本发明涉及盾尾密封油脂技术领域，特别是涉及一种适用于高温和低温环境下的盾尾密封油脂及其制备方法。
背景技术：
近些年来，隧道工程数量逐渐增多，为了满足人们的使用需求，大深度隧道工程施工也越来越多，隧道施工质量则成为人们重点关注的焦点，尤其是盾尾密封防水施工质量，是影响整个隧道施工质量的关键性因素，因此，隧道工程施工必须重视盾尾防水密封施工。
盾构施工是城市轨道交通隧道施工的主要方法，盾尾密封油脂是盾构施工中密封防水的主要材料，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沙等进入盾构内，必须对盾尾和管片间隙进行密封处理，密封油脂与钢丝刷结合形成的盾尾密封层能有效阻止泥浆和地下水的入侵，使盾构的尾部实现密封。
因此盾尾密封油脂必须具有优异的抗水压密封性，优异的泵送性，优异的粘附性。目前市面上的盾尾密封油脂在抗水压密封性、泵送性和粘附性都存在明显的不足，因为盾尾密封油脂受温度影响比较大，低温下盾尾密封油脂会变硬，泵送性变差，高温下盾尾密封油脂会变稀，抗水保压性能变差，所以目前国内的盾尾密封油脂普遍存在冬天和夏天两个配方，对盾尾密封油脂的生产效率、生产成本和质量控制造成了极大的影响。
技术实现要素：
本发明提供一种组分简单，成本低，便于制备，密封性好的适用于高温和低温环境下的盾尾密封油脂及其制备方法。
解决的技术问题是：现有的盾尾密封油脂受温度影响比较大，低温下盾尾密封油脂会变硬，泵送性变差，高温下盾尾密封油脂会变稀，抗水保压性能变差，一种密封油脂无法同时适用于高温和低温的环境下，通常需要准备两种配方，应用便捷性差。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明适用于高温和低温环境下的盾尾密封油脂，包括以下重量份数的组分：
粉状填料35-70份，基础油10-25份，增稠剂10-25份，增粘剂10-20份，纤维3-5份，阻燃剂1-5份和触变剂3-5份。
本发明适用于高温和低温环境下的盾尾密封油脂，进一步的，所述基础油为酯类合成油、烷基苯或pao合成油中的一种或几种。
本发明适用于高温和低温环境下的盾尾密封油脂，进一步的，所述增稠剂为锂基脂和/或钙基脂，其中锂基脂为2#锂基脂、3#锂基脂或极压锂基脂中的一种或几种，钙基脂为2#钙基脂、3#钙基脂或复合磺酸钙基脂中的一种或几种。
本发明适用于高温和低温环境下的盾尾密封油脂，进一步的，所述粉状填料为轻质碳酸钙、重质碳酸钙、纳米碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、云母粉或碳酸钡中的一种或几种。
本发明适用于高温和低温环境下的盾尾密封油脂，进一步的，所述增粘剂为氢化松香树脂、酮醛树脂、萜烯树脂或聚α-甲基苯乙烯树脂中的一种或几种。
本发明适用于高温和低温环境下的盾尾密封油脂，进一步的，所述增粘剂为聚α-甲基苯乙烯树脂、氢化松香树脂和萜烯树脂的混合物，混合重量比例为聚α-甲基苯乙烯树脂：氢化松香树脂：萜烯树脂为6-8:2:1。
本发明适用于高温和低温环境下的盾尾密封油脂，进一步的，所述触变剂为气相二氧化硅、氢化蓖麻油、聚酰胺蜡或凹凸棒土的一种或几种。
本发明适用于高温和低温环境下的盾尾密封油脂，进一步的，述触变剂为气相二氧化硅、氢化蓖麻油和凹凸棒土的混合物，混合重量比例为气相二氧化硅：氢化蓖麻油：凹凸棒土为1:0.5-0.7:1。
本发明适用于高温和低温环境下的盾尾密封油脂，进一步的，所述纤维为聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维或聚氯乙烯纤维中的一种或几种，纤维的卷曲收缩率为25％-40％。
本发明适用于高温和低温环境下的盾尾密封油脂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、备料：按照以下重量份数进行备料，粉状填料35-70份，基础油10-25份，增稠剂10-25份，增粘剂10-20份，纤维3-5份，阻燃剂1-5份和触变剂3-5份；
步骤二、将粉状填料于105-120℃下烘干3-5h；
步骤三、将基础油、增稠剂和增粘剂搅拌混合，并加热至40-70℃，搅拌30-60min制得混合料母体；
步骤四、将纤维加入到步骤三制得的混合料母体中，于40-70℃下搅拌30-60min；
步骤五、将步骤二中脱水的粉状填料、触变剂和阻燃剂加入步骤四制得的混合料中，于40-70℃下搅拌60-120min；
步骤六、将步骤五制得的混合料冷却至室温，过滤出料即得盾尾密封油脂成品。
本发明适用于高温和低温环境下的盾尾密封油脂及其制备方法与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明适用于高温和低温环境下的盾尾密封油脂只一种配方成品，即可适用于-20℃至40℃的环境中，高温、常温、低温环境中均可保持较好的抗水密封性和泵送性能，使用便捷性和使用质量不受环境的改变而变化，性能稳定高效，适用范围广泛；组分易得，制备简便，无需为了配合使用环境的不同，而选用不同配方的产品，使用简便。
本发明盾尾密封油脂在高温环境下的抗水密封性较好，低温环境下的泵送性能较好，均满足正常施工需求，有效避免盾壳外的流水泥沙渗入盾构内部，可操作性强。本发明通过在密封油脂中使用了增粘剂和触变剂，大大增强了油脂的粘附性，避免了使用损耗；而且大大改善了在40℃高温和-20℃低温环境下的抗水密封性能和泵送性，大大增强了密封油脂的稳定性，使其在极高温和极低温的环境中均可使用。
本发明通过选用粘度指数较高的合成油作为基础油，不仅在低温环境下具有较好的流动性，而且与阻燃剂相配合，使得密封油脂具有较好的阻燃性，大大提高了油脂使用的安全性。
具体实施方式
制备实施例
按照下述方法制备本发明适用于高温和低温环境下的盾尾密封油脂。
步骤一、备料：按照表1所示重量份数进行备料；
其中，基础油为合成油，具体为酯类合成油、烷基苯或pao合成油中的一种或几种，其中，酯类合成油为多元醇酯和/或磷酸酯，烷基苯为十二烷基苯，pao合成油为pao-6和/或pao-10；
其中，增稠剂为锂基脂和/或钙基脂，其中锂基脂为2#锂基脂、3#锂基脂或极压锂基脂中的一种或几种，钙基脂为2#钙基脂、3#钙基脂或复合磺酸钙基脂中的一种或几种；
其中，粉状填料为轻质碳酸钙、重质碳酸钙、纳米碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、云母粉或碳酸钡中的一种或几种，粉状填料的粒径为800-1200目；
其中，增粘剂为氢化松香树脂、酮醛树脂、萜烯树脂或聚α-甲基苯乙烯树脂中的一种或几种，可大大增强密封油脂的的粘黏性，避免使用损耗；
其中，触变剂为气相二氧化硅、氢化蓖麻油、聚酰胺蜡或凹凸棒土的一种或几种，使密封油脂具有触变性，稳定油脂性质，确保高温环境条件下密封油脂不会离析，保持一定的稠度，同时也提高了密封油脂在低温环境下的可操作性，可以确保密封油脂的泵送性能；
其中，纤维为聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维或聚氯乙烯纤维中的一种或几种，纤维的卷曲收缩率为25％-40％；每根纤维在弯曲状态下的长度不大于5mm；
其中，阻燃剂为硼酸锌；
步骤二、将粉状填料于105-120℃下烘干3-5h，脱除粉状填料中的水分，控制粉状填料中的水分含量小于0.5％；
步骤三、将基础油、增稠剂和增粘剂加入捏合机中搅拌混合，并加热至40-70℃，搅拌30-60min制得混合料母体；
步骤四、将纤维加入到步骤三制得的混合料母体中，于40-70℃下保温搅拌30-60min；
步骤五、将步骤二中脱水的粉状填料、触变剂和阻燃剂加入步骤四制得的混合料中，于40-70℃下保温搅拌60-120min；
步骤六、将步骤五制得的混合料冷却至室温，通过孔径1cm的过滤网过滤，滤除没有搅拌开的纤维或其他杂质，出料即得盾尾密封油脂膏体。
表1制备实施例各组分使用的重量份数
将按照上述方法制得的密封油脂进行基本性能检测，具体的检测结果如表2所示。
表2制备实施例制得的盾尾密封油脂的性能检测结果
由表2的基本检测结果可知，按照上述制备实施例所述方法制得的盾尾密封油脂为淡黄色纤维状膏体；按照国标gb/t269进行锥入度检测，在-20℃～40℃条件下，油脂的锥入度在240左右，稠度和软硬度适宜，随温度的改变产生的变化较小。高温40℃条件下的泵送性可达37-44g/min，低温-20℃条件下的泵送性可达19-25g/min，即使在低温环境下，泵送性能仍然满足泵送要求，使用不受环境温度限制，应用范围广泛。按照malsumara方法进行油脂密封的水密性测试，冲水压力3.0mpa的试验条件下，无论是在40℃高温环境下，还是在-20℃低温环境下，油脂的抗水密封性能均较好，没有出现任何漏水情况，说明本发明制得的盾尾密封油脂，其抗水密封性，不会随着温度的骤变而导致密封性能改变，无论何时，都可以确保盾尾和管片间隙的密封，有效避免盾壳外部的水和泥沙等进入盾构内。按照astmd4049-06(2011)标准，测得的水冲流失量在2-2.5％，粘附性较好，在使用的过程中不会发生较大的使用损失，大大提高其密封性和防水性。
由表2可知，制备例1和制备例3使用的增粘剂为聚α-甲基苯乙烯树脂、氢化松香树脂和萜烯树脂，配比范围为6-8:2:1，相比其他制备例而言，水冲流失量明显较少，粘附性更好，可见，这个特定的增粘剂组合，是更优的选择。
由表2可知，制备例1和制备例3使用的触变剂为气相二氧化硅、氢化蓖麻油和凹凸棒土，配比范围为1:0.5-0.7:1，相比其他制备例而言，无论是高温还是低温环境下，膏体的泵送性更好一些，对油脂性质的稳定效果更好，确保高温环境条件下密封油脂不会离析，保持一定的稠度，同时也提高了密封油脂在低温环境下的可操作性，可见这个特定的触变剂组合，是更优的选择。
对比实施例1
以制备实施例1为对照组，设计进行4个试验组，试验组按照与制备实施例1相同的制备方法，除了增粘剂的使用情况，其余原料组分也与制备实施例1相同，制备盾尾密封油脂；试验组1-1不使用任何增粘剂，试验组1-2使用t613作为增粘剂，使用量与制备例1相同；试验组1-3使用双酚a型环氧树脂作为增粘剂，使用量与制备例1相同；试验组1-4使用聚α-甲基苯乙烯树脂、氢化松香树脂和萜烯树脂的混合物作为增粘剂，三者的使用配比为1:1:0.2；使用总量与制备例1相同；将制得的盾尾密封油脂进行基本性能测试，具体的测试结果如表3所示。
表3制备实施例制得的盾尾密封油脂的性能检测结果
由表3可知，未使用任何增粘剂的试验组1-1按照与对照组相同的制备方法制得的密封油脂，在高温和低温环境下的抗水压测试中均出现明显的漏水情况，而且油脂的水冲流失量较大，粘附性较差；而使用目前市面上较为常用的增粘剂的试验组1-2和1-3制得的密封油脂，也不同程度的出现了漏水情况，抗水密封性差；而试验组1-4，虽然选用的增粘剂种类与本发明提出的最优组合相同，但是用量配比与本发明的限定趋势相反，制得的密封油脂在高温和低温的环境下，抗水密封性良好，均未出现漏水情况，但是水冲流失量还是略高于对照组，且泵送性能略差于对照组。
由此可见，本发明限定的增粘剂的特定使用方法，聚α-甲基苯乙烯树脂、氢化松香树脂和萜烯树脂的混合物，配比范围为6-8:2:1，相比其他现有的常用增粘剂和本发明中的其他实施方案，具有更优的抗水密封性，水冲流失量更小，泵送性能更好。
对比实施例2
以制备实施例1为对照组，设计进行4个试验组，试验组按照与制备实施例1相同的制备方法，除了触变剂的使用情况，其余原料组分也与制备实施例1相同，制备盾尾密封油脂；试验组2-1不使用任何触变剂，试验组2-2使用有机膨润土作为触变剂，使用量与制备例1相同；试验组2-3使用高岭土作为触变剂，使用量与制备例1相同；试验组2-4使用气相二氧化硅、氢化蓖麻油和凹凸棒土的混合物作为触变剂，三者的用量配比为7:1:3，使用总量与制备例1相同；将制得的盾尾密封油脂进行基本性能测试，具体的测试结果如表4所示。
表4制备实施例制得的盾尾密封油脂的性能检测结果
由表4可知，未使用任何触变剂的试验组2-1按照与对照组相同的制备方法制得的密封油脂，在高温和低温环境下的泵送性较差，-20℃的低温环境下的泵送性低至13g/min，施工使用存在极大的困难，无法正常泵送；而添加了市面常用触变剂的试验组2-2和2-3，虽然高温泵送性较好，但是-20℃的低温环境下的泵送性低至15g/min，也是无法正常施工泵送，无法适用于低温环境，使用范围限制较大；而试验组2-4，虽然选用的触变剂种类与本发明提出的最优组合相同，但是用量配比与本发明的限定趋势相反，制得的密封油脂高温和低温环境下的泵送性虽然满足施工泵送的需求，但是略低于对照组。
由此可见，本发明限定的触变剂的特定使用方法，气相二氧化硅、氢化蓖麻油和凹凸棒土的混合物，配比范围为1:0.5-0.7:1，相比其他现有的常用触变剂和本发明中的其他实施方案，具有更优的泵送性能，可以同时满足高温和低温环境，应用范围广泛。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。