管道密封垫圈设计成用于容纳在设置在热塑性管道的接收式扩口插座端部内的座圈内，该接收式扩口插座端部具有一给定的内直径，该内直径设计成用于容纳匹配的***式热塑性管道端部的给定的外直径以形成管道接头。垫圈由具有外周表面和内周表面的环形的硬塑料带构成。带具有两个分开的弹性体部分，第一分开的弹性体部分形成围绕硬塑料带的外周表面的外环，并且第二分开的弹性体部分形成围绕硬塑料带的内周表面的内唇缘。这两个分开的弹性体部分通过一系列间隔开的肋部相连接，这些肋部形成围绕该带以间隔开的间隔连接第一分开的弹性体部分和第二分开的弹性体部分的弹性体连续本体。
硬塑料环形本体部分与其支撑的弹性体的外环部分和内弹性体唇缘一起形成V形轮廓的截面，当液体静压力施加至管道接头时，V形自身起到促进自赋能行为的作用。硬塑料带支撑弹性体的外环和弹性体的内唇缘两者，从而提供充足的硬度以在组成管道接头时在外环与管道的扩口插座端部的座圈之间以及在内唇缘与匹配的***式管道端部之间形成接触压力。
本发明优选垫圈的弹性体的外环部分具有外环表面，该外环表面被选择性地设定尺寸以用作密封本体，由此该弹性体的外环部分在外环表面上与管道扩口端部的接触压力来自由于与管道扩口端部的干涉而产生的环弯曲和压缩以及来自聚烯烃本体的弯曲。如所解释的，这些弹性体的外环和内唇缘部分被选择性地设定尺寸以吸收管道***式和接收式构件中的任何尺寸变化。换言之，外环吸收座圈ID的变化。剩余的尺寸变化(诸如插头OD、接头未对准和偏转以及扩口的端部ID(影响接头未对准))由内唇缘吸收。在弹性体内唇缘部分的情况下，接触压力的主要来源来自在组成管道接头时由匹配的***式管道端部使唇缘受拉伸而产生的周向应力。
本发明的垫圈还具有将它们与现有技术的垫圈区分开的独特特征。不存在从垫圈的弹性体的外环部分通过软质材料到弹性体的内唇缘部分的直接压缩线的事实(在大多数密封垫圈中的情况下存在直接压缩线)是本发明的垫圈设计中的一个明显差异。本发明的垫圈更加依赖于硬塑料带的内部弯曲应力，该内部弯曲应力成为通过密封向弹性体的外环部分和弹性体的内唇缘部分传递反作用力的手段。
还示出了用于形成具有先前描述的特征的管道密封垫圈的制造方法。最简单形式的方法包括以下步骤：
提供具有上半部和下半部的注射模具，下半部具有橡胶模具型腔；
将硬塑料带放置在橡胶模具型腔内，硬塑料带具有内周表面和外周表面；
将橡胶注射模具中，使得橡胶在硬塑料带的两侧上流动，由此产生外座圈密封表面和内插头密封表面，除了在硬塑料带上位于间隔开的多个周向位置处的一系列间隔开的肋部之外，这两个表面彼此分开，这些肋部用于促进橡胶在PP带上的流动以形成这两个分开的垫圈密封表面。
另外的目的、特征以及优点在以下书面说明中将是显而易见的。
附图说明
图1是被部分地剖开的塑料管道的区段的端部视图并且示出了扩口端部和座圈，本发明的垫圈在座圈中在位，***式管道区段定位成用于插嵌到扩口部中。
图2是图1的密封垫圈的立体图，示出了在制造过程中形成的肋部，该肋部是在制造过程期间用于注射橡胶的特有流型的主要部分。
图3是在图2中所示的一个肋部的位置处截取的本发明的垫圈的截面图。
图4A示出了组成管道接头的开始步骤，其中***式管道端部刚开始与图2的密封垫圈接触。
图4B是类似于图4A的视图，但是示出了组成后的管道接头。
图5A是用于制造本发明的密封垫圈的过程中的第一步骤的简化图示，示出了在模具的下半部中在位的硬塑料带。
图5B示出了制造过程中的下一步骤，其中，模具的上半部在位并且TPV材料被引入到模具型腔中。
图5C示出了模具型腔，其中未示出模具上半部的一些部分，并且示出了TPV材料通过模具型腔流动的初始方向。
图5D是图5C的视图的后续，示出了TPV材料通过模具型腔的肋部并围绕PP插嵌件的顶部流动以形成垫圈的外部密封部分的一部分。
图5E是图5D的视图的后续，示出了TPV材料在模具中的相对移动方向。
图5F示出了模具型腔的上半部升高并且从模具型腔移除本发明的成品垫圈。
图6是由橡胶/硬塑料材料制成的现有技术垫圈的立体图。
图7是图6的现有技术垫圈的截面图。
具体实施方式
参考在附图中示出并在以下详细描述的非限制性实例来更全面地解释本文描述的本发明及其各种特征和有利细节。省略众所周知的部件和过程以及制造技术的描述，以便不会不必要地模糊本发明的工作。本文中使用的实例仅旨在帮助理解可以实践本发明的方式，并且进一步使得本领域技术人员能够实践本发明。因此，实施例不应被解释为限制所要求保护的发明的范围。
现在转到图1，示出了体现本发明的有利特征的管道密封垫圈11。该垫圈11被示出为安装在座圈13内，该座圈设置在热塑性管道17的接收式管道区段的扩口端部15内。接收式管道区段17可以由各种可商购的热塑性材料(诸如包括聚乙烯和聚丙烯的聚烯烃族以及聚氯乙烯和类似材料，最通常是PVC)中的任一种制成。这种一般类型的热塑性管道被用在包括水、污水和化学工业在内的多种工业领域中。热塑性管道区段的扩口端部15具有口部开口19，该口部开口可与匹配的***式管道区段25的插头端部23接合以形成管道接头。容纳垫圈的座圈13已经在管道制造场所如通过使用可折叠的心轴扩口工具预成形在口部开口19中。本发明的垫圈是足够具有柔性的，以便用手或者通过使用自动安装设备安装在座圈13中。
参考现有技术的相同的一般类型的垫圈，也许可以最好地理解本发明的垫圈设计的某些优点。图6和图7示出了一种总体上由27表示的常见设计。在图6中示出了现有技术的垫圈的轮廓并且在图7中示出了现有技术的垫圈的截面。垫圈27可看作是圆形的环状构件，该垫圈具有由柔性弹性体材料(诸如合适的天然橡胶或合成橡胶)制成的主垫圈本体29。用于形成垫圈本体29的弹性体材料将根据最终应用而变化成分并且可以包括许多不同的天然橡胶和合成橡胶，包括例如丁苯橡胶(SBR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)、丁腈橡胶等。
现在转向图7，主垫圈本体29包括外密封表面31，在这种情况下，该外密封表面设置有一系列肋部或锯齿部。主垫圈本体还包括下部主密封表面33。如本领域技术人员将理解的，主密封表面33是垫圈本体的均匀倾斜的面，该面形成唇缘和用于垫圈的压缩密封区域的组合。唇缘区域与外密封表面31通过V形凹陷(在图7中总体上以35表示)分开。在匹配的管道区段的匹配的***式插头端部遇到垫圈的主密封表面33时，V形凹陷允许垫圈本体的唇缘区域向内弯曲。
如从图7中变得明显的，现有技术垫圈的主垫圈本体29由硬塑料带37增强。因此，垫圈本体可被认为具有橡胶元件并具有硬塑料元件，硬塑料元件用作垫圈本体的增强元件。然而，值得注意的是，虽然在常见的两部件式密封件的情况下，但是内密封表面和外密封表面31、33，从插头到座圈，是橡胶或TPV的同一连续块的一部分。也就是说，内密封表面33(抵靠插头)通过注射在已经放置有PP保持环的同一模具型腔中的连续量的TPV连接到外密封表面31(座圈)。额外的TPV用于填充密封唇缘的两个关键且功能性接触表面和座圈之间的空间。这也必然意味着垫圈的PP部分必须相当宽并且完全填充垫圈的模具型腔的部分(以便其不扭曲)，从而产生宽的结合表面，并且使用大体积的PP。
这导致现有技术模制技术中固有的各种复杂性或限制。例如，如果PP带在常见的模具型腔中保持竖起以在用于TPV的模具中产生两个分开的区域(从而使所需的TPV的量最小化)，则TPV将围绕该PP带填充，并且PP将在TPV流入模具型腔中时被高压TPV扭曲。根据模具浇口的位置，PP带将由高压TPV推向型腔的一侧或另一侧。由于被低成本PP中断，没有办法在唇缘和座圈上产生TPV的分开的密封表面。
现在参考图2和图3，示出了本发明的改进的密封垫圈，该密封垫圈总体上由39表示。垫圈39旨在被容纳在设置在热塑性管道的接收式扩口插座端部内的座圈内，接收式扩口插座端部具有一给定的内直径，该内直径设计为容纳匹配的***式热塑性管道端部的给定外直径以形成管道接头(见图1)。可以看到本发明的垫圈具有环形的硬塑料带41以及两个分开的弹性体部分47、49(见图4A和图4B)，该环形的硬塑料带具有外周表面43和内周表面45。第一分开的弹性体部分47形成围绕硬塑料带的外周表面的外环，并且第二分开的弹性体部分49形成围绕硬塑料带41的内周表面的内唇缘。这两个分开的弹性体部分47、49通过一系列间隔开的肋部(参考例如图2中的肋部51、53、55)连接，这些肋部形成以间隔开的间隔连接第一分开的弹性体部分和第二分开的弹性体部分的弹性体连续本体。
应当理解，硬塑料带41支撑弹性体外环和弹性体内唇缘(表面47、49)二者，从而提供足够的硬度以在外环与管道的扩口插座端部的座圈(图1中的13)之间并且在内唇缘与匹配的***式管道端部之间形成接触压力。
再次参考图4A和图4B，可以看到弹性体的外环部分47包括外环表面，该外环表面的尺寸被选择性地设定以用作密封本体，由此在外环表面上与管道扩口端部(图1中的17)的接触压力来自由于与该管道扩口端部的干涉而引起的环弯曲和压缩并且来自该聚烯烃本体的弯曲，并且其中弹性体的内唇缘部分49和外环部分47的尺寸确定成吸收管道***式和接收式构件中的任何尺寸变化。在弹性体的内唇缘部分49的情况下，接触压力的主要来源来自在组成管道接头时通过匹配的***式管道端部(图1中的25)使唇缘受拉伸而产生的周向应力。
从图3、图4A和图4B还将认识到，不存在从垫圈的弹性体的外环部分47通过软质材料到弹性体的内唇缘部分49的直接压缩线。相反，硬塑料带41的内部弯曲应力成为通过密封向弹性体的外环部分47和弹性体的内唇缘部分49传递反作用力的手段。这与图6和图7中所示的现有技术的垫圈设计不同，在现有技术的垫圈中，橡胶区域31、33是连续的。
如可在图3中观察到的，硬塑料带41与被支撑的弹性体的外环部分47和弹性体的内唇缘部分49一起形成V形轮廓的截面，当液体静压力施加至管道接头时，V形自身起到促进自赋能行为的作用。在图3所示的垫圈的具体实例中，垫圈的弹性体的外环部分和弹性体的内唇缘部分二者均具有露出的周向密封表面，这些周向密封表面设置有一系列周向的岸部和凹槽(例如，岸部57和凹槽59)，以用于在组成管道接头时接合接收式管道插座端部和匹配的***式管道。
如之前提到的，本发明的垫圈的橡胶部分可以由橡胶制成，该橡胶诸如热塑性弹性体，诸如热塑性硫化橡胶或更传统的橡胶材料(诸如丁苯橡胶、乙烯丙烯二烯单体橡胶或丁腈橡胶)。橡胶的硬度可根据最终应用而变化，但通常在约40至70肖氏A硬度的范围内，优选地约40至60肖氏A硬度的范围内。另一方面，硬塑料带41由具有比垫圈的橡胶部分的硬度更大的硬度的合成塑料材料制成。用于带41的合成塑料材料优选地是这样的材料，该材料对于用手的应用示出了适当的硬度，同时在安装期间允许折区。
用于本发明的垫圈的橡胶部分的优选材料是被称为TPV的“热塑性硫化橡胶”。这些材料是聚合物的热塑性弹性体(TPE)族的一部分。然而，这些材料具有与EPDM热固性橡胶在弹性体性质上最接近的性质，从而结合硫化橡胶的特征与热塑性塑料的加工性质。TPV提供弹性体性质(诸如压缩变形和拉伸变形)与耐老化性能和耐化学性的组合。TPV通常适合用于常规热塑性方法如注射模制和挤出，并且不需要与不同成分诸如增强填料(炭黑、矿物填料)、稳定剂、增塑油和固化体系混合。与加工橡胶相比，TPV的热塑性加工经常可在较短的循环时间递送、每小时输出较多的部分并且再利用加工期间产生的废料。与橡胶相比，这可以使得部分成本降低、工具/机械更少、废料成本更低以及材料物流成本优化。
各种硬塑料型材料可以是用于用作硬塑料带的合适的候选物。这些材料包括诸如聚烯烃(诸如聚丙烯)以及其他材料(诸如聚氯乙烯和各种“工程塑料”)的材料。用于本申请的优选材料是合适的聚丙烯。因此，优选的密封垫圈是PP-TPV复合材料。
本发明的垫圈设计的优点是需要较少的硬塑料，由此使成本节约。本发明的垫圈包含大于50％的合成聚烯烃。在特别优选的形式中，本发明的垫圈包含例如按体积计约55％的聚丙烯和45％的热塑性弹性体。
已经描述的本发明的密封垫圈设计仅通过在模制操作中使用的某些独特的技术来实现。如已经简要讨论的，在现有技术的模制技术中存在固有的各种复杂性或限制。试图通过使PP带竖起以在模具中产生两个分开的区域，将使塑料带在高压TPV流入模具型腔中时经受由高压TPV引起的扭曲力。由于被低成本PP中断，没有便利的方式来在垫圈的唇缘和座圈接触区域上产生TPV的分开的密封表面。
本发明的独特的模制技术使用先前描述的肋部或流道(图2中的51、53、55)并且，更具体地，使用它们在模具中的镜像空间或型腔以在同一模具中在连续的PP带的任一侧上基本上产生两个型腔，并且使用模具半部将PP保持在位。由此，TPV可以注射在PP带的两侧上，而不使PP带由于高压TPV而如在其他设计中发生的那样扭曲。当将PP带放置在模具中时，模具的两个半部闭合，从而在模具中产生两个未填充区域。一个区域在PP带的内部上，即唇缘区域，而另一个区域在PP带的外部上，即座圈区域。TPV被注射到第一开口型腔中并填充该型腔，从而产生密封唇缘。同时，TPV推动PP带使其抵靠模具的外部半部，从而使PP带保持在位。模具的外部半部中的小肋部空间的宽度不足以使PP带被推入到该空间中并填充该空间，但该空间的宽度足以使TPV围绕PP流动并且沿着肋部空间(其是外部型腔中的凹槽)向上至未填充的第二型腔。本文中，PP带由内部型腔保持在位。当内部型腔填充有TPV时，形成外座圈密封表面，并且PP带保持抵靠内模具型腔使得其不变形。
通过使用这些技术，可以使用连续的PP带或环，并且使TPV(或橡胶)分开并且仅使用密封表面所需的量，而不引起PP带中的任何扭曲。通过生产具有两个橡胶密封表面的垫圈并且通过该方式分开密封表面，由此，唇缘密封部分可以用作杆以使连续的PP带旋转，并且帮助PP带的座圈侧上的密封表面被迫抵靠外管道的座圈，从而确保在实际现场操作中改进的性能。
现在将主要参考图5A至图5F来描述以上制造本发明的密封管道垫圈的方法。图5A示出了相关领域中的技术人员熟悉的类型的注射模制模具的下半部61。为便于说明，将模具的匹配的上半部63升高。如图5A中可见，第一模具半部61具有第一模具面65，该第一模具面带有周向凹陷67。如图5A所示，在制造过程的第一步骤中将硬塑料带41放置在周向凹陷67内。
第二模具半部63具有基本上是第一模具面的镜像的模具面。然后将第一模具面和第二模具面结合，将可模制橡胶混合物(在这种情况下是TPV)注射到周向凹陷中。如已经简要描述的，TPV注射在PP插嵌件上，通过两个浇口从密封轴线到内唇缘区域中。TPE外环注射通过这样的模具区域进行，该模具区域最终是围绕密封区域的前部行进并且保持结合到成品产品中的一系列肋部或流道。在成品产品中，这些流道用作缓冲部，该缓冲部帮助侧向地密封配合到塑料管道的座圈凹槽中，与现有技术的垫圈相比需要较少的材料。由此，向模具施加热和压力以形成环形垫圈本体。模具中的热和压力使橡胶密封区域固化并将它们粘附至硬塑料带部分。
图5B至图5E是示出模制操作中TPV(橡胶)相对于硬塑料带41的流动路径的步骤的简化的部分示意图。在图5B所示的制造操作的第一部分中，橡胶从橡胶源(未示出)流动通过浇口65，穿过模具半部之间的型腔到硬塑料带(插嵌件)的唇缘区域67。
如图5C所示，然后橡胶围绕模具的唇缘型腔在两个方向上(由图5C中的箭头示出)周向行进。
图5D然后示出了橡胶(TPV)穿过模具的肋部或流道区域，从而允许其传到外环型腔(由图5D中的底部弯曲箭头示意性地示出)。
如在图5E中以稍微简化的方式再次示出的，该橡胶继续在内模具型腔和外模具型腔中周向地行进直到该橡胶的熔体前部汇合。
图5F示出了在模制操作结束后分开的模具半部61、63以及从模具移除的完成的垫圈39。
本发明已经具有几个优点。本发明的密封垫圈由于该设计的轻质且简约的方面而理想地适合于低压或非压的密封操作。这些垫圈属于PP-TPE类型族的垫圈，并且还是使用最少量的TPE制造的，由此提供了所产生的成本节约。在一个优选实施例中，成品密封垫圈为约55％PP和45％TPE。细长的PP带支撑两个分开的橡胶密封表面并且提供大部分必要的硬度以使得抵靠管道接头的密封表面(扩口座圈和匹配的***式接头的外部)产生足够的接触压力。PP带的外部上的外密封表面仅具有用作密封本体的适当尺寸，从而相对于现有技术的垫圈提供材料节约。本发明的垫圈的独特密封方面部分地是由于以下事实：在密封件的OD上的接触压力来自环压缩(干涉)以及来自PP本体的压缩和弯曲。垫圈的ID上的接触压力的主要来源来自垫圈的唇缘区域受拉伸而产生的的周向应力。PP带的内部弯曲应力成为通过密封传递反作用力的手段。当向所得到的管道接头施加液体静压力时，垫圈的V形密封形状促进自赋能(self-energizing，自密封)行为。
虽然本发明仅以其的一种形式示出，但本发明并不限于此，而是在不偏离本发明的精神的情况下易于进行各种改变和修改。

Claims (23)

1.一种管道密封垫圈，设计为容纳在设置在热塑性管道的接收式扩口插座端部内的座圈内，所述接收式扩口插座端部具有一给定的内直径，所述内直径设计为容纳匹配的***式热塑性管道端部的给定的外直径以形成管道接头，所述垫圈包括：
环形的硬塑料带，所述硬塑料带具有外周表面和内周表面；以及两个分开的弹性体部分，第一分开的弹性体部分形成围绕所述硬塑料带的所述外周表面的外环，并且第二分开的弹性体部分形成围绕所述硬塑料带的所述内周表面的内唇缘，所述两个分开的弹性体部分通过一系列间隔开的肋部相连接，这些肋部形成以间隔开的间隔连接所述第一分开的弹性体部分和所述第二分开的弹性体部分的弹性体连续本体；
并且其中，所述硬塑料带支撑弹性体的所述外环和弹性体的所述内唇缘两者，从而提供足够的硬度以在所述外环与所述管道的所述扩口插座端部的所述座圈之间以及在所述内唇缘与匹配的所述***式管道端部之间形成接触压力。
2.根据权利要求1所述的管道密封垫圈，其中，所述硬塑料带由合成聚烯烃制成。
3.根据权利要求2所述的管道密封垫圈，其中，所述硬塑料带由聚丙烯制成。
4.根据权利要求1所述的管道密封垫圈，其中，所述两个分开的弹性体部分均由热塑性弹性体制成。
5.根据权利要求1所述的管道密封垫圈，其中，所述垫圈包含大于50％的合成聚烯烃。
6.根据权利要求5所述的管道密封垫圈，其中，所述垫圈包含按体积计约55％的聚丙烯和45％的热塑性弹性体。
7.根据权利要求1所述的管道密封垫圈，其中，弹性体的所述外环部分具有外环表面，并且弹性体的所述外环部分的尺寸被选择性地设定以用作密封本体，由此弹性体的所述外环部分在所述外环表面上与所述管道扩口端部的接触压力来自由于与所述管道扩口端部的干涉而引起的环压缩以及来自聚烯烃本体的弯曲，并且其中，弹性体的所述内唇缘部分和所述外环表面的尺寸设定成吸收管道***式构件和接收式构件中的任何尺寸变化。
8.根据权利要求7所述的管道密封垫圈，其中，在弹性体的所述内唇缘部分的情况下，接触压力的主要来源来自在组成所述管道接头时通过匹配的所述***式管道端部使所述唇缘受拉伸而产生的周向应力。
9.根据权利要求1所述的管道密封垫圈，其中，不存在从所述垫圈的弹性体的所述外环部分通过软质材料到弹性体的所述内唇缘部分的直接压缩线，相反地，所述硬塑料带的内部弯曲应力成为通过密封将反作用力传递至弹性体的所述外环部分和弹性体的所述内唇缘部分的手段。
10.根据权利要求1所述的管道密封垫圈，其中，所述硬塑料带与所述硬塑料带支撑的弹性体的所述外环部分和弹性体的所述内唇缘部分一起形成V形轮廓的截面，当液体静压力施加至所述管道接头时，V形自身起到促进自赋能行为的作用。
11.根据权利要求1所述的管道密封垫圈，其中，所述垫圈的弹性体的所述外环部分和弹性体的所述内唇缘部分两者均具有露出的周向密封表面，这两个周向密封表面都设置有一系列周向的岸部和凹槽以用于在组成所述管道接头时接合所述接收式管道插座端部和匹配的所述***式管道。
12.一种制造管道密封垫圈的方法，所述管道密封垫圈设计成容纳在设置在热塑性管道的接收式扩口插座端部内的座圈内，其中，所述接收式扩口插座端部具有一给定的内直径，所述内直径设计成容纳匹配的***式热塑性管道端部的给定的外直径以形成管道接头，所述方法包括以下步骤：
提供具有上半部和下半部的注射模具，所述下半部具有橡胶模具型腔；
将硬塑料带放置在所述橡胶模具型腔内，所述硬塑料带具有内周表面和外周表面；
将橡胶注射到所述模具中，使得所述橡胶在所述硬塑料带的两侧上流动，从而产生外座圈密封表面和内插头密封表面，除了在所述硬塑料带上存在位于间隔开的周向位置处的一系列间隔开的肋部之外，这两个表面彼此分开。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述橡胶是TPV橡胶。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述硬塑料带由聚烯烃制成。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述硬塑料带是聚丙烯的。
16.一种制造管道密封垫圈的方法，所述管道密封垫圈设计成容纳在设置在热塑性管道的接收式扩口插座端部内的座圈内，其中，所述接收式扩口插座端部具有一给定的内直径，所述内直径设计成容纳匹配的***式热塑性管道端部的给定的外直径以形成管道接头，所述方法包括以下步骤：
提供具有上半部和下半部的注射模具，所述下半部具有橡胶模具型腔，所述模具型腔具有一系列周向间隔开的肋状空间；
将硬塑料带放置在所述橡胶模具型腔内，所述硬塑料带具有内周表面和外周表面；
将橡胶注射到所述模具中，使得所述橡胶在所述硬塑料带的两侧上流动通过所述一系列周向间隔开的肋状空间，从而产生外座圈密封表面和内插头密封表面，除了存在由于模制操作而在所述肋状空间中形成的所述一系列间隔开的肋部之外，这两个表面彼此分开，从而形成所述管道密封垫圈；
其中，所得到的所述管道密封垫圈具有两个分开的弹性体部分，第一分开的弹性体部分形成围绕所述硬塑料带的所述外周表面的外环，并且第二分开的弹性体部分形成围绕所述硬塑料带的所述内周表面的内唇缘，所述两个分开的弹性体部分通过一系列间隔开的肋部相连接，所述肋部形成以间隔开的间隔连接所述第一分开的弹性体部分和第二分开的弹性体部分的弹性体窄连续本体。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述硬塑料带支撑弹性体的所述外环和弹性体的所述内唇缘两者，从而提供足够的硬度以在所述外环与所述管道的所述扩口插座端部的所述座圈之间以及在所述内唇缘与匹配的所述***式管道端部之间形成接触压力。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述硬塑料环由聚丙烯制成。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述两个分开的弹性体部分均由热塑性弹性体制成。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所得到的所述密封垫圈包括大于50％的合成聚烯烃。
21.根据权利要求17所述的方法，其中，所得到的弹性体的所述外环部分具有外环表面，并且弹性体的所述外环部分的尺寸被选择性地设定以用作密封本体，由此在管道接头的组装期间，弹性体的所述外环部分在所述外环表面上与所述管道扩口端部的接触压力来自由于与所述管道扩口端部的干涉而引起的环弯曲和压缩以及来自聚烯烃本体的弯曲，并且其中，弹性体的所述内唇缘部分和所述外环部分的尺寸设定成吸收管道***式构件和接收式构件中的任何尺寸变化。
22.根据权利要求17所述的方法，其中，在弹性体的所述内唇缘部分的情况下，接触压力的主要来源来自在组成所述管道接头时匹配的所述***式管道端部使所述唇缘受拉伸而产生的周向应力。
23.根据权利要求17所述的方法，其中，在成品的所述密封垫圈中，不存在从所述垫圈的弹性体的所述外环部分通过软质材料至弹性体的所述内唇缘部分的直接压缩线，相反地，所述硬塑料环部分的内部弯曲应力成为通过密封将反作用力传递至弹性体的所述外环部分和弹性体的所述内唇缘部分的手段。
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