УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ ПРОКЛАДОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в производстве герметизирующих уплотнений для двигателей транспортных средств.
2
Известна многослойная стальная прокладка для двигателей внутреннего сгорания [заявка WO 2005/069763, 2005.08.04]. Прокладка содержит стальные листы, каждый из которых имеет заданное электрическое сопротивление. Один слой покрытия выполнен из материала, электрическое сопротивление которого выше, чем сопротивление стальных листов. В каждом из стальных листов прокладки, для выравнивания их друг с другом сформировано, по меньшей мере, одно отверстие и выполнены упругие уплотняющие валики, по меньшей мере, в одном из стальных листов прокладки. Вокруг, по меньшей мере, одного из отверстий, нанесен, по меньшей мере, один слой материала покрытия, по меньшей мере, на одну поверхность, по меньшей мере, одного из листов прокладки. Сборка, по меньшей мере, одного слоя прокладки с покрытием и, по меньшей мере, одного другого слоя прокладки производят сваркой собранных вместе слоев с помощью лазера YAG или СО. Недостатком такой прокладки является низкие упругие характеристики, что снижает эффективность уплотнения статичных плоских поверхностей, в частности, головки блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания.
Известен армированный многослойный прокладочный материал для плоских фланцевых прокладок [патент RU 2258855 C1, 2005.08.20]. Прокладочный материал содержит, по меньшей мере, один слой из металлической перфорированной фольги с односторонним расположением зубцов перфорации, ориентированных перпендикулярно поверхности металлической фольги и слой из терморасширенного графита, которые механически соединены под давлением посредством внедрения зубцов в слой терморасширенного графита. Перфорированную фольгу изготовляют путем ее пробивки пуансонами с углом заточки от 40 до 65°, при этом площадь перфорированных отверстий составляет не менее 2,0% от всей площади фольги. Материал может содержать также два слоя перфорированной металлической фольги, наложение фольги осуществляют с каждой стороны слоя из терморасширенного графита, при этом используют рулонную металлическую фольгу толщиной 0,05-0,5 мм, а толщина слоя терморасширенного графита составляет от 1 до 5 мм. Металлическую фольгу выполняют из стали, преимущественно из нержавеющей, или из цветного металла, или сплава на его основе. Механическое соединение осуществляют путем прокатки в валках или путем прессования, а формирование прокладок проводят после механического соединения. Прокладку формируют путем ее вырубки из полученного таким образом многослойного прокладочного материала. Недостатком прокладки является не эффективные уплотнительные свойства из-за низкой адгезии слоя из терморасширенного графита к металлу.
Предложен армированный многослойный прокладочный материал с металлическим каркасом, выбранный в качестве прототипа [RU 2177413 С1, 2001.12.27]. Каркас выполнен с односторонним расположением заусенцев, которые изогнуты во взаимно противоположных направлениях и внедрены в эластичные листы уплотнительного материала. В срединной части прокладочного материала размещен металлический сердечник с двухсторонней просечкой и взаимно противоположным расположением заусенцев перфораций, которые внедрены с двух сторон в эластичные листы уплотнительного материала. Такой прокладочный материал изготавливают путем обкладки перфорированного металлического сердечника с двух сторон эластичными листами уплотнительного материала. Затем дополнительно по наружной поверхности обкладывают с двух сторон металлическим каркасом с последующим пропусканием металлического каркаса, эластичных листов уплотнительного материала и металлического перфорированного сердечника через каландр или сдавливанием между двумя плоскостями. В результате такой обработки обеспечивается внедрение заусенцев (гофр) в эластичные листы уплотнительного материала и их загиб, что приводит к прочному скреплению обкладочного уплотнительного материала к металлическому каркасу и металлическому сердечнику.
Недостатком прототипа является слабая адгезия металлических листов каркаса-с эластичными листами уплотнительного материала, что снижает эффективность использования прокладочного материала, например, для герметизации головки блока цилиндров в двигателях внутреннего сгорания.
Задачей полезной модели является повышение эффективности уплотнения и стойкости прокладочного материала в условиях воздействия высоких температур и давлений.
Техническим результатом полезной модели является повышение прочности сцепления металлического каркаса с эластичным уплотнительным материалом.
Технический результат достигается тем, что уплотнительный прокладочный материал, содержащий две пластины из мягкого материала, размещенный между ними армирующий металлический перфорированный сердечник с двухсторонним расположением заусенцев перфораций и металлический перфорированный каркас с односторонним взаимно противоположным расположением заусенцев перфораций, смонтированный на наружных поверхностях пластин из мягкого материала, согласно полезной модели, поверхности металлического перфорированного сердечника и металлического перфорированного каркаса, контактирующие с пластинами из мягкого материала, дополнительно содержат тонкопленочное покрытие на основе клеящей композиции толщиной 0,03-0,05 мм.
Клеящая композиция выполнена на основе вибростойкого и ударопрочного эпоксидного клея, например, «Эпокси-Эксклюзив» с толщиной пленки порядка 0,05 мм.
Клеящая композиция выполнена на основе медного антипригарного клея с толщиной пленки порядка 0,03 мм.
Клеящая композиция выполнена на основе однокомпонентного масло-бензостойкий автомобильного герметика с толщиной пленки порядка 0,05 мм.
Пластины мягкого материала выполнены из асбестовой бумаги, или прорезиненного асбестового полотна, или терморасширенного графита.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фигурах 1 и 2.
На фиг.1 представлен поперечный разрез уплотнительного прокладочного материала с тонкопленочным покрытием на внутренних поверхностях металлического перфорированного каркаса и сердечника.
На фиг.2 - вариант нанесения тонкопленочного покрытия на внутренние поверхности металлического перфорированного каркаса.
Уплотнительный прокладочный материал 1 содержит пластины 2, 3 металлического перфорированного каркаса и металлический перфорированный сердечник 4 с заусенцами 5, размещенные между ними пластины 6 из мягкого материала и тонкопленочное покрытие 7 на основе клеящей композиции, нанесенное на внутренние поверхности пластин 2, 3 металлического перфорированного каркаса и перфорированного сердечник 4.
оп
Уплотнительный прокладочный материал 1 изготавливают следующим образом. Перфорированный металлический сердечник 4 с двух сторон покрывают тонкой пленкой 7 на основе клеящей композиции толщиной порядка 0,05 мм клеящей композицией основе вибростойкого и ударопрочного эпоксидного клея, например, «Эпокси-Эксклюзив» (производитель АО «Анлес», Санкт-Петербург), или медного антипригарного клея толщиной 0,03 мм, или однокомпонентным маслобензостойким автомобильным герметиком толщиной 0,05 мм, затем обкладываю его с двух сторон эластичными мягкими пластинами б уплотнительного материала. В качестве эластичного уплотнительного материала используют асбестовую бумагу, или прорезиненное асбестовое полотно, или терморасширенный графит. Далее на пластины 2, 3 металлического перфорированного каркаса, которые выполнены с односторонним расположением заусенцев 5, со стороны их расположения аналогичным образом наносят тонкую пленку 7 на основе клеящей композиции толщиной 0,03-0,05 мм. Подготовленными таким образом пластинами 2, 3 металлического перфорированного каркаса обкладывают с двух сторон эластичные мягкие пластины 6, при этом заусенцы 5 погружают в тело эластичных мягких пластин 6. Пластины 6 мягкого материала выполняют толщиной от 0,5 до 4 мм из асбестовой бумаги, или прорезиненного асбестового полотна, или терморасширенного графита. Полученный таким образом «сэндвич», подвергают затем сжатию между плоскими плитами (на чертеже не показано), в результате чего обеспечивается внедрение и загиб заусенцев 5 на пластинах 2, 3 металлического перфорированного каркаса и скрепление пластин 6 обкладочного уплотнительного материала с металлическим каркасом пластин 2, 3 и металлическим сердечником 4. Необходимая длина заусенцев 5 для обеспечения загиба и надежного скрепления достигается заданием формы зуба штампа (на чертеже не показано) для пробивки перфораций в металлическом сердечнике 4 и пластинах 2, 3 каркаса и определяется из соотношения: b=2htg(α/2), где b - толщина, зуба штампа, h - ход штампа, а,оп - оптимальный угол заострения зуба штампа.
Уплотнительный прокладочный материал 1, предназначенный для работы в более легких условия, может быть изготовлен с нанесением тонкопленочного покрытия 7 на основе клеящей композиции только на внутренние поверхности пластин 2, 3 металлического перфорированного каркаса, которые контактируют с пластинами 6 обкладочного уплотнительного материала (см. фиг.2).
Тонкопленочное покрытие 7 дополнительно, благодаря высокой степени адгезии клеящей композиции к металлу, прочно и герметично скрепляет металлические поверхности каркаса и сердечника с пластинами 6 уплотнительного материала. Известно, что эпоксидная группа клеящих композиций, в частности «Эпокси-Эксклюзив» (производитель АО «Анлес», Санкт-Петербург), имеет высокую адгезию за счет введении в нее веществ, содержащих активные атомы водорода, в частности бензидина, что приводит к раскрытию этиленоксидного цикла и сопровождается образованием химических связей с окисной пленкой металла.
Однокомпонентный маслобензостойкий автомобильный герметик представляет собой пастообразную эпоксидную композицию от светлосерого до серого цвета, способную вулканизироваться при температуре окружающей среды с образованием резиноподобного материала. Температурный интервал эксплуатации герметика от -50°С до +300°С.
Клеящая композиция на основе медного антипригарного клея представляет собой термостойкий эпоксидный аэрозольный клей, который хорошо затекает и заполняет незначительные дефекты поверхности, уплотняя и дополнительно герметизируя соединение. Рабочий диапазон температур от -45°С до +260°С, устойчив к воздействию всех видов автомобильных жидкостей, в том числе бензина.
Полученный таким образом уплотнительный прокладочный материал имеет улученную стойкость к действию высоких удельных давлений и теплостойкость при этих давлениях, как следствие повышенной прочности сцепления металлического каркаса с эластичным уплотнительным материалом. Результаты испытаний разработанного прокладочного материала представлены в таблице 1.
Таблица 1.
№ п/п
Наименование показателей
Ед. измерения
Величина показателей
Известный прокладочный материал (прототип)
Новый прокладочный материал с тонкопленочным покрытием из:
«Эпокси-Эксклюзив композиции (толщина пленки -  0,05 мм)
Композиция с маслобензо-стойкого автомобильного герметика (толщина пленки -
Композиции из медного антипригарного клея (толщина пленки -0,03 мм)
0,05 мм).
1.
Сжимаемость при давлении, МПа
50
%
25,0
27,5
28,3
26,1
100
%
28,2
31,1
32,5
29,4
200
%
28,8
32,3
33,8
30,1
2.
Сжимаемость после воздействия масла при давлении, МПа
200
%
20,2
21,4
23,6
22,2
3.
Восстанавливаемость после снятия давления 200 МПа (выдержка 5 час в масле МС-20 при 100°С)
%
40,8
42,1
44,2
43,3
4.
Восстанавливаемость без воздействия высокой температуры после снятия давления, МПа
50
100
%
48,2
49,6
50,4
49,1
200
%
50,1
51,6
53,2
50,9
%
48,6
50,6
51,8
49,7
оп
Заявленный технический результат достигается благодаря особенностям конструктивного изготовления металлического каркаса (длинной заусенцев 5 сердечнике 4 и пластинах 2, 3 каркаса, определяемых формой зуба с угол заострения зуба штампа α) в сочетании с оптимальным выбором вида и характеристик тонкопленочного покрытия 7. Толщина пленки покрытия в выбранных пределах (порядка 0,03-0,05 мм) для каждого вида покрытия определяется физико-химическими показателями адгезии к металлам и пластинами 6 обкладочного уплотнительного материала [Структура и адгезионные свойства отвержденных эпоксидных смол. ВКР "МАТИ-РГТУ Живых Виктор В. 2001 г., http://www.bestreferat.ru/referat-61462-html]. Превышение толщины тонкопленочного покрытия 7 для каждого вида покрытия нецелесообразно, т.к. в случае в случае большей толщины резко падает прочность сцепления из-за того, что разрушающие усилия приходятся исключительно на тело пленки. В случае уменьшения толщины пленки ниже указанной недостаточной становиться сила адгезионного сцепления металла сердечника 4 и пластин 2, 3 каркаса с пластинами 6 обкладочного уплотнительного материала, вследствие уменьшения площади контакта тонкопленочного покрытия 7 с этими элементами уплотнительного прокладочного материала.