CN112480997A - 一种高抗水性盾尾密封油脂及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于盾尾密封油脂技术领域，具体涉及一种高抗水性盾尾密封油脂及其制备方法与应用。本发明的高抗水性盾尾密封油脂，由下列重量百分比的原料组成，包括基础油10‑25份，增粘剂20‑30份，添加剂2‑5份，纤维2‑4份，固体粉料37‑57份，其中所述基础油包括10#基础油、菜籽油、650SN中的一种或多种，使得该密封油脂可以满足5‑6bar（以注浆压力为参考）的水压，并埋深在60米以下满足所有盾构直径规格的盾构机，可以根本上解决客户要求，产生巨大的市场影响和经济效益。

Description

一种高抗水性盾尾密封油脂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于盾尾密封油脂技术领域，具体涉及一种高抗水性盾尾密封油脂及其制备方法与应用。
背景技术
进入本世纪以来，我国大力发展国家基建项目，如地铁、公路、铁路、市政给排水和污水管道、水电、穿山江河湖泊等隧道，在这些施工中大范围采用盾构法。盾构法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等进入盾构内，必须对盾尾和管片间隙进行密封处理。密封盾尾刷与管片之间存在摩擦，摩擦力过大容易损坏盾尾装置，需要在盾尾密封刷之间填充密封油脂，以减小管片与盾尾刷之间的摩擦力。盾尾密封油脂成了盾构法施工中盾尾密封最不可少的材料之一。
然而对于盾尾油脂密封性的要求随着施工复杂程度的加大而加大，其需克服大埋深、高水压、超复合地质条件、超大盾构机等因素，因此利用抗超高水压性能的盾尾油脂成为了关键，而目前国内各品牌的产品在实际应用中其抗水压能力一般在2-3bar（以注浆压力为参考），埋深在30米以下，盾构直径在10米以下等的工况条件，但是对更复杂的施工工况，如超高水压复合地层，其效果则不尽如意。且现有的关于盾尾密封油脂的配方优化及性能表征方面的研究较少，其造价成本也较高。
发明内容
为了解决上述盾尾密封油脂对如超高水压复合地层等特殊工况，其施工效果差，且现有关于盾尾密封油脂配方优化及性能表征方面研究较少，造价成本较高等问题，本发明提供一种高抗水性盾尾密封油脂及其制备方法与应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种高抗水性盾尾密封油脂，由下列重量百分比的原料组成，包括基础油10-25份，增粘剂20-30份，添加剂2-5份，纤维2-4份，固体粉料37-57份，其中所述基础油包括10#基础油、菜籽油、650SN中的一种或多种。
进一步的，增粘剂包括聚异丁烯、醇酸树脂、丁基橡胶中的一种或多种。
进一步的，添加剂为膨润土。
进一步的，纤维为合成纤维，所述合成纤维包括木质素、聚丙烯纤维、PLA纤维中的一种或多种。
进一步的，木质素、聚丙烯纤维、PLA纤维的质量比为1:2-3:1.5-2.5。
进一步的，固体粉料包括无水碳酸钙、云母粉中的一种或多种。
一种高抗水性盾尾密封油脂的制备方法，制备上述的高抗水性盾尾密封油脂，其方法包括以下步骤：
S1：将基础油加入至搅拌釜中搅拌，并升温至40-70℃；
S2：将添加剂缓慢加入至搅拌釜中，继续搅拌3-5min；
S3：将增粘剂匀速加入至搅拌釜中，继续搅拌4-5min，充分混合均匀；
S4：切换搅拌模式，将合成纤维缓慢加入搅拌釜中，继续搅拌1-2min；
S5：切换搅拌模式，将固体粉料匀速加入至搅拌釜中，继续搅拌40-45min，获得高抗水性盾尾密封油脂。
进一步的，搅拌模式包括正转搅拌模式、反转搅拌模式中的一种。
一种高抗水性盾尾密封油脂的应用，将上述的高抗水性盾尾密封油脂应用于盾构法隧道施工中超高水压地层下盾构机盾尾的密封，并进行性能测试；所述性能测试包括锥入度/温度、分油量、黏附性、蒸发损失率、泵送性、抗水压密封性、抗水喷雾性中的一种或多种。
进一步的，高抗水性盾尾密封油脂的锥入度/25℃为225-245；分油量≤5%；黏附性≤3%；蒸发损失率≤3%；泵送性35-45g/min；抗水压密封性为无滴水；抗水喷雾性≤10%。
本发明的高抗水性盾尾密封油脂，通过在配方中采用特定用量的基础油，增粘剂，添加剂，纤维，固体粉料，使得该密封油脂可以满足5-6bar（以注浆压力为参考）的水压，并埋深在60米以下满足所有盾构直径规格的盾构机，可以根本上解决客户要求，产生十分巨大的市场影响和经济效益。该密封油脂通过在配方中采用特定用量的基础油、纤维和膨润土配合，保证了其低温流动性，埋深在60米以下，产品泵送性依旧良好，不需要做保温处理，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。
附图说明
图1为高抗水性盾尾密封油脂的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种高抗水性盾尾密封油脂，由下列重量百分比的原料组成，包括基础油10-25份，增粘剂20-30份，添加剂2-5份，纤维2-4份，固体粉料37-57份，其中所述基础油包括10#基础油、菜籽油、650SN等，使得该密封油脂可以满足5-6bar（以注浆压力为参考）的水压，并埋深在60米以下满足所有盾构直径规格的盾构机，可以根本上解决客户要求，产生十分巨大的市场影响和经济效益。
作为本发明的优选实施例，其还可具有以下附加技术特征：增粘剂包括聚异丁烯、醇酸树脂、丁基橡胶等，其中聚异丁烯简称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；醇酸树脂具有极性较强的基团，带有较强的电荷，既能与金属基材表面反应形成较强的化学键，又能增强产品中纤维和油脂的粘结能力，从而提高盾尾密封油脂的粘附力和粘结力；丁基橡胶具有良好的化学稳定性和热稳定性，其中最突出的是气密性和水密性，能够填充于钢丝刷的孔间间隙，有效防止土沙和泥土的渗入，起到密封和保护作用。该增粘剂相互配合使用不仅提高该密封油脂的粘结能力，而且提高该密封油脂的密封性和抗水性。
本实施例中，添加剂为膨润土，是一种增稠流变剂，与基础油混合，可制备润滑剂，提高该密封油脂的润滑性能，同时该膨润土与其他物质相互配合能够提高该密封油脂的防水效果和附着能力。
本实施例中，纤维为合成纤维，所述合成纤维包括木质素、聚丙烯纤维、PLA纤维中的一种或多种；木质素、聚丙烯纤维、PLA纤维的质量比为1:2-3:1.5-2.5，优选地为1:2.5:2.0，使得该合成纤维能够与配方中的其他物质相互配合，提高该密封油脂的防水效果和附着能力。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，且与聚丙烯纤维、PLA纤维相互配合能够提高该密封油脂的防水效果和附着能力。
本实施例中，固体粉料包括无水碳酸钙、云母粉中的一种或多种，该固体粉料具有导热系数小、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，用于该高抗水性盾构用盾尾密封油脂中，提高其耐水压性能和稠度。
如图1所示，一种高抗水性盾尾密封油脂的制备方法，制备上述的高抗水性盾尾密封油脂，其方法包括以下步骤：
S1：将基础油加入至搅拌釜中搅拌，开启正转搅拌，并升温至40-70℃；
S2：将添加剂缓慢加入至搅拌釜中，继续搅拌3-5min；
S3：将增粘剂匀速加入至搅拌釜中，继续搅拌4-5min，充分混合均匀；
S4：切换成反转搅拌模式，将合成纤维缓慢加入搅拌釜中，继续搅拌1-2min，使得各个原料能够充分混合均匀，有效避免出现团状；
S5：开启正转搅拌模式，将固体粉料匀速加入至搅拌釜中，继续搅拌40-45min，获得高抗水性盾尾密封油脂。
下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。
实施例一
将10#基础油600g匀速倒入搅拌釜中，并开启正转搅拌，并升温至55℃。然后，将处理好的膨润土60g缓缓倒入搅拌釜中，继续搅拌3-5min，再将聚异丁烯430g和醇酸树脂100g匀速倒入搅拌釜中继续搅拌5min，充分混合均匀，而后将切换成反转搅拌模式，将合成纤维60g缓慢加入搅拌釜中，搅拌1-2min；最后，开启正转搅拌模式，匀速将云母粉75g、钙粉1350g倒入搅拌釜中，保持搅拌40min，即得高抗水性盾尾密封油脂。
实施例二
将菜籽油430g匀速倒入搅拌釜中，并开启正转搅拌，并升温至40℃。然后，将处理好的膨润土100g缓缓倒入搅拌釜中，继续搅拌3-5min，再将聚异丁烯320g和丁基橡胶230g匀速倒入搅拌釜中继续搅拌5min，充分混合均匀，而后将切换成反转搅拌模式，将合成纤维55g缓慢加入搅拌釜中，搅拌1-2min；最后，开启正转搅拌模式，匀速将云母粉75g钙粉1350g倒入搅拌釜中，保持搅拌40min，即得高抗水性盾尾密封油脂。
实施例三
将650SN基础油300g匀速倒入搅拌釜中，并开启正转搅拌，并升温至70℃。然后，将处理好的膨润土125g缓缓倒入搅拌釜中，继续搅拌3-5min，再将醇酸树脂100g和丁基橡胶430g匀速倒入搅拌釜中继续搅拌5min，充分混合均匀，而后将切换成反转搅拌模式，将合成纤维55g缓慢加入搅拌釜中，搅拌1-2min；最后，开启正转搅拌模式，匀速将云母粉75g、钙粉1350g倒入搅拌釜中，保持搅拌40min，即得高抗水性盾尾密封油脂。
一种高抗水性盾尾密封油脂的应用，将实施例1-3制得的高抗水性盾尾密封油脂应用于盾构法隧道施工中超高水压地层下盾构机盾尾的密封，并进行性能测试，所述性能测试包括锥入度/温度、分油量、黏附性、蒸发损失率、泵送性、抗水压密封性、抗水喷雾性等，具体见下表1。
表1高抗水性盾尾密封油脂的理化数据
项目 质量指标 试验方法
外观 灰白色至灰黄色纤维状均匀油膏 目测
不工作锥入度(25℃)/0.1mm 225-245 GB/T 269
密度25℃ kg/m<sup>3</sup> 1250-1350 T/CPCIF 0042.3-2020
分油量（锥网法,50℃，24h）(质量分数)/% ≤5 NB/SH/T0324
蒸发损失(110℃，3h)(质量分数)/% ≤3 SH/T 0661
黏附性（48h,爬行的距离）/mm ≤3 T/CPCIF 0042.3-2020
抗水压密封性试验（25℃，6MPa，筛板孔径0.6mm） 无漏水 T/CPCIF 0042.3-2020
泵送性(25℃，1MPa)/(g/min) 35-45g/min T/CPCIF 0042.3-2020
抗水喷雾性试验(质量分数)/% ≤10 SH/T 0643
通过本发明3个实施例的上述各项指标检测（如上表1），可以满足在超高水压复合地层等特殊工况下使用盾尾密封油脂的要求，即实现本发明的技术要求。本发明通过严格控制原料选择、工艺投料顺序、搅拌时间和检测项等控制，制备出的油脂可应用于盾构法隧道施工中在超高水压地层等特殊工况下盾构机盾尾的密封。
在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种高抗水性盾尾密封油脂，其特征在于：由下列重量百分比的原料组成，包括基础油10-25份，增粘剂20-30份，添加剂2-5份，纤维2-4份，固体粉料37-57份，其中所述基础油包括10#基础油、菜籽油、650SN中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的高抗水性盾尾密封油脂，其特征在于：所述增粘剂包括聚异丁烯、醇酸树脂、丁基橡胶中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的高抗水性盾尾密封油脂，其特征在于：所述添加剂为膨润土。
4.根据权利要求1所述的高抗水性盾尾密封油脂，其特征在于：所述纤维为合成纤维，所述合成纤维包括木质素、聚丙烯纤维、PLA纤维中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的高抗水性盾尾密封油脂，其特征在于：所述木质素、聚丙烯纤维、PLA纤维的质量比为1:2-3:1.5-2.5。
6.根据权利要求1所述的高抗水性盾尾密封油脂，其特征在于：所述固体粉料包括无水碳酸钙、云母粉中的一种或多种。
7.一种高抗水性盾尾密封油脂的制备方法，其特征在于：制备权利要求1-6任一所述的高抗水性盾尾密封油脂，其方法包括以下步骤：
S1：将基础油加入至搅拌釜中搅拌，并升温至40-70℃；
S2：将添加剂缓慢加入至搅拌釜中，继续搅拌3-5min；
S3：将增粘剂匀速加入至搅拌釜中，继续搅拌4-5min，充分混合均匀；
S4：切换搅拌模式，将合成纤维缓慢加入搅拌釜中，继续搅拌1-2min；
S5：切换搅拌模式，将固体粉料匀速加入至搅拌釜中，继续搅拌40-45min，获得高抗水性盾尾密封油脂。
8.根据权利要求7所述的高抗水性盾尾密封油脂的制备方法，其特征在于：所述搅拌模式包括正转搅拌模式、反转搅拌模式中的一种。
9.一种高抗水性盾尾密封油脂的应用，其特征在于：将权利要求1-6任一所述的高抗水性盾尾密封油脂应用于盾构法隧道施工中超高水压地层下盾构机盾尾的密封，并进行性能测试；所述性能测试包括锥入度/温度、分油量、黏附性、蒸发损失率、泵送性、抗水压密封性、抗水喷雾性中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的高抗水性盾尾密封油脂的应用，其特征在于：所述高抗水性盾尾密封油脂的锥入度/25℃为225-245；分油量≤5%；黏附性≤3%；蒸发损失率≤3%；泵送性35-45g/min；抗水压密封性为无滴水；抗水喷雾性≤10%。
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