CN102604725B - 盾构机主轴承专用密封脂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盾构机主轴承专用密封脂，以该密封脂的总重量为基准，包含以下组分：35～50重量％的基础油、5～15重量％的增强剂、5～11重量％的增粘剂、5～10重量％的稠化剂、3～10重量％的固体润滑剂以及余量的填料。本发明还提供了一种所述密封脂的制备方法。该专用密封脂具有良好的粘附性能、防水性能、抗磨润滑性、耐腐蚀性与泵送性，尤其适合用于盾构机主轴承以实现极佳的密封材料润滑保护与防水、防泥浆密封功能。
Description
技术领域
本发明涉及润滑与密封材料领域，具体来说，本发明涉及密封脂及其制备方法。该密封脂尤其适用于盾构机的主轴承密封。
背景技术
随着城市交通运输压力的日益凸显，地铁这一快速、高效、安全的运输方式使沉重的城市交通压力得到有效地缓解。盾构技术有效解决了软土层的地铁、隧道、市政管道工程等的施工问题。盾构技术具有快速高效、安全的特点，使其得以广泛应用。
盾构机是盾构施工中的主要施工机械，盾构机用刀盘对开挖面的土体进行切削，在此过程中用盾形钢壳支护围岩以避免发生坍塌，同时对开掘出的隧道施加衬砌的管片以及注浆。在盾构机设备中，刀盘主轴承的密封系统一般由三道加强型的丁腈橡胶唇型密封组成，三道密封唇口两两之间采用不间断的油脂填充，起到密封空隙和润滑的作用。盾构机刀盘一般是在多水、多泥、多粉尘、高压、高负荷的工作环境下运行的，需要承受至少约0.3MPa的土压或水压，并且由于盾构机的特殊工作原理，盾构施工是不可后退的，如果在施工过程中主轴发生故障，其检修和部件更换等操作都是十分困难的，所以主轴承密封脂密封效果的好坏在盾构机运行过程中非常重要，否则一旦发生泥水穿过润滑脂到达主轴承间隙内，引发主轴承或齿轮损坏，将会对盾构机带来不可估量的损失，甚至引起安全事故。虽然迄今为止人们开发了一些用于盾构机其他部分，例如用于盾尾刷的密封脂，但是这些密封脂在泵送性、对密封材料的润滑性等方面均不足以满足盾构机主轴承的工艺要求。
本发明的目的是提供一种特别适合用于盾构机主轴承的密封脂及其制备方法。该密封脂可以抵御较高的水压和泥浆压力，有效地密封保护盾构机设备的主轴承，防止水、泥浆和其它土壤中的粉尘颗粒物质进入主轴承，同时具有良好的润滑性能和可泵送性能。
发明内容
根据本发明的一个方面，本发明涉及一种盾构机主轴承专用密封脂，以该密封脂的总重量为基准，包含以下组分：35～50重量％的基础油、5～15重量％的增强剂、5～11重量％的增粘剂、5～10重量％的稠化剂、3～10重量％的固体润滑剂以及余量的填料。
根据本发明的另一个方面，本发明还涉及上述密封脂的制备方法。该方法包括以下步骤：根据最终产物所需组成确定各组分所需的用量，首先在常温下将基础油、增粘剂混合，加热升温至60～90℃，混合均匀后加入增强剂，搅拌30～60分钟，加入稠化剂，搅拌30～45分钟，再加入填料与固体润滑剂，在60～90℃下搅拌混合60～120分钟。
具体实施方式
在本发明中，除非另外说明，所有的百分数为重量百分数，所采用的工艺压力都是一个标准大气压。
在本发明的一个实施方式中，所述基础油为聚α-烯烃、合成酯基础油中的一种或几种的混合物。
聚α-烯烃在基础油领域也被称作PAO，是合成基础油中的一种，是由诸如乙烯之类的烯烃进行一定程度的聚合，然后再进一步经聚合及氢化而制成，其中包含一定含量的支链以及不饱和度。它是最常用的合成润滑油基础油，使用范围广泛。聚α烯烃合成油具有良好的粘温性能和低温流动性，是配制高档、专用润滑油较为理想的基础油。
在基础油领域中，人们通常用基础油的运动粘度等特性对其进行命名和分类。在本发明的一个实施方式中，作为基础油组分用于本发明的密封脂的聚α-烯烃在100℃的运动粘度4～100mm2/s，包括但不限于PAO 4、PAO 5、PAO 6、PAO 7、PAO 8、PAO 9、PAO 25、PAO 40，例如可以购自美国得克萨斯州雪佛龙-菲利斯化学公司(Chevron Phillips Chemical Company)。以上PAO加数字的表示方式是基础油领域通用的命名法，其中PAO表示聚α-烯烃，而后面的数字由基础油的100℃运动粘度决定。在本发明的另一个实施方式中，基础油包括但不限于季戊四醇油酸酯、油酸异辛醇酯、C12-14醇的油酸酯和油醇油酸酯。在本发明的一个实施方式中，以所述密封脂的总重量为基准计，所述基础油组分的含量为35～50重量％，优选36～45重量％。
根据本发明的一个实施方式，所述增强剂为木质纤维或海泡石纤维中的一种或两种的混合物。本发明的密封脂所用增强剂的纤维长度范围为0.3～3.0mm，更优选为0.5～1.5mm。在本发明的一个实施方式中，以所述密封脂的总重量为基准计，所述增强剂的含量为5～15重量％，优选7～10重量％。
在一个实施方式中，所述增粘剂为石油树脂或聚丁烯中的一种或多种的混合物。
本领域公知，所谓“C5/C9石油树脂”是将作为石油裂解副产物得到的C5、C9馏份，经前处理、聚合、蒸馏等工艺生产的一种热塑性树脂，它不是高聚物，而是分子量介于300～3000的低聚物。根据本发明的另一个实施方式，所述C5和C9石油树脂的软化点为90～130℃。本发明的C5和C9石油树脂可以从商业市场购得，例如分别可以是购自濮阳市瑞森石油树脂有限公司的PRS-A1100精C5石油树脂与浙江恒河石油化工股份有限公司的PR1-120C9石油树脂。
根据本发明的另一个实施方式，所述聚丁烯的数均分子量为900～2400，本领域技术人员可以根据具体的需要在此范围内对聚丁烯进行任意选择。可用于本发明的聚丁烯的例子包括但不限于购自韩国大林公司(Daelim)的PB900、PB950、PB1000、PB1300、PB1400和PB2400。
在本发明的密封脂中加入稠化剂是为了实现提高整个体系的稳定性与密封性的目的。在本发明的一个实施方式中，所述稠化剂为有机膨润土、二氧化硅中的一种或两种混合物。所述有机膨润土是通过溶胀和离子交换作用，在膨润土的层状结构之间插入有机覆盖剂而形成的，其中所述有机覆盖剂通常为碳链长度大于12的阳离子表面活性剂，例如二甲基十八烷基苄基氯化铵。有机膨润土可以从商业市场购得，例如可以是购自浙江安吉天龙有机膨润土有限公司的BT-838S有机膨润土。所述二氧化硅为气相法二氧化硅，可以为CABOT公司的CAB-O-SIL M-5。在本发明的一个实施方式中，所述二氧化硅的比表面积大于150m2/g。
根据本发明的一个优选实施方式，所述固体润滑剂为二硫化钼、石墨或聚四氟乙烯粉末中的一种或多种的混合物。优选所述固体润滑剂的平均粒径小于5μm，更优选是0号二硫化钼(例如可以是上海华谊集团华原化工有限公司生产的0号二硫化钼)或0号胶体石墨(例如可以是上海惠港石墨有限公司生产的0号胶体石墨)。本领域技术人员公知，二硫化钼和胶体石墨的“0号”是通用的按照粒度划分的等级。例如，0号二硫化钼表示其中至少90％的粉末粒度小于或等于2.5微米。类似的，根据企业标准Q/GHYP 1-2006，0号胶体石墨表示其中至少90％的粉末粒度小于或等于2.3微米。
根据本发明的一个优选实施方式，所述填料为40～3000目的粉状填料，更优选的粉状填料为碳酸钙、硫酸镁、硫酸锌、硫酸钡中的一种或多种的混合物。
实施例
为了便于本领域技术人员了解本发明，通过以下实施例具体描述本发明的密封脂及其制备方法。但是需要注意，本发明的范围由权利要求书限定，而不仅仅限于这些具体实施例。
实施例1：
在实施例1中使用以下组分制备本发明的密封脂，其中的百分数是以该密封脂总重量为基准的重量百分比：季戊四醇油酸酯38.0％、YYD-15木质纤维(廊坊依越迪化工有限公司生产，纤维长度1.5mm)8.0％、聚丁烯PB140010.0％、BT-838S有机膨润土5.5％、0号二硫化钼6.0％、硫酸钡32.5％。
制备方法为：将季戊四醇油酸酯、聚丁烯PB1400投入搅拌混合机内，搅拌并加热升温至80℃，加入YYD-15木质纤维，控温80～90℃搅拌45分钟，加入BT-838S有机膨润土，搅拌45分钟后再加入硫酸钡与0号二硫化钼，在80～90℃下搅拌混合120分钟。
实施例2：
在此实施例中使用以下组分制备本发明的密封脂，其中的百分数是以该密封脂总重量为基准的重量百分比：聚α-烯烃PAO 942.0％、海泡石纤维9.0％、PRS-A1100精C5石油树脂7.0％、CAB-O-SIL M-5气相法二氧化硅6.0％、0号胶体石墨6.0％、硫酸锌10.0％、硫酸钡20.0％。
制备方法为：将PAO 9、PRS-A1100精C5石油树脂投入搅拌混合机内，搅拌并加热升温至90℃，待PRS-A1100精C5石油树脂溶解完全后加入海泡石纤维，控温80～90℃搅拌60分钟，加入CAB-O-SIL M-5气相法二氧化硅，搅拌30分钟后再加入硫酸锌、硫酸钡与0号胶体石墨，在80～90℃下搅拌混合120分钟。
实施例3：
在此实施例中使用以下组分制备本发明的密封脂，其中的百分数是以该密封脂总重量为基准的重量百分比：油酸异辛酯30.0％、聚α-烯烃PAO 2510.5％、YYD-15木质纤维4.0％、海泡石纤维5.0％、聚丁烯PB24009.0％、BT-838S有机膨润土6.0％、0号二硫化钼4.5％、Dyneon TF-9207聚四氟乙烯粉(购自3M公司)2.0％、碳酸钙8.0％、硫酸钡21.0％。
制备方法为：将油酸异辛醇酯、PAO 25、PB2400投入搅拌混合机内，搅拌并加热升温至70℃，待混合均匀后加YYD-15入木质纤维与海泡石纤维，控温70～80℃搅拌45分钟，加入BT-838S有机膨润土，搅拌45分钟后再加入碳酸钙、硫酸钡、Dyneon TF-9207聚四氟乙烯粉与0号二硫化钼，在70～80℃下搅拌混合90分钟。
本发明实施例1～3所得的产品根据下表1中所列的标准方法测量其各种性能参数，结果汇总列于表1。
表1本发明的密封脂的各项性能表征
Claims (4)
1.一种盾构机主轴承专用密封脂，以该密封脂的总重量为基准，包含以下组分：35～50重量％的基础油、5～15重量％的增强剂、5～11重量％的增粘剂、5～10重量％的稠化剂、3～10重量％的固体润滑剂以及余量的填料；
所述基础油为100℃的运动粘度为4～100mm2/s的聚α-烯烃、季戊四醇油酸酯、油酸异辛醇酯、C12-14醇的油酸酯、油醇油酸酯中的一种或多种的混合物；
增强剂选自长度为0.3～3.0mm的木质纤维、海泡石纤维中的一种或两种的混合物；
所述增粘剂选自数均分子量为900～2400的聚丁烯PB900、PB950、PB1000、PB1300、PB1400、PB2400、软化点为90～130℃的C5石油树脂、C9石油树脂中的一种或多种的混合物；
所述稠化剂为有机膨润土、比表面积大于150m2/g的二氧化硅中的一种或两种的混合物；
所述固体润滑剂选自平均粒径小于5μm的二硫化钼、石墨或聚四氟乙烯粉末中的一种或多种的混合物；
所述填料选自粒径为40～3000目的碳酸钙、硫酸镁、硫酸锌、硫酸钡中的一种或多种的混合物。
2.如权利要求1所述的密封脂，其特征在于以该密封脂的总重量为基准，包含以下组分：36～45重量％的基础油、7～10重量％的增强剂、7～10重量％的增粘剂、5～9重量％的稠化剂、5～10重量％的固体润滑剂以及余量的填料。
3.如权利要求1～2中任一项所述的密封脂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：按照最终产物所需组成中各组分对应的比例，首先在常温下将基础油、增粘剂混合，加热升温至60～90℃，混合均匀后加入增强剂，搅拌30～60分钟，加入稠化剂，搅拌30～45分钟，再加入填料与固体润滑剂，然后在60～90℃下搅拌混合60～120分钟。
4.如权利要求1-2中任一项所述的密封脂作为盾构机主轴承密封脂的应用。
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