CN114540106A - 一种用于盾构机主轴承的密封油脂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于盾构机主轴承的密封油脂及其制备方法，本发明提供的一种用于盾构机主轴承的密封油脂，由以下质量百分比的各组分组成：基础油10‑40％、填充剂15‑30％、纤维10‑23％、增粘剂8‑15％、水镁石12‑14％、硼酸6％‑7％和氟硼酸钠0.5％‑1％。本发明通过将水镁石、硼酸和氟硼酸钠加入到密封油脂中，可以大大提升基础油的润滑程度，而且本发明还在密封油脂中加入了增粘剂和纤维，可以使密封油脂具有良好的密封性和优异的减摩抗磨性能。
Description
技术领域
本发明属于密封油脂技术领域，更具体地说，是涉及一种用于盾构机主轴承的密封油脂及其制备方法。
背景技术
盾构隧道挖掘机(盾构机)是现代隧道掘进的主要设备，因其施工不受自然条件的影响，机械化、自动化程度高，所以广泛应用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。而盾构机主轴承是整个盾构机的核心部位，起支撑盾构刀盘的作用，其可靠性左右着盾构机施工的质量和安全性。盾构机在工作过程中，刀盘在泥沙、岩石、水、粉尘的环境下运行，同时，还承受着一定的土压或水压。为避免杂质进入主轴承和螺旋输送轴承而造成盾构机的损坏，必须使用盾构机主轴承密封油脂对主轴承进行密封。如果主轴承密封失效，施工过程中的泥沙等杂质将会与主轴承直接接触，影响主轴承的运行，增大盾构施工的风险，并影响施工的效果，更严重时会损坏主轴承，甚至直接造成盾构机停机。所以，盾构机的主轴承密封对盾构机的运行至关重要。
盾构机主轴承密封油脂是盾构法施工中对盾构机主轴承密封保护的主要原料，具有防水密封和润滑作用，可有效地保护盾构机的主轴承隔绝渣土，保护主轴承，从而保障盾构施工的顺利推进。目前，国内隧道施工所采用的盾尾密封油脂大多存在密封性能较差的问题。在盾构机掘进过程中，如果盾构运行温度较高，密封油脂不能保证良好的润滑和密封性能，施工人员只能通过停机降温等措施，来解决密封油脂密封性能较差的问题，但是频繁采用停机降温会大大影响工期。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于盾构机主轴承的密封油脂及其制备方法，旨在解决现有的密封油脂密封性能较差的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于盾构机主轴承的密封油脂，由以下质量百分比的各组分组成：基础油10-40％、填充剂15-30％、纤维10-23％、增粘剂8-15％、水镁石12-14％、硼酸6％-7％和氟硼酸钠0.5％-1％；
所述用于盾构机主轴承的密封油脂不含锂基润滑脂、铝基润滑脂、钙基润滑脂、钠基润滑脂和/或钛基润滑脂。
优选的，还包括有机膨润土3-5％。
优选的，还包括流动性淀粉4-6％。
优选的，所述基础油为大豆油、菜籽油、蓖麻油、油酸异辛醇酯或油醇油酸酯中的一种或多种。
优选的，所述填充剂为碳酸钙、碳酸镁、云母粉、滑石粉、硫酸钡中的一种或多种。
优选的，所述纤维为有机改性纤维。
本发明还提供了一种用于盾构机主轴承的密封油脂制备方法，包括：
步骤1：将基础油、增粘剂、有机膨润土和流动性淀粉加入到捏合机中，在60-80℃温度中充分捏合1-2h得到第一密封油混合物；
步骤2：向所述第一密封油混合物加入填充剂、水镁石、硼酸和氟硼酸钠，在35-50℃温度中充分捏合0.5-1h生成第二密封油混合物；
步骤3：向所述第二密封油混合物中加入有机改性纤维，在40-60℃温度中充分捏合1-1.5h生成盾尾密封油脂。
优选的，所述有机膨润土是通过以下方法制备的：
步骤101：向质量分数为5％的膨润土矿浆中加入碳酸锂与草酸混合液，并在60-70℃的环境下恒温水浴1h得到锂基膨润土浆；其中，碳酸锂与草酸的质量比为8:10；
步骤102：对所述锂基膨润土浆进行过滤烘干后得到锂基膨润土；
步骤103：用蒸馏水将所述锂基膨润土配成5％的浊液，然后向浊液中加入硅烷偶联剂在40-60℃的环境下恒温水浴1-2h得到有机膨润土浆；
步骤104：将所述有机膨润土浆洗涤干燥后得到有机膨润土。
优选的，所述有机改性纤维是通过以下方法制备的：
步骤201：将氯化钙加入到碳酸钠中得到碳酸钙沉淀，收集所述碳酸钙沉淀放入到80℃的水浴锅中；
步骤202：向所述水浴锅中加入丙烯酸钠改性剂和过氧化苯甲酰，不断搅拌1h后，洗净干燥后得到改性碳酸钙；
步骤203：将所述纤维加入到二甲苯和蒸馏水混合溶液中润涨处理1-2h；
步骤204：将所述改性碳酸钙加入到润涨好的纤维中进行包覆反应2-3h，将反应好的纤维洗净干燥后得到有机改性纤维。
优选的，所述流动性淀粉是通过以下方法制备的：
步骤301：将淀粉加入0.05mol/L的盐酸溶液中生成淀粉乳；
步骤302：将所述淀粉乳加入50℃的油浴锅中并搅拌4-6h，生成淀粉油；
步骤303：使用0.1mol/L的氢氧化钠溶液将所述淀粉油的ph调至5.5，得到淀粉酯；
步骤304：将所述淀粉酯充分洗涤，冷冻干燥后得到流动性淀粉。
本发明提供的一种用于盾构机主轴承的密封油脂及其制备方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明提供的一种用于盾构机主轴承的密封油脂，由以下质量百分比的各组分组成：基础油10-40％、填充剂15-30％、纤维10-23％、增粘剂8-15％、水镁石12-14％、硼酸6％-7％和氟硼酸钠0.5％-1％。本发明通过将水镁石、硼酸和氟硼酸钠加入到密封油脂中，可以大大提升基础油的润滑程度，而且本发明还在密封油脂中加入了增粘剂和纤维，可以使密封油脂具有良好的密封性和优异的减摩抗磨性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的流动性淀粉制备过程示意图；
图2为本发明实施例提供的水镁石质量分数对密封油脂摩擦因数的影响曲线；
图3为本发明实施例提供的硼酸质量分数对密封油脂摩擦因数的影响曲线；
图4为本发明实施例提供的无机盐质量分数对密封油脂摩擦因数的影响曲线。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的目的在于提供一种用于盾构机主轴承的密封油脂及其制备方法，旨在解决现有的密封油脂密封性能较差的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于盾构机主轴承的密封油脂，由以下质量百分比的各组分组成：基础油10-40％、填充剂15-30％、纤维10-23％、增粘剂8-15％、水镁石12-14％、硼酸6％-7％和氟硼酸钠0.5％-1％。
进一步的，本发明的基础油可以选用菜籽油、季戊四醇油酸酯、大豆油、异辛醇改性大豆油、蓖麻油、油酸异辛醇酯或油醇油酸酯中的一种或多种。本发明中的填充剂可以选用碳酸钙、碳酸镁、云母粉、滑石粉、硫酸钡中的一种或多种。本发明还可向密封油脂添加苯基萘胺、丁羟基茴香醚、2,6-二叔丁基酚、2,6-二叔丁基对甲酚和/或2,4,6-三叔丁基苯酚来进行防腐。
在实际应用中，本发明的增粘剂是通过以下方法制备的：
用氢氧化钠将2-甲基-2-丙烯酰胺基-丙磺酸水溶液的PH值调至中性；向2-甲基-2-丙烯酰胺基-丙磺酸水溶液中依次加入十二烷基磺酸钠、偶氮二异丁腈、N-乙烯基己内酰胺和二乙烯苯，升温到40℃后充分搅拌10-30分钟得到混合液；向混合液中不断通入氮气，在60-70℃的环境下恒温水浴5-6h得到白色沉淀；将白色沉淀使用丙酮浸泡10-30分钟，真空干燥后得到增粘剂。
本发明所合成的增粘剂主要是由2-甲基-2-丙烯酰胺基-丙磺酸、N-乙烯基己内酰胺和二乙烯苯三者的反应生成具有交联结构的共聚物。共聚物分子间的交联结构一部分来源于二乙烯苯主要用于提高增粘剂的粘连能力，另一部分来源于N-乙烯基己内酰胺的引入，可以提高共聚物的抗温性能。
本发明通过将增粘剂加入到密封油脂中，可以使密封油脂里各个组分结合程度大大提高，进而显著提高密封油脂的防水性能和抗水密封性。
在本发明实施例中，有机改性纤维的制备过程为：
步骤201：将氯化钙加入到碳酸钠中得到碳酸钙沉淀，收集所述碳酸钙沉淀放入到80℃的水浴锅中；
步骤202：向所述水浴锅中加入丙烯酸钠改性剂和过氧化苯甲酰，不断搅拌1h后，洗净干燥后得到改性碳酸钙；
步骤203：将所述纤维加入到二甲苯和蒸馏水混合溶液中润涨处理1-2h；
步骤204：将所述改性碳酸钙加入到润涨好的纤维中进行包覆反应2-3h，将反应好的纤维洗净干燥后得到有机改性纤维。
由于本发明是利用改性碳酸钙对纤维进行改性的，因此改性碳酸钙会沉淀在纤维的外表面。因此改性后的纤维已经完全失去了原来的外观形态，在其表面附着了一层改性碳酸钙。而且由于本发明中的改性碳酸钙是经过丙烯酸钠改性剂和过氧化苯甲酰改性过的，因此会使改性碳酸钙上附着亲油基团，进而使得有机改性纤维的粘度和韧性增加。有机改性纤维的加入可以使密封油脂具有良好的泵送性和优异的减摩抗磨性能。
在上述实施例的基础上，本发明还在密封油脂中添加了3-5％的有机膨润土，有机膨润土是通过以下方法制备的：
步骤101：向质量分数为5％的膨润土矿浆中加入碳酸锂与草酸混合液，并在60-70℃的环境下恒温水浴1h得到锂基膨润土浆；其中，碳酸锂与草酸的质量比为8:10；
需要说明的是，在步骤101之前，本发明还需要采用钠化罐对膨润土进行钠化提纯处理。将带有高速搅拌装置的钠化罐的转速设置为300-350r/min。称取一定量的膨润土原矿,加水配成一定浓度的悬浮液,加入钠化剂(碳酸钠),用量为膨润土原矿的4％,通过钠化罐机械强力搅拌的作用使膨润土在水中充分分散并钠化。
步骤102：对所述锂基膨润土浆进行过滤烘干后得到锂基膨润土；
步骤103：用蒸馏水将所述锂基膨润土配成5％的浊液，然后向浊液中加入硅烷偶联剂在40-60℃的环境下恒温水浴1-2h得到有机膨润土浆；
步骤104：将所述有机膨润土浆洗涤干燥后得到有机膨润土。
由于本申请中的膨润土是经过硅烷偶联剂改性的，因此会使膨润土的骨架具柔性,可以吸收大量分散介质并导致体积增大,表现出膨胀性质,使得膨润土的增粘性能和吸附性能大幅度上升。因此，本发明向密封油脂中添加有机膨润土可以使密封油脂的粘度进一步提升。
请参阅图1，在上述实施例的基础上，本发明还在密封油脂中添加了4-6％的流动性淀粉，其中，流动性淀粉是通过以下方法制备的：
步骤301：将淀粉加入0.05mol/L的盐酸溶液中生成淀粉乳；
步骤302：将所述淀粉乳加入50℃的油浴锅中并搅拌4-6h，生成淀粉油；
步骤303：使用0.1mol/L的氢氧化钠溶液将所述淀粉油的ph调至5.5，得到淀粉酯；
步骤304：将所述淀粉酯充分洗涤，冷冻干燥后得到流动性淀粉。
本发明的淀粉优选为西米淀粉，西米淀粉是一种颗粒为椭球形，平均粒径较大，C型结晶结构，糊化温度较高的淀粉，而经过酸、油改性处理后，可以使的西米淀粉颗粒变小、糊粘度下降、流动性较好，因此在将流动性淀粉加入到密封油脂中，可以进一步提升密封油脂的汞送性能。
一般而言，密封油脂的润滑性能通常与粘度有关，密封油脂的粘度过大，会使密封油脂成膜不均匀、散热效果差，从而影响密封油脂的润滑性能，如果密封油脂的粘度比较小，会使密封油脂成膜少，易发生滴流现象，亦会影响密封油脂的润滑性能。因此，本申请向密封油脂中加入水镁石，可以调节密封油脂的粘度，进而增加密封油脂的润滑性能。图2为密封油脂的摩擦因数随水镁石质量分数的变化，参考图2可知，随着水镁石含量的增加，密封油脂的摩擦因数先降低后缓慢增加，当水镁石质量分数为12％-14％时，密封油脂的润滑性能趋于稳定。
硼酸的引入可以提升密封油脂的抗磨性能和热稳定性。但是经过本发明实验可知，向密封油脂中加入硼酸亦可提高密封油脂的润滑性能。参考图3，随着硼酸含量的增加，密封油脂的摩擦因数先降低后增加，硼酸质量分数为6％左右时，密封油脂的摩擦因数最低，相比于无硼酸时的0.103，降低了36.6％。
硼酸可与无机盐产生渗硼作用，可提高密封油脂的抗磨性能。但是经过本发明实验可知，向密封油脂中加入无机盐亦可提高密封油脂的润滑性能。参考图4，一般来讲密封油脂的摩擦因数随着无机盐质量分数的增加而增加，从图中可以看出氟硼酸钠在质量分数1％左右时，密封油脂的摩擦因数最小。
本发明通过向密封油脂中加入硼酸和氟硼酸钠不仅可以提升密封油脂的抗磨性能，还可以大大提升密封油脂的润滑性能。
本发明还提供了一种用于盾构机主轴承的密封油脂制备方法，包括：
步骤1：将基础油、增粘剂、有机膨润土和流动性淀粉加入到捏合机中，在60-80℃温度中充分捏合1-2h得到第一密封油混合物；
步骤2：向所述第一密封油混合物加入填充剂、水镁石、硼酸和氟硼酸钠，在35-50℃温度中充分捏合0.5-1h生成第二密封油混合物；
步骤3：向所述第二密封油混合物中加入有机改性纤维，在40-60℃温度中充分捏合1-1.5h生成盾尾密封油脂。
本发明将基础油、有机膨润土、填充剂、增粘剂和有机改性纤维等组合物使用捏合机充分捏合得到高稳定性密封油脂，可以使密封油脂里各个组分结合程度大大提高，进而提高产品质量。
本发明公开了一种用于盾构机主轴承的密封油脂及其制备方法，其中，本发明的一种用于盾构机主轴承的密封油脂，由以下质量百分比的各组分组成：基础油10-40％、填充剂15-30％、纤维10-23％、增粘剂8-15％、水镁石12-14％、硼酸6％-7％和氟硼酸钠0.5％-1％。本发明通过将水镁石、硼酸和氟硼酸钠加入到密封油脂中，不仅可提升密封油脂的抗磨性能，还可以大大提升基础油的润滑程度，此外，本发明还在密封油脂中加入了增粘剂和纤维，可以使密封油脂具有良好的密封性和汞送性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于盾构机主轴承的密封油脂，其特征在于，由以下质量百分比的各组分组成：基础油10-40％、填充剂15-30％、纤维10-23％、增粘剂8-15％、水镁石12-14％、硼酸6％-7％和氟硼酸钠0.5％-1％；
所述用于盾构机主轴承的密封油脂不含锂基润滑脂、铝基润滑脂、钙基润滑脂、钠基润滑脂和/或钛基润滑脂。
2.如权利要求1所述的一种用于盾构机主轴承的密封油脂，其特征在于：还包括有机膨润土3-5％。
3.如权利要求1所述的一种用于盾构机主轴承的密封油脂，其特征在于：还包括流动性淀粉4-6％。
4.如权利要求1所述的一种用于盾构机主轴承的密封油脂，其特征在于：所述基础油为大豆油、菜籽油、蓖麻油、油酸异辛醇酯或油醇油酸酯中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的一种用于盾构机主轴承的密封油脂，其特征在于，所述填充剂为碳酸钙、碳酸镁、云母粉、滑石粉、硫酸钡中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的一种用于盾构机主轴承的密封油脂，其特征在于,所述纤维为有机改性纤维。
7.一种用于盾构机主轴承的密封油脂制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：将基础油、增粘剂、有机膨润土和流动性淀粉加入到捏合机中，在60-80℃温度中充分捏合1-2h得到第一密封油混合物；
步骤2：向所述第一密封油混合物加入填充剂、水镁石、硼酸和氟硼酸钠，在35-50℃温度中充分捏合0.5-1h生成第二密封油混合物；
步骤3：向所述第二密封油混合物中加入有机改性纤维，在40-60℃温度中充分捏合1-1.5h生成盾尾密封油脂。
8.如权利要求7所述的一种用于盾构机主轴承的密封油脂制备方法，其特征在于，所述有机膨润土是通过以下方法制备的：
步骤101：向质量分数为5％的膨润土矿浆中加入碳酸锂与草酸混合液，并在60-70℃的环境下恒温水浴1h得到锂基膨润土浆；其中，碳酸锂与草酸的质量比为8:10；
步骤102：对所述锂基膨润土浆进行过滤烘干后得到锂基膨润土；
步骤103：用蒸馏水将所述锂基膨润土配成5％的浊液，然后向浊液中加入硅烷偶联剂在40-60℃的环境下恒温水浴1-2h得到有机膨润土浆；
步骤104：将所述有机膨润土浆洗涤干燥后得到有机膨润土。
9.如权利要求7所述的一种用于盾构机主轴承的密封油脂制备方法，其特征在于，所述有机改性纤维是通过以下方法制备的：
步骤201：将氯化钙加入到碳酸钠中得到碳酸钙沉淀，收集所述碳酸钙沉淀放入到80℃的水浴锅中；
步骤202：向所述水浴锅中加入丙烯酸钠改性剂和过氧化苯甲酰，不断搅拌1h后，洗净干燥后得到改性碳酸钙；
步骤203：将所述纤维加入到二甲苯和蒸馏水混合溶液中润涨处理1-2h；
步骤204：将所述改性碳酸钙加入到润涨好的纤维中进行包覆反应2-3h，将反应好的纤维洗净干燥后得到有机改性纤维。
10.如权利要求7所述的一种用于盾构机主轴承的密封油脂制备方法，其特征在于，所述流动性淀粉是通过以下方法制备的：
步骤301：将淀粉加入0.05mol/L的盐酸溶液中生成淀粉乳；
步骤302：将所述淀粉乳加入50℃的油浴锅中并搅拌4-6h，生成淀粉油；
步骤303：使用0.1mol/L的氢氧化钠溶液将所述淀粉油的ph调至5.5，得到淀粉酯；
步骤304：将所述淀粉酯充分洗涤，冷冻干燥后得到流动性淀粉。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220527 |
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