CN103937590A - 一种用于盾构机的盾尾密封油脂 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于盾构机的盾尾密封油脂，其包括的组分及其质量百分比如下：15%-25%的基础油、20%-30%的粉状填料、8%-15%的增稠剂、2%-8%的增粘剂、0.5%-5%的助分散剂、16%-33%的抗水密封材料、0.1%-3%的抗静电剂。与现有密封油脂相比，采用本发明的配方制备的盾尾密封油脂具有较好的抗水压密封性、粘附性和泵送性能。在常温下，在3.7MP的压力下，可以不漏水不漏脂，抗水淋性好；泵送性能优异，在20℃，10巴的压力下，泵送量能达到44g/min，即使在低温环境使用，也能保持较好的泵送性。从而大大减小了注脂管的堵塞，使泵送压力保持一定，提高了盾构机工作效率，便于节能；粘附性好，在38±2℃、0.02MPa的条件下，60分钟后水冲流失量均小于2%。

Description

一种用于盾构机的盾尾密封油脂

技术领域

本申请涉及一种密封油脂，特别地，本申请涉及一种用于盾构机的盾尾密封油脂。

背景技术

近年来，我国交通事业发展迅速，地面空间的利用取得重大的成果。但是地面上用于交通的空间是有限的，为了适应城市建设与发展的需求，地下空间的开发越来越多。用于开挖地下隧道的主要设备是盾构机，而盾构法隧道施工技术也得到广泛的应用和推广。在盾构机工作时，由于盾尾与已装管片之间存在相对滑动，且在管片外壁与盾壳之间存在间隙，为了防止盾壳外部的沙土、地下水、泥浆等进入盾构机，必须在管片与盾尾之间进行密封处理。绝大多数盾构机都采用钢丝刷型盾尾，在盾构机掘进时，通过注脂系统向盾尾钢丝刷之间注入密封油脂，并借助油脂的挤压力填充钢丝刷内部及钢丝刷之间的间隙，从而增强钢丝刷的密封能力，以防止后方同步注入的浆料从管片与盾构机壳体之间的间隙漏出，同时可以防止沙土、地下水、泥浆等的渗入。盾尾密封脂除了具有较好的抗水压密封性、润滑性，还应具有较好的泵送性和粘附性，并对盾尾有防腐蚀和减少磨损的效果，从而更有效地提高盾构工作效率，并保证盾构施工质量。盾尾密封油脂的抗水压密封性和泵送性是两个很重要的性能指标。如果盾尾密封脂的抗水压密封性达不到一定要求，在盾构机掘进时，当注浆压力较大或者土层含水率较多时，地下水或浆料可能通过盾尾密封刷进入到盾构机内部，引起地面沉降或其他问题，从而影响到整个施工的进度和安全。泵送性可以衡量盾尾油脂是否被油脂泵顺利地压入到盾尾，泵送性良好，则可以使施工按照一定的进度完成，如果泵送性不好，可能堵塞注脂管道或者造成泵送压力过大，甚至引起整个盾尾密封失效。

目前国外的盾尾密封油脂生产成本与运输费用较高，国内的盾尾密封油脂虽然品类繁多，但是在抗水压密封性和泵送性上与国外的同类产品相比还是存在一定的差距，尤其是盾构工作环境含水量较大或者环境温度较低时，并且通常不能同时兼顾抗水压密封性和泵送性。因此，人们迫切的希望能有一种能同时兼具较好的抗水压密封性和泵送性性能，并且节能的盾尾密封油脂。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种兼具良好的抗水压密封性以及泵送性的盾尾密封油脂。

本发明的第二个目的在于提供一种上述盾尾密封油脂的制备方法。

为实现上述第一个目的，本发明提供一种用于盾构机的盾尾密封油脂，其包括的组分及其质量百分比如下：

15%‐25%的基础油、20%‐30%的粉状填料、8%‐15%的增稠剂、2%‐8%的增粘剂、0.5%‐5%的助分散剂、16%‐33%的抗水密封材料、0.1%‐3%的抗静电剂。

进一步地，所述抗静电剂选自十八胺聚氧乙烯醚、十八胺聚氧乙烯⑵醚、或者是十二胺聚氧乙烯⑵醚。本申请中应用了抗静电剂，抗静电剂除了表现出抗静电性能之外，出乎意料地，还在增强盾尾密封油脂的抗水密封性和泵送性方面发挥了重要的作用。

进一步地，所述抗水密封材料为天然矿物纤维与植物纤维的混合物。植物类纤维由于具有较低的弹性模量，在较低的密封力作用下，即可获得一定的弹性变性，对于水分等的渗漏具有较强的密封作用。天然矿物类纤维是将自然界中具有纤维结构的矿石经过超细粉碎，表面复合处理而得到的材料，它具有较好的长径比，其结构介于植物纤维与粒状的无机填料（如碳酸钙、滑石粉等）之间，具有填充性能，且制备过程不会造成环境污染。当与植物纤维混合时，可以形成复合纤维网状结构。纤维材料提供了一定的纵向和横向强度，使得该盾尾密封脂具有较好的抗水压密封性能。

进一步地，所述植物纤维选自棉纤维、竹纤维、麻纤维、木纤维中的一种或多种。

进一步地，所述天然矿物纤维选自海泡石纤维、硅灰石纤维、水镁石纤维、石膏纤维石棉纤维、粉煤灰纤维、玄武岩纤维中的一种或多种。

进一步地，所述植物纤维的含量优选为1%‐8%，所述天然矿物纤维的含量优选为15%‐25%。

进一步地，所述植物纤维的长度优选为0‐5mm。

进一步地，所述基础油为矿物油、植物油或合成油中的一种或多种。所述矿物油包括环烷基基础油和石腊基基础油以及二者混合物；所述植物油包括玉米油、大豆油、花生油、蓖麻油等；所述合成油包括季戊四醇酯、对苯二甲酸二辛酯、聚‐a‐烯烃等。本领域中常用的基础油都可用于本申请。

进一步地，所述粉状填料包括膨润土、碳酸钙、硫酸钡、云母粉、滑石粉、高岭土等。本领域常用的粉状填料都可用于本申请，优选为膨润土，因为膨润土不仅具有填充性，还能改善制得盾尾密封脂的抗水性。所述助分散剂选自酮、醚、醇类中的一种或多种。丙酮、乙醇以及常用的脂类，比如1,2‐丙二醇碳酸酯、碳酸丙烯酯等都有很好的分散效果。所述助分散剂用于将粉状填料均匀分散到基础油中。当粉状填料优选膨润土时，可以使膨润土形成稳定的三维网络骨架结构，基础油吸附到该骨架中，从而获得较好的触变性能。所述增稠剂选自氢化植物油、聚丙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠中的一种或多种。所述氢化植物油包括氢化蓖麻油。所述增粘剂选自古马隆树脂、萜烯树脂、C5石油树脂、C9石油树脂、松香、琼脂、聚异丁烯、乙烯丙烯共聚物、聚正丁基乙烯基醚、氢化苯乙烯双烯共聚物中的一种或多种。

所述盾尾密封油脂还可包括0.1%‐3%抗氧化剂、0.1‐3%的防锈剂。优选地，所述抗氧化剂选自二苯胺、苯基‐α‐萘胺、二异辛基二苯胺、2，6‐二叔丁基对甲酚(T501)、3，5‐二叔丁基‐4‐羟基苯基丙烯酸酯(T512)中的一种或它们的混合物。优选地，所述防锈剂选自山梨酸单醇酯、苯并三氮唑(T706)、烯基丁二酸(T746)、油酸二乙醇酰胺硼酸脂中的一种或几种。

为实现上述第二个目的，本发明提供了上述盾尾密封油脂的制备方法：将质量分数为15%-25%的基础油和20%-30%的粉状填料加入到反应釜中，加入0.5-5%的助分散剂，恒温搅拌至混合均匀，一般要大于1个小时，然后加入8-15%的增稠剂、2%-8%增粘剂、0.1%-3%的抗静电剂后加热升温至60-140℃，搅拌均匀，再加入16%-33%的抗水密封材料，保温继续低速搅拌2-3小时。

与现有密封油脂相比，采用本发明的配方制备的盾尾密封油脂具有较好的抗水压密封性、粘附性和泵送性能。

1）在常温下，在3.7MP的压力下，可以不漏水不漏脂，抗水淋性好；

2）泵送性能优异，在20℃，10巴的压力下，泵送量能达到44g/min，即使在低温环境使用，也能保持较好的泵送性。从而大大减小了注脂管的堵塞，使泵送压力保持一定，提高了盾构机工作效率，便于节能；

3）粘附性好，在38±2℃、0.02MPa的条件下，60分钟后水冲流失量均小于2%。

具体实施方式

实施例1：

一种盾尾密封油脂，其组分及其质量百分比如下：

玉米油23%；

膨润土24%；

海泡石纤维24%、竹纤维5.5%；

氢化蓖麻油10.8%；

松香6.1%；

1,2丙二醇碳酸酯2.1%；

苯基-α-萘胺1%；

山梨酸单醇酯1%；

十八胺聚氧乙烯醚2.5%。

制备方法：将玉米油和膨润土按照上述质量百分比加入到反应釜中，加入1,2丙二醇碳酸酯，恒温搅拌1h，然后依次加入氢化蓖麻油、松香、十八胺聚氧乙烯醚、苯基-α-萘胺、山梨酸单醇酯和后加热升温至60℃，搅拌均匀，再加入海泡石纤维和竹纤维，继续低速搅拌2-3小时即可。

实施例2:

一种盾尾密封油脂，其组分及其质量百分比如下：

蓖麻油13%；

季戊四醇酯10%；

膨润土24%；

硅灰石纤维21%、棉纤维6%；

聚乙烯醇10%；

古马隆树脂6%；

丙酮3%；

二异辛基二苯胺2%；

苯并三氮唑（T306）3%；

十八胺聚氧乙烯（2）醚2%。

制备方法：将蓖麻油、季戊四醇酯和膨润土按照上述比例加入到反应釜中，加入丙酮，恒温搅拌1h,然后依此加入聚乙烯醇、古马隆树脂、十八胺聚氧乙烯（2）醚、二异辛基二苯胺、苯并三氮唑（T306）后加热升温至140℃，搅拌均匀，再加入硅灰石纤维和棉纤维，继续低速搅拌2-3h即可。

实施例3:

一种盾尾密封油脂，其组分及其质量百分比如下：

大豆油14%；

聚-a-烯烃11%；

碳酸钙20%；

水镁石纤维25%、麻纤维5%；

聚丙烯酰胺8%；

萜烯树脂7%；

丙酮3.2%；

二苯胺2.8%；

烯基丁二酸1.5%；

十二胺聚氧乙烯（2）醚2.5%。

制备方法：将大豆油、聚-a-烯烃和碳酸钙按照上述比例加入到反应釜中，加入丙酮，恒温搅拌1h,然后依此加入聚丙烯酰胺、萜烯树脂、十二胺聚氧乙烯（2）醚、二苯胺，烯基丁二酸后加热升温至120℃，搅拌均匀，再加入水镁石纤维和麻纤维，继续低速搅拌2-3h即可。

实施例4:

一种盾尾密封油脂，其组分及其质量百分比如下：

蓖麻油12%、矿物油12%；

膨润土20%；

石膏纤维25%、竹纤维5%；

聚丙烯酸钠11.8%；

C5石油树脂3.3%、C9石油树脂3.9%；

碳酸丙烯酯2%；

2,6-二叔丁基对甲酚1.2%；

油酸二乙酸酰胺硼酸酯0.8%；

十八胺聚氧乙烯醚3%。

制备方法：将蓖麻油、矿物油和膨润土按照上述比例加入到反应釜中，加入碳酸丙烯酯，恒温搅拌1h，然后依此加入聚丙烯酸钠、C5石油树脂、C9石油树脂、十八胺聚氧乙烯醚、2,6-二叔丁基对甲酚和油酸二乙酸酰胺硼酸酯后加热升温至120℃，搅拌均匀，再加入石膏纤维和竹纤维，继续低速搅拌2-3h即可。

实例5：

一种盾尾密封油脂，其组分及其质量百分比如下：

花生油12%；

对苯二甲酸二辛脂13%；

膨润土24%；

石棉纤维23%、木纤维6%；

聚丙烯酰胺8%；

古马隆树脂6%；

碳酸丙烯酯1.9%；

3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙烯酸酯1.5%；

烯基丁二酸1.6%；

十八胺聚氧乙烯醚3%。

制备方法：将花生油、对苯二甲酸二辛脂和膨润土按照上述比例加入到反应釜中，再加入碳酸丙烯酯，恒温搅拌1h,然后依此加入聚丙烯酰胺、古马隆树脂、十八胺聚氧乙烯醚、3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙烯酸酯、烯基丁二酸后加热升温至120℃，搅拌均匀，再加入石棉纤维，木纤维，继续低速搅拌2-3h即可。

实施例6:

一种盾尾密封油脂，其组分及其质量百分比如下：

玉米油10%；矿物油10%；

碳酸钙25%；

木纤维8%、粉煤灰纤维18%；

聚乙烯醇15%；

琼脂5%；

1,2丙二醇碳酸酯4%；

二异辛基二苯胺1.5%；

苯并三氮唑（T306）1.4%；

十八胺聚氧乙烯（2）醚2.1%。

制备方法：将玉米油、矿物油和碳酸钙按照上述比例加入到反应釜中，加入1,2丙二醇碳酸酯，恒温搅拌1h,然后依此加入聚乙烯醇、琼脂、十八胺聚氧乙烯（2）醚、二异辛基二苯胺、苯并三氮唑（T306）后加热升温至80℃，搅拌均匀，再加入木纤维和粉煤灰纤维，继续低速搅拌2-3h即可。

实施例7:

一种盾尾密封油脂，其组分及其质量百分比如下：

矿物油25%；

硫酸钡22%；

棉纤维4%、玄武岩纤维20%；

聚乙烯醇12%；

琼脂7%；

碳酸丙烯酯2%；

二异辛基二苯胺2.5%；

苯并三氮唑（T306）2.5%；

十八胺聚氧乙烯（2）醚3%。

制备方法：将矿物油和硫酸钡按照上述比例加入到反应釜中，加入碳酸丙烯酯，恒温搅拌1h,然后依此加入聚乙烯醇、琼脂、十八胺聚氧乙烯（2）醚、二异辛基二苯胺、苯并三氮唑（T306）后加热升温至100℃，搅拌均匀，再加入棉纤维和玄武岩纤维，继续低速搅拌2-3h即可。

实施例8:

一种盾尾密封油脂，其组分及其质量百分比如下：

矿物油22%；

云母粉28%；

竹纤维3%、玄武岩纤维25%；

聚乙烯醇8%；

琼脂5%；

丙酮4%；

二异辛基二苯胺2%；

苯并三氮唑（T306）1.4%；

十八胺聚氧乙烯（2）醚1.6%。

制备方法：将矿物油和云母粉按照上述比例加入到反应釜中，加入丙酮，恒温搅拌1h,然后依此加入聚乙烯醇、琼脂、十八胺聚氧乙烯（2）醚、二异辛基二苯胺、苯并三氮唑（T306）后加热升温至120℃，搅拌均匀，再加入竹纤维和玄武岩纤维，继续低速搅拌2-3h即可。

实施例9:

一种盾尾密封油脂，其组分及其质量百分比如下：

花生油20%；

滑石粉20%；

木纤维8%、水镁石纤维20%；

聚丙烯酸钠14%；

琼脂8%；

碳酸丙烯酯5%；

二异辛基二苯胺2%；

苯并三氮唑（T306）1.4%；

十八胺聚氧乙烯（2）醚1.6%。

制备方法：将花生油和滑石粉按照上述比例加入到反应釜中，加入碳酸丙烯酯，恒温搅拌1h,然后依此加入聚丙烯酸钠、琼脂、十八胺聚氧乙烯（2）醚、二异辛基二苯胺、苯并三氮唑（T306）后加热升温至120℃，搅拌均匀，再加入木纤维和水镁石纤维，继续低速搅拌2-3h即可。

实施例10:

一种盾尾密封油脂，其组分及其质量百分比如下：

对苯二甲酸二辛脂8%、矿物油15%；

高岭土25%；

木纤维3%、石棉纤维25%；

聚丙烯酸钠12%；

古马隆树脂3%；

丙酮3.5%；

二异辛基二苯胺2.5%；

苯并三氮唑（T306）1.4%；

十八胺聚氧乙烯（2）醚1.6%。

制备方法：将对苯二甲酸二辛脂、矿物油和高岭土按照上述比例加入到反应釜中，加入丙酮，恒温搅拌1h，然后依此加入聚丙烯酸钠、古马隆树脂、十八胺聚氧乙烯（2）醚、二异辛基二苯胺、苯并三氮唑（T306）后加热升温至120℃，搅拌均匀，再加入木纤维和石棉纤维，继续低速搅拌2-3h即可。

对比例1

本实施例中各组分及其含量与实施例5几乎一致，其不同仅在于没有添加抗静电剂。

其制备方法也与实施例5一致：将花生油、对苯二甲酸二辛脂和膨润土按照给定比例加入到反应釜中，再加入碳酸丙烯酯，恒温搅拌1h,然后依此加入聚丙烯酰胺、古马隆树脂、3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙烯酸酯、烯基丁二酸后加热升温至120℃，搅拌均匀，再加入石棉纤维，木纤维，继续低速搅拌2-3h即可。

将本发明实施例4、5和对比例1的产品质量检测数据对比如下：

由上述质量监测数据可看出，实施例4和实施例5表现出了优异的抗水密封性、泵送性和粘附性。在25℃、3.7MPa压力下，可以不漏水不漏脂，具有优异的抗水密封性。在本领域中，通常抗水密封性和泵送性不能很好的兼具。因为，要想获得好的抗水密封性通常将导致较高的粘度，而粘度越高，泵送就会更困难。然而本申请中，在保证了抗水密封性的同时，其泵送性依然良好，由上述数据可知，实施例4中的泵送性最高，在20℃，10巴的压力下，泵送量能达到44g/min，即使在低温环境使用，也能保持较好的泵送性，如此一来，就能大大减小了注脂管的堵塞，使泵送压力保持一定，提高了盾构机工作效率，便于节能；此外，本申请制备的盾尾密封油脂，其耐水喷射性较好，说明在水喷射的条件下对金属表面的粘附性较好。

实施例4和实施例5中都添加了抗静电剂，对比例1与实施例5的成分及含量几乎一致，其不同仅在于对比例1中没有添加抗静电剂。根据对比数据，我们看出，在泵送性方面，实施例5明显比对比例1更好，同时实施例4的泵送性也好于对比例1；在水冲流失量方面，用38℃的水流冲60分钟之后，对比例1中流失了2.4%，高于实施例4中的2%和实施例5中1.8%，表明其粘附性不如实施例4和5。因此，我们可以发现，在保证抗水密封性的同时，抗静电剂的添加使盾尾密封油脂在泵送性方面表现更优异，并且在抗水冲流失的性能方面也更好。

以上所举实施例仅用作方便举例本发明，并非对本发明作任何形式的限制，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的技术范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出改变的等同实施例，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (10)

1.一种用于盾构机的盾尾密封油脂，其特征在于，包括的组分及其质量百分比如下：15%‐25%的基础油、20%‐30%的粉状填料、8%‐15%的增稠剂、2%‐8%的增粘剂、0.5%‐5%的助分散剂、16%‐33%的抗水密封材料、0.1%‐3%的抗静电剂。 

2.根据权利要求1所述的盾尾密封油脂，其特征在于，所述抗静电剂选自十八胺聚氧乙烯醚、十八胺聚氧乙烯⑵醚、或十二胺聚氧乙烯⑵醚。 

3.根据权利要求1所述的盾尾密封油脂，其特征在于，所述抗水密封材料为天然矿物纤维与植物纤维的混合物。 

4.根据权利要求2所述的盾尾密封油脂，其特征在于，所述植物纤维选自棉纤维、竹纤维、麻纤维、木纤维中的一种或多种。 

5.根据权利要求2所述的盾尾密封油脂，其特征在于，所述天然矿物纤维选自海泡石纤维、硅灰石纤维、水镁石纤维、石膏纤维石棉纤维、粉煤灰纤维、玄武岩纤维中的一种或多种。 

6.根据权利要求2所述的盾尾密封油脂，其特征在于，所述植物纤维的含量为1%‐8%，所述天然矿物纤维的含量为15%‐25%。 

7.根据权利要求5所述的盾尾密封油脂，其特征在于，所述植物纤维的长度为0‐5mm。 

8.根据权利要求1所述的盾尾密封油脂，其特征在于，所述基础油为矿物油、植物油或合成油中的一种或多种。 

9.根据权利要求1所述的盾尾密封油脂，其特征在于，所述助分散剂选自酮、醚、醇类中的一种或多种；所述粉状填料包括膨润土、碳酸钙、硫酸钡，云母粉，滑石粉、高岭土中的一种或多种；所述增稠剂选自氢化植物油、聚丙烯醇、聚丙烯酰胺中的一种或多种；所述增粘剂选自古马隆树脂、聚异丁烯、乙烯丙烯共聚物、聚正丁基乙烯基醚、氢化苯乙烯双烯共聚物中的一种或多种。 

10.一种制备如权利要求1‐12中任一权利要求所述的盾尾密封油脂的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将质量分数为15%‐25%的基础油和20%‐30%的粉状填料加入到反应釜中，加入0.5‐5%的助分散剂，恒温搅拌至混合均匀，然后加入8%‐15%的增稠剂、2%‐8%增粘剂、0.1%‐3%的抗静电剂后加热升温至60‐140℃，搅拌均匀，再加入16%‐33%的抗水密封材料，保温继续低速搅拌2‐3小时。