CN114198502B - 一种电池三元材料搅拌设备用镶装式聚四氟乙烯静压干气密封环及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池三元材料搅拌设备用镶装式聚四氟乙烯静压干气密封环及其制备方法与应用,包括动环和静环两个密封环,密封环槽型结构为带节流孔的矩形槽型。本发明将静压干气密封引入电池三元材料搅拌设备中,极大程度地降低了接触式密封端面磨损严重的问题,提高了密封装置的使用寿命。同时采用聚四氟乙烯材料取代传统的碳化硅、硬质合金等密封环材料,在降低电池三元材料搅拌设备产品污染风险的同时,还可以将此类密封装置推广至食品、医药等行业的机械生产设备中。为防止聚四氟乙烯静压干气密封环因使用激光加工而软化变形以及节流孔过小导致的加工困难,采用镶装式加工方式进行加工制造,能够有效地提高密封环加工精度。
Description
技术领域
本发明涉及密封技术领域,具体为一种电池三元材料搅拌设备用镶装式聚四氟乙烯静压干气密封环及其制备方法与应用。
背景技术
目前,在电池三元材料搅拌设备中,因其大轴径的特点导致传统干气密封在该领域鲜有应用,这是由于传统干气密封环一般采用硬质合金、SiC等材料,它们虽然具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等优点,但是价格昂贵。故而电池三元材料搅拌设备的密封方式一般采用接触式密封结构,例如某轴端密封,与轴过盈配合的硅橡胶弹性体随轴旋转时带动一对转子片旋转,转子片与静止的壳体发生相对运动从而形成主密封面,但这种密封装置在运行过程中容易产生较大的磨损、寿命短。
静压干气密封的运行不依赖于机组的转速,密封性能稳定、可靠性高,能够适应电池三元材料搅拌设备低转速、高压的工况。而且,聚四氟乙烯对电池三元材料有着良好的亲和性,价格低廉,将其作为静压干气密封环的制备材料,并将改良后的静压干气密封应用于电池三元材料搅拌设备中,能够在实现电池三元材料搅拌设备零磨损、长周期运行的同时,降低密封装置的投入成本。聚四氟乙烯的各项性能指标均优于食品级PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)以及PC(聚碳酸酯),在低于260℃的工作环境中能够达到食品生产设备用材的标准,改良后的静压干气密封还能够被推广至食品、医药生产机械设备中。由于静压干气密封环上节流孔孔径较小,同时聚四氟乙烯在温度达到180℃左右会逐渐软化,采用传统的激光加工方式进行生产制造较为困难。为此,本发明申请一种适用于电池三元材料搅拌设备用的静压干气密封镶装式聚四氟乙烯静压干气密封环。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种适用于电池三元材料搅拌设备、采用镶装式加工生产的聚四氟乙烯静压干气密封环,同时还能应用到食品、医药生产领域,以解决上述背景技术中提出的问题。本发明的第二目的在于提供所述密封环的制备方法,第三目的在于提供所述密封环的应用。
本发明的第一目的是这样实现的,采用镶嵌组合装配的加工方式加工制造,具体包括镶装结构和密封环结构,所述镶装结构和密封环结构在加工制造过程中紧密配合,所述密封环结构包括静环和动环,所述动环和静环始终处于严格对中状态,在动环或静环端面等间距开有型槽,型槽上分布着节流孔,所述节流孔均匀分布在型槽上,气体从节流孔进入型槽后分别向密封环结构内径侧和外径侧流动,在静环和动环之间形成腔体,所述镶装结构适配静环或动环。
进一步的,所述镶装结构在轴向方向比密封环结构小1 mm。
进一步的,所述镶装结构材料为金属材料,所述静环和动环材料均为经过改性的聚四氟乙烯。
进一步的,所述静环(3)和动环(5)在电池三元材料搅拌设备正常运行状态下始终处于非接触状态,在电池三元材料搅拌设备非运行状态下,始终为接触状态。
进一步的,所述型槽(6)为矩形槽、对数螺旋槽、圆弧槽、T型槽、V型槽、直线槽、人字槽、树形槽中的任一种(同一密封结构的密封环端面上的型槽类型一致)。
进一步的,所述静环(3)和动环(5)端面内径为36 mm,外径为48 mm,所述型槽(6)内侧半径为40 mm,外侧半径为44 mm,槽深为2 mm,开槽长度比为3,所述节流孔(7)孔径为0.1-0.3㎜,所述型槽(6)的槽数为4、8、12个。
本发明的第二目的是这样实现的,所述的电池三元材料搅拌设备用镶装式聚四氟乙烯静压干气密封环的制备方法,包括以下步骤:
S1、材料准备:选用聚四氟乙烯材料制造密封环,先对聚四氟乙烯材料进行改性,所得改性聚四氟乙烯材料的邵氏硬度为70、杨氏模量为 61.4 MPa、抗压强度为 27 MPa、磨损系数降低了至少3倍;
S2、预成型:按要求的尺寸准备好模具,将上述所得改性聚四氟乙烯材料置于密封环镶装模具中加压制成聚四氟乙烯静压干气密封环毛胚;
S3、烧结:采用逐步升温法进行烧结,将所得毛胚置于烧结炉中,以1~2℃/min的速度升温至120~130℃,保温1 3h;随后以0 .5~1℃/min的速度升温至320~330℃,保温13h;其次以0 .5~1℃/min的速度升温至370~380℃,保温2 4h;然后以0 .5~1℃/min的速度降温至320~330℃,保温1 3h,烧结成聚四氟乙烯静压干气密封环;
S4、自然冷却定型;
S5、表面处理:对冷却定型后的密封环采用抛光工艺进行表面处理,即可。
进一步的,所述改性为通过电子束辐照进行改性;所述抛光为机械抛光、化学抛光或纳米抛光。
本发明的第三目的是这样实现的,所述密封环在机械设备静压干气密封上的应用。
进一步的,所述密封环在电池三元材料搅拌设备静压干气密封上的应用。
本发明的有益效果是:
本发明将静压干气密封引入电池三元材料搅拌设备中,在满足电池三元材料搅拌设备正常运行工况的条件下,使其密封结构实现非接触式运行,提高密封装置的使用寿命,降低密封环端面磨损。同时将聚四氟乙烯材料引入密封环设计中,避免由硬质合金等传统密封环材料磨损导致的电池三元材料金属污染。在防止电池三元材料搅拌设备产品受污染的同时还能将此类密封推广至食品、医药等生产机械设备中,降低密封的生产成本并提高食品、医药生产的质量安全性。对聚四氟乙烯进行表面物理改性,采用电子束辐照或其他材料改性工艺,提高聚四氟乙烯的硬度、杨氏模量和抗压强度,降低磨损系数,可以有效提高新型静压干气密封的可靠性。采用镶装式加工方式对聚四氟乙烯静压干气密封环进行加工制造,能有效防止聚四氟乙烯因温度升高而变形导致的加工困难,同时还能提高节流孔的加工精度。
附图说明
图1为实例所述聚四氟乙烯静压干气密封环结构和镶装结构组合方式结构示意图;
图2为图1节流孔处剖面图;
图3为聚四氟乙烯静压干气密封环结构示意图;
图4为图3B-B剖面图;
图5(a)为圆弧槽静压干气密封环剖面结构示意图;
图5(b)为径向多列节流孔静压干气密封环剖面结构示意图;
图中,1-镶装结构,2-密封环结构,3-静环,4-腔体,5-动环,6-型槽,7-节流孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明,但本发明的内容并不限于所述范围。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1,本发明提供一种技术方案,一种电池三元材料搅拌设备用镶装式聚四氟乙烯静压干气密封环。具体的,图1所示聚四氟乙烯静压干气密封环结构和镶装结构组合方式,其中镶装结构的材料选择金属等硬度较高的材料,端面外径r1为53 -54mm,厚度为1-2 mm,内径r2为34-35 mm,厚度为1-2 mm,槽区内侧半径r3为40-41 mm,厚度为1-2 mm,外侧半径r4为46-47 mm,厚度为1-2 mm,节流孔处孔径为2.1-2.3 mm,厚度为1 mm。同时,为了防止在运行过程中由于端面磨损产生的碎屑而对产品质量造成影响,镶装结构在轴向上的厚度设计小于密封环的厚度设计,并对密封环边界面进行了倒圆角设计;
具体的,使用时,本发明主要从产品结构上进行优化,密封环的动环和静环均采用聚四氟乙烯材料制成,并通过电子束辐照改性方法大大提高了聚四氟乙烯静压干气密封环的耐高温、耐腐蚀、耐磨性能,防止电池三元材料搅拌设备产品受污染的同时在食品、医药领域保证了生产食品、医药的安全性。其他能够对聚四氟乙烯材料进行改性的技术也包含在本发明中聚四氟乙烯改性方法保护范围内;
具体的,聚四氟乙烯由于在温度达到180℃开始软化,因此在对聚四氟乙烯静压干气密封环进行加工的过程中,为防止其使用传统加工工艺过程因软化变形以及节流孔过小导致的加工困难,为此采用镶装式进行加工制造。
请参阅图2。具体的,发明中所描述的对聚四氟乙烯静压干气密封环进行镶装加工,其中因为型槽的尺寸远大于节流孔的径向尺寸,因此型槽可采用除激光加工以外的其他方式进行加工成型,节流孔的孔径较小,为了保证加工精度,采用镶装式加工更为合适。聚四氟乙烯静压干气密封环结构和镶装结构的组合方式为,图中 1 所示为镶装结构, 2所示为密封环结构。
请参阅图3。具体的,发明中所描述的两个密封环,即静环 3 和动环 5,在动环 5或静环 3 的端面外径侧等间距开有型槽,气体从节流孔进入型槽后分别向密封环外径侧和内径侧流动,充满整个腔体 4 ;型槽类型包含目前应用于干气机械密封环上的所有槽型,其中以带节流孔的矩形槽为主要代表(同一密封结构的密封环端面上的型槽类型一致);
具体的,在动环 5 或静环 3 的端面外径侧等间距开有带节流孔的矩形槽,动环或静环开设的带节流孔的矩形槽,动、静环端面内径为36 mm,外径为48 mm,矩形槽内侧半径为40 mm,外侧半径为44 mm,槽深为2 mm,开槽长度比为3,节流孔孔径为0.1-0.3㎜,槽数为4、8、12个等若干个矩形槽。
尽管已经示出和描述了本发明的实用例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种电池三元材料搅拌设备用镶装式聚四氟乙烯静压干气密封环,其特征在于采用镶嵌组合装配的加工方式加工制造,具体包括镶装结构(1)和密封环结构(2),所述镶装结构(1)和密封环结构(2)在加工制造过程中紧密配合,所述密封环结构(2)包括静环(3)和动环(5),所述动环(5)和静环(3)始终处于严格对中状态,在动环(5)或静环(3)端面等间距开有型槽(6),型槽(6)上分布着节流孔(7),所述节流孔(7)均匀分布在型槽(6)上,气体从节流孔(7)进入型槽(6)后分别向密封环结构(2)内径侧和外径侧流动,在静环(3)和动环(5)之间形成腔体(4),所述镶装结构(1)适配静环(3)或动环(5);所述镶装结构(1)材料为金属材料,所述静环(3)和动环(5)材料均为经过改性的聚四氟乙烯。
2. 根据权利要求1所述的电池三元材料搅拌设备用镶装式聚四氟乙烯静压干气密封环,其特征在于所述镶装结构(1)在轴向方向比密封环结构(2)小1 mm。
3.根据权利要求1所述的电池三元材料搅拌设备用镶装式聚四氟乙烯静压干气密封环,其特征在于所述静环(3)和动环(5)在电池三元材料搅拌设备正常运行状态下始终处于非接触状态,在电池三元材料搅拌设备非运行状态下,始终为接触状态。
4.根据权利要求1所述的电池三元材料搅拌设备用镶装式聚四氟乙烯静压干气密封环,其特征在于所述型槽(6)为矩形槽、对数螺旋槽、圆弧槽、T型槽、V型槽、直线槽、人字槽、树形槽中的任一种。
5. 根据权利要求1所述的电池三元材料搅拌设备用镶装式聚四氟乙烯静压干气密封环,其特征在于所述静环(3)和动环(5)端面内径为36 mm,外径为48 mm,所述型槽(6)内侧半径为40 mm,外侧半径为44 mm,槽深为2 mm,开槽长度比为3,所述节流孔(7)孔径为0.1-0.3㎜,所述型槽(6)的槽数为4、8、12个。
6.一种根据权利要求1-5任一所述的电池三元材料搅拌设备用镶装式聚四氟乙烯静压干气密封环的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
S1、材料准备:选用聚四氟乙烯材料制造密封环,先对聚四氟乙烯材料进行改性,所得改性聚四氟乙烯材料的邵氏硬度为70、杨氏模量为 61.4 MPa、抗压强度为 27 MPa;
S2、预成型:按要求的尺寸准备好模具,将上述所得改性聚四氟乙烯材料置于密封环镶装模具中加压制成聚四氟乙烯静压干气密封环毛胚;
S3、烧结:采用逐步升温法进行烧结,将所得毛胚置于烧结炉中,以1~2℃/min的速度升温至120~130℃,保温1-3h;随后以0 .5~1℃/min的速度升温至320~330℃,保温1-3h;其次以0 .5~1℃/min的速度升温至370~380℃,保温2-4h;然后以0 .5~1℃/min的速度降温至320~330℃,保温1-3h,烧结成聚四氟乙烯静压干气密封环;
S4、自然冷却定型;
S5、表面处理:对冷却定型后的密封环采用抛光工艺进行表面处理,即可。
7.根据权利要求6所述的电池三元材料搅拌设备用镶装式聚四氟乙烯静压干气密封环的制备方法,其特征在于所述改性为通过电子束辐照进行改性;所述抛光为机械抛光、化学抛光或纳米抛光。
8.一种根据权利要求1-5任一所述的电池三元材料搅拌设备用镶装式聚四氟乙烯静压干气密封环的应用,其特征在于所述密封环在机械设备静压干气密封上的应用。
9.根据权利要求8所述的电池三元材料搅拌设备用镶装式聚四氟乙烯静压干气密封环的应用,其特征在于所述密封环在电池三元材料搅拌设备静压干气密封上的应用。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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