УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
SEALING SYSTEM

Техническая область
Настоящее изобретение в целом относится к уплотнениям или прокладкам, в частности к уплотнительным системам, применяемым для создания плотного, но разъемного соединения между двумя или более поверхностями различных объектов.
Уровень техники
Из уровня техники широко известна разработка изделий и устройств для обеспечения уплотнительной конструкции между двумя или более поверхностями или краями объектов, отличающихся как по форме, так и по природе материалов, из которых они состоят. В зависимости от конкретного типа уплотнения, который должен быть достигнут, и среды, в которой оно будет эксплуатироваться, были разработаны конкретные типы уплотнений и прокладок для реализации надлежащего уплотнения в зависимости от практических потребностей. Для достижения этих целей уплотнения и прокладки для не постоянного использования, т.е. эксплуатации с перерывами, обычно выполняют из уплотнительной части и присоединительной части, при этом уплотнительная часть обычно представляет собой полоску или продольный профиль из гибкого материала, а присоединительная часть прикладывается к ней для обеспечения прилипания уплотнительного устройства к одной из поверхностей (называемой базовой поверхностью) и выполнения его уплотнительной функции при введении в контакт со второй поверхностью (называемой противоположной поверхностью).
Для уплотнительной части обычно используют гибкие и эластичные синтетические материалы для обеспечения термо- или акустической изоляции, воздухо- и водонепроницаемости и т.п. Обеспечиваемая такими уплотнениями защита создается благодаря их способности создавать плотный контакт без разрывов между противоположными поверхностями или краями. Так как противоположные края или поверхности могут быть неровными или иметь неправильную форму, гибкость и эластичность уплотняющего материала должна быть приспособляемой для обеспечения необходимого плотного контакта, принимая во внимание такие факторы, как степень деформации, время нахождения под воздействием сжимающего напряжения, количество сжатий и расцеплений и предполагаемые условия эксплуатации.
Присоединительную часть, используемую для крепления уплотнительного устройства к базовой поверхности, обычно выполняют из более твердых материалов. Соединение обеих частей составной уплотнительной конструкции может выполняться одновременно с экструзией (совместной экструзией) или при помощи любого пригодного последующего шага (постэкструзии, склеивания, сварки, …).
В действительности, для крепления к базовой поверхности часто необходимо или желательно использовать дополнительную крепежную конструкцию, которая прикрепляется к уплотнительному устройству с возможностью отсоединения, однако постоянно закреплена на базовой поверхности, допуская таким образом при необходимости смещение уплотнения. Такая дополнительная крепежная конструкция может содержать несколько отдельных частей, закрепляемых в отдельных местах базовой поверхности, или предпочтительно только один продольный профиль. Крепление к составному уплотнительному устройству может осуществляться при помощи разъемного зацепления, например, посредством соответствующей геометрической формы, в целом совпадающей с формой дополнительной крепежной конструкции, обеспечивая таким образом их взаимное (разъемное) прижатие.
Эластичная часть составного уплотнения обычно содержит полую часть, выполненную из синтетического материала, например каучука EPDM, силиконового каучука и т.п. Полая форма позволяет частичное сжатие уплотнения при вхождении в контакт с поверхностями, создавая таким образом плотный контакт с противоположной поверхностью.
Типичным вариантом применения вышеупомянутых уплотнительных устройств для герметизации пары поверхностей является их применение в качестве уплотняющих прокладок. Например, уплотняющие прокладки, приспособленные для использования на моторизованных транспортных средствах для герметизации проемов вокруг дверец, капота и багажника, обычно состоят из трубчатых покрытий, выполненных из мягкого материала, например, резины, с полым поперечным сечением, и крепежных средств, выполненных с возможностью фиксации резины к дверце, капоту или багажнику автомобиля.
Однако, несмотря на то, что современные резиновые уплотнители широко используются в качестве уплотняющих прокладок, т.е. для достижения воздуха- и водонепроницаемости при помощи плотного контакта между противоположными поверхностями, с точки зрения звука- и теплоизоляции их эксплуатационные качества часто бывают недостаточны. Например, в подобных традиционных полых резиновых уплотнителях внутренняя полость позволяет уплотнителю частично сжиматься, таким образом, эффективно предотвращено проникание воздуха и жидкости. Однако их теплоизоляционные свойства невелики в силу того, что воздух может свободно циркулировать внутри уплотнителя благодаря тепловой конвекции. Кроме того, часто их акустические свойства также не оптимальны из-за подобной полой структуры.
Однако подобные резиновые уплотнители очень устойчивы с точки зрения внутренней прочности или сцепления (когезии) и, следовательно, широко применяются вне помещений, т.е. в случаях, когда уплотнение по меньшей мере отчасти подвержено неблагоприятному влиянию климатических условий, например для кузовных деталей автомобиля. Фактически, основной проблемой подобных использований вне помещений является тот факт, что под воздействием атмосферной влажности и низких температур уплотнение может примерзать к прилегающим поверхностям и следовательно повреждаться или даже отрываться в случае отделения противоположной поверхности от уплотнения с усилием, например, когда дверцу автомобиля для ее открывания тянут на себя с усилием.
Кроме того, известно, что пена в целом обладает лучшими свойствами термо- или акустической изоляции благодаря своей ячеистой структуре. Поэтому пену широко применяют в качестве всех типов термо- или акустической изоляции, и даже в качестве различных видов уплотнителей. Однако в целом основным недостатком пены является ее достаточно низкая внутренняя прочность или сцепление (когезия), не способная противостоять силам, возникающим в упомянутом выше случае.
Техническая задача
Целью настоящего изобретения является разработка уплотнительной системы, проявляющей свойства не только хорошей воздухо- и водонепроницаемости, но также и термо- или акустической изоляции.
Данная цель достигнута посредством уплотнительной системы, охарактеризованной в пункте 1 формулы изобретения.
Общее описание изобретения
Таким образом, настоящее изобретение предлагает уплотнительную систему для использования в качестве уплотнителя между одной базовой поверхностью и по меньшей мере одной противоположной поверхностью, содержащую составную уплотнительную конструкцию, имеющую уплотнительную часть и присоединительную часть, а также крепежную конструкцию, закрепляемую на базовой поверхности, в которой присоединительная часть содержит средства для разъемного зацепления с крепежной конструкцией, при этом уплотнительная часть выполнена из термопластичного вспененного материала, а присоединительная часть выполнена из композиционного материала. Необходимо отметить, что в настоящем изобретении поверхность включает не только большие площади, но также границы, края, кромки, углы и т.п.
Исследования, проведенные изобретателями с целью устранения вышеуказанной проблемы, показали, что несмотря на общее мнение специалистов в данной области техники, уплотнительные системы, основанные на термопластичном вспененном материале, могут применяться вне помещений даже в неблагоприятных климатических условиях, так как несмотря на то, что их внутренняя когезия намного меньше значительных сил, прикладываемых при отрывании с усилием примерзшей к мокрому резиновому уплотнителю поверхности, эти огромные силы просто не возникают при применении уплотнительных систем, основанных на вспененном термопласте согласно изобретению. Фактически было выявлено, что вспененные термопласты удивительно намного менее подвержены к прилипанию из-за замерзания, чем резиновые уплотнители.
Еще одним преимуществом настоящих уплотнительных систем в дополнение к их привлекательным изоляционным характеристикам является значительное снижение веса, что представляет особый интерес для автомобильной промышленности.
Кроме того, термопластичные материалы дешевле резиноподобных материалов и их технология значительно проще, а также широко известна и используема специалистами в данной области техники.
Еще одним преимуществом настоящего изобретения является отсутствие необходимости выполнения операций по техническому обслуживанию в течение всего срока службы уплотнительной системы в сравнении с резиновыми прокладками, которые необходимо регулярно обрабатывать, например, с помощью силиконового масла, для сохранения их поверхности.
Таким образом, уплотнительная система состоит в целом из двух частей: первой, составной уплотнительной конструкции, выполняющей уплотнительную функцию, и второй, крепежной конструкции, которая закреплена на одной из поверхностей, называемой базовой поверхностью, и которая дополнительно служит для вхождения в разъемное зацепление с присоединительной частью составной уплотнительной конструкции, обеспечивая таким образом отсоединение уплотнительной конструкции, например, для замены в случае повреждения.
Первая часть, т.е. составная уплотнительная конструкция, содержит уплотнительную часть и присоединительную часть. Уплотнительная часть выполнена из термопластичного вспененного материала, предпочтительно содержащего олефиновые полимеры и/или сополимеры. Особо предпочтительными являются полимеры и/или сополимеры этилена и/или пропилена.
Используемые в настоящем изобретении пены по меньшей мере во время изготовления дополнительно содержат одно или несколько вспенивающих веществ, которые могут быть физическим вспенивающим веществом, таким как газы (алканы, такие как изобутан и т.п.), добавляемые во время экструзии, или химические вспенивающие вещества, высвобожденные при активации, такие как диамид азоугольной кислоты, лимонная кислота/гидрокарбонат натрия, тригидразинотриазин и т.п.
Присоединительная часть является специальной частью в уплотнительном устройстве, функция которой заключается в обеспечении разъемного зацепления со второй частью системы. Таким образом, в силу различных требований к жесткости эта часть выполнена из композиционного материала.
Термин «композиционный материал» следует понимать как содержащий либо одну главную полимерную составляющую, имеющую по меньшей мере два разных состава, например, с вспенивающим веществом и без него, либо по меньшей мере две разные с химической точки зрения полимерные составляющие. В предпочтительном варианте осуществления изобретения композиционный материал предпочтительно содержит термопластичный вспененный материал и отличающийся, дополнительный термопластичный материал, при этом в этом случае термопластичный материал может также быть (частично) вспененным, однако он должен быть достаточно твердым для реализации своей функции в соответствии с его применением.
Другой термопластичный материал, хотя и отличающийся, предпочтительно содержит совместимые термопластичные полимеры, например, связанные олефиновые полимеры и/или сополимеры, такие как полимеры и/или сополимеры этилена и/или пропилена.
Для приспособления согласования свойств материалов, составляющих разные части уплотнительного устройства, возможно следует или предпочтительно выполнить сшивание (частичное) (со)полимеров с помощью известных способов, таких как пероксидная вулканизация или применение модифицированных силаном полимеров. В особо предпочтительном варианте осуществления изобретения композиционный материал присоединительной части содержит поперечно сшитый пластичный полимер и/или сополимер.
Кроме того, было обнаружено, что композиционный материал должен обладать жесткостью, измеряемой как модуль упругости, которая по меньшей мере на 50%, предпочтительно по меньшей мере на 100%, и наиболее предпочтительно по меньшей мере на 200% больше, чем модуль упругости термопластичного вспененного материала, используемого для уплотнительной части.
В еще одном варианте осуществления изобретения композиционный материал обладает плотностью, по меньшей мере на 25%, предпочтительно по меньшей мере на 100%, и наиболее предпочтительно по меньшей мере на 200% больше, чем плотность термопластичного вспененного материала.
В еще одном предпочтительном варианте изобретения вспененный термопласт представляет собой по существу пенопласт с закрытыми порами или по существу поропласт с открытыми порами, посредством чего обеспечены оптимальные эксплуатационные характеристики в зависимости от требуемых конечных свойств, например поглощения звука, теплоизоляции, гибкости.
В отличие от известных из уровня техники резиновых уплотнений, для функционирования уплотнительных систем из пен в качестве уплотнителей не требуется обязательное наличие полого сердечника. Следовательно в предпочтительном варианте осуществления изобретения уплотнительная часть имеет сплошное (массивное) поперечное сечение, т.е. не имеет иных пустот, кроме самих пенистых ячеек. Отсутствие полой структуры значительно упрощает производство подобных уплотнений.
Особо предпочтительный аспект изобретения заключается в разъемном зацеплении двух частей системы, которое может быть реализовано при помощи любого из соответствующих средств, известных специалистам в данной области техники. Средства разъемного зацепления предпочтительно содержат устройство пристяжного типа, в котором крепежная конструкция и присоединительная часть образуют соединение штекерно-гнездового типа или соединение с помощью взаимно дополняющих поперечных сечений.
Крепежная конструкция может быть выполнена из любого пригодного термопластичного материала, например, такого как материал для уплотнительной конструкции, но в целом он не должен быть вспенен, так как должен обладать жесткостью, достаточной для обеспечения прочного, но разъемного соединения с присоединительной частью уплотнительной конструкции. Необходимо отметить, что составляющие представленную выше уплотнительную систему материалы часто требуют дополнительных, известных из уровня техники составляющих. Таким образом, материал уплотнительной части и/или присоединительной части при необходимости дополнительно включает независимо одну или более добавок, таких как пигменты, стабилизаторы, антиоксиданты, защищающие от УФ-излучения вещества, смазочные вещества, клеточные регуляторы и/или огнезащитный состав.
Как упомянуто выше, еще один аспект изобретения заключается в применении данных уплотнительных систем вне помещений, причем термин «применение вне помещений» включает в себя также варианты применения, которые происходят не точно вне помещений, но подразумевают неблагоприятные условия внешней среды, например в охлаждающих или замораживающих устройствах или установках, а также установках для кондиционирования воздуха, воздушных шлюзах лабораторий и т.п.
В особо предпочтительном аспекте изобретение относится к применению подобных уплотнительных систем в автомобильной индустрии, в особенности для кузовных деталей автомобиля, например дверей, капота и багажника.
В еще одном аспекте изобретения предлагается способ изготовления составного уплотнительного устройства, описанного в данном документе, включающий в себя экструзию уплотнительной части, экструзию присоединительной части и соединение обеих частей в одну составную уплотнительную конструкцию.
Соединение уплотнительной части и присоединительной части может выполняться при помощи любого подходящего, известного из уровня техники способа, но предпочтительно путем совместной экструзией на едином этапе.
В еще одном варианте осуществления изобретения соединение обеих уплотнительной части и присоединительной части выполняют после их экструзии с помощью любого подходящего способа, такого как склеивание, сварка и т.п.
При необходимости способ содержит дополнительный этап, на котором уплотнительную часть и/или присоединительная часть поперечно сшивают во время или после экструзии.
Еще один аспект изобретения относится к соединительным системам для разъемного соединения профилированного вспененного изделия на поверхности, содержащим а. профилированное вспененное изделие, имеющее профилированную вспененную часть и присоединительную часть; и b. крепежную конструкцию, предназначенную для закрепления на базовой поверхности, в которой присоединительная часть содержит средства для разъемного зацепления с крепежной конструкцией, при этом уплотнительная часть выполнена из термопластичного вспененного материала, а присоединительная часть выполнена из композиционного материала.
Материалы, используемые для соединительных систем, аналогичны материалам, упомянутым в связи с уплотнительной системой, за исключением того, что исходные требования к такой системе могут быть полностью отличными от требований, которым должна удовлетворять уплотнительная система. Таким образом, специалисту в данной области техники очевидны модификации вышеуказанного в пределах объема настоящего изобретения.
Область применения подобных соединительных систем достаточно велика, так как данная система предусматривает простое крепление декоративных изделий и т.п.
Способ изготовления подобного соединителя по существу аналогичен способу изготовления составного уплотнительного устройства, описанному выше.
Краткое описание чертежей
Далее в виде примера описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны:
Фиг.1: вариант осуществления изобретения согласно предпочтительному аспекту изобретения, в котором фиг.1а): вид поперечного сечения, а фиг.1b) вид сверху первой уплотнительной системы (1);
Фиг.2: альтернативный вариант осуществления изобретения согласно предпочтительному аспекту изобретения, в котором фиг.2а): вид поперечного сечения, а фиг.2b) вид сверху второй уплотнительной системы (1).
Дальнейшие подробности и преимущества настоящего изобретения будут понятны из следующего подробного описания двух, не ограничивающих вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи:
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
На фиг.1а) и 2а), уплотнительная система, содержащая уплотнительную конструкцию 21+22, прикреплена с возможностью отсоединения устройством пристяжного типа к крепежному устройству 10, предназначенному для фиксации на базовой поверхности (на чертеже не показана).
На фиг.1 крепежное устройство 10 представляет собой разъем типа гнездо, а на фиг.2 это крепежное устройство представляет собой разъем типа штекер.
Уплотнительная конструкция состоит из двух частей: уплотнительной части 21, в целом составляющей основную часть (верхняя часть на фиг.1), а также присоединительной части 22 (нижняя часть на фиг.1), имеющей средства для разъемного зацепления с крепежным устройством 10.
Как упомянуто выше, для получения прочного, но разъединяемого соединения между присоединительной частью 22 и крепежным устройством 10, образующий присоединительную часть материал является композиционным материалом, который может быть изготовлен совместной экструзией или раздельной экструзией, за которой следует, например, этап сварки или склеивания. Предназначение композиционного материала заключается в формировании по меньшей мере тех деталей присоединительной части 22, которые будут более жесткими или прочными в более или менее прямом контакте с крепежным устройством 10.
На фиг.1b) и 2b) эта частная и более жесткая деталь А из композиционного материала присоединительной части 22 выделена для иллюстративных целей.