CN108105383A - 一种高性能密封缓冲垫 - Google Patents

Abstract

本发明属于密封垫技术领域，具体涉及一种高性能密封缓冲垫。该密封垫包括内部的金属垫圈，金属垫圈上下层叠有橡胶缓冲垫片，橡胶缓冲垫片外依次包覆支撑层、耐油防腐蚀层、耐高温层和阻燃层.其中金属垫圈由多块弧形垫片依次叠放组合而成，垫片由上层台面、下层台面以及连接两层台面的垂直连接体组成，上层台面下方设置半球状突出体，下层台面表面设置凹坑。该密封垫密封性能好，承载力高，缓冲和回弹性能突出的特点，非常适合使用在机械设备等需要承受超高的压强，且工作于高温、高湿、强腐蚀环境中。

Description

一种高性能密封缓冲垫

技术领域

本发明属于密封垫技术领域，具体涉及一种高性能密封缓冲垫。

背景技术

密封垫是一种安装在机械机械设备或工程管道内部，起到密封缓冲作用的垫片，这些垫片虽然体积较小，但是其性能往往决定了整个设备能否正常工作，例如航天火箭领域中使用的全氟橡胶垫圈的性能，对整个航天器能否顺利完成任务起到了至关重要作用。密封垫的工作环境非常严苛，往往需要承受超高的压强，工作于高温、高湿、强腐蚀环境中，因此生产出来的密封垫片其各项性能指标的要求也非常高。

常规的密封垫圈的材质有丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、氟胶、氯丁胶、全氟橡胶、硅胶等，这些橡胶材质的垫圈密封缓冲效果较好，但是除全氟橡胶意外，这些橡胶的机械性能较差，抗压性能和承受能力相对较差，全服橡胶的机械性能可以媲美某些金属材料，但是生产成本十分高昂，性价比较低。除了橡胶垫圈外，某些对密封性能无太高要求的机械部件中，会使用金属垫圈来发挥缓冲效果，金属垫圈机械性能好，抗压性能强，但是材料的缓冲回弹性能较差，并且在材料密封性上有非常大的弱势。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种采用复合材料加工技术生产的高性能密封缓冲垫，该垫片机械性能优秀，抗压能力强，密封性能好，并且具有优秀的耐高温、耐腐蚀性能。

本发明的技术方案是：一种高性能密封缓冲垫，所述密封垫包括内部的金属垫圈，金属垫圈上下层叠有橡胶缓冲垫片，橡胶缓冲垫片外依次包覆支撑层、耐油防腐蚀层、耐高温层和阻燃层，金属垫圈由多块弧形垫片依次叠放组合而成。

其中，所述垫片由上层台面、下层台面以及连接两层台面的垂直连接体组成，垫片侧面呈Z字形阶梯状，上层台面下方均匀设置多个半球状突出体，下层台面表面均匀设置多个凹坑，凹坑尺寸小于突出体尺寸，垫片组合成金属垫圈时，上层台面和下层台面组合体的厚度大于垂直连接体的厚度。

本发明中，采用金属作为内层垫片的结构材料，使得垫圈的机械性能得到提高，将垫圈设计成多块垫片组合的机构，使得每一块垫片之间紧密结合，而又留有较大的活动空间，在密封缓冲垫受到较大压强作用时，突出体可以与凹坑卡紧，当垫片受力较小时，突出体和凹坑的形变恢复，金属垫片回弹，垫片间相互作用力减小；因此该金属垫圈可以具有更好的缓冲性能，提高密封垫片的承压能力和回弹性能。

内层的金属垫圈用于提高机械性能，而橡胶缓冲垫片和支撑层则进一步提高了密封垫的弹性和密封效果，并且对内层的垫圈起到良好的包覆和支撑作用。除此之外耐油防腐蚀层、耐高温层和阻燃层依次排列，提高了密封缓冲垫的防护性能，增强了密封缓冲垫对高温、高湿、强腐蚀等恶劣工况的承受能力。

优选地，垫片采用一体成型技术加工制造；金属垫圈的垫片组合数为2-4个。垫片采用一体成型技术加工可以提高垫片的机械性能，在承受较高作用力时，不会发生垫片断裂的状况，能够提高垫片在恶劣工况下的使用寿命；垫圈的垫片组合数增加可以使得垫片的承压性能更好，但是垫片组合数增加提高了密封缓冲垫的生产难度，也提高了垫片部件组装的误差，降低了密封缓冲垫的产品良率；经实验验证，垫片组合数的最优数目为2-4片。

优选地，橡胶缓冲垫片由丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶复合制造而成，橡胶缓冲垫片的单片厚度为金属垫片平均厚度的三分之二；支撑层材质与橡胶缓冲垫片材质相同，支撑层厚度为0.3-0.5mm。采用复合橡胶可以在提高密封缓冲垫性能的同时，降低其生产成本。

优选地，耐油防腐蚀层为聚四氟乙烯镀膜层，聚四氟乙烯膜层厚度为0.1-0.2mm。聚四氟乙烯一般称作不粘涂层或易清洁物料，这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂；同时，聚四氟乙烯具有耐高温的特点，因此在密封缓冲垫的外防护层中使用这种材料作为耐油、耐腐蚀材料，可以进一步提高其防护性能。

优选地，所述耐高温层材质为聚酰亚胺，耐高温层厚度为0.2-0.3mm。聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，其耐高温达400℃以上，长期使用温度范围-200～300℃，无明显熔点，绝缘性能优秀，使用该材料作为耐高温防护层的材料，可以提高密封缓冲垫的耐高温性能。

优选地，所述阻燃层厚度为0.2-0.3mm，阻燃层材料按照质量份数由以下材料制造而成：EVA树脂、三元乙丙橡胶、甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、石墨、氧化镍、聚丙烯纤维、氢氧化镁、葵二酸二辛脂，碳酸钙和乙烯基三过氧化叔丁基硅烷。阻燃层使用的是橡胶和树脂的复合材料，其中，石墨和氧化镍以及氢氧化镁的使用在提高阻燃性能的同时，可以材料提高机械强度，甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯共聚物可以提高材料的抗冲击性，聚丙烯纤维可以提高材料的韧性。阻燃层也是密封缓冲垫最外层的材料，使用这种复合材料不仅因为其添加多种阻燃成分，具有较好的阻燃性能，也是因为其具有良好的耐磨性能和较高的机械强度，并且生产价格相对低廉。

本发明提供的一种高性能密封缓冲垫，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明的密封缓冲垫内部采用金属垫圈作为主要的受力结构，可以提高垫圈的承压性能，其中，金属垫圈采用多块垫片拼接的方式组合，垫片的接触面设置突出体和凹坑，这种设计可以提高垫圈承压后的回弹性能，让垫圈具备更高抗压性能的同时，具有更高的弹性形变范围。

金属垫片上下还层叠橡胶缓冲垫，橡胶缓冲垫外包覆橡胶支撑层，橡胶材质的使用可以进一步提高密封缓冲垫的弹性和密封效果。

密封缓冲垫外层还设置了耐油防腐蚀层、耐高温层和阻燃层等防护层，这些防护层可以提高密封缓冲垫的防护效果，提高密封缓冲垫在高温、高湿、强腐蚀环境下的使用寿命，保证机械设备在复杂工况下的性能。

附图说明

通过阅读参照以下附图对具体实施方式所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为该密封缓冲垫截面中结构层和各防护层分布示意图；

图2为金属垫圈的垫片结构示意图；

图中标记为： 1、金属垫圈；2、橡胶缓冲垫片；3、支撑层；4、耐油防腐蚀层；5、耐高温层；6、阻燃层；11、上层台面；12、下层台面；13、垂直连接体；111、突出体；121、凹坑。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

一种高性能密封缓冲垫，密封缓冲垫包括内部的金属垫圈1，金属垫圈1上下层叠有橡胶缓冲垫片2，橡胶缓冲垫片2外依次包覆支撑层3、耐油防腐蚀层4、耐高温层5和阻燃层6，金属垫圈1由多块弧形垫片依次叠放组合而成。

其中，所述垫片由上层台面11、下层台面12以及连接两层台面的垂直连接体13组成，垫片侧面呈Z字形阶梯状，上层台面11下方均匀设置多个半球状突出体111，下层台面12表面均匀设置多个凹坑121，凹坑121尺寸小于突出体111尺寸，垫片组合成金属垫圈1时，上层台面11和下层台面1213组合体的厚度大于垂直连接体的厚度。

本发明中，采用金属作为内层垫片的结构材料，使得垫圈的机械性能得到提高，将垫圈设计成多块垫片组合的机构，使得每一块垫片之间紧密结合，而又留有较大的活动空间，在密封缓冲垫受到较大压强作用时，突出体111可以与凹坑121卡紧，当垫片受力较小时，突出体111和凹坑121的形变恢复，金属垫片回弹，垫片间相互作用力减小；因此该金属垫圈1可以具有更好的缓冲性能，提高密封垫片的承压能力和回弹性能。

内层的金属垫圈1用于提高机械性能，而橡胶缓冲垫片2和支撑层3则进一步提高了密封垫的弹性和密封效果，并且对内层的垫圈起到良好的包覆和支撑作用。除此之外耐油防腐蚀层4、耐高温层5和阻燃层6依次排列，提高了密封缓冲垫的防护性能，增强了密封缓冲垫对高温、高湿、强腐蚀等恶劣工况的承受能力。

垫片采用一体成型技术加工制造；金属垫圈1的垫片组合数为2个。垫片采用一体成型技术加工可以提高垫片的机械性能，在承受较高作用力时，不会发生垫片断裂的状况，能够提高垫片在恶劣工况下的使用寿命；垫圈的垫片组合数增加可以使得垫片的承压性能更好，但是垫片组合数增加提高了密封缓冲垫的生产难度，也提高了垫片部件组装的误差，降低了密封缓冲垫的产品良率。

橡胶缓冲垫片2由丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶复合制造而成，橡胶缓冲垫片的单片厚度为金属垫片1平均厚度的三分之二；支撑层3材质与橡胶缓冲垫片2材质相同，支撑层3厚度为0.3mm。采用复合橡胶可以在提高密封缓冲垫性能的同时，降低其生产成本。

耐油防腐蚀层4为聚四氟乙烯镀膜层，聚四氟乙烯膜层厚度为0.1mm。聚四氟乙烯一般称作不粘涂层或易清洁物料，这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂；同时，聚四氟乙烯具有耐高温的特点，因此在密封缓冲垫的外防护层中使用这种材料作为耐油、耐腐蚀材料，可以进一步提高其防护性能。

耐高温层5材质为聚酰亚胺，耐高温层厚度为0.3mm。聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，其耐高温达400℃以上，长期使用温度范围-200～300℃，无明显熔点，绝缘性能优秀，使用该材料作为耐高温防护层5的材料，可以提高密封缓冲垫的耐高温性能。

阻燃层6厚度为0.2mm，阻燃层6材料按照质量份数由以下材料制造而成：EVA树脂、三元乙丙橡胶、甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、石墨、氧化镍、聚丙烯纤维、氢氧化镁、葵二酸二辛脂，碳酸钙和乙烯基三过氧化叔丁基硅烷。阻燃层使用的是橡胶和树脂的复合材料，其中，石墨和氧化镍以及氢氧化镁的使用在提高阻燃性能的同时，可以材料提高机械强度，甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯共聚物可以提高材料的抗冲击性，聚丙烯纤维可以提高材料的韧性。阻燃层也是密封缓冲垫最外层的材料，使用这种复合材料不仅因为其添加多种阻燃成分，具有较好的阻燃性能，也是因为其具有良好的耐磨性能和较高的机械强度，并且生产价格相对低廉。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅体现在金属垫圈中垫片组合数的不同，以及密封缓冲垫各防护层的厚度不同，其中本实施例中，金属垫圈1的垫片组合数为4片，支撑层3厚度为0.5mm，耐油防腐蚀层4厚度为0.2mm，耐高温层5厚度为0.2mm，阻燃层6厚度为0.3mm。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种高性能密封缓冲垫，其特征在于：所述密封垫包括内部的金属垫圈，金属垫圈上下层叠有橡胶缓冲垫片，橡胶缓冲垫片外依次包覆支撑层、耐油防腐蚀层、耐高温层和阻燃层，所述金属垫圈由多块弧形垫片依次叠放组合而成。

2.根据权利要求1所述一种高性能密封缓冲垫，其特征在于：所述垫片由上层台面、下层台面以及连接两层台面的垂直连接体组成，垫片侧面呈Z字形阶梯状，上层台面下方均匀设置多个半球状突出体，下层台面表面均匀设置多个凹坑，凹坑尺寸小于突出体尺寸，垫片组合成金属垫圈时，上层台面和下层台面组合体的厚度大于垂直连接体的厚度。

3.根据权利要求2所述一种高性能密封缓冲垫，其特征在于：所述垫片采用一体成型技术加工制造。

4.根据权利要求1所述一种高性能密封缓冲垫，其特征在于：所述金属垫圈的垫片组合数为2-4个。

5.根据权利要求1所述一种高性能密封缓冲垫，其特征在于：所述橡胶缓冲垫片由丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶复合制造而成，橡胶缓冲垫片的单片厚度为金属垫片平均厚度的三分之二。

6.根据权利要求1所述一种高性能密封缓冲垫，其特征在于：所述支撑层材质与橡胶缓冲垫片材质相同，支撑层厚度为0.3-0.5mm。

7.根据权利要求1所述一种高性能密封缓冲垫，其特征在于：所述耐油防腐蚀层为聚四氟乙烯镀膜层，聚四氟乙烯膜层厚度为0.1-0.2mm。

8.根据权利要求1所述一种高性能密封缓冲垫，其特征在于：所述耐高温层材质为聚酰亚胺，耐高温层厚度为0.2-0.3mm。

9.根据权利要求1所述一种高性能密封缓冲垫，其特征在于：所述阻燃层厚度为0.2-0.3mm，阻燃层材料按照质量份数由以下材料制造而成：EVA树脂、三元乙丙橡胶、甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、石墨、氧化镍、聚丙烯纤维、氢氧化镁、葵二酸二辛脂，碳酸钙和乙烯基三过氧化叔丁基硅烷。