專利名稱：金屬層隔膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隔膜，其具有沉積于襯底彈性體層上處于未受力狀態(tài)下的金屬層，該金屬層的透氣率為零。
背景技術(shù)：
壓力蓄積箱的工作原理非常簡單。箱內(nèi)部被分成兩部分，它們通過柔性隔膜(囊狀體)分開。在一側(cè)(通常為位于囊狀體上方的箱頂側(cè))上存在高壓氣體(通常為空氣)。 在下側(cè)上存在液體。當(dāng)液體(在諸如水井這樣的開放回路系統(tǒng)中)被使用時，或者當(dāng)液體在閉和回路系統(tǒng)(諸如加熱水箱的空間或者液壓系統(tǒng))內(nèi)循環(huán)時，來自隔膜后面的氣體的壓力在液體上形成壓力。在任何一種情形中，囊狀物均保持液體上的壓力，直至控制系統(tǒng)向泵發(fā)出指令將更多的液體泵入箱中。
囊狀物通常由彈性體制成，但是它也可以是熱塑性聚合物。用于這種應(yīng)用中的材料的透氣率均大于零。這意味著加壓氣體將逐漸通過隔膜滲漏到液體中，箱將逐漸喪失維持需要壓力的能力。這導(dǎo)致泵送操作之間的時間間隔越來越短，直至變成具有很小壓力或壓力為零的充滿水的箱。在這種情況下，囊狀物只是貼在箱壁上。
大多數(shù)箱具有空氣閥，用于將更多氣體(或空氣)泵送到上腔室。然而，對于很多應(yīng)用場合和用戶來說，將空氣泵送到箱中是不方便、困難或費錢的。對于非專業(yè)人士而言， 使箱過壓會是危險或致命的。
滲透性對于彈性體/聚合物而言是一種自然現(xiàn)象。由于彈性體/聚合物的材料結(jié)構(gòu)，各種氣體可以滲透和穿過它們。對于給定氣體而言，通常是氣壓越高，滲透率越高。
另一方面，對于大多數(shù)氣體而言，金屬的滲透率為零。對于金屬而言，唯一的例外是離子形式的氫能夠滲透穿過金屬。然而，由于其爆炸性和成本，在壓力蓄積箱中從不使用氫氣，并且如果關(guān)注其通過囊狀物的滲透性，它也能夠滲透穿過金屬箱。
然而，對于空氣和其它氣體而言，金屬是滲透率為零的完美材料。玻璃也具有零滲透率。這就是為什么碳酸軟飲和/或啤酒在長時間之后還能將溶解的氣體保留在鋁罐或玻璃瓶中，但是在塑料瓶中通常會在一段時間之后損失氣壓。
對于不希望損失氣體的應(yīng)用場合而言，通過在混合配方中加入添加劑材料(諸如納米粘土、云母或其它添加劑)來降低聚合物/彈性體的滲透性是行業(yè)中公知的解決方案。 然而，這些添加劑只是降低滲透性，而不是完全阻止?jié)B透。更重要的是，這些添加劑通常被添加到未發(fā)生顯著拉伸和收縮的聚合物中。當(dāng)在彈性體中發(fā)生顯著拉伸和收縮時，由于納米粘土、云母和其它類似的氣體阻擋材料不發(fā)生拉伸，它們之間正在伸長的空間可允許氣體滲透和通過。
現(xiàn)有技術(shù)的代表是待審未決的美國專利5，042，176 (1991)，該專利公開了一種緩沖設(shè)備形式的產(chǎn)品，其由含有結(jié)晶體材料的熱塑性薄膜形成，所述緩沖設(shè)備在制造時被充氣至相對高的壓力并且被密封。通過采用自充氣的擴散泵送現(xiàn)象的形式(其中運動氣體為空氣中的除氮氣之外的氣體成分)，這種產(chǎn)品能夠長時間維持內(nèi)部充氣壓力。改進和新型緩沖設(shè)備為包封薄膜使用新型材料，其能夠選擇性地控制擴散泵送速度，因而允許在這種新型緩沖設(shè)備的設(shè)計上具有更大范圍的靈活性和更大的精確度，從而改善這種設(shè)備的性能并且降低其成本，同時消除早期產(chǎn)品的一些缺陷?？梢岳萌菀撰@取的氣體(諸如氮氣或者空氣，其中空氣中的氮氣形成捕獲氣體)對某些新型設(shè)備進行永久性充氣。
所需要的是這樣一種隔膜，其具有沉積于襯底彈性體層上在未受力狀態(tài)下的金屬層，該金屬層的透氣率為零。本發(fā)明滿足這一需求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要方面是一種隔膜，其具有沉積于襯底彈性體層上處于未受力狀態(tài)下的金屬層，該金屬層的透氣率為零。
本發(fā)明的其它方面將通過下面對本發(fā)明和附圖的描述被指出或者變得顯而易見。
本發(fā)明包括一種隔膜，其包括第一彈性體層和第二彈性體層，當(dāng)襯底彈性體層處于拉伸狀態(tài)時沉積于所述襯底彈性體層上處于未受力狀態(tài)下的金屬層，金屬層的透氣率為零，金屬層和襯底彈性體層被置于第一彈性體層和第二彈性體層之間并與它們結(jié)合，第一彈性體層和第二彈性體層分別包括用于在隔膜收縮時接收金屬層和襯底彈性體層的空腔。


結(jié)合到本說明書中并且成為其一部分的附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并且與具體實施方式

部分一起用于解釋本發(fā)明的原理。
圖1是金屬層處于最大拉伸狀態(tài)時隔膜的側(cè)視圖2是金屬層處于完全折疊狀態(tài)時隔膜的側(cè)視圖3A是彈性體層和金屬層之間的觸點的頂視圖;3B是彈性體層和金屬層之間的觸點的側(cè)視圖4是彈性體層和金屬層之間的圓形觸點的頂視圖5是彈性體層和金屬層之間的方形觸點的頂視圖6是彈性體層和金屬層之間的環(huán)線觸點的頂視圖7是彈性體層和金屬層之間的直線形觸點的頂視圖8是制作方法的示意圖9是制作方法的示意圖10是制作方法的示意圖11是制作方法的示意圖12是圖1的橫截面細節(jié)圖。具體實施方式

在本發(fā)明中，非常薄的鋁或其它合適金屬層被用于降低或消除彈性體中的透氣性，同時使彈性體保持柔性。為防止例如鋁或其它金屬添加物被拉伸超出其屈服點以及引起金屬層的塑性變形或破裂，在將囊狀物例如在心軸工具上拉伸至或超出其最大拉伸點 (即，使用期間將在該彈性體上形成的最大拉長或拉伸)時形成隔膜。
一旦放松囊狀物，金屬薄層及其彈性體聚合物襯背將起皺，其方式類似于拿起空的薯片袋并且將其擠壓成球形。在擠壓之后將其松開時，袋子可以類似的方式膨脹，而不會存在任何問題。這可以重復(fù)很多次。
在囊狀物的零拉伸點上(扁平狀態(tài))，金屬層的形狀為皺紋狀，因為金屬層是在完全膨脹狀態(tài)下施加的。
這種幾個埃厚的金屬層可以通過很多不同的方式形成，其中包括將金屬薄層氣相沉積在現(xiàn)有技術(shù)的彈性體上，并且/或者用彈性體片覆蓋金屬側(cè)以保護金屬。另外，將金屬薄層(幾個埃)沉積在彈性體或熱塑性塑料或者其它合適材料(紡織品等)的薄片上， 或者利用第二聚合物層將金屬永久性地夾在中間。
另一種方法包括取非常薄的聚合物/彈性體或其它材料，并且在一側(cè)或兩側(cè)上對其進行涂覆，然后將這種材料夾在兩個彈性體或塑料層之間。
另外，利用多個非常薄的金屬和彈性體/聚合物層來進行上述工作中的任何一項，以確保在需要保證不出故障的應(yīng)用場合中(例如在一個金屬層出現(xiàn)故障，則其它層也出現(xiàn)故障的非常罕見的情況下)具有非常長的耐用性。
在將一個或多個涂覆有金屬的材料層夾在未經(jīng)涂覆且較厚的材料之間時，理想情況是將夾置材料的表面形狀模制成允許金屬薄層輕易折疊，以及控制非膨脹狀態(tài)下的起皺的金屬層的形狀。
一些用于與金屬薄層發(fā)生接觸的相對厚的夾置彈性體側(cè)的形狀包括具有薄線接觸區(qū)域的環(huán)線、或者在尖端上具有小點的點形、或者具有覆蓋整個表面的薄接觸區(qū)域的小圓。其它形狀包括在尖端具有小接觸點的平行線或者任何其它形狀，或者允許金屬層起皺 (但優(yōu)選在小區(qū)域)以更好控制皺紋和防止金屬被拉離具有較厚外層彈性體的接觸區(qū)域的形狀。
金屬薄層被施加到彈性體/聚合物/紡織品襯底上，所述襯底然后被夾在兩個較厚的彈性體/聚合物材料之間。較厚的彈性體/聚合物材料被永久性密封以防止在運輸和組裝過程中對金屬層造成破壞。它還使得囊狀物/隔膜的處理變得容易和方便。
本發(fā)明的隔膜能夠膨脹至彈性體層的膨脹極限，同時保持零透氣率。
圖1是金屬層處于最大拉伸狀態(tài)時隔膜的側(cè)視圖。隔膜100包括彈性體層10和 20，它們分別設(shè)于金屬層30兩側(cè)。金屬層30還包括其上施加有金屬涂層的彈性襯底材料 220。層220可以包括彈性體或塑料布或者其它合適的柔性材料。
例如，彈性體層10、20和220可分別包括丁基橡膠、天然橡膠或合成橡膠、EPDM、 VAMAC、NBR、硅橡膠、SBR、和聚丙烯+EPDM、及其任意組合。彈性體層10、20、220不必包括相同的材料。
施加到襯底220上以形成金屬層30的金屬的厚度范圍為約0+至50埃(人)。圖1 示出了處于完全拉伸或膨脹狀態(tài)的金屬層30及隔膜(層10、20和220)。在此側(cè)視圖中， 層30被示出近似是平坦的，以便更易于說明層30在膨脹狀態(tài)下沒有皺紋。然而，在襯底層 220受到完全拉伸時，層30未受到拉伸以產(chǎn)生屈服，而是處于近似不受力的狀態(tài)。
用于金屬層30中的金屬可包括鋁、鋅、錫或鉛或者上述金屬中的兩種或多種的組I=I O
層10和層20分別在突出部11和21處接觸層220和層20。此時在層30、220的側(cè)面附近或其上限定出空腔40。
當(dāng)隔膜收縮時，層30和襯底層220將呈現(xiàn)更起皺的形式，其在形狀和體積上發(fā)生變化，從而部分占據(jù)各空腔40。
在替換實施例中，僅在層10或20之一上存在空腔40。例如，僅在層20上存在空腔40，而層10上不存在空腔，因此層10在與層220的接觸點處是平的。作為替換，層10包括空腔40，層20在與層30的接觸點處是平的。
圖2是金屬層處于完全塌縮狀態(tài)時隔膜的側(cè)視圖。在此附圖中，層30、220被示出部分占據(jù)各個空腔40。事實上，當(dāng)彈性體隔膜從完全拉伸狀態(tài)(圖1)收縮至松弛或收縮狀態(tài)時，層30、220塌縮到各個空腔40中。各個空腔40也略微發(fā)生塌縮，但也仍然容納收縮的金屬層30。為方便說明，各個空腔40被示出具有圓形橫截面，然而在塌縮狀態(tài)下，可以預(yù)期隨著突出部11、21更靠近在一起，各個空腔40將呈現(xiàn)更接近橢圓的外觀。
圖3A是彈性體層和金屬層之間的觸點的頂視圖。在該實施例中，突出部11和21 按照所示圖案分別接合層220和層30。
在層10和20分別與層220和層30接觸的各個位置上使用已知的粘合劑，例如Saret633 (化學(xué)名為ZDA)、Saret634 (化學(xué)名為ZDMA)和Ricobondl756 (化學(xué)名為 PB-g-MA)。通過這種方式控制層30、220在層10和20之間的相對位置，從而防止層30、220 相對突出部11、21移動。
圖;3B是彈性體層和金屬層之間的觸點的側(cè)視圖。突出部11與相應(yīng)的突出部21 協(xié)同地接合層220。層30設(shè)在它們之間。
圖4是彈性體層和金屬層之間的圓形觸點的頂視圖。在替換實施例中，突出部11 和21分別在與層220和層30的接觸點處形成圓形。
圖5是彈性體層和金屬層之間的方形觸點的頂視圖。在替換實施例中，突出部11 和21分別在與層220和層30的接觸點處形成交叉線。
圖6是彈性體層和金屬層之間的環(huán)線觸點的頂視圖。在替換實施例中，突出部11 和21分別在與層220和層30的接觸點處形成同心圓。
圖7是彈性體層和金屬層之間的直線形觸點的頂視圖。在替換實施例中，突出部 11和21分別在與層220和層30的接觸點處形成平行線。
可以看到，在此描述的各個接觸圖案均在層10、20與層30、220之間形成開放空間或空腔40。通過這種方式，層30于是在收縮狀態(tài)中具有縮回和膨脹的空間。
圖8是制作方法的示意圖。在第一步驟中，第一彈性體層10被拉伸在心軸1000 上，并且借助夾具200保持在合適位置上。心軸1000使層10保持杯狀。
在這個步驟中，使層10保持在最大拉伸狀態(tài)下。接著，金屬層30 —旦被施加上， 則從不承受拉伸負載或壓力(其可能引起破裂)。
圖9是制作方法的示意圖。在該第二步驟中，厚度在約0. Olmm至約Imm之間的彈性體薄層220受到拉伸，并且借助夾具200保持在層10上。借助與各個突出部11的接觸點上的粘合劑將層220固定在合適位置上。
圖10是制作方法的示意圖。在該第三步驟中，通過將心軸和層220快速暴露在蒸發(fā)的金屬中來施加金屬層30。蒸發(fā)的金屬是利用使金屬熔化并且形成過熱從而形成用于沉積的蒸汽的方法按照公知的方式產(chǎn)生的。
通過這種方式實現(xiàn)層30的沉積使得層30在不受力的狀態(tài)下被施加到襯底220上，即使襯底220正處于最大拉伸狀態(tài)。
通過這種方式實現(xiàn)層30的施加防止層30因施加的拉伸負載而出現(xiàn)故障或破裂， 所述拉伸負載原本會在隔膜在壓力蓄積器中受壓和膨脹期間施加。
圖11是制造方法的示意圖。在該第四步驟中，彈性體層20被拉到層30上，并且借助施加到突出部21上的粘合劑被固定在層30上。所完成的隔膜100然后從心軸移離。
當(dāng)隔膜因為離開心軸和因為使用期間的壓力波動而收縮時，金屬層30將起皺(襯底220處于非拉伸狀態(tài))和舒展(襯底220處于拉伸狀態(tài))。層30的起皺現(xiàn)象通過層10、 20及空腔40的形狀得到控制。由于其厚度，層30具有很大柔韌性，并且可以通過多次循環(huán)起皺和舒展，而不發(fā)生故障。層10、20還保護層30和襯底220不受沖擊破壞。層30因此能夠在與壓力蓄積設(shè)備正常相關(guān)的壓力下工作。
圖12是圖1的橫截面細節(jié)圖。金屬層30通過氣相沉積而沉積到襯底220上。組合層30、220被粘接在層20和層10之間。
盡管在此描述了本發(fā)明的一種形式，然而對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以在部件構(gòu)造和關(guān)系上進行改動，同時不脫離在此描述的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種隔膜，其包括第一彈性體層(10)和第二彈性體層00)；金屬層(30)，所述金屬層在襯底彈性體層(220)處于拉伸狀態(tài)時沉積于所述襯底彈性體層上處于未受力狀態(tài)下，所述金屬層的透氣率為零；所述金屬層和襯底彈性體層被置于所述第一彈性體層和第二彈性體層之間并與它們結(jié)合；所述第一彈性體層和第二彈性體層分別包括用于在所述隔膜收縮時接收所述金屬層和襯底彈性體層的空腔。
2.如權(quán)利要求1所述的隔膜，其中所述第二彈性體層包括用于接觸所述金屬層的突出部。
3.如權(quán)利要求1所述的隔膜，其中所述第一彈性體層包括用于接觸所述襯底彈性體層的突出部。
4.一種制造隔膜的方法，其包括將在拉伸狀態(tài)下的第一彈性體層施加到心軸上；將在拉伸狀態(tài)下的襯底彈性體層結(jié)合到所述第一彈性體層上；將蒸發(fā)的金屬施加到所述襯底彈性體層上；將在拉伸狀態(tài)下的第二彈性體層結(jié)合到所述襯底彈性體層上；以及從所述心軸上釋放隔膜。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其還包括在所述第一彈性體層上鄰近于所述襯底彈性體層地形成空腔；以及在所述第二彈性體層上鄰近于所述襯底彈性體層地形成空腔。
全文摘要
一種隔膜，其包括第一彈性體層和第二彈性體層，當(dāng)襯底彈性體層處于拉伸狀態(tài)時在未受力狀態(tài)下沉積于所述襯底彈性體層上的金屬層，金屬層的透氣率為零，金屬層和襯底彈性體層被置于第一彈性體層和第二彈性體層之間并與它們粘合，第一彈性體層和第二彈性體層分別包括用于在隔膜收縮時接收金屬層和襯底彈性體層的空腔。
文檔編號B32B25/00GK102497980SQ201080007982
公開日2012年6月13日 申請日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月17日
發(fā)明者Y·霍賈特 申請人:蓋茨公司