一种阀门用高压多层复合填料及其制造工艺

摘要

本发明公开了一种阀门用高压多层复合填料及其制造工艺，解决了一旦阀盖出现破损，内部介质会从阀门中喷出，不管是人或者设备接触到，都将造成伤害的问题，其技术方案要点是：一种阀门用高压多层复合填料，包括有至少两个以上依次叠设的密封组，所述密封组包括有不锈钢层以及分别压设在不锈钢层上、下表面的石墨密封层，所述不锈钢层的厚度为0.08‑0.15mm，所述石墨密封层的厚度为不锈钢层厚度的3‑10倍，提高了填料的安全性，使其在损坏情况下仍然能够持续工作一段时间，为阀体维修以及管道内介质的处理提供了时间。

权利要求

1.一种阀门用高压多层复合填料，其特征在于，包括有至少两个以上依次叠设的密封组（1），所述密封组（1）包括有不锈钢层（11）以及分别压设在不锈钢层（11）上、下表面的石墨密封层（12），所述不锈钢层（11）和石墨密封层（12）之间还嵌设有粉末二硫化钼层（13）；

所述不锈钢层（11）的厚度为0.08-0.15mm，所述石墨密封层（12）的厚度为不锈钢层（11）厚度的3-10倍；

所述阀门用高压多层复合填料的制造工艺包括有如下步骤：

Step1，选取不锈钢板，在不锈钢板的上、下表面均贴设用于成型为石墨密封层的石墨纸；在石墨纸朝向不锈钢板的表面涂覆有粉末二硫化钼，使粉末二硫化钼完全覆盖石墨纸的表面；

Step2，将两石墨纸和不锈钢板压合成型，并进行外形加工，得到一密封组（1）；

Step3，重复Step1和Step2得到若干密封组（1），并对得到的密封组（1）进行精加工；

Step4，将两个以上的密封组（1）依次叠设，放入液压模具中，通过液压压合，得到阀门用多层复合填料；

其中，在Step2中采用冲压模具冲压成型密封组（1），所述冲压模具和液压模具均选用石墨模具，且冲压模具或者液压模具使用前，均通过毛刷在内壁涂抹硅油脱模剂；

所述石墨纸由以下质量份数计原料组成：鳞片石墨100-200份、硅酸铝10-20份、蒙脱石

5-8份、钢纤维3-5份、碳纤维3-5份、滑石粉3-5份、火山灰3-5份；

所述石墨纸的制造方法如下：

Step1，在反应釜中加入鳞片石墨、硅酸铝、蒙脱石、钢纤维、碳纤维、滑石粉、火山灰，搅拌均匀；

Step2，升温至温度达到20℃后，加入95％质量分数的硝酸和50％质量分数的双氧水，进行反应，得到膨胀石墨复合材料；

Step3，将膨胀石墨复合材料脱水后烘干后，通过旋流器进入温度950℃的膨胀炉中进行加热膨胀，得到蠕虫状石墨复合材料；

Step4，将蠕虫状石墨复合材料抽出膨胀炉进行压延，至达到最终需要的石墨纸厚度。

说明书

一种阀门用高压多层复合填料及其制造工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及阀门密封件，特别涉及一种阀门用高压多层复合填料及其制造工艺。

背景技术

[0002] 填料密封性能是阀门整机性能的重要指标之一，其密封性的好坏直接决定了阀门是否有泄漏。常用的组合填料结构如授权公告号为CN203656355U的专利所示，包括有柔性石墨填料以及分别贴设在柔性石墨填料上下两端面的填料垫以及填料压套，当阀门密封时，填料压板向填料压套施加轴向压力，柔性石墨填料产生轴向压缩和径向膨胀，产生的径向力使其紧密地与阀杆和阀盖接触，从而防止液体或气体等介质外泄，从而起到密封效果。

[0003] 然而石墨为柔性，抗冲击性较低，当阀门内介质为高温高压介质(大于600℃,300Kpa的气体或液体)，一旦阀盖出现破损，内部介质会从阀门中喷出，不管是人或者设备接触到，都将造成伤害。

发明内容

[0004] 本发明的第一个目的是提供一种阀门用高压多层复合填料，提高了填料的安全性。

[0005] 本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

[0006] 一种阀门用高压多层复合填料，包括有至少两个以上依次叠设的密封组，所述密封组包括有不锈钢层以及分别压设在不锈钢层上、下表面的石墨密封层，所述不锈钢层的厚度为0.08-0.15mm，所述石墨密封层的厚度为不锈钢层厚度的3-10倍。

[0007] 通过采用上述技术方案，两个以上的密封组，其通过数量叠加，能够提高密封效果，且当其中一个密封组损坏时，其他密封组仍然能够具有密封效果，初步提高了复合填料的安全性和稳定性；石墨作为非金属密封填料，能经受剧烈交变的温度和压力，是阀门和各种静密封的理想填料；

[0008] 当阀门受损时，阀门中高压高温的蒸汽、气体或者流体能够穿透石墨层，此时，位于石墨层之间的不锈钢层由于其表面致密强度高，且具有耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质的特性，能够阻挡在管道中流动的高压高温的介质，使介质暂时无法穿透不锈钢层，从而保护不锈钢层，延长管道内介质泄漏的时间，且由于其不锈钢层的阻挡，能够降低泄漏介质的压强，降低泄漏介质对外界环境的破坏；并且，位于两不锈钢层之间的石墨密封层能够起到降低前不锈钢层破碎时对后方不锈钢层的损坏，进而使后方的不锈钢层在遇到泄漏介质前能够保持原有的强度，此时的石墨不仅具有密封作用，还能够起到缓冲作用，对后方不锈钢层进行暂时性的保护；从而进一步延长管道内介质的泄漏时间；

[0009] 将不锈钢层的厚度设计为0.08-0.15mm，而石墨密封层的厚度为不锈钢层厚度的3-10倍，不锈钢层厚度过薄容易导致不锈钢层强度不够，从而导致阻挡介质的能力不足，不锈钢层过厚则容易导致不锈钢层脆性过大，降低石墨层的缓冲效果，需要进一步加厚是石墨层，不仅影响产品成本，还会导致产品本身厚度增加，难以安装；

[0010] 通过上述结构设计的复合填料具有极高的安全性，应用在正常阀体中时，能够进一步提高阀体的安全性，当阀体损坏时，该复合填料的设计能够延长阀体的泄漏时间，使其在损坏情况下仍然能够持续工作一段时间，为阀体维修以及管道内介质的处理提供了时间。

[0011] 作为优选，所述不锈钢层和石墨密封层之间还嵌设有粉末二硫化钼层。

[0012] 通过采用上述技术方案，粉末二硫化钼层的设计能够用于隔离不锈钢层和石墨密封层，避免石墨中的硫腐蚀不锈钢，对不锈钢起到了保护作用；同时，二硫化钼具有填平补齐的作用，能够提高石墨密封层和不锈钢层之间的空隙，使两者的结合面更加致密。

[0013] 本发明的第二个目的是提供一种阀门用高压多层复合填料的制造工艺，提高产品合格率。

[0014] 本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

[0015] 一种阀门用高压多层复合填料的制造工艺，包括有如下步骤：

[0016] Step1，选取不锈钢板，在不锈钢板的上、下表面均贴设石墨纸；

[0017] Step2，将两石墨纸和不锈钢板压合成型，并进行外形加工，得到一密封组；

[0018] Step3，重复Step1和Step2得到若干密封组，并对得到的密封组进行精加工；

[0019] Step4，将两个以上的密封组依次叠设，放入液压模具中，通过液压压合，得到阀门用多层复合填料。

[0020] 通过采用上述技术方案，先将密封组进行外形加工，由于密封组的厚度较成品薄，其能够在不破坏石墨的情况下，将石墨与不锈钢压紧，同时由于石墨纸受压，能够提高石墨纸的密度；之后，相对于直接在成品上精加工，密封组的厚度较薄，方便加工，而成品由于厚度较厚，其包由金属和非金属层叠而成，难以加工，导致平整度下降，因此通过这种方式，能够在提高成品率的同时保证侧边的平整度。

[0021] 作为优选，Step1中，石墨纸朝向不锈钢板的表面涂覆有粉末二硫化钼，使粉末二硫化钼完全覆盖石墨纸的表面。

[0022] 通过采用上述技术方案，二硫化钼还能够作为润滑剂，在石墨纸和不锈钢板压合过程中，对石墨纸起到保护作用，进一步降低石墨的破碎率，提高成品率。

[0023] 作为优选，Step2中，采用冲压模具冲压成型密封组。

[0024] 通过采用上述技术方案，冲压模具能够在将石墨纸和不锈钢板压合成型的同时，进行密封组的外形加工，减少精加工的步骤，提高加工效率，同样由于密封组的厚度较成品薄，冲压模具对密封组的破坏较小，对成品率的影响较小甚至无影响。

[0025] 作为优选，冲压模具和液压模具均选用石墨模具。

[0026] 通过采用上述技术方案，石墨模具相较于钢制模具，对产品的磨损较小。

[0027] 作为优选，冲压模具或者液压模具使用前，均通过毛刷在内壁涂抹硅油脱模剂。

[0028] 通过采用上述技术方案，硅油脱模剂能够方便产品的脱模，且能够对产品的外壁进行保护，且取出后粘附在产品表面的硅油脱剂能够对产品进行持续性的保护。

[0029] 作为优选，石墨纸由以下质量份数计原料组成：鳞片石墨100-200份、硅酸铝10-20份、蒙脱石5-8份、钢纤维3-5份、碳纤维3-5份、滑石粉3-5份、火山灰3-5份。

[0030] 通过采用上述技术方案，上述配比的石墨纸，其硅酸铝、蒙脱石、滑石粉、火山灰能够提高石墨纸的耐热性，而钢纤维和碳纤维能够提高石墨纸的韧性，不锈钢层被破坏时，上述配比下的石墨纸具有较好的缓冲效果，从而进一步提高了产品的安全性。

[0031] 综上所述，本发明具有以下有益效果：

[0032] 1、该阀门用多层复合填料通过石墨密封层和不锈钢层的结构设计具有极高的安全性，当阀体损坏时，该复合填料的设计能够延长阀体的泄漏时间，使其在损坏情况下仍然能够持续工作一段时间，为阀体维修以及管道内介质的处理提供了时间，并利用二硫化钼分隔石墨密封层和不锈钢层，使两者的结合面更加致密，提高了该复合填料的密封稳定性，进一步提高安全性；

[0033] 2、该复合填料通过先进行密封组制作，再进行压合的方法，提高了复合填料制造过程中的成功率，提高了制造过程中的成品率。

附图说明

[0034] 图1为实施例1a-实施例1e中阀门用多层复合填料的结构示意图；

[0035] 图2为实施例1a-实施例1e中密封组的剖面结构示意图；

[0036] 图3为实施例2中密封组的剖面结构示意图；

[0037] 图中，1、密封组；11、不锈钢层；12、石墨密封层；13、粉末二硫化钼层。

具体实施方式

[0038] 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0039] 实施例1a

[0040] 参见图1和图2，一种阀门用高压多层复合填料，包括有至少两个以上依次叠设的密封组1，密封组1呈圆环形，本实施例设置为20组。密封组1均包括有呈圆环形的不锈钢层11以及压设在不锈钢层11上、下表面的石墨密封层12。其中，不锈钢层11的厚度为0.08-
0.15mm，石墨密封层12的厚度为不锈钢层11厚度的3-10倍。本实施例中，不锈钢层11的厚度为0.1mm，石墨密封层12的厚度为0.5mm。

[0041] 参见图1和图2，实施例1b-实施例1e、对比例1a以及对比例1b与实施例1a的区别仅在于，实施例1b-实施例1e与实施例1a密封组1的组数、不锈钢层11的厚度以及石墨密封层12的厚度不同。具体参数见下表：

[0042]   实施例1a 实施例1b 实施例1c 实施例1d 实施例1e 对比例1a 对比例1b密封组数/组 20 8 37 27 8 60 6不锈钢层/mm 0.1 0.15 0.08 0.09 0.14 0.05 0.2
石墨密封层/mm 0.5 1.5 0.24 0.36 1.4 0.15 2.0
总厚度/mm 12 13.2 11.84 12.15 12.32 12. 13.2
成本/倍 1 0.9 2.8 2.1 0.95 6 0.8

[0043] 成本计算方式＝实施例x/实施例1a，实施例x指代对应的实施例，成本包括有制造一个产品损耗的电力+器材损耗+材料成本+人工成本的总和。

[0044] 将实施例1a-实施例1b、对比例1a、对比例1b以及纯石墨填料作为密封件，使用在阀盖有破损的阀体上，设定阀体内传送的介质为650℃、370Kpa的流体，计算介质在泄漏前阀体能够正常运行的时间。具体时间见下表：

[0045]

[0046] 综上，本发明阀门用多层复合填料具有较高的安全性。

[0047] 实施例2

[0048] 参见图3，实施例2与实施例1a大致相同，其区别仅在于，实施例2在不锈钢层11和石墨密封层12之间还嵌设有粉末二硫化钼层13。

[0049] 实施例3a

[0050] 一种阀门用高压多层复合填料的制造工艺，以成型实施例1a所示阀门用多层复合填料，包括有如下步骤：

[0051] Step1，选取厚度为0.1mm不锈钢板，在不锈钢板的上、下表面均贴设厚度为0.5mm石墨纸；

[0052] Step2，将两石墨纸和不锈钢板通过液压机压合成型，并通过车床进行外形加工，得到一密封组1；

[0053] Step3，重复Step1和Step2得到20个密封组1，并通过车床对得到的每一个密封组1进行精加工；

[0054] Step4，将20个密封组1依次叠设，放入液压模具中，通过液压压合，得到阀门用多层复合填料。

[0055] 实施例3b-实施例3e

[0056] 一种阀门用高压多层复合填料的制造工艺，分别对应成型实施例1b-实施例1e所示阀门用多层复合填料，其与实施例3a的步骤大致相同，其区别仅在于，针对实施例1b-实施例1e的尺寸参数对不锈钢板和石墨纸的厚度进行调整，并调整模具参数。

[0057] 实施例3f

[0058] 一种阀门用高压多层复合填料的制造工艺，以成型实施例2所示阀门用多层复合填料，包括有如下步骤：

[0059] Step1.1，选取厚度为0.5mm的石墨纸和厚度为0.1mm不锈钢板，在石墨纸朝向不锈钢板的表面涂覆有粉末二硫化钼，使粉末二硫化钼完全覆盖石墨纸的表面；

[0060] Step1.2，将两石墨纸分别贴设在不锈钢板的上、下表面；

[0061] Step2，将两石墨纸和不锈钢板通过液压机压合成型，并通过车床进行外形加工，得到一密封组1；

[0062] Step3，重复Step1和Step2得到20个密封组1，并通过车床对得到的每一个密封组1进行精加工；

[0063] Step4，将20个密封组1依次叠设，放入液压模具中，通过液压压合，得到阀门用多层复合填料。

[0064] 应用实施例3a-实施例3b制造对应的产品，每个实施例制造1000只产品，以石墨纸表面完好无裂缝，侧边无裂痕作为成品标准，其余为残次品，计算成品率。

[0065]   实施例3a 实施例3b 实施例3c 实施例3d 实施例3e 实施例3f成品率/％ 98.67 98.82 97.91 98.28 98.93 99.30

[0066] 实施例4

[0067] 一种阀门用高压多层复合填料的制造工艺，以成型实施例2所示阀门用多层复合填料，包括有如下步骤：

[0068] Step1.1，选取厚度为0.5mm的石墨纸和厚度为0.1mm不锈钢板，在石墨纸朝向不锈钢板的表面涂覆有粉末二硫化钼，使粉末二硫化钼完全覆盖石墨纸的表面；

[0069] Step1.2，将两石墨纸分别贴设在不锈钢板的上、下表面；

[0070] Step2.1，选用石墨冲压模具，在石墨冲压模具的内壁涂抹硅油脱模剂；

[0071] Step2.2，将两石墨纸和不锈钢板通过冲压压合，得到一密封组1；

[0072] Step3，重复Step1和Step2得到20个密封组1，并通过车床对得到的每一个密封组1进行精加工；

[0073] Step4，在石墨液压模具的内壁涂抹硅油脱模剂，将20个密封组依次叠设，放入石墨液压模具中，通过液压压合，得到阀门用多层复合填料。

[0074] 同样应用实施例4制造对应的产品，每个实施例制造1000只产品，以石墨纸表面完好无裂缝，侧边无裂痕作为成品标准，其余为残次品，成品率为99.52％[0075] 实施例5a

[0076] 一种阀门用高压多层复合填料的制造工艺，以成型实施例2所示阀门用多层复合填料，其与实施例4的制造方法大致相同，区别仅在于，实施例5a采用自制的石墨纸，石墨纸的制造方法如下：

[0077] Step1，在反应釜中加入鳞片石墨10kg、硅酸铝1kg、蒙脱石0.5kg、钢纤维0.3kg、碳纤维0.3kg、滑石粉0.3kg、火山灰0.3kg，搅拌均匀；

[0078] Step2，升温至温度达到20℃后，加入95％质量分数的硝酸和50％质量分数的双氧水，进行反应，得到膨胀石墨复合材料；

[0079] Step3，将膨胀石墨复合材料脱水后烘干后，通过旋流器进入温度950℃的膨胀炉中进行加热膨胀，得到蠕虫状石墨复合材料；

[0080] Step5，将蠕虫状石墨复合材料抽出膨胀炉进行压延，至达到最终需要的石墨纸厚度。

[0081] 实施例5b-实施例5e与实施例5a的制造方法大致相同，其区别仅在于，实施例5b-5e对加入反应釜中的原料的参数进行了调整。具体调整参数见下表(单位：kg)：

[0082]  实施例5a 实施例5b 实施例5c 实施例5d 实施例5e
鳞片石墨 100 200 120 150 180
硅酸铝 10 20 12 15 18
蒙脱石 5 8 6.5 6.5 6.9
钢纤维 3 3.5 3.5 3.9 3.5
碳纤维 3 4.0 4.9 4.9 4.1
滑石粉 3 4.5 3.5 4 5
火山灰 3 5.0 4.2 3.8 4.2

[0083] 将实施例5a-实施例5e制得阀门用多层复合填料，将其应用在阀体与阀盖有破损的阀体上，设定阀体内传送的介质为650℃、370Kpa的流体，计算介质在泄漏前阀体能够正常运行的时间。具体时间见下表：

[0084]  实施例5a 实施例5b 实施例5c 实施例5d 实施例5e
运行时间/h 36.4 36.4 36.5 3.67 36.6

[0085] 综上，通过自制的石墨纸，能够进一步提高复合填料的安全性。

[0086] 本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。