CN110778724A - 密封组件 - Google Patents

Abstract

本发明基于在密封件的配合面上具有双重功能涂层的基本发明构思。双重功能是具有低摩擦力并且为疏水性的。这通过化学改性低摩擦涂层来实现。进一步的改进点是主要在密封件的外侧形成间隙，间隙的一侧在配合面上涂覆有改性的低摩擦涂层，另一侧在密封体上具有疏水性或全憎性材料。根据应用，该材料可以是涂层、膜、带或环的形式，并且可以被涂覆、胶合、熔合、机械附接或通过任何其他适合的方法附接到密封体。优选地，间隙应在0.2mm至1mm宽的量级，因此形成其中水无法一路穿过间隙的“反向‑毛细管”功能。

Description

密封组件

技术领域

本发明涉及密封组件，更特别地，涉及保护诸如滚动元件轴承的机器部件免受水和其他外部污染物影响的摩擦密封组件。

背景技术

密封组件使机器部件的第一部分相对于机器部件的第二部分密封。密封组件通常包括接触机器部件或接触与机器部件连接的组件的至少一个密封元件。这种类型的密封组件是众所周知的，它们被称为摩擦密封件，诸如径向轴密封件。

密封件应防止湿气和污染物进入机器部件的内部部分，如果存在内部润滑，例如涉及轴承，则密封件还应防止油或油脂(/润滑脂)(grease)从内部机器部件泄漏。无法一直防止湿气和污垢进入将要被密封的区域。由于水的进入，结果可能是引起腐蚀危险和/或润滑剂(油或油脂)的污染，这进而可能导致操作中断和/或甚至导致操作故障。传统上，已经通过实施较多数量的密封元件和/或密封唇来改善防止水/湿气进入的保护。

最近已有一些开发是通过添加疏水性涂层来改善密封件的性能，例如，这在US2012/0001395和WO2011/141299中公开。然而，在摩擦密封件的领域仍有改进的余地。

发明内容

本发明的目的在于限定一种密封组件，其增加防止水和湿气进入的保护，同时减少摩擦密封件中的摩擦。

根据本发明，通过以下密封组件来实现上述目的，所述密封组件包括密封体和配合面，所述密封体具有至少一个密封唇。所述至少一个密封唇在使用时与所述配合面接触，覆盖所述配合面上的接触区域。根据本发明，所述配合面涂覆有化学改性的低摩擦涂层，化学改性使所述涂层疏水。所述配合面的涂层在使用时还在所述接触区域的两侧延伸，从而靠近所述至少一个密封唇形成疏水屏障。

优选地，所述低摩擦涂层为聚氨酯低摩擦涂层。优选地，所述低摩擦涂层还用具有单羟基官能团的低表面张力硅氧烷改性聚丙烯酸酯单体单元进行化学改性，以允许该添加剂结合到聚氨酯，从而形成疏水性的化学改性的低摩擦涂层。

在一些实施方式中，所述密封体部分地朝向被涂覆的配合面延伸，从而在所述密封体的延伸部分与被涂覆的配合面的一部分之间形成间隙。然后，优选地，所述密封体的与所述配合面形成间隙的部分包括疏水性或全憎性材料。适合地，根据应用，所述疏水性或全憎性材料为涂层、膜、带或环的形式。然后，所述疏水性或全憎性材料被涂覆、胶合、熔合、机械附接或通过任何其他适合的方法附接到所述密封体的与所述配合面形成间隙的部分。

在一些实施方式中，所述配合面为抛油环。然后，所述配合面的由所述密封体延伸朝向的部分可以是所述抛油环的被涂覆的边缘或所述抛油环的被涂覆的腿部。

在其他实施方式中，所述配合面为凹槽，所述凹槽的尺寸为使得在使用期间所述密封体的一部分和所述至少一个密封唇装配到所述凹槽中并且在所述密封体的两侧上形成间隙。所述间隙的深度延伸到所述密封体的位于所述凹槽内的部分，从而在所述密封件的两侧上形成用于所述密封件的长度的狭缝。所述密封体至少在所述密封体的一侧上、至少在所述密封体的与所述配合面形成间隙的部分上包括疏水性或全憎性材料。

适合地，所述间隙在0.05mm至5mm宽之间，更适合地，所述间隙的宽度在0.1mm至3mm之间，并且优选地，所述间隙在0.2mm至1mm宽的量级。

根据本发明的密封组件的不同的其他改进点可以以任何期望的方式进行组合，只要组合不冲突的特征即可。

本发明的主要目的在于提供一种能够增加防止水/湿气进入的保护并且为密封唇提供低摩擦表面的部件。根据本发明，这通过以下方式来获得：用具有单羟基官能团的低表面张力硅氧烷改性聚丙烯酸酯单体单元对聚氨酯低摩擦涂层进行化学改性，以允许添加剂结合到聚氨酯，然后在配合面上的在密封唇的接触表面的两侧上，至少涂覆比该接触表面大的表面。本发明的其他优点将从详细描述中变得明显。

附图说明

现在将出于说明而非任何意义上限制的目的来参照以下附图更详细地描述本发明，其中：

图1示出了根据本发明的第一实施方式的密封组件的细节，

图2示出了根据本发明的第二实施方式的密封组件的细节，

图3示出了根据本发明的第三实施方式的密封组件的细节，

图4示出了根据本发明的第四实施方式的密封组件的细节，

图5示出了根据本发明的第五实施方式的密封组件的细节。

附图标记列表：

图1示出了根据本发明的第一实施方式的密封组件的细节：

130 密封体，

138 密封唇，

140 配合面，

150 改性的低摩擦涂层。

图2示出了根据本发明的第二实施方式的密封组件的细节：

210 密封组件的外侧，

220 密封组件的内侧，

232 密封体，具有延伸部，从而形成间隙，

238 密封唇，

240 配合面，

250 改性的低摩擦涂层，

252 作为涂层、膜、带或环的疏水性或全憎性材料，

260 疏水性或全憎性材料与改性的低摩擦涂层之间的间隙。

图3示出了根据本发明的第三实施方式的密封组件的细节：

330 密封体，

338 密封唇，

341 配合面，在台阶或如图所示的凹槽中，

350 改性的低摩擦涂层，

352 作为涂层、膜、带或环的第一疏水性或全憎性材料，

354 作为涂层、膜、带或环的可选的第二疏水性或全憎性材料，该第二疏水性或全憎性材料仅在配合面为凹槽而不是台阶的情况下才存在，如果该第二疏水性或全憎性材料在内侧，作为一种选择，适合地，第二疏水性或全憎性材料可以是疏油性或全憎性的，

362 第一疏水性或全憎性材料与改性的低摩擦涂层之间的第一间隙，

364 第二疏水性/疏油性或全憎性材料与改性的低摩擦涂层之间的第二间隙。

图4示出了根据本发明的第四实施方式的密封组件的细节：

410 密封组件的外侧，

420 密封组件的内侧，

430 密封体，

438 密封唇，

442 配合面，

450 改性的低摩擦涂层，

452 作为涂层、膜、带或环的疏水性或全憎性材料，

462 疏水性或全憎性材料与改性的低摩擦涂层之间的间隙。

图5示出了根据本发明的第五实施方式的密封组件的细节：

510 密封组件的外侧，

520 密封组件的内侧，

536 密封体，

539 一个或多个密封唇，

546 配合面，

550 改性的低摩擦涂层，

556 作为涂层、膜、带或环的疏水性或全憎性材料，

566 疏油性或全憎性材料与改性的低摩擦涂层之间的间隙。

具体实施方式

为了阐明根据本发明的方法和装置，现在将结合图1至图5描述本发明的应用的一些示例。

根据本发明的密封组件可以用在径向应用中，例如，用作例如轴承、轴或轴承壳体(/轴承座)或其他类型的壳体的径向密封件。这些应用包括同轴且可相对旋转的内部构件和外部构件。根据本发明的密封组件也可以用在线性应用(linear application)中。

图1示出了根据本发明的第一实施方式的密封组件的细节，其包括密封体130，密封体130具有密封唇138，密封唇138在使用中压在配合面(counterface)140上的改性的低摩擦涂层150上。

改性的低摩擦涂层150是化学改性的聚氨酯低摩擦涂层。低摩擦聚合物涂层几乎不显示任何疏水效果。出于这个原因，用具有单羟基官能团的低表面张力硅氧烷改性聚丙烯酸酯单体(silicone modified polyacrylate monomer)单元对该聚合物进行化学改性，以允许这种添加剂(additive)结合到聚氨酯中。在固化期间，硅氧烷改性的丙烯酸酯单体的非常低的表面张力使其迁移(migration)到表面处的气-液界面，从而在固化后化学改性该表面。追求用于赋予低摩擦的相同涂层的优点在于它结合了具有相同的处理阶段且降低工艺成本的两种效果。

将聚异氰酸酯硬化剂溶液(5.25g)与纳米二氧化硅悬浮液(5.2g，一次粒径为20nm)在量筒中充分混合。加入羟基改性的硅氧烷-聚丙烯酸酯单体溶液(1.0ml)并充分混合。加入反应性多元醇悬浮液组分(12.2g)并且还在不使用高剪切设备以避免损坏悬浮液的情况下充分混合10分钟。

然后，例如通过浸涂(dip coating)将制剂(formulation)沉积到期望的表面上并放置18小时以在环境条件下干燥和固化。然后，在120℃下热处理3个小时。干膜厚度估计为在大约20微米的量级(order)。与去离子水的接触角估计为在大约100°-110°的量级；因为接触角>90°，它才有资格作为疏水性表面。

可选的疏水性低摩擦涂层是具有聚硅氧烷分散添加剂的聚氨酯丙烯酸酯。将聚异氰酸酯(5g)加入丙烯酸多元醇分散体(10.6g)中，并保持低剪切混合5分钟。然后，在几分钟内将羟基改性的聚二甲基硅氧烷分散体(1.3g)滴加到其他组分中。然后，在1分钟内再向该混合物中滴加1ml去离子水，并保持搅拌。然后，将混合物静置20分钟以除去气泡。

然后，将制剂作为薄层涂覆在NBR弹性体基底上，厚度大约为60微米，并放置在室温下逐渐干燥24小时，然后在风扇辅助烘箱中在110℃下处理3个小时。以这种方式，制成薄的半透明的疏水性低摩擦涂层。

涂层应比密封唇138的接触宽度宽，从而形成不仅是低摩擦的而且是疏水性表面的表面。这将显著减少水从密封唇138的一侧传输到另一侧的机会。最重要的是，阻止水从外侧到内侧的传输，或者至少使水从外侧到内侧的传输变得较为困难。在该实施方式中，有利的是，因为水不会润湿涂覆的表面，因此如果配合面旋转，则配合面将会将水从涂覆的表面上甩出。

图2示出了根据本发明的第二实施方式的密封组件的细节，其包括密封体232，密封体232具有密封唇238，密封唇238在使用时压在配合面240上的改性的低摩擦涂层250上。第二实施方式是第一实施方式的进一步的改进点。示出的密封件是不对称的，因此定义了什么是密封组件的优选的外侧210，在密封组件的外侧210处可能存在期望被保持远离密封组件的内侧220的水和其他污染物，在轴承应用中，在密封组件的内侧220处将很有可能存在用于润滑一个或多个轴承的油或油脂。

密封体232还包括以这样的方式朝向外侧210的延伸部：使得在使用中在密封体232与配合面240的被涂覆的区域250之间形成间隙260。至少密封体上的与被涂覆(250/配合面240上的涂层)的配合面240一起限定间隙260的表面包括疏水性或全憎性材料252。根据应用，疏水性或全憎性材料252可以是涂层、膜、带或环的形式，并且可以被涂覆、胶合、熔合、机械附接或通过任何其他适合的方法附接到密封体232。疏水性或全憎性材料252可以与上述的改性的低摩擦涂层250的材料相同，但还可以是专用的疏水性或全憎性材料252。

在使用中，疏水性或全憎性材料与改性的低摩擦涂层之间的间隙260可以在0.05mm至5mm之间，更适合地在0.1mm至3mm之间，并且优选地在0.2mm至1mm宽的量级(/范围)。优选地，间隙从外侧210朝向内侧220至少几毫米深，从而形成狭缝。狭缝将沿着密封件的整个长度延伸，如果是径向密封件，则狭缝将形成圆/环。通过这些间隙尺寸，该狭缝将形成其中水无法一路通过间隙的“反向-毛细管(reverse-capillary)”功能。

在其他实施方式中，密封件可以被制成对称的，在密封件的两侧上均有延伸部和间隙。

图3示出了根据本发明的第三实施方式的密封组件的细节，其包括密封体330，密封体330具有密封唇338，密封唇338在使用时压在配合面341上的改性的低摩擦涂层350上。在这个实施方式中，如图所示，配合面被对称地构造为凹槽。在可选的实施方式中，配合面可以被不对称地构造为台阶。凹槽以及具有密封唇338的密封体330的尺寸为使得密封体330的一部分还进入凹槽至少几毫米的量级。密封体330具有第一疏水性或全憎性材料352，第一疏水性或全憎性材料352为涂层、膜、带或环，在使用时密封体330在凹槽中至少几毫米的量级，并且密封体330具有可选的第二疏水性或全憎性材料354，第二疏水性或全憎性材料354为涂层、膜、带或环，在使用时密封体330在凹槽中至少几毫米的量级。第二材料354只有在配合面341是凹槽而不是台阶的情况下才存在，如果第二材料354在内侧，作为一种选择，第二材料354适合地可以是疏油性或全憎性的。如果密封体330仅在一侧上具有材料352，则优选地是在外侧，从而在源头侧阻碍水进入。密封体330和凹槽的尺寸还使得在使用时使具有材料352、354的密封体330与被涂覆的(350/配合面341上的涂层350)配合面341彼此之间在任一侧形成间隙362、364，间隙362、364的尺寸可以在0.05mm至5mm之间，更适合地在0.1mm至3mm之间，并且优选地在0.2mm至1mm宽的量级，这将形成其中水无法一路通过间隙362、364的“反向-毛细管”功能。

图4示出了根据本发明的第四实施方式的密封组件的细节，其中，抛油环(flinger)用作配合面442。本发明的第四实施方式包括密封体430，密封体430具有密封唇438，密封唇438在使用中压在配合面442上的改性的低摩擦涂层450上。示出的密封件是不对称的，因此定义了什么是密封组件的优选的外侧410，在密封组件的外侧410处可能存在期望被保持远离密封组件的内侧420的水和其他污染物，在轴承应用中，在密封组件的内侧420处将很有可能存在用于润滑一个或多个轴承的油或油脂。

涂覆的(450/配合面442上的涂层450)配合面442是L形的，密封唇438在使用时压在下腿上，并且密封体430与上腿重叠至少几毫米的量级。密封体430包括疏水性或全憎性材料452，疏水性或全憎性材料452为涂层、膜、带或环，疏水性或全憎性材料452用于在使用时在密封体330和涂覆的(450/配合面442上的涂层450)配合面442的上腿之间的重叠部的至少一部分。在使用中，密封体430和配合面442被配置为使得在疏水性或全憎性材料452与改性的低摩擦涂层450之间形成间隙462。间隙可以在0.05mm至5mm之间，更适合地在0.1mm至3mm之间，并且优选地在0.2mm至1mm宽的量级，因此形成具有其中水无法一路通过间隙462的“反向-毛细管”功能的狭缝。

图5示出了根据本发明的第五实施方式的密封组件的细节。第五实施方式示出了径向密封件，其中，本发明在作为配合面546的抛油环546的厚度上实施/跨越边缘实施。本发明的第五实施方式包括附接到套管(casing sleeve)的密封体536，密封体536具有一个或多个密封唇539，一个或多个密封唇539在使用中压在配合面546上的改性的低摩擦涂层550上。该密封件也是不对称的，因此定义了什么是密封组件的优选的外侧510，在密封组件的外侧510处可能存在期望被保持远离密封组件的内侧520的水和其他污染物，在轴承应用中，在密封组件的内侧520处将很有可能存在用于润滑一个或多个轴承的油或油脂。

在这种类型的密封件中，本发明利用配合面546的边缘，配合面546的边缘靠近密封体536，使得可以在涂覆到密封体536的疏水性或全憎性材料556与也被涂覆到配合面546的边缘的改性的低摩擦涂层550之间形成间隙566。间隙可以在0.05mm至5mm之间，更适合地在0.1mm至3mm之间，并且优选地在0.2mm至1mm宽的量级，因此形成具有其中水无法一路通过间隙462的“反向-毛细管”功能的狭缝。两侧上具有涂层的狭缝将仅与配合面的厚度一样深。

本发明基于在配合面上具有双重功能涂层的基本发明构思。双重功能是具有低摩擦力并且为疏水性的。这通过化学改性低摩擦涂层来实现。进一步的改进点是主要在密封件的外侧上形成间隙，间隙的一侧在配合面上涂覆有改性的低摩擦涂层，另一侧在密封体上具有疏水性或全憎性材料。根据应用，该材料可以是涂层、膜、带或环的形式，并且可以被涂覆、胶合、熔合、机械附接或通过任何其他适合的方法附接到密封体。间隙可以在0.05mm至5mm宽的量级，适合地在0.2mm至1mm宽的量级，因此形成其中水无法一路穿过间隙的“反向-毛细管”功能。本发明不限于上述实施方式，而是在所附权利要求的范围内可以进行改变。

Claims (10)

1.一种密封组件，包括：

-密封体，具有至少一个密封唇；

-配合面；

其中，所述至少一个密封唇在使用时与所述配合面接触，覆盖所述配合面上的接触区域，其特征在于，所述配合面涂覆有化学改性的低摩擦涂层，化学改性使所述涂层疏水，并且所述配合面的涂层在使用时在所述接触区域的两侧延伸，从而靠近所述至少一个密封唇形成疏水性屏障。

2.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述低摩擦涂层为聚氨酯低摩擦涂层，并且所述低摩擦涂层用具有单羟基官能团的低表面张力硅氧烷改性聚丙烯酸酯单体单元进行化学改性，以允许该添加剂结合到聚氨酯，从而形成疏水性的化学改性的低摩擦涂层。

3.根据权利要求1或2所述的密封组件，其特征在于，所述密封体部分地朝向被涂覆的所述配合面延伸，从而在所述密封体的延伸部分与被涂覆的所述配合面的一部分之间形成间隙。

4.根据权利要求3所述的密封组件，其特征在于，所述密封体的与所述配合面形成间隙的部分包括疏水性或全憎性材料。

5.根据权利要求4所述的密封组件，其特征在于，根据应用，所述疏水性或全憎性材料为涂层、膜、带或环的形式，并且被涂覆、胶合、熔合、机械附接或通过任何其他适合的方法附接到所述密封体的与所述配合面形成间隙的部分。

6.根据权利要求3至5中的任一项所述的密封组件，其特征在于，所述配合面为抛油环。

7.根据权利要求6所述的密封组件，其特征在于，所述配合面的由所述密封体延伸朝向的部分是所述抛油环的被涂覆的边缘。

8.根据权利要求6所述的密封组件，其特征在于，所述配合面的由所述密封体延伸朝向的部分是所述抛油环的被涂覆的腿部。

9.根据权利要求1或2所述的密封组件，其特征在于，所述配合面为凹槽，所述凹槽的尺寸被设计成使得在使用期间所述密封体的一部分和所述至少一个密封唇装配到所述凹槽中并且在所述密封体的两侧形成间隙，所述间隙的深度延伸到所述密封体的位于所述凹槽内的部分，从而在所述密封件的两侧形成用于所述密封件的长度的狭缝，所述密封体至少在所述密封体的一侧、至少在所述密封体的与所述配合面形成间隙的部分上包括疏水性或全憎性材料。

10.根据权利要求3至9中的任一项所述的密封组件，其特征在于，所述间隙在0.05mm至5mm宽之间。

Images