一种弹簧自紧式金属密封环及制备方法

本发明涉及一种密封圈，具体涉及一种弹簧自紧式金属密封环及制备方法。

背景技术：

1、密封技术是工程应用领域影响设备安全的关键技术，随着科技的发展，某些设备必须适应太空、深海、极地等的极端环境，而传统的橡胶密封材料在本质属性有一定的局限性，其在高温易老化、低温易脆裂，无法满足日益复杂的工程需求。因此，自主研发特殊工况下的高性能密封件，一直是密封防泄漏领域的重要研究课题之一。

2、金属密封环，具有工作温度范围大、抗腐蚀、强度高等特性，可以适应恶劣的工程环境，在密封领域的应用越来越多。由于其在外载的作用下可以实现压缩、回弹及阻尼耗能等作用，因此在特殊工程应用环境中可以通过外加c形、矩形、o形等的金属外壳或橡胶类包裹层，实现密封的功能。金属密封环密封系统失效的原因，通过试验与有限元仿真分析，并基于试验和仿真的数据计算出密封件的可靠度函数，并通过该函数对金属橡胶密封件的工作寿命进行了预测。

3、目前，金属密封环在工作状态时，无法直接观测到密封界面的润滑情况、也无法直接观测到密封间隙内的微观状态，所以对密封件更换的评判依据不足，无法适时对密封件密封性能和可靠性进行定量评价。

4、现在大部分密封件的更换评判条件是密封件的服役时间是否达到预设的寿命值，并且密封件只能通过停工、拆卸装备的方式进行检测及更换，这种方法就严重增加了时间和成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种弹簧自紧式金属密封环，它能适时传送金属密封环的工况信息，为适时对密封件的密封性能和可靠性进行定量评价奠定了基础。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种弹簧自紧式金属密封环，包括c形金属环体和蓄能弹簧，所述c形金属环体是截面为c形槽的金属圆环，所述c形金属环体包括骨架金属层和软金属层，所述软金属层包裹在骨架金属层的表面，所述c形金属环体的c形槽内的表面设有电绝缘层，所述电绝缘层的表面设有相对应的正极导电薄膜和负极导电薄膜，正极导电薄膜和负极导电薄膜构成了柔性电容式传感器，所述蓄能弹簧设在c形金属环体的c形槽内用以弥补c形金属环体的变形，所述蓄能弹簧的表面设有不导电层。

4、进一步地，所述正极导电薄膜和负极导电薄膜的一端分别涂有粘接层，所述粘接层用以粘接与正极导电薄膜和负极导电薄膜电连接的数据线。

5、进一步地，所述蓄能弹簧为圆柱形螺旋弹簧。

6、进一步地，所述骨架金属层的材料为铜、低碳钢、不锈钢、钽、锆或钛。

7、进一步地，所述软金属层的材料为银、铝、镍、金或铟。

8、进一步地，所述的电绝缘层和所述的不导电层均采用聚酰亚胺聚合物材料。

9、进一步地，所述正极导电薄膜和负极导电薄膜的材料为铜。

10、进一步地，所述电绝缘层的厚度为12μm—50μm。

11、进一步地，所述正极导电薄膜和负极导电薄膜的厚度均为12μm—35μm。

12、一种弹簧自紧式金属密封环的制备方法，将蓄能弹簧安装在旋涂机上，利用旋涂机将聚酰亚胺聚合物材料旋涂在蓄能弹簧的表面，制得所述的不导电层，通过控制旋涂的转速和旋涂次数来控制不导电层的厚度；再将c形金属环体安装在旋涂机上，利用旋涂机将聚酰亚胺聚合物材料旋涂在c形槽内的表面，制得所述的电绝缘层，通过控制旋涂的转速和旋涂次数来控制电绝缘层的厚度，电绝缘层固化后，利用磁控溅射技术在电绝缘层的表面溅射cu，制得正极导电薄膜和负极导电薄膜后，将数据线分别与正极导电薄膜和负极导电薄膜电连接后，涂覆粘接层将数据线固定；将带有不导电层的蓄能弹簧安装到c形金属环体的c形槽内。

13、本发明的有益效果在于：

14、本专利对弹簧自紧式金属密封环进行改进，在弹簧自紧式金属密封环内运用了智能传感技术，能将弹簧自紧式金属密封环的工况进行适时传送，可将该工况信息作为该密封件更换的评判依据，为适时精确定量评价该密封件密封性、可靠性奠定了基础，从而能够做到有问题早发现，早解决，能有效避免在服役期间出现密封失效的情况。

技术特征：

1.一种弹簧自紧式金属密封环，其特征在于：包括c形金属环体和蓄能弹簧，所述c形金属环体是截面为c形槽的金属圆环，所述c形金属环体包括骨架金属层和软金属层，所述软金属层包裹在骨架金属层的表面，所述c形金属环体的c形槽内的表面设有电绝缘层，所述电绝缘层的表面设有相对应的正极导电薄膜和负极导电薄膜，正极导电薄膜和负极导电薄膜构成了柔性电容式传感器，所述蓄能弹簧设在c形金属环体的c形槽内用以弥补c形金属环体的变形，所述蓄能弹簧的表面设有不导电层。

2.根据权利要求1所述的弹簧自紧式金属密封环，其特征在于：所述正极导电薄膜和负极导电薄膜的一端分别涂有粘接层，所述粘接层用以粘接与正极导电薄膜和负极导电薄膜电连接的数据线。

3.根据权利要求1所述的弹簧自紧式金属密封环，其特征在于：所述蓄能弹簧为圆柱形螺旋弹簧。

4.根据权利要求1所述的弹簧自紧式金属密封环，其特征在于：所述骨架金属层的材料为铜、低碳钢、不锈钢、钽、锆或钛。

5.根据权利要求1所述的弹簧自紧式金属密封环，其特征在于：所述软金属层的材料为银、铝、镍、金或铟。

6.根据权利要求1所述的弹簧自紧式金属密封环，其特征在于：所述的电绝缘层和所述的不导电层均采用聚酰亚胺聚合物材料。

7.根据权利要求1所述的弹簧自紧式金属密封环，其特征在于：所述正极导电薄膜和负极导电薄膜的材料为铜。

8.根据权利要求1所述的弹簧自紧式金属密封环，其特征在于：所述电绝缘层的厚度为12μm—50μm。

9.根据权利要求1所述的弹簧自紧式金属密封环，其特征在于：所述正极导电薄膜和负极导电薄膜的厚度均为12μm—35μm。

10.根据权利要求1-9任一项所述的弹簧自紧式金属密封环的制备方法，其特征在于：将蓄能弹簧安装在旋涂机上，利用旋涂机将聚酰亚胺聚合物材料旋涂在蓄能弹簧的表面，制得所述的不导电层，通过控制旋涂的转速和旋涂次数来控制不导电层的厚度；再将c形金属环体安装在旋涂机上，利用旋涂机将聚酰亚胺聚合物材料旋涂在c形槽内的表面，制得所述的电绝缘层，通过控制旋涂的转速和旋涂次数来控制电绝缘层的厚度，电绝缘层固化后，利用磁控溅射技术在电绝缘层的表面溅射cu，制得正极导电薄膜和负极导电薄膜后，将数据线分别与正极导电薄膜和负极导电薄膜电连接后，涂覆粘接层将数据线固定；将带有不导电层的蓄能弹簧安装到c形金属环体上的c形槽内。

技术总结
本发明公开了一种弹簧自紧式金属密封环及制备方法，该金属密封环包括C形金属环体和蓄能弹簧，所述C形金属环体是截面为C形槽的金属圆环，所述C形金属环体包括骨架金属层和软金属层，所述软金属层包裹在骨架金属层的表面，所述C形金属环体的C形槽内的表面设有电绝缘层，所述电绝缘层的表面设有相对应的正极导电薄膜和负极导电薄膜，正极导电薄膜和负极导电薄膜构成了柔性电容式传感器，所述蓄能弹簧设在C形金属环体的C形槽内用以弥补C形金属环体的变形，所述蓄能弹簧的表面设有不导电层。本专利密封环运用了智能传感技术，能将密封环的工况进行适时传送，从而能有效避免在服役期间出现密封失效的情况。

技术研发人员：谭桂斌,李金福,张永康,黄兴,沈耿哲,邝鸿晖
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15