一種盾構機主軸承密封油脂及其製備方法與流程
2023-06-12 02:04:11
本發明涉及一種密封油脂，尤其涉及一種用於盾構機的主軸承密封油脂及其製備方法。
背景技術：
近幾年，隨著我國交通事業的迅速發展，為了適應城市建設與發展的需求，地下工程日益興建。目前盾構施工法在城市軌道建設、公路鐵路、市政工程、水利工程、過江過海隧道及軍工保密設施等領域得到了廣泛的應用和推廣，未來盾構施工法將成為隧道施工的主流。盾構機在施工過程中，通過刀盤對土體進行切削來開挖隧道，在刀盤和主驅動之間有一個旋轉體，水、泡沫、膨潤土都可以通過該旋轉體注入到刀盤面，這樣不僅可以大大改良開挖面土壤，還能有效的減少刀盤扭矩，改善土壤的流動性，以保證盾構機的掘進順利進行。由於開挖隧道通常位於地面以下幾十米處，開挖面存在很大的土壓，使地下水、泥漿和渣土等雜質很容易進入旋轉體內部，磨損筒體，嚴重影響隧道施工。因此，為了有效地防止盾構土倉內的地下水、泥漿和渣土等雜質侵入主軸承內，必須使用主軸承密封油脂。盾構機主軸承密封油脂應具有較好的抗水密封性和泵送性，良好的抗水密封性可以保護主軸承的小齒輪空間，不會受到來自盾構內的汙染。良好的泵送性則可以保證施工按照一定的進度完成，如果泵送性不好，可能堵塞注脂管道或者泵送壓力過大，造成管道破裂，影響施工進度。另外，主軸承密封油脂還應具有較好的減摩抗磨性能，以減少主軸承精密部件的磨損，從而延長主軸承的使用壽命，更有效地提高盾構機的掘進效率，並保證盾構施工的順利進行。
目前盾構機主軸承密封油脂主要依賴進口，但國外的生產成本和運輸費用較高，近幾年國內雖然也展開了對主軸承密封油脂的研發，但在減摩抗磨性能和潤滑性上還存在一定的差距，另外，抗水密封性和泵送性也有待提高。尤其是在盾構的施工環境溫度較低時，不能同時兼顧抗水密封性和泵送性，而且潤滑性較差，容易對旋轉筒體造成磨損，影響正常掘進而造成嚴重的經濟損失。
技術實現要素：
本發明所要解決的問題是克服現有技術存在的不足，提供一種盾構機主軸承密封油脂及其製備方法，本產品具有良好的減摩抗磨性能，潤滑效果突出，能更有效地保護軸承內的精密部件，而且兼具良好的抗水密封性和泵送性。
目前行業內已有不少盾構機主軸承密封油脂的配方工藝，但相比之下，組分不同，製備工藝也不同。本發明所述的盾構機主軸承密封油脂，在製備中導入了納米技術，使用納米新材料，具有良好的減摩抗磨性，潤滑效果突出，並且在其他性能上也有明顯的進步。納米顆粒具有優良的摩擦學性能，它的添加顯著增強了主軸承密封油脂的減摩抗磨性能。本發明選用納米顆粒作為填充材料，利用納米顆粒在摩擦表面起到支撐載荷的「微軸承和支撐墊」作用，變滑動摩擦為滾動摩擦起到支撐負荷的「滾珠軸承」作用，提高了油脂的承載能力和減摩抗磨性能。納米顆粒優選為納米二硫化鉬，二硫化鉬為六方晶體層狀結構，層與層之間的硫原子以範德華力相結合，容易產生滑移，使其具有較好的減摩抗磨特性，且二硫化鉬與金屬表面的接合能力強，形成的潤滑膜不易破裂，再者其本身的強度較高，能承受較高載荷。
本發明所述的盾構機主軸承密封油脂，利用偶聯劑具有兩種不同性質官能團的特殊結構，一端與無機納米粒子表面形成有機活性單分子層，另一端與油品、聚合物和纖維發生化學反應或通過範德華力產生纏繞作用，使無機納米粒子和油品、聚合物和纖維成為有機整體，從而增強主軸承密封油脂的穩定性。
本發明的盾構機主軸承密封油脂按質量百分比由下列組分組成：基礎油15～30％、潤滑脂20～30％、增粘劑12～20％、可降解纖維5～12％、納米顆粒填充材料20～40％、分散劑1～5％，以上各組分的質量百分比之和為100％。
進一步的，所述基礎油為植物油、礦物油、機械液壓油中的一種或多種。
進一步的，所述潤滑脂為鋰基脂、極壓鋰基脂、鈣基脂、鈉基脂中的一種或幾種，優選為極壓鋰基脂，極壓鋰基脂具有優良的耐負荷性能、抗水性和泵送性。
進一步的，所述增粘劑為聚異丁烯、乙丙共聚物、聚丙烯醇、聚丙烯醯胺中的一種或幾種，優選為聚異丁烯，粘溫特性好，增粘能力強。
進一步的，所述可降解纖維為木質纖維、亞麻纖維、木棉纖維、可降解合成纖維中的一種或幾種。
進一步的，所述可降解纖維的長度為0.5～6mm。
進一步的，所述納米顆粒填充材料為納米石墨、納米氟化石墨、納米二硫化鉬、納米二硫化鎢、納米二硒化鈮的一種或幾種。
進一步的，所述分散劑為鋁酸酯偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁鈦複合偶聯劑中的一種或幾種。
進一步的，一種製備盾構機主軸承密封油脂的方法，其特徵在於：步驟如下：
步驟1)按照各組分的質量百分比添加，依次將基礎油、增粘劑、潤滑脂和分散劑投入到捏合機中，捏合攪拌0.5-1h；其中各組分及其質量百分數如下：基礎油15～30％、潤滑脂20～30％、增粘劑12～20％、可降解纖維5～12％、納米顆粒填充材料20～40％、分散劑1～5％；
步驟2)將納米顆粒填充材料按5:3:2的質量比例分批投入到捏合機中，攪拌0.5～1h；
步驟3)最後緩慢投入可降解纖維，繼續捏合攪拌1～2h，即可製得盾構機主軸承密封油脂。
有益效果：採用本配方製備的盾構機主軸承密封油脂減摩抗磨性能優異，具有突出的潤滑效果，能有效防止旋轉部位的鏽蝕，減少旋轉部件的磨損；此外，還具有良好的抗水密封性和泵送性，不堵塞管道，且其纖維結構能更有效地防止雜質侵入盾構頭部造成軸承等精密部件的損壞，提高主軸承的使用壽命；產品性能穩定，無毒無腐蝕，對環境友好，製備工藝簡單。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明技術方案作進一步闡述。實施例中未註明具體技術或條件者，按照本領域內的文獻所描述的技術或條件或者按照產品說明書進行。所用試劑或儀器未註明生產廠商者，均為可以通過市購獲得的常規產品。
實施例1
本實施例中的盾構機主軸承密封油脂，其組分及質量百分比如下：18％的32#機械液壓油；25％鈣基脂；15％聚異丁烯；2％NDZ-105(鈦酸酯偶聯劑)；35％納米石墨；5％木質纖維，其長度為0.5～6mm。
製備方法：依次將32#機械液壓油、鈣基脂、聚異丁烯、NDZ-105投入到捏合機中，攪拌捏合0.5-1h；然後將納米石墨按5:3:2的比例分批投入到捏合機中，攪拌0.5h；最後投入木質纖維，攪拌捏合1～2h。
實施例2
本實施例中的盾構機主軸承密封油脂，其組分及質量百分比如下：15％礦物油；30％鋰基脂；12％聚丙烯醇；5％OL-AT1618(鋁鈦複合偶聯劑)；30％納米石墨；8％亞麻纖維，其長度為0.5～6mm。
製備方法：依次將礦物油、鋰基脂、聚丙烯醇、OL-AT1618投入到捏合機中，攪拌捏合0.5-1h；然後將納米石墨按5:3:2的比例分批投入到捏合機中，攪拌1h；最後投入亞麻纖維，攪拌捏合1～2h。
實施例3
本實施例中的盾構機主軸承密封油脂，其組分及質量百分比如下：28％玉米油；20％極壓鋰基脂；20％聚異丁烯；2％OLAT-1618；25％納米二硫化鉬；5％亞麻纖維，其長度為0.5～6mm。
製備方法：依次將玉米油、極壓鋰基脂、聚異丁烯、OL-AT1618投入到捏合機中，攪拌捏合0.5-1h；然後將納米二硫化鉬按5:3:2的比例分批投入到捏合機中，攪拌1h；最後投入亞麻纖維，攪拌捏合1～2h。
實施例4
本實施例中的盾構機主軸承密封油脂，其組分及質量百分比如下：15％46#機械液壓油；20％鈉基脂；16％聚丙烯醯胺；1％DL-482(鋁酸酯偶聯劑)；40％納米二硫化鈮；8％可降解合成纖維，其長度為0.5～6mm。
製備方法：依次將46#機械液壓油、鈉基脂、聚丙烯醯胺、DL-482投入到捏合機中，攪拌捏合0.5-1h；然後將納米二硫化鈮按5:3:2的比例分批投入到捏合機中，攪拌1h；最後投入可降解合成纖維，攪拌捏合1～2h。
實施例5
本實施例中的盾構機主軸承密封油脂，其組分及質量百分比如下：30％68#機械液壓油；23％極壓鋰基脂；12％乙丙共聚物；3％DL-429(鋁酸酯偶聯劑)；20％納米二硫化鎢；12％木棉纖維，其長度為0.5～6mm。
製備方法：依次將68#機械液壓油、極壓鋰基脂、乙丙共聚物、DL-429投入到捏合機中，攪拌捏合0.5-1h；攪拌均勻後將納米二硫化鎢按5:3:2的比例分批投入到捏合機中，攪拌0.5h；最後投入木棉纖維，攪拌捏合1～2h。
對比例
本實施例中的盾構機主軸承密封油脂，其組分及質量百分比如下：28％玉米油；20％極壓鋰基脂；20％聚異丁烯；2％OLAT-1618；25％二硫化鉬；5％亞麻纖維，其長度為0.5～6mm。
製備方法：依次將玉米油、極壓鋰基脂、聚異丁烯、OL-AT1618投入到捏合機中，攪拌捏合0.5-1h；然後將二硫化鉬按5:3:2的比例分批投入到捏合機中，攪拌1h；最後投入亞麻纖維，攪拌捏合1～2h。
本發明的盾構機主軸承密封油脂的質量檢測指標對比如下表：
表1盾構機主軸承密封油脂的質量檢測指標對比表
以上數據表明本發明製備的盾構機主軸承密封油脂具有優異的抗水密封性和粘附性，易於泵送，不堵塞管道；根據對比數據可以發現，在保證良好的抗水密封性和泵送性的同時，納米顆粒的添加使產品在減摩抗磨性能方面表現更為優異。
儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。