CN108865372A - 一种环保型盾尾密封油脂及其制备方法 - Google Patents

一种环保型盾尾密封油脂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种环保型盾尾密封油脂及其制备方法，所述环保型盾尾密封油脂由下列重量份配比的原料组合而成：基础油组合物20‑35份、粘度指数改性剂6‑15份、防水密封材料30‑55份、润滑剂2‑5份、复合纤维5‑25份，所述基础油组合物为异辛醇改性菜籽油与大豆油或生物柴油按质量比1~4：1混合而成，所述复合纤维为矿物纤维与植物纤维按质量比1~4.5：1混合而成的组合物。本发明所使用的基础油组合物为异辛醇改性菜籽油与大豆油或生物柴油混合而成，具有极佳的抗磨性能与抗氧化性，对土壤及地下水没有危害，在地下环境中短期内即可降解，在保证较好的密封性能的基础上，解决盾构过程中盾尾密封油脂对地下环境污染严重的问题。

Description

一种环保型盾尾密封油脂及其制备方法
技术领域
本发明属于一种盾构掘进机密封材料领域，具体是一种环保型盾尾密封油脂及其制备方法。
背景技术
盾构机即盾构隧道掘进机，是一种修建隧道时的施工工具，它可以在开挖地层及拼装衬砌时起到撑起地底土层压力的作用，伴随着地铁、隧道、公路、市政、水电隧道工程的建设，盾构掘进已经成为普遍采用的一种施工方式，而盾尾密封油脂就是在盾构机的盾尾钢丝刷处注入的密封材料，主要起到润滑、密封、防水、防蚀作用，为改善施工条件，提高施工安全、质量和工作效率都起到了较好的作用。
目前，传统盾尾密封油脂在使用的过程中存在砂层用量大、密封性能差、成本过高、污染环境严重等问题，广大科技及工程施工专业技术人员通过不断的技术创新，寻求良好的解决方法及措施，目前大多技术多注重单一性能的改善，如CN101705139B中国专利公开了一种盾构掘进机在地下工程掘进施工过程中针对穿越沙性土土质及穿越江河湖泊所用的盾尾密封油脂，该密封油脂密封性能好，解决密封性能差的问题，但存在砂层用量大、成本高、污染严重等问题，未能为上述问题提供一种系统性，全面性的解决方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有国内产品的缺陷，提供一种盾构机用环保型盾尾密封油脂，其环保性和生物降解性能较好、抗氧化性能较强、低温条件下流动性良好、泵送性能和防水密封性能优异，总体性能有较大的提升，并解决盾构过程中盾尾密封油脂对地下环境污染严重的问题，是一种能有效提高施工效率的环保型产品。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种环保型盾尾密封油脂，由下列重量份配比的原料组合而成：基础油组合物20-35份、粘度指数改性剂6-15份、防水密封材料30-55份、润滑剂2-5份、复合纤维5-25份。
进一步方案，所述基础油组合物为异辛醇改性菜籽油与大豆油或生物柴油按质量比1～4：1混合而成。
进一步方案，所述粘度指数改性剂为聚甲基丙烯酸酯、氢化苯乙烯双烯共聚物、乙烯丙烯共聚物、聚异丁烯中的一种或多种。
进一步方案，所述防水密封材料为轻质碳酸钙、白碳粉、二氧化硅、石墨、滑石粉、膨润土、氢氧化钙等中的一种或多种。
进一步方案，所述润滑剂为普通锂基润滑脂和/或极压锂基润滑脂。
进一步方案，所述复合纤维为矿物纤维与植物纤维按质量比1～4.5：1混合而成的组合物。
进一步方案，所述矿物纤维为玄武岩纤维、玻璃纤维、石棉纤维、石膏纤维、硅灰石纤维等中的一种或多种。
进一步方案，所述植物纤维为竹纤维、棉纤维、麻纤维、木纤维等中的一种或多种。
一种如上述所述的环保型盾尾密封油脂的制备方法，包括以下步骤：将按重量份数称取的基础油组合物与防水密封材料加入搅拌机中混合，搅拌1～2h后加入粘度指数改性剂和润滑剂，再混合搅拌0.5～1h，搅拌过程中搅拌机内温度保持在45～55℃，最后将复合纤维加入其中搅拌0.5～1h，搅拌结束后常温冷却即可得到环保型盾尾密封油脂。
本发明的有益效果：(1)本发明盾尾密封油脂中的基础油均为生物油，易于分解且对土壤及地下水没有危害，在地下环境中短期内即可降解，可有效解决目前盾构过程中对地下环境危害较大的问题；(2)本发明通过对基础油进行改性优化，对异辛醇改性菜籽油与大豆油或生物柴油的配比进行优选，使得制作的成品油脂的泵送性能、抗水压性能、耐高温和润滑性能优异，体现在：在25℃、1Mpa条件下泵送性良好，在3.5MPa水压下不漏水，在0.02MPa的水流冲击20min损失在5％以内，在50℃、24h条件下不流淌，可泵性在30～50g/min；(3)本发明通过对各组分的优选与复配，特别对复合纤维中矿物纤维与植物纤维的质量配比，使复合纤维在密封油脂中形成稳定的空间网络结构，在保证产品具有较好密封性的基础上，大幅度的降低产品的用量，对比例制备的盾尾密封油脂在砂型土层掘进时用量在70-80kg/m，而本专利产品在砂型土层时用量维持在25-45kg/m之间，从而有效降低施工成本。
本发明系统有效地解决了传统盾尾密封油脂施工性差、施工成本高、性能不稳定和环境污染严重等问题，尤其适用于在地下砂层较多、水压较大、地下环境较为复杂时盾构掘进机的施工，为高质量、低风险、文明施工提供有力技术保障。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
以下实验例所用原材料生产厂家及其型号如下：异辛醇改性菜籽油为浙江传化股份有限公司生产，型号为824；大豆油生产于中粮艾地盟粮油工业有限公司，不溶性杂质含量小于1％；生物柴油为广东省佛山市正合生物能源有限公司生产，型号为BD100；粘度指数改性剂为上海铭澜化工有限公司生产，型号分别为T602HB、T603、T612B、T618；防水密封材料为江西丰磊化工有限公司生产，型号为FL-2800、FLZ-2、FLZ-4、FLZ-8、FL-2100、FL-3200、FL-4600；润滑剂购至上海瑞贝石化有限公司有限公司，型号为RC-1、RCZ-26、RC-42；纤维材料购至重庆国际复合材料股份有限公司，型号为工业专用。
实施例1
称取35份基础油组合物、23份轻质碳酸钙以及19份膨润土加入搅拌机中混合，搅拌2h后加入8份PMA、2份HSD以及2份普通锂基润滑脂，再混合搅拌0.5h，搅拌过程中搅拌机内温度保持在50℃，最后将9份玻璃纤维和2份竹纤维加入其中搅拌1h，搅拌结束后常温冷却，即可得到环保型盾尾密封油脂；其中基础油组合物由25份异辛醇改性菜籽油与10份大豆油混合而成。
实施例2
称取25份基础油组合物、20份轻质碳酸钙、20份膨润土、10份石墨以及5份滑石粉加入搅拌机中混合，搅拌1h后加入8份PMA、3份HSD以及4份普通锂基润滑脂，再混合搅拌1h，搅拌过程中搅拌机内温度保持在45℃，最后将3份玻璃纤维、1份竹纤维以及1份棉纤维加入其中搅拌0.5h，搅拌结束后常温冷却，即可得到环保型盾尾密封油脂；其中基础油组合物由20份异辛醇改性菜籽油与5份生物柴油混合而成。
实施例3
称取35份基础油组合物、15份轻质碳酸钙、5份二氧化硅、5份氢氧化钙以及5份滑石粉加入搅拌机中混合，搅拌1h后加入5份OCP、1份HSD、3份普通锂基润滑脂以及2份极压锂基润滑脂，再混合搅拌0.5h，搅拌过程中搅拌机内温度保持在55℃，最后将12份石棉纤维、10份竹纤维以及2份棉纤维加入其中搅拌1h，搅拌结束后常温冷却，即可得到环保型盾尾密封油脂；其中基础油组合物由17.5份异辛醇改性菜籽油与17.5份大豆油混合而成。
实施例4
称取20份基础油组合物、30份膨胀土、10份白碳粉以及5份二氧化硅加入搅拌机中混合，搅拌2h后加入4份PMA、7份HSD、4份PIB、2份普通锂基润滑脂以及1份极压锂基润滑脂，再混合搅拌1h，搅拌过程中搅拌机内温度保持在50℃，最后将7份石膏纤维、5份玻璃纤维以及5份棉纤维加入其中搅拌0.5h，搅拌结束后常温冷却，即可得到环保型盾尾密封油脂；其中基础油组合物由15份异辛醇改性菜籽油与5份生物柴油混合而成。
实施例5
称取24份基础油组合物、27份滑石粉、9份轻质碳酸钙以及6份白碳粉加入搅拌机中混合，搅拌2h后加入6份HSD、5份PMB、3份普通锂基润滑脂以及2份极压锂基润滑脂，再混合搅拌1h，搅拌过程中搅拌机内温度保持在50℃，最后将7份玄武岩纤维、5份玻璃纤维以及6份竹纤维加入其中搅拌0.5h，搅拌结束后常温冷却，即可得到环保型盾尾密封油脂；其中基础油组合物由16份异辛醇改性菜籽油与8份生物柴油混合而成。
实施例6
称取33份基础油组合物、6份膨胀土、18份轻质碳酸钙以及24份白碳粉加入搅拌机中混合，搅拌1h后加入6份HSD和2份普通锂基润滑脂，再混合搅拌0.75h，搅拌过程中搅拌机内温度保持在55℃，最后将4份硅灰石纤维、4份玻璃纤维以及3份竹纤维加入其中搅拌0.75h，搅拌结束后常温冷却，即可得到环保型盾尾密封油脂；其中基础油组合物由25份异辛醇改性菜籽油与8份大豆油混合而成。
实施例7
称取34份基础油组合物、15份轻质碳酸钙、15份膨润土、10份石墨以及5份滑石粉加入搅拌机中混合，搅拌1h后加入6份PMA、6份HSD以及3份普通锂基润滑脂，再混合搅拌1h，搅拌过程中搅拌机内温度保持在45℃，最后将3份玻璃纤维、2份竹纤维以及1份棉纤维加入其中搅拌0.5h，搅拌结束后常温冷却，即可得到环保型盾尾密封油脂；其中基础油组合物由28份异辛醇改性菜籽油与6份生物柴油混合而成。
实施例8
称取30份基础油组合物、15份轻质碳酸钙、5份二氧化硅、10份氢氧化钙以及5份滑石粉加入搅拌机中混合，搅拌1h后加入5份OCP、1份HSD、3份普通锂基润滑脂以及2份极压锂基润滑脂，再混合搅拌0.5h，搅拌过程中搅拌机内温度保持在55℃，最后将12份石棉纤维、10份竹纤维以及2份棉纤维加入其中搅拌1h，搅拌结束后常温冷却，即可得到环保型盾尾密封油脂；其中基础油组合物由10份异辛醇改性菜籽油与20份大豆油混合而成。
实施例9
称取35份基础油组合物、23份轻质碳酸钙以及19份膨润土加入搅拌机中混合，搅拌2h后加入7份PMA、2份HSD以及2份普通锂基润滑脂，再混合搅拌0.5h，搅拌过程中搅拌机内温度保持在50℃，最后将10份玻璃纤维和2份竹纤维加入其中搅拌1h，搅拌结束后常温冷却，即可得到环保型盾尾密封油脂；其中基础油组合物由25份异辛醇改性菜籽油与10份大豆油混合而成。
实施例10
称取35份基础油组合物、15份轻质碳酸钙、5份二氧化硅、5份氢氧化钙以及5份滑石粉加入搅拌机中混合，搅拌1h后加入10份OCP、1份HSD、3份普通锂基润滑脂以及3份极压锂基润滑脂，再混合搅拌0.5h，搅拌过程中搅拌机内温度保持在55℃，最后将6份石棉纤维、10份竹纤维以及2份棉纤维加入其中搅拌1h，搅拌结束后常温冷却，即可得到环保型盾尾密封油脂；其中基础油组合物由17.5份异辛醇改性菜籽油与17.5份大豆油混合而成。
对比例1
通过常规技术方法按照下列重量份数的各组分制备而成：35份异辛醇改性菜籽油、24份白碳粉、16份轻质碳酸钙、10份HSD、2份3#锂基脂、13份竹纤维；
对比例2
通过常规技术方法按照下列重量份数的各组分制备而成：20份生物柴油、37份滑石粉、18份轻质碳酸钙、15份HSD、5份3#锂基脂、5份竹纤维；
本发明实施例1-10与对比例1-2的盾尾密封油脂性能指标如表1；
表1为实施例1-10与对比例1-2的盾尾密封油脂性能指标：
从表1中可以看出，实施例1-10和对比例1-2的结果可发现，按本发明采取的配方制备的盾尾密封油脂相比单独采用基础油制备的密封油脂具有更好的密封性、较低的挥发性，并且水流冲失量低于对比例；从实施例1-6与实施例7-8可知，基础油组合物的比例在1～4:1范围内时，水流冲失量能有效控制在5％以下，有效保证密封油脂在施工过程中的可靠性。
本发明实施例1-10与对比例1-2的盾尾密封油脂使用量对比数据如表2；
表2为实施例1-10与对比例1-2的盾尾密封油脂使用量对比数据：
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
使用量(kg/m) 28.30 33.50 27.50 29.20 31.70 32.60
成本(元) 339.6 402 330 350.4 380.4 391.2
可泵性能(g/min) 36 47 31 41 43 35
项目 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10 对比例1 对比例2
使用量(kg/m) 35.40 36.60 42.60 40.30 72.50 79.10
成本(元) 424.8 439.2 511.2 483.6 870 949.2
可泵性能(g/min) 37 41 45 39 43 37
从表2中实施例1-10和对比例1-2的结果可看出，采用本发明所需的配方制备的密封油脂，在盾构过程中，每盾构1m所需的量远小于对比例，其所需成本远低于对比例；从实施例1-6与实施例9-10可知，复合纤维为矿物纤维与植物纤维按质量比1～4.5：1混合而成的组合物时，每盾构1m所需密封油脂的量在34kg以下，成本为400元以下，大幅降低盾构施工成本。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施案例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施案例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种环保型盾尾密封油脂，其特征在于，由下列重量份配比的原料组合而成：基础油组合物20-35份、粘度指数改性剂6-15份、防水密封材料30-55份、润滑剂2-5份、复合纤维5-25份。
2.如权利要求1所述的环保型盾尾密封油脂，其特征在于，所述基础油组合物为异辛醇改性菜籽油与大豆油或生物柴油按质量比1~4：1混合而成。
3.如权利要求1所述的环保型盾尾密封油脂，其特征在于，所述粘度指数改性剂为聚甲基丙烯酸酯、氢化苯乙烯双烯共聚物、乙烯丙烯共聚物、聚异丁烯中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的环保型盾尾密封油脂，其特征在于，所述防水密封材料为轻质碳酸钙、白碳粉、二氧化硅、石墨、滑石粉、膨润土、氢氧化钙等中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的环保型盾尾密封油脂，其特征在于，所述润滑剂为普通锂基润滑脂和/或极压锂基润滑脂。
6.如权利要求1所述的环保型盾尾密封油脂，其特征在于，所述复合纤维为矿物纤维与植物纤维按质量比1~4.5：1混合而成的组合物。
7.如权利要求6所述的环保型盾尾密封油脂，其特征在于，所述矿物纤维为玄武岩纤维、玻璃纤维、石棉纤维、石膏纤维、硅灰石纤维等中的一种或多种。
8.如权利要求6所述的环保型盾尾密封油脂，其特征在于，所述植物纤维为竹纤维、棉纤维、麻纤维、木纤维等中的一种或多种。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的环保型盾尾密封油脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将按重量份数称取的基础油组合物与防水密封材料加入搅拌机中混合，搅拌1~2h后加入粘度指数改性剂和润滑剂，再混合搅拌0.5~1h，搅拌过程中搅拌机内温度保持在45~55℃，最后将复合纤维加入其中搅拌0.5~1h，搅拌结束后常温冷却即可得到环保型盾尾密封油脂。
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