一种盾构主驱动聚氨酯密封材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术属于聚氨酯密封材料领域，具体涉及一种盾构主驱动聚氨酯密封材料的制备方法及应用。该制备方法包括以下步骤：(1)含氟聚醚二醇和二异氰酸酯进行加聚反应，得到异氰酸酯封端的含氟聚氨酯预聚体；(2)含氟聚氨酯预聚体和端羟基液体氟橡胶进行加聚反应，得到异氰酸酯封端的含氟聚氨酯

【技术实现步骤摘要】
一种盾构主驱动聚氨酯密封材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于聚氨酯密封材料领域，具体涉及一种盾构主驱动聚氨酯密封材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]盾构机主驱动密封被誉为盾构机的“免疫系统”，主要作用是防止开挖仓中的物质如砂土、碎石、泥浆、水进入到主轴承，避免主轴承损毁而导致盾构机无法掘进。目前盾构机主驱动密封主要采用迷宫+聚氨酯指形密封+VD密封结构形式，聚氨酯指型密封具有较优异的耐油性和高承压能力，但在高线速度、高压的复杂工况下使用时，唇口摩擦生热量较大致使密封温升较快，极易达到聚氨酯极限使用温度，导致材料耐磨、力学性能明显衰减，热老化速率加快，严重影响材料使用性能和设备施工效率。
[0003]申请公布号为CN109593178A的中国专利技术专利申请公开了一种低硬度耐高温聚氨酯弹性体材料，其通过大量使用含有刚性环己基结构的原料，来改善聚氨酯材料的高温性能。现有聚氨酯密封材料的耐高温性能提升有限，在90℃条件下材料的拉伸强度、撕裂强度和压变能等性能相比于70℃衰减严重。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种盾构主驱动聚氨酯密封材料的制备方法，以解决现有盾构主驱动聚氨酯密封在高温状态下耐磨性、拉伸强度、硬度、撕裂强度等性能衰减严重的问题。
[0005]本专利技术的第二个目的是提供上述方法所得材料作为盾构机主驱动密封的应用，以进一步提高设备在高温下的密封性能表现，提高材料的使用寿命和设备使用效率。
[0006]为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]一种盾构主驱动聚氨酯密封材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)含氟聚醚二醇和二异氰酸酯进行加聚反应，得到异氰酸酯封端的含氟聚氨酯预聚体；
[0009](2)含氟聚氨酯预聚体和端羟基液体氟橡胶进行加聚反应，得到异氰酸酯封端的含氟聚氨酯
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氟橡胶共聚物；
[0010](3)将含氟聚氨酯
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氟橡胶共聚物、固化剂在添加或不添加羟基表面改性的聚四氟乙烯的条件下进行模压硫化；所述固化剂为二元胺和/或二元醇。
[0011]本专利技术提供的盾构主驱动聚氨酯密封材料的制备方法，将含氟多元醇和含羟基的氟橡胶引入到聚氨酯分子中，使聚氨酯密封复合材料保持高性能的使用温度由70℃提高到90℃；降低密封使用温度对设备转速限制，转速由0.7m/s提高至1.5m/s，同时使材料具有优异的耐水性、耐油性、耐化学介质性和力学强度。本专利技术方法所得聚氨酯密封材料避免了高温状态下耐磨性、拉伸强度、硬度、撕裂强度等性能的衰减，拓宽了密封材料的使用温度上限和设备转速上限，实现了盾构主驱动聚氨酯密封性能提升。
[0012]为进一步提高聚氨酯密封的耐温性，优选地，步骤(1)中，所述含氟聚醚二醇为含氟聚醚多元醇ZDOL；所述二异氰酸酯为芳香族二异氰酸酯；所述芳香族二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯T
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80、甲苯二异氰酸酯T
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100、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5
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萘二异氰酸酯中的一种或两种以上组合；步骤(2)中，所述端羟基液体氟橡胶为偏氟乙烯
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六氟丙烯共聚物弹性体或偏氟乙烯
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六氟丙烯
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四氟乙烯共聚物弹性体。
[0013]进一步优选地，步骤(1)中，含氟聚醚多元醇ZDOL的数均分子量为1000～4000g/mol；含氟聚醚多元醇ZDOL、芳香族二异氰酸酯的质量比为(1000～1200)：(540～560)；步骤(2)中，所述端羟基液体氟橡胶的数均分子量为4000～10000g/mol；端羟基液体氟橡胶与含氟聚醚多元醇ZDOL的质量比为(130～150)：(1000～1200)。
[0014]为进一步促进加聚反应的高效进行，优选地，步骤(1)中，所述加聚反应以二月桂酸二丁基锡为催化剂，所述加聚反应是在70～80℃下反应2～3h；每1000～1200g含氟聚醚多元醇ZDOL，对应二月桂酸二丁基锡的用量为0.1～0.2mg；步骤(2)中，所述加聚反应以二月桂酸二丁基锡为催化剂，所述加聚反应是在30～70℃条件下反应2～3h；每130～150g端羟基液体氟橡胶，对应二月桂酸二丁基锡的用量为0.1～0.2mg。
[0015]为进一步实现硫化速率和材料耐温性的提升，优选地，步骤(3)中，所述二元胺为3,3'
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二氯
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4,4'
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二氨基二苯基甲烷；所述二元醇为1,4
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丁二醇；3,3'
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二氯
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4,4'
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二氨基二苯基甲烷、1,4
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丁二醇的质量比为1：(1～1.5)。
[0016]优选地，步骤(3)中，所述模压硫化的温度为120～130℃、压力为12～15MPa、时间为45min～50min。
[0017]优选地，聚四氟乙烯在盾构主驱动聚氨酯密封材料中的含量逐渐变化，所述盾构主驱动聚氨酯密封材料具有与接触物接触并发生相对运动的摩擦接触端，靠近摩擦接触端，聚四氟乙烯含量高，远离摩擦接触端，聚四氟乙烯含量低。进一步优选地，所述盾构主驱动聚氨酯密封材料具有唇口，所述唇口形成所述摩擦接触端；所述盾构主驱动聚氨酯密封材料为指型密封或唇形密封结构。在高线速度、高压的复杂工况下使用时，由于唇口摩擦生热量较大而使密封温升较快，采用上述设计能够降低唇口材料摩擦系数和唇口摩擦生热量，而腰部部位弹性不受影响，所以能有效地延缓材料老化速率，提高材料的使用寿命和设备使用效率。
[0018]为更好地实现聚四氟乙烯的准确、自动添加，制作自润滑性和回弹性性能渐变复合材料，优选地，所述含氟聚氨酯
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氟橡胶共聚物组分通过注射泵A泵送、所述固化剂组分通过注射泵B泵送、羟基表面改性的聚四氟乙烯组分通过粉末输送泵泵送，三组分泵送物质混合后浇注在密封模具中进行所述模压硫化。
[0019]上述方法所得材料作为盾构机主驱动密封的应用。
[0020]利用上述方法所制作的聚氨酯密封材料，显著提高了聚氨酯密封的耐高温性能，有效地延缓了材料在高温下老化速率，提升了盾构机主驱动密封的作业适应性。通过聚四氟乙烯的渐变式含量设计，能够制备得到自润滑性和回弹性性能渐变复合材料，进一步提高了作业适应性，并对提高材料的使用寿命和设备施工效率有利。
附图说明
[0021]图1为本专利技术中唇形密封结构中聚四氟乙烯含量分布图；
[0022]图2为本专利技术中指型密封结构中聚四氟乙烯含量分布图。
具体实施方式
[0023]为制备出耐高温性、耐油性、自润滑性、耐化学介质性和力学强度等性能优异的聚氨酯密封体系，本专利技术在聚氨酯体系中引入含氟多元醇、含羟基氟橡胶和含羟基聚四氟乙烯粉体三种物质，不仅实现聚氨酯与氟橡胶共聚反应，而且根据密封唇口位置不同精准适配聚四氟乙烯的添加量，制得盾构主驱动聚氨酯密封性能渐变复合材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构主驱动聚氨酯密封材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)含氟聚醚二醇和二异氰酸酯进行加聚反应，得到异氰酸酯封端的含氟聚氨酯预聚体；(2)含氟聚氨酯预聚体和端羟基液体氟橡胶进行加聚反应，得到异氰酸酯封端的含氟聚氨酯
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氟橡胶共聚物；(3)将含氟聚氨酯
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氟橡胶共聚物、固化剂在添加或不添加羟基表面改性的聚四氟乙烯的条件下进行模压硫化；所述固化剂为二元胺和/或二元醇。2.如权利要求1所述的盾构主驱动聚氨酯密封材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含氟聚醚二醇为含氟聚醚多元醇ZDOL；所述二异氰酸酯为芳香族二异氰酸酯；所述芳香族二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯T
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80、甲苯二异氰酸酯T
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100、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5
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萘二异氰酸酯中的一种或两种以上组合；步骤(2)中，所述端羟基液体氟橡胶为偏氟乙烯
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六氟丙烯共聚物弹性体或偏氟乙烯
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六氟丙烯
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四氟乙烯共聚物弹性体。3.如权利要求2所述的盾构主驱动聚氨酯密封材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，含氟聚醚多元醇ZDOL的数均分子量为1000～4000g/mol；含氟聚醚多元醇ZDOL、芳香族二异氰酸酯的质量比为(1000～1200)：(540～560)；步骤(2)中，所述端羟基液体氟橡胶的数均分子量为4000～10000g/mol；端羟基液体氟橡胶与含氟聚醚多元醇ZDOL的质量比为(130～150)：(1000～1200)。4.如权利要求3所述的盾构主驱动聚氨酯密封材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述加聚反应以二月桂酸二丁基锡为催化剂，所述加聚反应是在70～80℃下反应2～3h；每1000～1200g含氟聚醚多元醇ZDOL，对应二月桂酸二丁基锡的用量为0.1～0.2mg；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵明恩，程永龙，王文坤，孙志洪，王明波，李佳衡，彭占杰，张新异，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：