CN108913306B - 一种具有高耐水性的盾尾密封脂 - Google Patents

一种具有高耐水性的盾尾密封脂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有高耐水性的盾尾密封脂。包括高黏度光亮油24.0％～37.0％,稠化剂3.0％～6.0％,强度改进剂4.0％～9.0％,增黏剂6.0％～12.0％,吸水膨胀剂3.0％～6.0％,活性填充剂30.0％～60.0％。产品适合于高水压环境下施工的盾构机，作为盾尾部位的密封材料。通过有机膨润土稠化高黏度光亮油，再复配加入强度改进剂、增黏剂、吸水膨胀剂、活性填充剂，而得到一种具有优良的耐水密封性、以及良好的泵送性、结构稳定性、黏附性和润滑性的高耐水性盾尾密封脂。使用温度范围为‑10～100℃。本发明的盾尾密封脂对环境友好，原材料成本较低，性能稳定，具有广阔的市场应用前景。

Description

一种具有高耐水性的盾尾密封脂
技术领域
本发明属于润滑脂技术领域，特别涉及一种具有优良的耐水密封性,以及良好的泵送性、结构稳定性和黏附性，可用于高水压环境下施工的盾尾密封脂。
背景技术
在盾构机掘进过程中，因盾壳和管片外壁之间存在间隙，为了防止盾壳外部水和泥砂的渗漏，需要采用盾尾密封脂对盾尾和管片的间隙进行密封处理。盾尾密封油脂基本功能是实现有效密封，以隔绝地下水和泥浆，同时要求具有良好的泵送性、结构稳定性和黏附性，从而保证盾构施工顺利推进。耐水密封性能是盾尾密封脂的关键性能,该性能指标的优劣对于盾尾密封的应用效果，以及施工质量、人身安全等方面都有重要影响。
处于穿越江、河、湖、海等地质条件下的盾构施工，地下水状况往往十分复杂，隧道静水压力通常很大，盾构承受水压可能高达0.6MPa以上。在盾构施工过程中，非常容易引起突发性涌流和流沙，从而导致大范围的突然塌陷以及渗、漏水事故。因此，在高水压环境下，对于盾尾密封脂的耐水密封性能，提出了更高的质量标准要求。
现有盾尾密封脂技术，因为耐水密封性能相对不足，故而已经无法满足盾构机在高水压施工条件下的工况条件。
采用高黏度光亮油为基础油，有机膨润土为稠化剂,合成纤维、植物纤维为强度改进剂,聚异丁烯为增黏剂，高钠基膨润土、聚丙烯酸钠为吸水膨胀剂,活性滑石粉、活性碳酸钙、活性云母粉为活性填充剂,通过捏合搅拌来制得一种具有高耐水性的盾尾密封脂，尚无公开报道。
发明内容
本发明的目的，是提供一种具有优良的耐水密封性,以及良好的泵送性、结构稳定性、和黏附性，可用于高水压环境下施工的盾尾密封脂。
本发明提供的一种具有高耐水性的盾尾密封脂，以组合物总重为基准，各组分及百分含量为：
(1)高黏度光亮油24.0％～37.0％
(2)稠化剂3.0％～6.0％
(3)强度改进剂4.0％～9.0％
(4)增黏剂6.0％～12.0％
(5)吸水膨胀剂3.0％～6.0％
(6)活性填充剂30.0％～60.0％
优选组合物总重为基准，各组分含量为：
(1)高黏度光亮油26.0％～35.2％
(2)稠化剂3.3％～5.8％
(3)强度改进剂4.2％～8.8％
(4)增黏剂6.3％～11.4％
(5)吸水膨胀剂3.2％～5.8％
(6)活性填充剂33.0％～57.0％
本发明提供的一种具有高耐水性的盾尾密封脂，所述高黏度光亮油包括90BS、120BS、150BS中的一种或两种的混合物。要求100℃运动黏度≥17.0mm2/s。
本发明提供的一种具有高耐水性的盾尾密封脂，所述稠化剂是用于稠化高黏度光亮油以提高其稠度的有机膨润土。要求粒度≥200目。
本发明提供的一种具有高耐水性的盾尾密封脂，所述强度改进剂是用来提高盾尾密封脂的黏结强度和表面强度，以改善其抗裂性、抗渗性、抗冲击性的添加剂，包括木质纤维和聚丙烯纤维。要求长度≤6.0mm。
本发明提供的一种具有高耐水性的盾尾密封脂，所述增黏剂是主要用来改进盾尾密封脂的黏附性，同时也可提高产品结构稳定性和润滑性的聚异丁烯。要求分子量为1000～2400。
本发明提供的一种具有高耐水性的盾尾密封脂，所述吸水膨胀剂是遇水发生膨胀的材料，可以通过吸水膨胀止水以提高盾尾密封脂的耐水密封性，包括高钠基膨润土、聚丙烯酸钠中一种或两种的混合物。高钠基膨润土要求0.075mm筛余物≤4％,聚丙烯酸钠要求含量≥97％。
本发明提供的一种具有高耐水性的盾尾密封脂，所述活性填充剂比普通填充剂具有更好的亲油性，与高黏度光亮油可形成结构更加稳定的体系，包括活性滑石粉、活性碳酸钙、活性云母粉中一种或两种的混合物。要求粒度≥200目。
本发明的制备方法为：将高黏度光亮油和稠化剂有机膨润土加入到捏合机中，升温至60～80℃进行捏和搅拌。成脂后加入强度改进剂，搅拌均匀后停止搅拌加热。在温度50～60℃下依次加入增黏剂和吸水膨胀剂，搅拌捏合至物料均匀。最后加入活性填充剂，搅拌捏合45～90min得到成品。
高钠基膨润土能吸附相当于自身体积8～20倍的水而膨胀至30倍以上，聚丙烯酸钠能吸收自重60～300倍的水。高钠基膨润土、聚丙烯酸钠单独或复配使用，通过其固有的吸水膨胀特性，可产生显著的耐水密封效果。活性填充剂具有一定的亲油性，与高黏度光亮油可形成紧密的吸附，能进一步提高产品的结构稳定性，并减少使用或储存中的分油现象，因而提升了产品的耐水密封性能。高黏度光亮油和聚异丁烯增黏剂的加入，通过改善产品的黏附性，进而提高了密封脂在高水压环境下的抗流失能力，同时也提高了油膜厚度，改进了产品的润滑性。木质纤维、聚丙烯纤维强度改进剂的加入，提高了产品的抗冲击性和渗透性。
通过有机膨润土稠化高黏度光亮油，再复配加入强度改进剂、增黏剂、吸水膨胀剂、活性填充剂，而得到一种具有优良的耐水密封性、以及良好的泵送性、结构稳定性、黏附性和润滑性的高耐水性盾尾密封脂。本发明产品适合于高水压条件下盾构机盾尾部位密封与润滑，使用温度范围为-10～100℃。本发明的盾尾密封脂对环境友好，原材料成本较低，性能稳定，具有广阔的市场应用前景。
具体实施方式
实施例1
一种具有高耐水性的盾尾密封脂，各组份和质量百分数如下：
(1)150BS基础油37.0％
(2)有机膨润土6.0％
(3)木质纤维8.0％
(4)聚丙烯纤维1.0％
(5)聚异丁烯12.0％
(6)高钠基膨润土6.0％
(7)活性碳酸钙30.0％
将150BS高黏度光亮油(100℃运动黏度30.2mm2/s)370kg和有机膨润土(粒度200目)60kg加入到捏合机中，升温至60～70℃进行搅拌捏合。成脂后加入木质纤维(长度6.0mm)80kg和聚丙烯纤维(长度6.0mm)10kg，搅拌捏合均匀后停止加热。在温度50～55℃下依次加入聚异丁烯(分子量1000)120kg和高钠基膨润土(0.075mm筛余物≤4％)60kg，搅拌捏合至物料均匀。最后加入活性碳酸钙(粒度400目)300kg，搅拌捏合45min得到成品。所得盾尾密封脂性能见表1。
实施例2
一种具有高耐水性的盾尾密封脂，组份和质量百分数如下：
(1)120BS基础油24.0％
(2)有机膨润土3.0％
(3)木质纤维3.4％
(4)聚丙烯纤维0.6％
(5)聚异丁烯6.0％
(6)聚丙烯酸钠3.0％
(7)活性滑石粉20.0％
(8)活性碳酸钙40％
将120BS高黏度光亮油(100℃运动黏度25.7mm2/s)240kg和有机膨润土(粒度200目)30kg加入到捏合机中，升温至70～80℃进行搅拌捏合。成脂后加入木质纤维(长度3.0mm)34kg和聚丙烯纤维(长度6.0mm)6kg，搅拌均匀后停止搅拌加热。在温度55～60℃下依次加入聚异丁烯(分子量1300)60kg和聚丙烯酸钠(含量≥97％)30kg，搅拌捏合至物料均匀。最后加入活性滑石粉(粒度400目)200kg活性滑石粉(粒度200目)400kg，搅拌捏合90min得到成品。所得盾尾密封脂性能见表1。
实施例3
一种具有高耐水性的盾尾密封脂，组份和质量百分数如下：
(1)120BS基础油35.2％
(2)有机膨润土5.8％
(3)木质纤维8.0％
(4)聚丙烯纤维0.8％
(5)聚异丁烯11.4％
(6)高钠基膨润土3.8％
(7)聚丙烯酸钠2.0％
(8)活性滑石粉33.0％
将120BS高黏度光亮油(100℃运动黏度25.7mm2/s)352kg和有机膨润土(粒度200目)58kg加入到捏合机中，升温至65～75℃进行搅拌捏合。成脂后加入木质纤维(长度3.0mm)80kg和聚丙烯纤维(长度3.0mm)8kg，搅拌均匀后停止搅拌加热。在温度53～58℃下依次加入聚异丁烯(分子量2400)114kg、高钠基膨润土(0.075mm筛余物≤4％)38kg和聚丙烯酸钠(含量≥97％)20kg，搅拌捏合至物料均匀。最后加入活性滑石粉(粒度800目)330kg，搅拌捏合60min得到成品。所得盾尾密封脂性能见表1。
实施例4
一种具有高耐水性的盾尾密封脂，组份和质量百分数如下：
(1)150BS基础油13.0％
(2)90BS基础油13.0％
(3)有机膨润土3.3％
(4)木质纤维4.0％
(5)聚丙烯纤维0.2％
(6)聚异丁烯6.3％
(7)高钠基膨润土3.2％
(8)活性云母粉57.0％
将150BS高黏度光亮油(100℃运动黏度30.2mm2/s)130kg、90BS基础油(100℃运动黏度17.0mm2/s)130kg和有机膨润土(粒度200目)33kg加入到捏合机中，升温至70～80℃进行搅拌捏合。成脂后加入木质纤维(长度3.0mm)40kg和聚丙烯纤维(长度6.0mm)2kg，搅拌捏合均匀后停止加热。在温度55～60℃下依次加入聚异丁烯(分子量2400)63kg和高钠基膨润土(0.075mm筛余物≤4％)32kg，搅拌捏合至物料均匀。最后再加入活性云母粉(粒度400目)570kg，搅拌捏合80min得到成品。所得盾尾密封脂性能见表1。
实施例5
一种具有高耐水性的盾尾密封脂，组份和质量百分数如下：
(1)150BS基础油30.0％
(2)有机膨润土4.3％
(3)木质纤维5.5％
(4)聚丙烯纤维0.7％
(5)聚异丁烯10.5％
(6)聚丙烯酸钠4.0％
(7)活性滑石粉45.0％
将150BS高黏度光亮油(100℃运动黏度30.2mm2/s)300kg和有机膨润土(粒度400目)43kg加入到捏合机中，升温至65～70℃进行搅拌捏合。成脂后加入木质纤维(长度6.0mm)55kg和聚丙烯纤维(长度6.0mm)7kg，搅拌捏合均匀后停止加热。在温度55～60℃下依次加入聚异丁烯(分子量2400)105kg和聚丙烯酸钠(含量≥97％)40kg，搅拌捏合至物料均匀。最后加入活性滑石粉(粒度400目)450kg，搅拌捏合75min得到成品。所得盾尾密封脂性能见表1。
实施例6
一种具有高耐水性的盾尾密封脂，组份和质量百分数如下：
(1)150BS基础油32.0％
(2)有机膨润土4.0％
(3)木质纤维6.0％
(4)聚丙烯纤维0.8％
(5)聚异丁烯10.4％
(6)聚丙烯酸钠3.8％
(7)活性碳酸钙43.0％
将150BS高黏度光亮油(100℃运动黏度30.2mm2/s)320kg和有机膨润土(粒度400目)40kg加入到捏合机中，升温至65～75℃进行搅拌捏合。成脂后加入木质纤维(长度6.0mm)60kg和聚丙烯纤维(长度3.0mm)8kg，搅拌捏合均匀后停止加热。在温度55～60℃下依次加入聚异丁烯(分子量2400)104kg和聚丙烯酸钠(含量≥97％)38kg，搅拌捏合至物料均匀。最后再加入活性碳酸钙(粒度400目)430kg，搅拌捏合75min得到成品。所得盾尾密封脂性能见表1。
对比例1
为市售盾尾密封脂。
对比例2
为市售盾尾密封脂。
对比例3
为市售盾尾密封脂。
表1
Figure BDA0001739627800000051
Figure BDA0001739627800000061
从表1的结果可以看出：本发明提供高耐水性的盾尾密封脂，具有更好的耐水密封性，与市售产品比较表现为保压值提高16.64％以上，油脂漏失量减少24.21％以上。与此同时，本发明还具有更好的胶体稳定性和润滑性，表现为钢网分油减少33.33％以上,四球磨痕直径减少10.0％以上。产品所具有良好的性和胶体稳定性，也可显著改善其耐水密封功能，减少实际施工中发生渗透水的可能性。本发明产品适合于高水压环境下盾构机盾尾部位的密封与润滑，使用温度范围为-10～100℃。本发明的盾尾密封脂对环境友好，原材料成本较低，性能稳定，具有广阔的市场应用前景。

Claims (6)

1.一种具有高耐水性的盾尾密封脂，其特征是以组合物总重为基准，各组分百分含量：
(1)高黏度光亮油24.0％～37.0％；
(2)稠化剂3.0％～6.0％；
(3)强度改进剂4.0％～9.0％；
(4)增黏剂6.0％～12.0％；
(5)吸水膨胀剂3.0％～6.0％；
(6)活性填充剂30.0％～60.0％；
所述高黏度光亮油包括90BS、120BS、150BS中的一种或两种的混合物，要求100℃运动黏度≥17.0mm2/s；所述稠化剂是用于稠化基础油以提高其稠度的有机膨润土，要求粒度≥200目；所述活性填充剂包括活性滑石粉、活性碳酸钙、活性云母粉中一种或两种的混合物，要求粒度≥200目；
制备方法：将高黏度光亮油和稠化剂有机膨润土加入到捏合机中，升温至60～80℃进行捏合搅拌；成脂后加入强度改进剂，搅拌均匀后停止搅拌加热；在温度50～60℃下依次加入增黏剂和吸水膨胀剂，搅拌捏合至物料均匀；最后加入活性填充剂，搅拌捏合45～90min得到成品。
2.权利要求1所述的一种具有高耐水性的盾尾密封脂，其特征是以组合物总重为基准，各组分百分含量：
(1)高黏度光亮油26.0％～35.2％；
(2)稠化剂3.3％～5.8％；
(3)强度改进剂4.2％～8.8％；
(4)增黏剂6.3％～11.4％；
(5)吸水膨胀剂3.2％～5.8％；
(6)活性填充剂33.0％～57.0％。
3.如权利要求1或2所述的组合物，其特征是所述强度改进剂包括木质纤维和聚丙烯纤维，要求长度≤6.0mm。
4.如权利要求1或2所述的组合物，其特征是所述增黏剂是聚异丁烯，要求分子量为1000～2400。
5.如权利要求1或2所述的组合物，其特征是所述吸水膨胀剂包括高钠基膨润土、聚丙烯酸钠中一种或两种的混合物，高钠基膨润土要求0.075mm筛余物≤4％，聚丙烯酸钠要求含量≥97％。
6.如权利要求1或2所述的组合物，其特征是适合于高水压条件下盾构机盾尾部位密封与润滑。
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