盾构机主轴承密封油脂及其制备方法

技术领域

本发明涉及机械设备用油脂技术领域，具体而言，涉及一种盾构机主轴承密封油脂及其制备方法。

背景技术

盾构机在施工过程中，通过刀盘对土体进行切削来开挖隧道，而盾构机主轴承有承受切削刀盘的轴向、径向负荷和力矩，支撑刀盘的回转及传动的作用，所以主轴承的可靠性、安全性、寿命是至关重要的。由于开挖隧道通常位于地面以下几十米处，开挖面存在很大的土压，并且掘进过程中为了减少刀盘扭矩、改善土壤的流动性，会往掌子面注入水、泡沫剂或膨润土，因此需要主轴承密封系统防止外界的地下水、渣土、泡沫剂等进入主轴承内。

盾构机主轴承密封系统一般由迷宫密封和唇形密封构成，密封之间采用密封隔环隔开，密封之间的空腔则注入润滑脂。迷宫结构的腔室通过主轴承外圈的油道注入主轴承密封油脂，可有效防止盾构机掘进过程中注入掌子面的水、泡沫、泥浆、膨润土切、刀盘削下来的渣土以及地下水等等进入主轴承系统中，另外还能够润滑密封圈，从而延长主轴承的使用寿命，更有效地提高盾构机的掘进效率，并保证盾构施工的顺利进行。常用的密封油脂使用二硫化钼、二硫化钨、石墨等无机固体粉末作为抗磨剂，以此提升产品的耐摩擦、润滑性能。但是此类抗磨剂在基础油中极易发生团聚的现象，添加量稍大就会导致在抗磨剂中的作用分散不均而无法发挥其优良性能。

随着隧道建设的需要，大直径盾构机越来越多，对主轴承密封油脂的承压型、耐摩擦性、密封性等提出了更高的要求，因此需要开发一种耐摩擦性能和密封性能优良的密封油脂。

发明内容

基于上述技术问题，本发明采用多种抗磨剂相结合，并对基础油、增粘剂进行优选，获得了一种耐摩擦且密封性能优良的盾构机主轴承密封油脂。

本发明的第一目的在于提供一种盾构机主轴承密封油脂，所述盾构机主轴承密封油脂包括如下原料组分：基础油15～20份、增粘剂5～15份、防锈剂5～10份、液体抗磨剂5～10份、纤维2～6份、填充剂30～50份、有机固体抗磨剂4～8份、无机固体抗磨剂4～8份、润滑剂5～20份；

所述液体抗磨剂为1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐离子液、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液、1-乙基-3-甲基咪唑鎓二氰胺盐离子液、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐离子液的一种或多种。

在一个实施例中，所述盾构机主轴承密封油脂包括如下原料组分：基础油18～20份、增粘剂8～12份、防锈剂5～8份、液体抗磨剂5～8份、纤维2～4份、填充剂35～45份、有机固体抗磨剂4～6份、无机固体抗磨剂4～6份、润滑剂5～15份。

在一个实施例中，所述基础油为菜籽油、聚乙二醇、三羟甲基丙烷油酸酯、多元醇酯和甘油的一种或多种。

在一个实施例中，所述增粘剂为以极性基团封端的聚合物及其衍生物。

在一个实施例中，所述增粘剂为聚碳酸丙烯酯多元醇、聚醚多元醇、聚己内酯多元醇及其衍生物中的一种或多种。

在一个实施例中，所述防锈剂为石油磺酸钙、石油磺酸钡、单油酸季戊四醇酯、油酸十八烷胺的一种或多种。

在一个实施例中，所述纤维为短棉纤维、长棉纤维、纤维素纤维、动物纤维的一种或多种。

在一个实施例中，所述填充剂为碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、长石粉的一种或多种；

在一个实施例中，所述有机固体抗磨剂为聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚氨酯、三苯基硫代磷酸酯的一种或多种；

在一个实施例中，所述无机抗磨剂：二硫化钼、二硫化钨、氟化钙、二硫化铌的一种或多种。

在一个实施例中，所述润滑剂为锂基润滑脂、钡基润滑脂、羊毛脂、硫化猪油的一种或多种。

本发明的第二目的在于提供上述盾构机主轴承密封油脂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

将基础油、增粘剂、防锈剂、液体抗磨剂混合并进行捏合搅拌，再加入纤维进行捏合搅拌，然后再加入填充剂、有机固体抗磨剂、无机固体抗磨剂和润滑脂进行捏合搅拌获得密封油脂。

在一个实施例中，所述捏合搅拌的时间为20-60min。

本发明的有益效果：

本发明采用有机、无机和特定种类的液体抗磨剂相结合，其中有机固体抗磨剂的分子轮廓光滑、具有较低的摩擦系数，在滑动过程中能够和所接触的对偶面形成转移膜，因此具有良好的润滑性能，其表面能极低，有优异的不粘性，不易在油中发生团聚，提升了无机固体抗磨剂在产品中的分散性、稳定性；液体抗磨剂为离子液体，其在摩擦过程吸附于钢表面并形成边界润滑膜,在较高温度下则同钢表面发生摩擦化学作用，形成由FePO

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。

本发明中的词语“优选地”、“更优选地”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。

当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。

除非另外指明，所有百分比、分数和比率都是按本发明组合物的总质量计算的。除非另外指明，有关所列成分的所有质量均给予活性物质的含量，因此它们不包括在可商购获得的材料中可能包含的溶剂或副产物。本文术语“质量百分比含量”可用符号“％”表示。除非另外指明，在本文中所有的分子量都是以道尔顿为单位表示的重均分子量。除非另外指明，在本文中所有配制和测试发生在25℃的环境。本文中“包括”、“包含”、“含”、“含有”、“具有”或其它变体意在涵盖非封闭式包括，这些术语之间不作区分。术语“包含”是指可加入不影响最终结果的其它步骤和成分。本发明的组合物和方法/工艺包含、由其组成和基本上由本文描述的必要元素和限制项以及本文描述的任一的附加的或任选的成分、组份、步骤或限制项组成。本文中术语“效能”、“性能”、“效果”、“功效”之间不作区分。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明本发明的第一目的在于提供一种盾构机主轴承密封油脂，所述密封油脂包括如下原料组分：基础油15～20份、增粘剂5～15份、防锈剂5～10份、液体抗磨剂5～10份、纤维2～6份、填充剂30～50份、有机固体抗磨剂4～8份、无机固体抗磨剂4～8份、润滑剂5～20份。

优选的，所述密封油脂包括如下原料组分：基础油18～20份、增粘剂8～12份、防锈剂5～8份、液体抗磨剂5～8份、纤维2～4份、填充剂35～45份、有机固体抗磨剂4～6份、无机固体抗磨剂4～6份、润滑剂5～15份。

优选的，所述盾构机主轴承密封油脂包括如下原料组分：基础油20份、增粘剂10份、防锈剂5份、液体抗磨剂5份、纤维3份、填充剂40份、有机固体抗磨剂5份、无机固体抗磨剂5份、润滑剂10份。

所述液体抗磨剂为1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐离子液、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液、1-乙基-3-甲基咪唑鎓二氰胺盐离子液、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐离子液的一种或多种。

在一个实施例中，所述基础油为菜籽油、聚乙二醇、三羟甲基丙烷油酸酯、多元醇酯和甘油的一种或多种。其中基础油选用极性油，能够与离子液体耐磨剂具有良好的相容性，提高密封油脂的稳定性，减少分油量。

在一个实施例中，所述增粘剂为以极性基团封端的聚合物及其衍生物，具体包括：聚碳酸丙烯酯多元醇、聚醚多元醇、聚己内酯多元醇及其衍生物中的一种或多种。增粘剂采选用含有极性基团羟基封端相关极性增粘剂，增加与密封油脂体系中极性基础油、液体耐磨剂的相容性，贮存稳定性好，分油量少。

通过配合上述含极性基团的增粘剂和基础油，密封油脂体系具有良好的相容性，贮存稳定性好，分油量小。

在一个实施例中，所述防锈剂为石油磺酸钙、石油磺酸钡、单油酸季戊四醇酯、油酸十八烷胺的一种或多种。

在一个实施例中，所述纤维为短棉纤维、长棉纤维、纤维素纤维、动物纤维的一种或多种。

在一个实施例中，所述填充剂为碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、长石粉的一种或多种；

在一个实施例中，所述有机固体抗磨剂为聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚氨酯、三苯基硫代磷酸酯的一种或多种；上述各分子分子轮廓光滑，具有较低的摩擦因数，在滑动过程中能够和所接触的对偶面形成转移膜，因此具有良好的润滑性能，其表面能极低，有优异的不粘性，不易在油中发生团聚，提升了固体抗磨剂在产品中的分散性、稳定性。

在一个实施例中，所述无机抗磨剂：二硫化钼、二硫化钨、氟化钙、二硫化铌的一种或多种。

在一个实施例中，所述润滑剂为锂基润滑脂、钡基润滑脂、羊毛脂、硫化猪油的一种或多种。

本发明的第二目的在于提供上述盾构机主轴承密封油脂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

将基础油、增粘剂、防锈剂、液体抗磨剂混合并进行捏合搅拌，再加入纤维进行捏合搅拌，然后再加入填充剂、有机固体抗磨剂、无机固体抗磨剂和润滑脂进行捏合搅拌获得密封油脂。

在制备之前，将增粘剂置于鼓风干燥箱中进行干燥，温度为70℃。

在制备过程中采用双行星搅拌机进行捏合，捏合后出料，并将获得的密封油脂封袋保存。

在一个实施例中，所述捏合搅拌的时间为20-60min，优选捏合时间为30min、40min。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

以下结合具体实施例详细描述本发明，这些实施例用于理解而不是用于限定本发明。

实施例1～5

按照表1的配比称取实施例1～5的原料。

表1实施例1～5各原料选择与配比

制备方法如下：

将增粘剂放入电热可调鼓风干燥箱，温度调至70℃备用。按表1的各实施例的配方定量称取基础油、填充剂、有机固体抗磨剂、无机固体抗磨剂、液体抗磨剂、增粘剂、润滑剂、防锈剂、纤维，放置阴凉处备用。

将基础油、增粘剂、防锈剂、液体抗磨剂加入双行星搅拌机中进行充分捏合搅拌30分钟，然后将纤维加入到双行星搅拌机中继续充分捏合搅拌30分钟。最后把填充剂、有机固体抗磨剂、无机固体抗磨剂、润滑剂一起加入双行星搅拌机中进行充分捏合搅拌40分钟后出料获得盾构机主轴承密封油脂，装入密封袋保存。

对比例1～3

按照表2的配比称取实施例1～5的原料。

表2对比例1～3各原料选择与配比

将增粘剂放入电热可调鼓风干燥箱，温度调至70℃备用。按照表2的配比称取基础油、填充剂、无机固体抗磨剂、增粘剂、润滑剂、润滑剂、防锈剂等原料，放置阴凉处备用。

将基础油、增粘剂、防锈剂、液体抗磨剂加入双行星搅拌机中进行充分捏合搅拌30分钟，然后将纤维加入到双行星搅拌机中继续充分捏合搅拌30分钟。最后把填充剂、抗磨剂、润滑剂一起加入到双行星搅拌机中进行充分捏合搅拌40分钟后出料获得盾构机主轴承密封油脂，装入密封袋保存。

性能测试

将实施例1～5和对比例1～3获得的盾构机主轴承密封油脂进行性能测试，具体包括分油量测试、负荷为392N和745N的磨斑直径、最大剥离力、0.28MPa条件下的水流冲失量、抗水压密封性。具体标准和测试方法如表3所示。

表3主轴承密封油脂的性能参数以及参照标准方法

按照上述标准方法对实施例1～5和对比例1～3的盾构机主轴承密封油脂进行性能测试，结果如表4所示。

表4各实施例和对比例盾构机主轴承密封油脂的性能测试结果

根据检测结果可知，实施例1～5获得的密封油脂，具有良好的耐磨性，分油量少，在负荷为745N，时间为1h的条件下磨斑直径均小于0.9mm，最低可达0.82mm，在100℃条件下处理24h，其分油量均小于1.5％，水冲流失量小。通过多种耐磨剂组合，协同增加密封油脂的耐磨性能，并根据耐磨剂的种类，进行其他试剂如基础油、增粘剂的优选，减少分油量，提高贮存稳定性。

根据对比例1～3，其中对比例1中各组分及含量与实施例1一致，其不同在于不包含有机固体抗磨剂，根据其性能测试结果，其磨斑直径明显增大，尤其是高荷载条件下磨斑直径显著增加，最大剥离力减小，其抗摩擦性能下降，说明有机固体抗磨剂能够有效的增加主轴承密封油脂在高荷载下的抗摩擦性能。其中对比例2中各组分及含量与实施例2一致，其不同在于不包含液体抗磨剂，根据其性能测试结果，其磨斑直径增大，抗摩擦性能下降，且最大剥离力下降，水流冲失量上升，可知液体抗磨剂在提升康摩擦性能的同时也能够提升主轴承密封油脂的粘附性。对比例3中各组分及其含量与实施例3一致，其不同在于加入的增粘剂为聚异丁烯，其不以含有极性基团封端，在密封油脂体系中，增粘剂聚异丁烯与液体抗磨剂的相容性较差，容易析出，使得分油量增大，同时抗摩擦性、粘附性也下降。因此，根据上述实施例和对比例，可以得出，密封油脂体系为一个有机统一的整体，体系中的各原料之间相互协同作用，通过试剂的固有性质以及与其他试剂的相互作用，协同提升密封油脂的耐磨性能，同时密封油脂各原料相容性好，提升了体系的稳定性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。