本发明涉及热密封技术领域，尤其涉及一种弹性热密封构件及其制备方法。
背景技术
在工业高温领域，机械传动、管道控制等均需要动密封构件保障装置密封，使用的密封构件以石墨密封盘根、石棉密封盘根、氟塑料盘根为主，其耐温低于500℃，不适用于高温密封领域。
在高温密封领域又分为气(液)密封、热密封，高温环境下的气(液)密封采用金属密封，技术也较为成熟。
高温环境下热密封技术研究处于起步阶段，现有耐500℃以上热密封构件较少，技术严重短缺。热密封构件受材料耐温性、结构设计、实际环境等多重限制，弹性阻热动密封技术增加了热密封研制难度。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：现有技术中缺少用于高温环境下的弹性阻热动密封构件。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种弹性热密封圈构件的制备方法，包括如下步骤：
(1)将具有第一线密度的纤维织造成隔热带；
(2)将具有第一直径和第一股数的金属丝织造成网眼状的弹性带；
(3)依次将隔热带和弹性带叠放后缠绕成型、固定和缝合，制得热密封构件初坯；
(4)采用涂层处理液对热密封构件初坯进行表面处理，得到所述弹性热密封圈构件。
优选地，所述纤维选自石英纤维、高硅氧纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维中的任一种或多种；优选地，所述第一线密度为60～400tex；和/或
所述金属丝选自不锈钢丝、铜丝、高温合金丝中的任一种或多种；优选地，所述第一直径为0.05～0.25mm，所述第一股数为1～5股。
优选地，所述隔热带具有0.1～1mm的厚度；和/或所述隔热带具有10～60mm的宽度。
优选地，所述弹性带具有0.2～1mm的厚度；
所述弹性带具有10～60mm的宽度；和/或
所述弹性带的网眼尺寸为1.5～3mm。
优选地，所述隔热带采用平纹编织法、二维编织套管带法或三维四向编织套管带法织造而成；和/或
所述弹性带采用平纹编织法、二维编织套管带法或三维四向编织套管带法织造而成。
优选地，进行叠放时，所用的弹性带和隔热带的宽度比为1∶1～2∶3。
优选地，进行缝合时，所用的缝合线选自石英纤维、莫来石纤维、耐高温合金丝中的任一种或多种；优选地，所述石英纤维和/或莫来石纤维的线密度为200～400tex；或所述金属丝直径为0.1～0.5mm。
优选地，所述缝合针距为5～15mm；和/或所述缝合行数不少于2行。
优选地，所述涂层处理液为硅树脂溶液、硅橡胶溶液或氟橡胶溶液中的任一种或多种。
一种弹性热密封圈构件，采用上述任一项所述制备方法制得；优选地，所述弹性热密封圈构件的截面为矩形。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
(1)本发明提供的密封圈构件热密封性能优异，耐温达600℃～1300℃，具有优异隔热阻热和动密封性能，是一种性能优异的弹性阻热动密封构件。
(2)本发明构件制备工艺适应性强，可正对多种规格热密封圈要求进行制备，回弹性优异，较传统三维纤维编织具有更好的压缩回弹性，适应于高温环境下的端部径向高温阻热动密封部位。
(3)本发明提供了一种“隔热-阻热-回弹性相结合的热密封结构”，巧妙地解决了耐高温、柔韧性、回弹性、隔热阻热、转动摩擦等多项性能相互制约共同优化的技术难题，是一种耐高温性能优异的阻热动密封构件。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
本发明在第一方面提供了一种弹性热密封圈构件的制备方法，包括如下步骤：
(1)将具有第一线密度的纤维织造成隔热带
在一些优选的实施例中，所述纤维可以选自石英纤维、高硅氧纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维中的任一种或多种，例如，可以选用石英纤维，可以选用高硅氧纤维，可以选用硅酸铝纤维，可以选用莫来石纤维，还可以选用上述几种纤维的任意组合。tex过大时编织结构单元较大，内部空隙较大，热密封效果稍差。基于上述考虑，对于上述纤维的线密度，本发明将其限定在60～400tex，例如，可以为60tex、80tex、100tex、120tex、150tex、200tex、220tex、260tex、280tex、300tex、320tex、340tex、360tex、380tex或400tex；进一步优选为200～400tex，例如，可以为200tex、230tex、270tex、300tex、330tex、360tex、390tex或400tex。需要说明的是，本发明所用的纤维均为市售产品或根据现有技术制得的材料，本发明对其来源不做具体限定。
在一些优选的实施例中，所述隔热带具有0.1～1mm的厚度，例如，可以为0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1mm。为了便于后续成型时对其进行裁剪，还可以将纤维织造成10～60mm宽的隔热带，例如，可以为10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm。对于隔热带的织造方法，可以采用平纹编织法、二维编织套管带法或三维四向编织套管带法。
(2)将具有第一直径和第一股数的金属丝织造成网眼状的弹性带
在一些优选的实施例中，所述金属丝可以选自不锈钢丝、铜丝、高温合金丝中的任一种或多种，例如，可以选用不锈钢丝，可以选用铜丝，可以选用高温合金丝，还可以选用上述几种金属丝的任意组合。需要说明的是，本发明中的高温合金丝可以选用现有的材料，如gh99、gh141、gh145金属丝。对于上述金属丝来说，其直径过大，由于金属丝力学强度较大，金属丝编织弹性带难度增大，对热导率也会有恶化(热导率提高，不利于隔热密封)；其直径过小，弹性带弹性弱，不利于热密封材料回弹性提高，基于上述考虑，其直径优选为0.05～0.25mm，例如，可以为0.05mm、0.08mm、0.10mm、0.15mm、0.18mm、0.20mm、0.23mm或0.25mm；进一步优选为0.10～0.25mm，例如，可以为0.10mm、0.13mm、0.16mm、0.19mm、0.22mm或0.25mm。本发明不但限定了所用金属丝的直径，在一些实施例中还限定了所用金属丝的股数，优选采用1～5股金属丝来织造弹性带，例如，可以用1股、2股、3股、4股或5股。需要说明的是，本发明所用的金属丝均为市售产品或根据现有技术制得的材料，本发明对其来源不做具体限定。
在一些优选的实施例中，所述弹性带具有0.2～1mm的厚度，例如，可以为0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1mm。同样出于便于成型时对其进行裁剪，可以将金属丝织造成10～60mm宽的弹性带，例如，可以为10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm。所述弹性带上的网眼的尺寸可以控制在1.5～3mm，例如，可以为1.5mm、1.8mm、2mm、2.5mm、2.8mm或3mm。对于弹性带的织造方法，可以采用采用平纹编织法、二维编织套管带法或三维四向编织套管带法。
(3)依次将隔热带和弹性带叠放后缠绕成型、固定和缝合，制得热密封构件初坯
缠绕成型所用的装置可以为现有的密封圈缠绕成型工装，本发明对此不做具体限定。进行叠放时，所用弹性带和隔热带的宽度比优选为1∶1～2∶3，叠放之前，可以根据宽度比对步骤(1)制得的隔热带和步骤(2)制得的弹性带进行相应的裁剪，使两者的宽度符合上述限定。为了确保缝合效果而又不影响密封构件的回弹性，本发明所用的缝合线优选采用石英纤维、莫来石纤维、耐高温合金丝中的任一种或多种，石英纤维和/或莫来石纤维的线密度为200～400tex，耐高温合金丝的直径为0.1～0.5mm，例如，可以为0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm或0.5mm。基于同样地考虑，本发明在缝合时将缝合针距控制在5～15mm(例如，可以为5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm或15mm)，缝合行数不少于2行。耐高温合金丝(又称为高温合金丝)可以选用现有的材料，如gh99、gh141、gh145金属丝。
(4)采用涂层处理液对热密封构件初坯进行表面处理，得到所述弹性热封闭构件。通过表面处理可以获得表面无毛刺的弹性热密封圈构件。所述涂层处理液可以为硅树脂溶液、硅橡胶溶液或氟橡胶溶液中的任一种或多种。需要说明的是，本发明所用的硅树脂溶液、硅橡胶溶液或氟橡胶溶液为硅树脂、硅橡胶或氟橡胶利用溶剂(此处溶剂指能够和硅树脂、硅橡胶或氟橡胶配制成液态物质的有机溶剂)配制而成，其浓度不宜过大，可以控制在0.1～10wt％。对于该步骤表面处理所用的方法，可以采用浸渍法(浸渍时间无须过长，1～20min即可)或涂覆法，使热密封构件初坯的表面上均匀复合有涂层处理液，然后再对构件进行固化，固化条件可以参照现有技术中的硅树脂、硅橡胶或氟橡胶的固化条件而进行选择，本发明对此不再详述。
更为全面地，本发明提供的弹性热密封圈构件的制备方法包括如下步骤：
(1)将具有第一线密度的纤维织造成隔热带；
所述纤维选自石英纤维、高硅氧纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维中的任一种或多种，所述第一线密度为60～400tex；制得的隔热带具有0.1～1mm的厚度，具有10～60mm的宽度；织造方法采用平纹编织法、二维编织套管带法或三维四向编织套管带法；
(2)将具有第一直径和第一股数的金属丝织造成网眼状的弹性带；所述金属丝选自不锈钢丝、铜丝、高温合金丝中的任一种或多种，所述第一直径为0.05～0.25mm，所述第一股数为1～5股；制得的弹性带具有0.2～1mm的厚度，具有10～60mm的宽度，具有尺寸为1.5～3mm的网眼结构；织造方法采用平纹编织法、二维编织套管带法或三维四向编织套管带法；
(3)依次将隔热带和弹性带叠放后缠绕成型、固定和缝合，制得热密封构件初坯；进行叠放时，所用弹性带和隔热带的宽度比为1∶1～2∶3；进行缝合时，所用的缝合线选自石英纤维、莫来石纤维、耐高温合金丝中的任一种或多种，所述石英纤维和/或莫来石纤维的线密度为200～400tex，所述金属丝直径为0.1～0.5mm；所述缝合针距为5～10mm；和/或所述缝合行数不少于2行；
(4)采用涂层处理液对热密封构件初坯进行表面处理，所述涂层处理液为硅树脂溶液、硅橡胶溶液或氟橡胶溶液中的任一种或多种，得到所述弹性热密封圈构件。
本发明在另一方面提供了一种弹性热密圈封构件，采用上述所述制备方法制得，优选地，所述弹性热密封圈构件的截面为矩形，例如，长方形或正方形。该弹性热密圈封构件具有耐高温、阻热、弹性、动密封的技术效果，耐温600℃～1300℃，回弹性≥85％，适应于高温环境下的端部径向高温阻热动密封部位。
以下是本发明列举的实施例。
实施例1
(1)隔热带织造：将60tex硅酸铝纤维按照平纹编织法制备厚度为0.1mm、宽度为15mm的隔热带，长度根据要求进行生产。
(2)弹性带织造：将直径为0.05mm、5股的不锈钢丝按照平纹编织法制备成厚度为0.2mm、宽度为10mm、网眼尺寸1.5mm的弹性带，长度根据要求进行生产。
(3)缠绕成型：弹性带和隔热带的宽度比值为2∶3，采用密封圈构件成型工装依次叠放隔热带、弹性带同时进行缠绕，缠绕至要求尺寸(此处的要求尺寸为密封圈构件的壁厚，可以根据密封圈的外径和内径确定)，然后固定、使用200tex石英纤维缝合线对其进行针织缝合，针织针距为10mm，行数为2行，制成热密封构件初坯：
(4)整体表面处理：配制硅树脂溶液(浓度为1wt％)作为涂层处理液，将所述热密封构件初坯浸渍于其中(浸渍时间为10min)，固化，得到弹性热密圈封构件。
经检测，该弹性热密圈封构件耐温800℃，室温法相热导率为0.045w/m·k，径向20％压缩率下的回弹率87％，径向压缩模量0.3mpa。
实施例2
(1)隔热带织造：将200tex石英纤维按照平纹编织法制备厚度为0.4mm、宽度为30mm的隔热带，长度根据要求进行生产。
(2)弹性带织造：将直径为0.1mm、3股的高温合金丝按照斜纹编织法制备成厚度为0.35mm、宽度为30mm、网眼尺寸1.5mm的弹性带，长度根据要求进行生产。
(3)缠绕成型：弹性带和隔热带的宽度比值为1∶1(步骤(1)和步骤(2)制得的隔热带和弹性带无须裁剪即可使用)，采用密封圈构件成型工装依次叠放隔热带、弹性带同时进行缠绕，缠绕至要求尺寸，然后固定、使用200tex石英纤维缝合线其进行针织缝合，缝合针距为12mm，行数为3行，制成热密封构件初坯：
(4)整体表面处理：配制硅橡胶溶液(浓度为1wt％)作为涂层处理液，将所述热密封构件初坯浸渍于其中(浸渍时间为10min)，固化，得到弹性热密圈封构件。
经检测，该弹性热密圈封构件耐温1000℃，室温法相热导率为0.050w/m·k，径向20％压缩率下的回弹率90％，径向压缩模量0.4mpa。
实施例3
(1)隔热带织造：将200tex高硅氧纤维按照三维四向编织套管带法制备厚度为0.5mm、宽度为60mm的隔热带，长度根据要求进行生产。
(2)弹性带织造：将直径为0.15mm、3股的铜丝按照针织圆网管法制备成厚度为0.55mm、宽度为48mm、网眼尺寸2mm的弹性带，，长度根据要求进行生产。
(3)缠绕成型：将弹性带和隔热带的宽度进行裁剪，使弹性带和隔热带的宽度比值为2∶3，采用密封圈构件成型工装依次叠放隔热带、弹性带同时缠绕，缠绕至要求尺寸，然后固定并使用直径0.1mm耐高温合金丝缝合线其进行针织缝合，针织针距为10mm，行数为4行，制成热密封构件初坯：
(4)整体表面处理：配制硅橡胶溶液(浓度为1wt％)作为涂层处理液，将所述热密封构件初坯浸渍于其中(浸渍时间为10min)，固化，得到弹性热密圈封构件。
经检测，该弹性阻热动密封圈构件耐温950℃，室温法相热导率为0.050w/m·k，径向20％压缩率下的回弹率85％，径向压缩模量0.51mpa。
实施例4
本实施例提供一种弹性阻热动密封圈构件，按照以下方法进行制备，
(1)隔热带织造：将400tex莫来石纤维按照三维四向编织套管带法制备厚度为1mm、宽度为60mm的隔热带，长度根据要求进行生产。
(2)弹性带织造：将直径为0.25mm、5股的高温合金丝按照针织圆网管法制备成厚度为1.0mm、宽度为60mm、网眼尺寸3mm的弹性带，长度根据要求进行生产。
(3)缠绕成型：弹性带和隔热带的宽度比值为1∶1(步骤(1)和步骤(2)制得的隔热带和弹性带无须裁剪即可使用)，采用密封圈构件成型工装依次叠放隔热带、弹性带同时缠绕，缠绕至要求尺寸，然后固定并使用400tex莫来石纤维缝合线其进行针织缝合，缝合针距为15mm，行数为5行，制成热密封构件初坯：
(4)整体表面处理：配制氟橡胶溶液(浓度为1wt％)作为涂层处理液，将所述热密封构件初坯浸渍于其中(浸渍时间为10min)，固化，得到弹性热密圈封构件。
经检测，该弹性阻热动密封圈构件耐温1300℃，室温法相热导率为0.048w/m·k，径向20％压缩率下的回弹率92％，径向压缩模量0.8mpa。
对比例1
制备方法同实施例1基本上相同，不同之处在于：
所用的纤维为800tex的硅酸铝纤维；
所用的金属丝为直径0.4mm，8股的不锈钢丝。
对比例2
制备方法同实施例1基本上相同，不同之处在于：
所用的纤维为40tex的硅酸铝纤维；
所用的金属丝为直径0.02mm，1股的不锈钢丝。
对比例3
制备方法同实施例1基本上相同，不同之处在于：
隔热带的厚度为2mm；
所述弹性带的厚度为2mm。
对比例4
制备方法同实施例1基本上相同，不同之处在于：
隔热带的厚度为0.05mm；
所述弹性带的厚度为0.05mm。
对比例5
制备方法同实施例1基本上相同，不同之处在于：
所用的缝合线为500tex石英纤维，缝合针距为3mm，行数为2行。
表1显示了各个实施例和对比例所用的材料。
表2显示了各个实施例和对比例所制得的密封圈构件的性能。
表2
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。