CN101260822A

CN101260822A - 无机复合密封衬垫及其制备方法

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Publication number: CN101260822A
Application number: CNA2008100361748A
Authority: CN
Inventors: 李军良; 张朝礼
Original assignee: SHANGHAI YESO HEAT ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Shanghai Aesop thermal energy technology Limited by Share Ltd
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2008-04-17
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2028-04-17
Also published as: CN101260822B

Abstract

一种无机复合密封衬垫及其制备方法，由包括无机非金属纤维、膨胀性材料、粘合剂的组合物构成，将无机复合密封衬垫宽度方向分成八个宽度区段，由内至外分成三个厚度层，各厚度层和宽度区段内的衬垫材料组分相同或不同，其中，三个厚度层中的膨胀性材料含量不同，内层占总含量的33.3～50％，中间层占总含量的30～40％，外层占总含量的20～33.3％。优点是：根据实际应用中对密封衬垫的要求，突破传统的均匀型密封衬垫，使密封衬垫的组分在厚度方向、宽度方向上形成不均匀的分布，实际应用要求；采用新颖真空吸滤工艺，以复合成型的方法制备无机复合密封衬垫，产品达到优良的固定、密封、隔热、吸音的功能，适用于机动车催化转化器使用。

Description

无机复合密封衬垫及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种无机复合密封衬垫及其制备方法，用于高温状况下两个部件间的密封和隔热，尤其适用于燃油机动车催化转化器载体与金属壳体之间的固定、密封和隔热。

背景技术

为了有效控制汽车尾气对大气环境的污染，常使用催化转化器对从内燃机等发动机排出的废气进行净化，催化转化器通常具有如下结构：内置蜂窝陶瓷催化转化器载体，外面覆盖金属材料壳体，同时，为了防止废气从蜂窝陶瓷载体与金属材料壳体之间的缝隙泄漏出去，还必须在催化转化器载体与壳体之间设置一防止气体泄漏的密封衬垫，其包括金属密封衬垫、非金属密封衬垫等。该密封材料通常必须具有良好的隔热、吸音和密封性能，较好的高温耐久性，并且在振动颠簸的工况条件下，还必须给催化转化器载体提供优异的固定力，防止陶瓷材质的催化转化器载体受到机械损坏。目前，市场上使用及文献中报道的实例多为在密封衬垫中简单添加膨胀性矿物等材料制成，综合性能受到了一定的限制。

本发明旨在通过全面考虑该密封衬垫的工况和使用中的实际情况，通过引入复合成型材料的概念，使密封衬垫中的功能性材料组分在厚度方向、宽度方向形成不均匀分布，以突破惯常的均匀密封衬垫的使用局限，更加适合实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种无机复合密封衬垫，密封衬垫中功能性材料在产品的不同方向上可以按设计要求形成不均匀的分布，满足密封衬垫在高温工况下的实际需要。

本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种上述无机复合密封衬垫的制备方法，即无机复合密封衬垫中功能性材料的分布方法。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种无机复合密封衬垫，由包括无机非金属纤维、膨胀性材料、粘合剂的组合物构成，无机非金属纤维为基材，膨胀性材料和粘合剂为功能性材料，其中，无机复合密封衬垫在厚度方向上由内至外分成三个厚度层，各厚度层和宽度区段内的衬垫材料组分相同或不同，其中，三个厚度层中的膨胀性材料含量不同，内层占总含量的33.3～50％；中间层占总含量的30～40％；外层占总含量的20～33.3％。

如图1为本发明的无机复合密封衬垫应用于催化转化器中的剖视结构示意图所示，密封衬垫2缠绕在催化器载体1外，密封衬垫2设在催化器载体1与金属壳体3之间进行密封，密封衬垫2外壁紧贴金属壳体3内侧。正常工作的时候，发动机排出的高温烟气从催化器载体1的蜂窝孔中经过，载体同时被加热，热量通过载体壁面首先传递给密封衬垫2的高温内侧，然后不断向外侧传递。工况稳定以后，密封衬垫2厚度方向的温度从内侧到外侧由于本身隔热的作用呈递减分布。本发明充分考虑到密封衬垫厚度方向的受热过程，以及功能性材料中膨胀成分的膨胀特性，设计在内层至中间层厚度层中，膨胀性材料含量较大，而在外层含量较小。

三个厚度层中的膨胀性材料含量具体可以为：内层占总含量的33.3，35，36，38，40，41，42，43，44，45，47，48，49，50％；中间层占总含量的30，31，32，33，34，35，36，38，39，40％；外层占总含量的20，21，22，23，25，27，28，30，31，33.3％。

所述的无机非金属纤维为陶瓷纤维、玻璃纤维、晶体纤维中的一种或其组合；所述的粘结剂为聚丙烯酸乳液、丁苯橡胶乳液、丁腈橡胶乳液，水性树脂、聚醋酸乙烯酯、阳离子乳胶中的一种或其组合物；所述的膨胀性材料为膨胀蛭石、膨胀石墨、膨胀矿物粉体中的一种或其组合物。

在上述方案的基础上，所述的粘合剂在三个厚度层中的分布为：内层占总含量的33.3～40％；中间层占总含量的20～33.3％；外层占总含量的33.3～40％。

粘合剂在三个厚度层中的分布具体可以为：内层占总含量的33.3，34，35，36，37，38，39，40％；中间层占总含量的20，21，22，23，24，25，26，28，29，30，31，32，33.3％；外层占总含量的33.3，34，35，36，37，38，39，40％。

功能性材料中的粘结剂在厚度方向也呈不均匀分布，总的情况是，内层和外层分布略多于中间层，这样设计的目的在于防止密封衬垫中的纤维物质在装配过程中飞散到空气中。如果要提高起始膨胀温度，或控制膨胀压力峰值的出现；亦可以采用相反的分布方式。

在上述方案的基础上，所述的膨胀性材料包含低膨胀起始温度的膨胀性材料，在三个厚度层中，低膨胀起始温度的膨胀性材料占其所在厚度层中膨胀性材料的比例分别为内层0～60％；中间层0～30％；外层0～10％。

低膨胀起始温度的膨胀性材料占其所在厚度层中膨胀性材料的比例可以为：内层0，5，10，15，18，20，22，25，28，30，32，35，38，40，42，45，50，55，60％；中间层0，2，5，8，10，12，15，18，20，22，25，28，30％；外层0，2，4，5，6，8，10％。

经实验比较发现，普通的蛭石材料在200℃以上才开始逐渐膨胀，直到800℃才能达到膨胀的最大值，因此通过在高温内层分布起始膨胀温度更低的膨胀石墨或者石墨和蛭石的混合材料，达到降低起始膨胀温度，提到初始固定力，特别适用于柴油发动机。

如图2本发明无机复合密封衬垫应用于催化转化器中的主视结构示意图所示，密封衬垫2缠绕在催化器载体1上，横向置于金属壳体3中，内燃机内排出的烟气从催化器载体1蜂窝孔的一端流向另一端，密封衬垫2置于壳体3和催化器载体1之间，显而易见，密封衬垫2的边缘更容易被烟气腐蚀冲刷损坏，进而威胁到整个结构的安全。有人用在宽度断面处涂覆胶水的办法来解决，但只是很薄的一层，难以发挥很大的作用，而本发明通过功能材料在宽度方向的复合，使功能材料在宽度方向上不均匀分布，或者说有侧重点的分布，来提高密封衬垫的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明所述的无机复合密封衬垫在宽度方向上二侧边缘材料和中部材料不同，其中，所述的膨胀性材料，在两侧边缘宽度区段内的重量为中部六个宽度区段内平均重量的0.2～1倍。

具体的，膨胀性材料，在两侧边缘宽度区段内的重量可以为中部六个宽度区段内平均重量的0.2，0.3，0.35，0.4，0.45，0.5，0.55，0.6，0.65，0.7，0.75，0.8，0.9，1倍。

所述的粘合剂，在两侧边缘宽度区段内的重量为中部六个宽度区段内平均重量的1～1.4倍。

具体的，粘合剂，在两侧边缘宽度区段内的重量可以为中部六个宽度区段内平均重量的1，1.05，1.1，1.15，1.2，1.25，1.3，1.35，1.4倍。

所述密封衬垫，在两侧边缘宽度区段内的比重为中部六个宽度区段内平均比重的1～1.5倍。具体的，可以为1，1.05，1.1，1.15，1.2，1.25，1.3，1.35，1.4，1.45，1.5倍。

一种针对上述无机复合密封衬垫的制备方法，根据不同厚度层、不同宽度区段的设计要求，将包括无机非金属纤维材料、膨胀性材料、粘合剂的各组分在水溶液中配成三种不同的浆料，用于厚度方向成型，然后通过多次成型的方式来实现，包括：将第一浆料注入成型网，成型网下方抽真空，浆料中的固形物和少量液体成分驻留在成型网上，在成型网上方形成湿态型坯，再把第二浆料注入成型网，覆盖在原湿态型坯上，成型网下方抽真空，然后把第三浆料注入成型网的原湿态型坯上，成型网下方抽真空，最后把三次成型得到的湿态型坯经整形、烘干，制成制品。得到制品的各成分在厚度方向按照预定要求分布。

在上述方案的基础上，进一步包括宽度方向上的成型，将密封衬垫在宽度方向上分成八个宽度区段，二边缘区段上使用第四浆料，在宽度方向上的成型包括：先将第四浆料注入成型网二边缘区段内，成型网上按照宽度的要求设有限定宽度的挡板，此处挡板的作用是防止浆体在失去流动性以前随意流动破环了宽度方向功能性材料分布规律，成型网下方抽真空，浆料中的固体成分和少量液体成分驻留在成型网上，在成型网上方形成湿态型坯，并失去流动性，完成宽度方向边缘两侧湿态型坯的成型，再进行厚度方向成型，浆料流入两侧湿态型坯的中间区域，覆盖在原湿态型坯的相邻位置，成型网下方抽真空，两侧成型的边缘与中部湿态型坯结合在一体，并形成明显界限，最后把得到的湿态型坯经整形、烘干，制成制品。此处得到的制品各成份在宽度方向按照预定的要求分布。

将密封衬垫在宽度方向分成八个宽度区段，成型网上设有限定宽度的挡板，先对中间区段的进行厚度方向成型，然后在二边缘区段使用第四浆料，在宽度方向上的成型包括：将第四浆料注入成型网二边缘区段内，成型网下方抽真空，浆料中的固形物在成型网上方形成湿态型坯，最后把得到的复合湿态型坯，经整形、烘干，制成制品。

针对上述的无机复合密封衬垫的用途，无机复合密封衬垫设在机动车催化转化器载体与金属壳体之间，衬垫材料缠绕在陶瓷载体上，置于金属壳体中，用于机动车催化转化器的固定、密封、隔热。

本发明的有益效果是：

本发明根据实际应用中对密封衬垫的要求，突破了传统均匀型密封衬垫的模式，使密封衬垫中的功能性材料在厚度方向、宽度方向上形成不均匀的分布，且该分布十分符合密封衬垫在实际应用中的要求；并采用新颖的真空吸滤工艺，以复合成型的方法制备无机复合密封衬垫，使产品达到优良的固定、密封、隔热和吸音的功能，尤其适用于机动车催化转化器的使用。

附图说明

图1为本发明的密封衬垫应用于催化转化器中的剖视结构示意图。

图2为本发明的密封衬垫应用于催化转化器中的主视结构示意图。

图3为本发明的成型工艺示意图。

附图中标号说明

1-催化器载体

2-密封衬垫

21-内层 22-中间层 23-外层

3-金属壳体

图3中，4，5-挡板 6-成型网

VIII、I-第四浆料

具体实施方式

实施例1

请参阅图1为本发明的密封衬垫应用于催化转化器中的剖视结构示意图所示，一种无机复合密封衬垫2，设置在机动车催化转化器载体1和金属壳体3之间，密封衬垫2由包括无机非金属纤维、膨胀性材料、粘合剂的组合物构成，其中，将无机复合密封衬垫宽度方向分成八个宽度区段，从左至右包括I段、II段、III段、IV段、V段、VI段、VII段和VIII段；由内至外分成三个厚度层，包括内层21、中间层22和外层23，各厚度层和宽度区段内的衬垫材料组分相同或不同。

三个厚度层中，所述的膨胀性材料，内层21中的膨胀性材料占整个密封衬垫2中膨胀性材料总含量的40％，中间层22占总含量的40％，外层23占总含量的20％；

粘结剂在三个厚度层中的分布为：内层21中的粘合剂占密封衬垫中粘合剂总含量的33.3％，中间层22中占33.3％，外层23中占总含量的33.3％。

其中，膨胀性材料包括低膨胀起始温度的膨胀性材料，在三个厚度层中，低膨胀起始温度的膨胀性材料占其所在厚度层中膨胀性材料的比例分别为内层21中占20％，中间层22中占5％，外层23中占0％。

请参阅图2为本发明的密封衬垫应用于催化转化器中的主视结构示意图所示，所述密封衬垫2，在两侧边缘宽度区段(I段或VIII段)内的比重为中部六个宽度区段(II段、III段、IV段、V段、VI段、VII段)内平均比重的1.2倍。

所述的膨胀性材料，在两侧边缘宽度区段(I段或VIII段)内膨胀性材料的重量为中部六个宽度区段内平均重量的0.5倍；

所述的粘合剂，在两侧边缘宽度区段内的重量为中部六个宽度区段内平均重量的1.3倍。

请参阅图3为本发明的成型工艺示意图所示，无机复合密封衬垫的制备方法，按配方将各组分无机非金属纤维材料、膨胀性材料和粘合剂在水溶液配成四种不同的浆料。其中三种不同浆料用于厚度方向成型，一种用于厚度方向两侧边缘成型。

将密封衬垫2在宽度方向分成八个宽度区段，二边缘区段上使用第四浆料，在宽度方向上的成型包括：先将第四浆料注入成型网二边缘区段内，成型网6上设有限定宽度的挡板4、5，此处挡板的作用是防止浆体在失去流动性以前随意流动破环了宽度方向功能性材料分布规律，成型网6下方抽真空，浆料中的固形物在成型网上方形成湿态型坯，再进行厚度方向成型，厚度方向上的成型包括：将第一浆料注入成型网，成型网下方抽真空，浆料中的固形物在成型网上方形成湿态型坯，两侧成型的边缘与中部湿态型坯结合在一体，再把第二浆料注入成型网，覆盖在原湿态型坯上，成型网下方抽真空，然后把第三浆料注入成型网，覆盖在原湿态型坯上，成型网下方抽真空，最后把复合成型的含量不同的三层湿态型坯，经整形、烘干，制成制品。

实施例2

一种无机复合密封衬垫，其他结构均与实施例1相同，只是各组分在厚度层和宽度区段内的含量不同。

三个厚度层中，所述的膨胀性材料，内层21中的膨胀性材料占整个密封衬垫2中膨胀性材料总含量的35％，中间层22占总含量的35％，外层23占总含量的30％；粘结剂在三个厚度层中的分布为：内层21中占总含量的40％，中间层22中占20％，外层23中占总含量的40％。

其中，膨胀性材料包括低膨胀起始温度的膨胀性材料，在三个厚度层中，低膨胀起始温度的膨胀性材料占其所在厚度层中膨胀性材料的比例分别为内层21中占15％，中间层22中占10％，外层23中占5％。

在宽度区间中，所述的膨胀性材料，在两侧边缘宽度区段内的重量为中部六个宽度区段内平均重量的0.8倍；

所述的粘合剂，在两侧边缘宽度区段内的重量为中部六个宽度区段内平均重量的1.2倍；

所述的密封衬垫2，在两侧边缘宽度区段内的比重为中部六个宽度区段内平均比重的1.1倍；

制备工艺同实施例1。

实施例3

三个厚度层中，所述的膨胀性材料，内层21中的膨胀性材料占整个密封衬垫2中膨胀性材料总含量的50％，中间层22占总含量的30％，外层23占总含量的20％；粘结剂在三个厚度层中的分布为：内层21中占总含量的38％，中间层22中占24％，外层23中占总含量的38％。

其中，膨胀性材料包括低膨胀起始温度的膨胀性材料，在三个厚度层中，低膨胀起始温度的膨胀性材料占其所在厚度层中膨胀性材料的比例分别为内层21中占20％，中间层22中占0％，外层23中占0％。

在宽度区间中，所述的膨胀性材料，在两侧边缘宽度区段内的重量为中部六个宽度区段内平均重量的0.4倍；

所述的粘合剂，在两侧边缘宽度区段内的重量为中部六个宽度区段内平均重量的1.1倍；

所述的密封衬垫2，在两侧边缘宽度区段内的比重为中部六个宽度区段内平均比重的1.3倍。

制备工艺同实施例1。

Claims

1、一种无机复合密封衬垫，由包括无机非金属纤维、膨胀性材料、粘合剂的组合物构成，其特征在于：无机复合密封衬垫在厚度方向上由内至外分成三个厚度层，各厚度层和宽度区段内的衬垫材料组分相同或不同，其中，三个厚度层中的膨胀性材料含量不同，内层占总含量的33.3～50％，中间层占总含量的30～40％，外层占总含量的20～33.3％。

2、根据权利要求1所述的无机复合密封衬垫，其特征在于：所述的无机非金属纤维为陶瓷纤维、玻璃纤维、晶体纤维中的一种或其组合；所述的粘结剂为聚丙烯酸乳液、丁苯橡胶乳液、丁腈橡胶乳液，水性树脂、聚醋酸乙烯酯、阳离子乳胶中的一种或其组合物；所述的膨胀性材料为膨胀蛭石、膨胀石墨、膨胀矿物粉体中的一种或其组合物。

3、根据权利要求1所述的无机复合密封衬垫，其特征在于：所述的粘合剂在三个厚度层中的分布为：内层占总含量的33.3～40％；中间层占总含量的20～33.3％；外层占总含量的33.3～40％。

4、根据权利要求3所述的无机复合密封衬垫，其特征在于：所述的膨胀性材料包含低膨胀起始温度的膨胀性材料，在三个厚度层中，低膨胀起始温度的膨胀性材料占其所在厚度层中膨胀性材料的比例分别为内层0～60％；中间层0～30％；外层0～10％。

5、根据权利要求1所述的无机复合密封衬垫，其特征在于：所述的无机复合密封衬垫在宽度方向上二侧边缘材料与中部材料不同，其中，所述的膨胀性材料，在宽度方向分成八个宽度区段，在两侧边缘宽度区段内的重量为中部六个宽度区段内平均重量的0.2～1倍。

6、根据权利要求5所述的无机复合密封衬垫，其特征在于：所述的粘合剂，在两侧边缘宽度区段内的重量为中部六个宽度区段内平均重量的1～1.4倍。

7、针对权利要求1至6之一所述的无机复合密封衬垫的制备方法，按配方将包括无机非金属纤维材料、膨胀性材料、粘合剂的各组分在水溶液中配成三种不同的浆料，用于厚度方向成型，包括：将第一浆料注入成型网，成型网下方抽真空，浆料中的固形物在成型网上方形成湿态型坯，再把第二浆料注入成型网，覆盖在原湿态型坯上，成型网下方抽真空，然后把第三浆料注入成型网，覆盖在原湿态型坯上，成型网下方抽真空，最后把成型得到的含量不同的三层湿态型坯，经整形、烘干，制成制品。

8、根据权利要求7所述的无机复合密封衬垫的制备方法，其特征在于：将密封衬垫在宽度方向分成八个宽度区段，二边缘区段上使用第四浆料，在宽度方向上的成型包括：先将第四浆料注入成型网二边缘区段内，成型网上设有限定宽度的挡板，成型网下方抽真空，浆料中的固形物在成型网上方形成湿态型坯，再进行厚度方向成型，最后把得到的复合湿态型坯，经整形、烘干，制成制品。

9、根据权利要求7所述的无机复合密封衬垫的制备方法，其特征在于：将密封衬垫在宽度方向分成八个宽度区段，成型网上设有限定宽度的挡板，先对中间区段的进行厚度方向成型，然后在二边缘区段使用第四浆料，在宽度方向上的成型包括：将第四浆料注入成型网二边缘区段内，成型网下方抽真空，浆料中的固形物在成型网上方形成湿态型坯，最后把得到的复合湿态型坯，经整形、烘干，制成制品。

10、针对权利要求1所述的无机复合密封衬垫的用途，无机复合密封衬垫设在机动车催化转化器载体与金属壳体之间，衬垫材料缠绕在陶瓷载体上，置于金属壳体中，用于机动车催化转化器的固定、密封、隔热。