CN106906031A - 一种耐高水压盾构用盾尾密封油脂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高水压盾构用盾尾密封油脂及其制备方法，该油脂由按重量百分比的以下组分组成：基础油150N 8～18％，聚异丁烯10～30％，锂基脂10～30％，有机膨润土1～10％，木质纤维素2～6％，矿物纤维1～5％，碳酸钙20～40％，硫酸钡5～10％，滑石粉5～10％。本发明耐高水压盾构用盾尾密封油脂在实验室25℃下，能耐6MPa的水压，同时泵送性依旧良好，但价格仅为进口产品的60％。在实际盾构现场施工中，能耐0.45～0.65MPa的高水压，同时综合性能优良，满足过江过河过海高水压盾构隧道施工中盾尾密封的需求。

Description

一种耐高水压盾构用盾尾密封油脂及其制备方法

技术领域

本发明涉及盾尾密封油脂，尤其涉及一种耐高水压盾构用盾尾密封油脂及其制备方法。

背景技术

据不完全统计，未来5年，国内计划新建越江隧道总长超过500公里。由于越江隧道具有所需盾构机直径大，水压力高、地层渗透系数高、地质条件异常复杂等难题，导致施工风险，尤其是盾尾密封失效风险呈指数级别增长，所以目前所用盾尾密封油脂全部为进口产品。按直径为14米的大直径盾构机平均掘进(双线)1公里消耗180吨进口泵送型盾尾密封油脂计算，将消耗3.6万吨，目前进口产品价格在25元/公斤以上，其市场容量将近25亿。因此，加快耐高水压盾构用盾尾密封油脂的研制，对开发我国沿江(河)、沿海及许多城市的经济发展具有十分重要的战略意义

日本上世纪80年代，为了满足大直径盾构机在大深度、高水压条件下掘进的需要，开始研发耐高水压盾构用盾尾密封油脂，并于1983年开始商品化。据文献调研，日本松村石油公司掌握着盾尾密封油脂先进的配方，其配方中的主要组分以羊毛脂、植物纤维等植物高分子为主，在施工使用中，具有抗高水压密封性，同时具有优良的泵送性，实现了抗高水压密封性和优异泵送性这对性能矛盾体的平衡，且泵送性能受环境温度影响小。目前国外没有盾尾密封油脂的行业标准，其中日本松村石油公司和法国CONDAT公司的油脂企业标准是行业的主要参考。

在国内盾构施工中，尤其是在高水压(0.4～0.65MPa)盾构施工中，盾尾密封系统一旦失效，轻则影响正常施工，拖延工期；重则可能引起江(海)水倒灌，产生重大安全隐患，所以施工单位为了保证盾尾密封系统绝对安全可靠，宁可高价购买进口盾尾密封油脂，也不选用价格低廉的国产产品。究其原因，是因为国产产品抗高水压密封性和泵送性这对性能矛盾体的平衡性欠佳，同时泵送性性能受环境温度影响比较大，综合性能落后于进口产品，导致目前高水压下盾构用盾尾密封油脂被进口产品垄断。因此，发明人发现如何提供一种耐高水压盾构用盾尾密封油脂是需要解决的问题。

发明内容

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种耐高水压盾构用盾尾密封油脂及其制备方法，能用于过江过河过海0.4～0.65MPa的高水压盾构施工，价格仅为进口产品的60％，有效降低了高水压盾构施工项目的材料成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施例提供一种耐高水压盾构用盾尾密封油脂，该密封油脂由按重量百分比的以下组分组成：基础油150N 8～18％、聚异丁烯10～30％、锂基脂10～30％、有机膨润土1～10％、木质纤维素2～6％、矿物纤维1～5％、碳酸钙20～40％、硫酸钡5～10％和滑石粉5～10％。

本发明实施例还提供一种耐高水压盾构用盾尾密封油脂的制备方法，用于制备权利要求1至8任一项所述的密封油脂，按权利要求1至8任一项所述的密封油脂配方取各组份，包括以下步骤：

将聚异丁烯溶于基础油150N，升温至50～100℃，搅拌20～40min得到混合液；将所述混合液注入捏合机中，设定捏合机温度50～100℃，再加入木质纤维素、矿物纤维，搅拌10min后，继续加入有机膨润土、碳酸钙、滑石粉和硫酸钡；搅拌10min后，加入锂基脂，并搅拌30～60min，通过带有10～15mm孔径的过滤器过滤，即得到耐高水压盾构用盾尾密封油脂。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的密封油脂，通过配方中采用特定用量的聚异丁烯与木质纤维素和矿物纤维配合，使得该密封油脂在25℃下，最高能耐6MPa的水压，在现场盾构施工中能耐0.4～0.65MPa的水压，且由于所用各原料价格低廉，使得该密封油脂的整体价格仅为进口产品的60％。该密封油脂通过在配方中采用特定用量的基础油150N与锂基脂和有机膨润土配合，保证了其低温流动性，在-5℃下，产品泵送性依旧良好，不需要做保温处理，就可用于国内大部分地区的冬季施工。配方中各组分均无毒，部分组分生物可降解，绿色环保，对土质、地下水无污染，对盾构机相关金属部件无腐蚀。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种耐高水压盾构用盾尾密封油脂，该密封油脂由按重量百分比的以下组分组成：基础油150N 8～18％、聚异丁烯10～30％、锂基脂10～30％、有机膨润土1～10％、木质纤维素2～6％、矿物纤维1～5％、碳酸钙20～40％、硫酸钡5～10％和滑石粉5～10％。

上述密封油脂中，基础油150N为倾点低于-38℃的环烷基基础油。基础油150N简称白油，无毒环保，对皮肤无刺激性的环烷基基础油，适用于耐高水压盾构用盾尾密封油脂，用于提高其耐低温性。

上述密封油脂中，聚异丁烯简称PB，是一种无色、无味、透明的优良增粘剂，增粘效果好、耐低温性良好，无毒环保，用于耐高水压盾构用盾尾密封油脂中，能提高其粘性，保证密封耐水压性能。上述聚异丁烯采用型号PB1300聚异丁烯和型号PB2400聚异丁烯，其中，型号PB1300在100℃下的运动粘度为700mpa.s，PB1300的用量占该聚异丁烯总重量的60％；PB2400在100℃下的运动粘度为4500mpa.s，PB2400的用量占该聚异丁烯总重量的40％。

上述密封油脂中的锂基脂，简称黄油，是一种常用的润滑剂，具有显著的润滑、防腐性能，用于该耐高水压盾构用盾尾密封油脂中，能提高其润滑流动性。

上述密封油脂中的有机膨润土，简称增稠剂，是一种增稠流变剂，与基础油混合，可制备润滑剂，与锂基脂相当。

上述密封油脂中，木质纤维素的长度为0.5～5mm。该木质纤维素无毒环保，可生物降解；具有三维网状结构，作为油脂的骨架组分，尤其适用于耐高水压盾构用盾尾密封油脂，保证其耐高水压性。

上述密封油脂中，矿物纤维采用海泡石纤维，长度为0～6mm，优选长度为1～6mm，具有导热系数小、阻燃、质轻、吸音、绝缘、机械强度高、对人体无毒害、无刺激等独特优点，在电力、冶金、石油化工等行业使用，用于该耐高水压盾构用盾尾密封油脂中，提高其耐水压性能。

上述密封油脂中，碳酸钙采用重质碳酸钙，粒径为400目～2000目，白度为95以上。

上述密封油脂中，硫酸钡的粒径为1250目。

上述密封油脂中，滑石粉的粒径为325目，白度为80以上。

本发明实施例还提供一种耐高水压盾构用盾尾密封油脂的制备方法，用于上述的密封油脂，按是述的密封油脂配方取各组份，包括以下步骤：

将聚异丁烯溶于基础油150N，升温至50～100℃，搅拌20～40min得到混合液；将所述混合液注入捏合机中，设定捏合机温度50～100℃，再加入木质纤维素、矿物纤维，搅拌10min后，继续加入有机膨润土、碳酸钙、滑石粉和硫酸钡；搅拌10min后，加入锂基脂，并搅拌30～60min，通过带有10～15mm孔径的过滤器过滤，即得到耐高水压盾构用盾尾密封油脂。

下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。

实施例一

本实施例中耐高水压盾构用盾尾密封油脂，其配方组分按重量百分比为：基础油150N14％，聚异丁烯(PB1300、PB2400)21％，锂基脂17％，有机膨润土6％，木质纤维素5％，矿物纤维(海泡石)3％，碳酸钙(重质)24％，硫酸钡5％和滑石粉5％。

该耐高水压盾构用盾尾密封油脂制备过程如下：首先将聚异丁烯(PB1300和PB2400)溶于基础油150N，升温至50～100℃，搅拌20～40min；将混合液注入捏合机中，设定捏合机温度50～100℃，再加入木质纤维素、矿物纤维(石棉、海泡石)；搅拌10min后，继续加入有机膨润土、碳酸钙(重质)、滑石粉和硫酸钡；搅拌10min后，加入锂基脂，并搅拌30～60min，通过带有10～15mm孔径的过滤器过滤，即得到耐高水压盾构用盾尾密封油脂。

以本实施例制备的耐高水压盾构用盾尾密封油脂样品实验，在实验室25℃下，能耐6MPa的水压。该耐高水压盾构用盾尾密封油脂的理化指标如表1所示。

表1.耐高水压盾构用盾尾密封油脂性能参数表

实施例二

本实施例中耐高水压盾构用盾尾密封油脂，其配方组分及其重量百分比为：基础油150N 12％，聚异丁烯(PB1300、PB2400)23％，锂基脂17％，有机膨润土4％，木质纤维素4％，矿物纤维(海泡石)4％，余量为碳酸钙(重质)26％，硫酸钡8％和滑石粉2％。

上述耐高水压盾构用盾尾密封油脂的制备方法同实施例一，不再说明。

以本实施例制备的耐高水压盾构用盾尾密封油脂样品实验，在实验室25℃下，能耐6MPa的水压。该耐高水压盾构用盾尾密封油脂的理化指标与实施例一相同。

与市场上盾尾密封油脂相比，本发明耐高水压盾构用盾尾密封油脂具有以下优点：

(1)本发明耐高水压盾构用盾尾密封油脂在实验室25℃下，最高能耐6MPa的水压，在现场盾构施工中能耐0.4～0.65MPa的水压，价格为进口产品的60％。

(2)本发明耐高水压盾构用盾尾密封油脂在-5℃下，产品泵送性依旧良好，不需要做保温处理，就可用于国内大部分地区的冬季施工。

(3)本发明密封油脂配方组分无毒，部分组分生物可降解，绿色环保，对土质、地下水无污染，对盾构机相关金属部件无腐蚀。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种耐高水压盾构用盾尾密封油脂，其特征在于，该密封油脂由按重量百分比的以下组分组成：基础油150N 8～18％、聚异丁烯10～30％、锂基脂10～30％、有机膨润土1～10％、木质纤维素2～6％、矿物纤维1～5％、碳酸钙20～40％、硫酸钡5～10％和滑石粉5～10％。

2.根据权利要求1所述的一种耐高水压盾构用盾尾密封油脂，其特征在于，所述基础油150N为倾点低于-38℃的环烷基基础油。

3.根据权利要求1或2所述的一种耐高水压盾构用盾尾密封油脂，其特征在于，所述聚异丁烯采用型号PB1300聚异丁烯和型号PB2400聚异丁烯，其中，型号PB1300在100℃下的运动粘度为700mpa.s，PB1300的用量占该聚异丁烯总重量的X％；PB2400在100℃下的运动粘度为4500mpa.s，PB2400的用量占该聚异丁烯总重量的Y％。

4.根据权利要求1所述的一种耐高水压盾构用盾尾密封油脂，其特征在于，所述木质纤维素的长度为0.5～5mm。

5.根据权利要求1或2所述的一种耐高水压盾构用盾尾密封油脂，其特征在于，所述矿物纤维采用海泡石纤维，长度为0～6mm。

6.根据权利要求1或2所述的一种耐高水压盾构用盾尾密封油脂，其特征在于，所述碳酸钙采用重质碳酸钙，粒径为400目～2000目，白度为95以上。

7.根据权利要求1或2所述的一种耐高水压盾构用盾尾密封油脂，其特征在于，所述硫酸钡的粒径为1250目。

8.根据权利要求1或2所述的耐高水压盾构用盾尾密封油脂，其特征在于，所述滑石粉的粒径为325目，白度为80以上。

9.一种耐高水压盾构用盾尾密封油脂的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1至8任一项所述的密封油脂，按权利要求1至8任一项所述的密封油脂配方取各组份，包括以下步骤：

将聚异丁烯溶于基础油150N，升温至50～100℃，搅拌20～40min得到混合液；将所述混合液注入捏合机中，设定捏合机温度50～100℃，再加入木质纤维素、矿物纤维，搅拌10min后，继续加入有机膨润土、碳酸钙、滑石粉和硫酸钡；搅拌10min后，加入锂基脂，并搅拌30～60min，通过带有10～15mm孔径的过滤器过滤，即得到耐高水压盾构用盾尾密封油脂。