一种盾构机专用盾尾密封油脂及其制备方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 107353976 A(43)申请公布日 2017.11.17

(21)申请号 201710606304.6(22)申请日 2017.07.24

(71)申请人 湖北工程学院

地址 432000 湖北省孝感市交通大道272号(72)发明人 文胜　龚春丽　刘海　郑根稳　

覃彩芹　汪连生　李伟　(74)专利代理机构 北京超凡志成知识产权代理

事务所(普通合伙) 11371

代理人 齐云(51)Int.Cl.

C10M 169/04(2006.01)C10N 30/06(2006.01)

权利要求书2页 说明书10页

CN 107353976 A()发明名称

一种盾构机专用盾尾密封油脂及其制备方法

(57)摘要

提供了一本发明涉及润滑油脂组合物领域，

种盾构机专用盾尾密封油脂，按重量份数计，其组分包括：基油60～120份；聚异丁烯100～200份；乙丙共聚物20～50份；润滑脂20～50份；碳酸钙300～650份；膨润土100～200份；植物纤维25～50份；合成纤维5～50份。此外，本发明还提供了上述盾构机专用盾尾密封油脂的制备方法，其包括：将基油、碳酸钙和膨润土搅拌均匀，加入聚异丁烯、乙丙共聚物、润滑脂加热至50～70℃搅拌混合均匀，接着加入植物纤维和合成纤维在50～70℃搅拌混合均匀后，边搅拌边冷却至常温即得。制得的盾构机专用盾尾密封油脂兼具优异抗水压密封性、在宽温度范围泵送性能和润滑性能。

CN 107353976 A

权　利　要　求　书

1/2页

1.一种盾构机专用盾尾密封油脂，其特征在于，按重量份数计，其组分包括：

2.根据权利要求1所述的盾构机专用盾尾密封油脂，其特征在于，所述基油为22号机械油、32号机械油、46号机械油和68号机械油中的一种或多种的混合物。

3.根据权利要求1所述的盾构机专用盾尾密封油脂，其特征在于，所述聚异丁烯为数均分子量为1000～10000的低分子量聚异丁烯。

4.根据权利要求1所述的盾构机专用盾尾密封油脂，其特征在于，所述乙丙共聚物选自乙丙共聚物T612、乙丙共聚物T612A、乙丙共聚物T613、乙丙共聚物T614、乙丙共聚物T614A和乙丙共聚物T615中的一种或多种的混合物。

5.根据权利要求1所述的盾构机专用盾尾密封油脂，其特征在于，所述润滑脂为2号锂基润滑脂、3号锂基润滑脂、2号钠基润滑脂、3号钠基润滑脂、4号钠基润滑脂中的任一种。

6.根据权利要求1所述的盾构机专用盾尾密封油脂，其特征在于，所述碳酸钙为400～1000目的碳酸钙粉末。

7.根据权利要求1所述的一种盾构机专用盾尾密封油脂，其特征在于，所述膨润土为钠基膨润土、钙基膨润土、有机膨润土、氢基膨润土中的一种或多种的混合物。

8.根据权利要求1所述的一种盾构机专用盾尾密封油脂，其特征在于，所述植物纤维为木质纤维、棉质纤维、麻纤维中的一种或多种的混合物，且植物纤维的平均长度≤2mm。

9.根据权利要求1所述的一种盾构机专用盾尾密封油脂，其特征在于，所述合成纤维为聚酯纤维、尼龙纤维、腈纶纤维、聚丙烯纤维中的一种或多种的混合物，且合成纤维的平均长度≤5mm，平均直径为10微米～50微米。

10.一种盾构机专用盾尾密封油脂的制备方法，其特征在于，其包括：将基油60～120重量份、碳酸钙300～650重量份和膨润土100～200重量份搅拌均匀，加入聚异丁烯100～200重量份、乙丙共聚物20～50重量份和润滑脂20～50重量份加热至50～

2

CN 107353976 A

权　利　要　求　书

2/2页

70℃搅拌混合均匀，接着加入植物纤维25～50重量份和合成纤维5～50重量份在50～70℃搅拌混合均匀后，冷却。

3

CN 107353976 A

说　明　书

一种盾构机专用盾尾密封油脂及其制备方法

1/10页

技术领域

[0001]本发明属于润滑油脂组合物领域，具体而言，涉及一种盾构机专用盾尾密封油脂及其制备方法。

背景技术

[0002]为了适应城市建设的发展，地下工程尤其是城市轨道交通隧道施工日益增多。盾构机(全名为盾构隧道挖掘机)是一种在地下及山体工程施工中挖掘软弱地质使之成洞的专用隧道掘进工程机械，广泛应用于隧道挖掘工程中。在盾构机推进过程中，由于盾尾和管壁之间的磨擦，会影响盾构机的推进和损坏盾尾装置，而且土层中泥浆渗入也会影响盾构机的正常工作和增加施工难度。盾尾密封油脂是盾构机钢丝刷型盾尾的主要配套材料之一，用于对盾构机的尾部起到密封作用，隔绝地下水和泥浆的渗入；同时其润滑作用能减小盾尾和管片外壁的摩擦，有效地保护盾尾，保障盾构机的顺利推进，另外，盾尾密封油脂还能对钢丝刷及钢结构有防锈和防蚀的效果，为改善施工条件，提高施工安全、质量和工作效率起到了较好的作用。因此，盾尾密封油脂应具有优异的抗水压密封性、在较宽的温度范围内(如冬夏季)有良好的可泵送能力、良好的润滑性和稳定性、较好的防锈防蚀性能和粘附性能等。

[0003]目前，国内隧道施工所采用的盾尾密封油脂多采用进口，虽然其具有性能上的优势，但价格较昂贵，运输成本也较高，这大大增加了工程成本。而国内市场上性能优异的盾尾密封油脂相对较少，而且大多存在抗水压密封性能和泵送性较差的问题，因此有必要研制出一种具有优异抗水压密封性、在宽温度范围泵送性能佳和优良润滑性能的盾构机专用盾尾密封油脂。

发明内容

[0004]本发明的目的在于提供盾构机专用盾尾密封油脂，其兼具优异抗水压密封性、在宽温度范围泵送性能和润滑性能。

[0005]本发明的另一目的在于提供一种上述盾构机专用盾尾密封油脂的制备方法，该方法简单，容易实施，工艺设备要求低，适于推广。[0006]本发明的实施例是这样实现的：[0007]一种盾构机专用盾尾密封油脂，按重量份数计，其组分包括：

4

CN 107353976 A

说　明　书

2/10页

[0008]

[0009]

一种盾构机专用盾尾密封油脂的制备方法，其包括：将基油60～120重量份、碳酸

钙300～650重量份和膨润土100～200重量份搅拌均匀，加入聚异丁烯100～200重量份、乙丙共聚物20～50重量份和润滑脂20～50重量份加热至50～70℃搅拌混合均匀，接着加入植物纤维25～50重量份和合成纤维5～50重量份在50～70℃搅拌混合均匀后，冷却。[0011]本发明实施例有益效果例如包括：

[0012]本发明实施例提供的盾构机专用盾尾密封油脂，其组分中基油和润滑脂起到润滑作用，并且半固体的润滑脂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。聚异丁烯的加入能够提升产品的密封效果，乙丙共聚物的加入能够改善产品的粘性，使得产品附着力更强，并且，碳酸钙能够调节产品的稠度，而膨润土和纤维能够提升产品的防水效果和附着能力，本发明实施例通过上述组分的合理配比，制得的盾尾密封油脂具有优异的泵送性能，在25℃、10bar压力下，泵送量最高可达50g/min，大大减少了盾构机在使用过程中易导致的注脂管的堵塞，提高了工作效率，也有利于降低使用过程中的能耗；同时具有优异的抗水压密封性能，在25℃、35bar压力下，不漏水；此外还具有优异的粘附性能和稳定性，50℃、5h的下垂值均小于0.2mm；38℃、2.8bar压力下，水冲洗5min的洗出量均小于2％。

[0013]本发明实施例提供的盾构机专用盾尾密封油脂的制备方法，操作简单，容易实施，工艺设备要求低，适于推广。具体实施方式

[0014]下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

5

[0010]

CN 107353976 A[0015]

说　明　书

3/10页

下面对本发明实施例的盾构机专用盾尾密封油脂及其制备方法进行具体说明。

[0016]一种盾构机专用盾尾密封油脂，按重量份数计，其组分包括：基油60～120份；聚异丁烯100～200份；乙丙共聚物20～50份；润滑脂20～50份；碳酸钙300～650份；膨润土100～200份；植物纤维25～50份；合成纤维5～50份。[0017]基油主要起到润滑作用，本实施例中，基油可以选自22号机械油、32号机械油、46号机械油和68号机械油中的一种或多种的混合物。其中，需要说明的是，22号、32号、46号和68号均代表机械油的型号。经发明人研究发现，基油的重量份在60～120份时，能获得较佳的润滑效果。优选地，基油的重量份为80～120份，更优选的，基油的重量份为100～120份。[0018]聚异丁烯是由异丁烯经正离于聚合制得的聚合物，其分子量可从数百至数百万。优选地，聚异丁烯为数均分子量为1000～10000的低分子量聚异丁烯。聚异丁烯是一种典型的饱和线型聚合物。分子链主体不含双键，无长支链存在，无不对称碳原子，并且结构单元以首一尾有规序列连接。由于两个取代甲基的存在，导致分子链运动缓慢和自由体积小。因而产生低的扩散系数和气体渗透性，因而聚异丁烯具有优异的气密性。此外，聚异丁烯还具有良好的耐酸碱性。发明人经研究发现，采用低分子量聚异丁烯作为原料配制的油脂密封效果更佳。

[0019]乙丙共聚物是一种润滑油粘度指数改进剂，增粘能力和剪切稳定性较好，低温性能稍差。发明人经研究发现，乙丙共聚物选自乙丙共聚物T612、乙丙共聚物T612A、乙丙共聚物T613、乙丙共聚物T614、乙丙共聚物T614A和乙丙共聚物T615中的一种或多种的混合物时，其对油脂的增粘能力更佳。[0020]润滑脂为稠厚的油脂状半固体。润滑脂的作用主要是润滑、保护和密封。本实施例中，选用半固体的润滑脂，其密封作用和保护作用都比润滑油好。此外，本实施例中，油脂主要作用于盾尾，其是通过压力注满钢丝刷的孔间间隙，从而增强了钢丝刷的密封功能，防止土沙和泥土的渗入。本实施例中，润滑脂用于金属表面时，还能起到填充空隙和防锈作用。润滑脂的品种、型号很多，不同的润滑脂会影响体系的润滑性能和密封性能。同一种润滑脂，不同的型号，其润滑性能和密封性能也不同，对产品的最终性能也有影响。本实施例中，润滑脂选自2号锂基润滑脂、3号锂基润滑脂、2号钠基润滑脂、3号钠基润滑脂、4号钠基润滑脂中的任一种。需要说明的是，2号锂基润滑脂、3号锂基润滑脂、2号钠基润滑脂、3号钠基润滑脂、4号钠基润滑脂均代表不同型号的润滑脂。[0021]碳酸钙作为盾尾密封油脂的填料，能够调节产品的稠度，并且可在一定程度上降低成本，本实施例中，碳酸钙为400～1000目的碳酸钙粉末。经发明人研究发现，400～1000目的碳酸钙粉末作为填料，使得产品表面更光亮细腻，若碳酸钙粉末的粒径过大，容易造成产品颗粒感，碳酸钙粉末的粒径过小，会增加生产成本。

[0022]膨润土具有较佳的吸水膨胀性能以及分散和悬浮性能，因此将膨润土的加入，使得盾尾密封油脂的防水效果更好，附着能力更强。其中，膨润土的层间阳离子为Na+时称钠基膨润土；层间阳离子为Ca2+时称钙基膨润土；层间阳离子为H+时称氢基膨润土(活性白土、天然漂白土-酸性白土)；层间阳离子为有机阳离子时称有机膨润土。本实施例中，优选膨润土为钠基膨润土、钙基膨润土、有机膨润土、氢基膨润土中的一种或多种的混合物；[0023]纤维的加入可以提高盾尾密封油脂产品的抗水冲性能，增强产品的整体性。纤维的品种、型号很多，常用的有混合纤维、植物纤维、合成纤维等等，不同的纤维会影响体系的

6

CN 107353976 A

说　明　书

4/10页

稳定性和耐水冲性。本实施例中，优选纤维包括植物纤维和合成纤维。更具体地，植物纤维为木质纤维、棉质纤维、麻纤维中的一种或多种的混合物，且植物纤维的平均长度≤2mm；合成纤维为聚酯纤维、尼龙纤维、腈纶纤维、聚丙烯纤维中的一种或多种的混合物，且合成纤维的平均长度≤5mm，平均直径为10微米～50微米。经发明人研究发现，平均长度小于等于2mm之间的植物纤维与平均长度小于等于5mm的合成纤维混合添加，有利于提升产品的抗水冲性能，当选用的植物纤维的平均长度大于2mm、合成纤维的平均长度大于5mm时，产品的抗水冲性能降低，稳定性降低。[0024]同一种纤维，不同的型号，其抗水冲性也不同，对产品的最终性能也有影响。由于本实施例中的纤维包括植物纤维和合成纤维两种，因此需要将两种纤维的添加量调整到合适的比例，才能使油脂既具有较好的抗水冲性，又具有较好的稠度，适宜施工。本实施例中，优选植物纤维的重量份数为25～50份，合成纤维的重量份为5～50份，经发明人研究发现，在该重量份的配比下，油脂的抗水冲性、稠度和稳定性较佳。其中，以植物纤维的重量份数为25～40份，合成纤维的重量份为5～40份更佳，以植物纤维的重量份数为30～35份，合成纤维的重量份为15～30份最佳。[0025]此外，本发明实施例还提供了一种盾构机专用盾尾密封油脂的制备方法，其包括：将基油、碳酸钙和膨润土搅拌均匀，加入聚异丁烯、乙丙共聚物、润滑脂加热至50～70℃搅拌混合均匀，接着加入植物纤维和合成纤维在50～70℃搅拌混合均匀后，边搅拌边冷却至常温即得。该方法简单，操作容易，通过原料组分的合理选择和配比，经上述混合，即可制得本发明实施例提供的盾构机专用盾尾密封油脂。[0026]值得注意的是，本方法中，组分的加入顺序是，先将基油、碳酸钙和膨润土在室温下混合均匀后，再加入聚异丁烯、乙丙共聚物、润滑脂，并且加热至50～70℃，使其中的润滑脂的半固体状态变为液体状态，便于溶解聚异丁烯和乙丙共聚物，最后再加入植物纤维和合成纤维，在50～70℃条件下搅拌均匀后，再冷却。经上述组分的加入顺序使得产品最终的均匀性更佳，产品整体质量更佳。

[0027]本发明实施例提供的盾构机专用盾尾密封油脂是一种在地下工程盾构法施工隧道盾构掘进机的钢丝刷型盾尾注入的密封材料，主要起到润滑、密封、防水、防蚀作用。通过压力注满钢丝刷的孔间间隙，从而增强了钢丝刷的密封功能，防止土沙和泥土的渗入。盾构机在挖进的过程中边推进、边注入密封油脂，使得在掘进过程之中借助油脂的挤压力，密封住其各处的运动间隙，形成一道牢固的密封层。借助材料与钢板和环片的附着力，起到防水与润滑作用。盾尾密封油脂可以有效地保护盾尾刷和隔绝泥浆，保障盾构的顺利推进。盾尾密封油脂对盾尾钢构造有防锈、防蚀和减少磨损的效果，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。[0028]实施例1

[0029]一种盾构机专用盾尾密封油脂，其组分及其重量份数配比如下：

7

CN 107353976 A

说　明　书

5/10页

[0030]

[0031]

[0032]

制备过程如下：首先将80kg 32号机械油、550kg 600目的碳酸钙和100kg钙基膨润

土在混合搅拌机中常温混合均匀，然后加入150kg数均分子量为2400的聚异丁烯、30kg乙丙共聚物T612A、40kg3号锂基润滑脂加热至60℃搅拌混合均匀，最后加入50kg平均长度2mm的木质纤维和20kg(平均长度3mm、平均直径20微米)的聚酯纤维在60℃搅拌混合均匀后，边搅拌边冷却至常温即得一种盾构机专用盾尾密封油脂。[0033]实施例2

[0034]一种盾构机专用盾尾密封油脂，其组分及其重量份配比如下：

[0035]

[0036]

8

CN 107353976 A[0037]

说　明　书

6/10页

制备过程如下：首先将120kg 46号机械油、650kg 400目的碳酸钙和120kg钠基膨

润土在混合搅拌机中常温混合均匀，然后加入200kg数均分子量为1000的聚异丁烯、20kg乙丙共聚物T612、5kg 2号锂基润滑脂加热至50℃搅拌混合均匀，最后加入25kg平均长度1mm的棉质纤维和5kg(平均长度5mm、平均直径10微米)的尼龙纤维在50℃搅拌混合均匀后，边搅拌边冷却至常温即得一种盾构机专用盾尾密封油脂。[0038]实施例3

[0039]一种盾构机专用盾尾密封油脂，其组分及其重量份配比如下：

[0040]

[0041]

制备过程如下：首先将60kg 22号机械油、50kg 68号机械油、300kg 1000目的碳酸钙和200kg有机膨润土在混合搅拌机中常温混合均匀，然后加入120kg数均分子量为2400的聚异丁烯、50kg数均分子量为1400的聚异丁烯、50kg乙丙共聚物T613、20kg 2号钠基润滑脂加热至70℃搅拌混合均匀，最后加入30kg平均长度1.5mm的麻纤维和50kg(平均长度2mm、平均直径50微米)的腈纶纤维在70℃搅拌混合均匀后，边搅拌边冷却至常温即得一种盾构机专用盾尾密封油脂。[0043]实施例4

[0044]一种盾构机专用盾尾密封油脂，其组分及其重量份配比如下：

[0042]

9

CN 107353976 A

说　明　书

7/10页

[0045]

[0046]

制备过程如下：首先将100kg 32号机械油、20kg 68号机械油、400kg 800目的碳酸

钙、70kg钠基膨润土和70kg钙基膨润土在混合搅拌机中常温混合均匀，然后加入100kg数均分子量为10000的聚异丁烯、40kg乙丙共聚物T614、30kg 3号钠基润滑脂加热至60℃搅拌混合均匀，最后加入20kg平均长度2mm的木质纤维、20kg平均长度1mm的棉质纤维、40kg(平均长度2mm、平均直径30微米)的聚丙烯纤维在60℃搅拌混合均匀后，边搅拌边冷却至常温即得一种盾构机专用盾尾密封油脂。[0048]实施例5

[0049]一种盾构机专用盾尾密封油脂，其组分及其重量份配比如下：

[0047]

[0050]

10

CN 107353976 A

说　明　书

8/10页

[0051]

制备过程如下：首先将100kg 46号机械油、500kg 600目的碳酸钙、160kg钙基膨润

土在混合搅拌机中常温混合均匀，然后加入180kg数均分子量为6000的聚异丁烯、10kg乙丙共聚物T615、30kg乙丙共聚物T612、35kg 3号锂基润滑脂加热至60℃搅拌混合均匀，最后加入35kg平均长度2mm的木质纤维、10kg(平均长度3mm、平均直径20微米)的聚酯纤维在60℃搅拌混合均匀后，边搅拌边冷却至常温即得一种盾构机专用盾尾密封油脂。[0053]实施例6

[00]一种盾构机专用盾尾密封油脂，其组分及其重量份配比如下：

[0052]

[0055]

11

CN 107353976 A

说　明　书

9/10页

[0056]

制备过程如下：首先将100kg 32号机械油、300kg 500目的碳酸钙、60kg有机膨润

土和60kg钙基膨润土在混合搅拌机中常温混合均匀，然后加入100kg数均分子量为5000的聚异丁烯、20kg乙丙共聚物T614A、20kg乙丙共聚物T612、20kg 4号钠基润滑脂加热至60℃搅拌混合均匀，最后加入20kg平均长度2mm的木质纤维、20kg平均长度1mm的麻纤维、20kg(平均长度4mm、平均直径30微米)的聚丙烯纤维和20kg(平均长度4mm、平均直径30微米)的聚酯纤维在60℃搅拌混合均匀后，边搅拌边冷却至常温即得一种盾构机专用盾尾密封油脂。

[0058]本发明实施例1-6所得盾构机专用盾尾密封油脂的技术指标如表1所示：[0059]表1.盾构机专用盾尾密封油脂的技术指标

[0060]

[0057]

12

CN 107353976 A[0061]

说　明　书

10/10页

从上表可以看出，本发明实施例1～6提供的盾构机专用盾尾密封油脂的泵送性能

优异，在25℃、10bar压力下，泵送量最高可达50g/min，大大减少了盾构机在使用过程中易导致的注脂管的堵塞，提高了工作效率，也有利于降低使用过程中的能耗；并且该盾构机专用盾尾密封油脂具有优异的抗水压密封性能，在25℃、35bar压力下，不漏水；此外，盾构机专用盾尾密封油脂还具有优异的粘附性能和稳定性，50℃、5h的下垂值均小于0.2mm；38℃、2.8bar压力下，水冲洗5min的洗出量均小于2％。[0062]综上所述，本发明实施例提供的盾构机专用盾尾密封油脂，其组分中基油和润滑脂起到润滑作用，并且半固体的润滑脂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。聚异丁烯的加入能够提升产品的密封效果，乙丙共聚物的加入能够改善产品的粘性，使得产品附着力更强，并且，碳酸钙能够调节产品的稠度，而膨润土和纤维能够提升产品的防水效果和附着能力，本发明实施例通过上述组分的合理配比，制得的盾尾密封油脂具有优异的泵送性能，在25℃、10bar压力下，泵送量最高可达50g/min，大大减少了盾构机在使用过程中易导致的注脂管的堵塞，提高了工作效率，也有利于降低使用过程中的能耗；同时具有优异的抗水压密封性能，在25℃、35bar压力下，不漏水；此外还具有优异的粘附性能和稳定性，50℃、5h的下垂值均小于0.2mm；38℃、2.8bar压力下，水冲洗5min的洗出量均小于2％。

[0063]本发明实施例提供的盾构机专用盾尾密封油脂的制备方法，操作简单，容易实施，工艺设备要求低，适于推广。

[00]以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

13