Результат интеллектуальной деятельности: УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ КОМПОЗИЦИЯ

Изобретение относится к уплотнительным (герметизирующим) пластичным композициям и может быть использовано для защиты от воздействия воды оборудования, например, такого как землеройные машины, тоннелепроходческие щиты.

В настоящее время весьма актуальной задачей является разработка уплотнительных композиций, способных эффективно защитить работающее в условиях действия деформационных нагрузок оборудование от проникновения к его узлам и деталям воды.

Известна уплотнительная композиция [ЕР 0607053], содержащая гидрофобную основу, в качестве которой использованы нефтяные парафины или имеющие воскообразную консистенцию масла, или комбинация указанных веществ, а также наполнители, в качестве которых использованы измельченные материалы природного происхождения, такие как чешуйки слюды, целлофана, фрагменты хлопковых волокон, древесные опилки и т.п. Кроме того, для снижения пожароопасности композиции в ее состав введена вода. Причем для совмещения воды с гидрофобной основой с получением однородного и стабильного состава в композиции используют специальный эмульгирующий агент и стабилизатор эмульсии.

Данная композиция обладает водостойкостью и предназначена преимущественно для защиты тоннелепроходческого оборудования от воздействия воды. При этом использование в композиции компонентов, обеспечивающих ее пожаробезопасность, усложняет состав композиции и технологию ее изготовления.

Известна уплотнительная композиция [FR 2807058], содержащая гидрофобную основу, в качестве которой могут быть использованы загущенные различными полимерами нефтяные углеводороды, наполнитель, в качестве которого могут быть использованы, в частности, натуральные или синтетические волокна и минералы, а также водорастворимый желирующий или загущающий агент и агент, способный быстро взаимодействовать с желирующим или загущающим агентом в водной среде с образованием объемной структуры.

Рассматриваемая уплотнительная композиция имеет густую консистенцию, близкую к консистенции мастики.

При введении уплотнительной композиции в зону нахождения воды происходит процесс образования водонепроницаемого структурированного продукта, сопровождающийся увеличением его объема и повышением вязкости, в связи с чем применение данной композиции особенно эффективно в аварийных ситуациях, связанных с неожиданным поступлением в зону работы оборудования большого количества воды.

Однако, поскольку рассматриваемая композиция имеет густую консистенцию, ее необходимо разбавлять какими-либо составами, имеющими более жидкую консистенцию, в случае использования насосного оборудования для ее доставки в зону эксплуатации.

Наиболее близкой по составу к заявляемой композиции является уплотнительная композиция [RU 2054024], выбранная авторами в качестве прототипа.

Данная уплотнительная композиция включает гидрофобную основу, в качестве которой, в частности, использован полиизобутилен в смеси с бутилкаучуком и минеральное масло, а также наполнители, в качестве которых использованы целлюлозосодержащий компонент, а именно гидролизат целлюлозосодержащего сырья, а также мел или известняк.

Рассматриваемая композиция обладает достаточной водонепроницаемостью. Однако данная композиция имеет густую консистенцию и высокую адгезию, что может затруднить прокачивание данной композиции через насосную систему подачи ее в зону эксплуатации.

Задачей заявляемого изобретения является создание уплотнительной композиции, обладающей хорошей прокачиваемостью при обеспечении ее водонепроницаемости.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в уплотнительной композиции, включающей полиизобутилен, минеральное масло, мел и целлюлозосодержащий компонент, согласно изобретению использован полиизобутилен с молекулярной массой от 20000 до 85000, в качестве целлюлозосодержащего компонента использована древесная мука с размерами частиц от 150 до 800 мкм, в качестве минерального масла - индустриальное масло, при этом композиция дополнительно содержит аэросил при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Целесообразным является использование древесной муки в виде смеси древесной муки с размерами частиц от 150 до 250 мкм в количестве от 6 до 13 мас.% и древесной муки с размерами частиц от 500 до 800 мкм в количестве от 4 до 7 мас.%.

Целесообразным является, чтобы композиция дополнительно содержала каолин в количестве от 8 до 16 мас.%.

Целесообразным является, чтобы композиция дополнительно содержала сульфат бария в количестве от 15 до 17 мас.%.

Для решения поставленной задачи авторами заявляемого изобретения экспериментально был подобран качественный и количественный состав уплотнительной пластичной композиции, в которой в качестве гидрофобной основы использован растворенный в индустриальном масле полиизобутилен с молекулярной массой от 20000 до 85000, а в качестве наполнителей использованы мел, древесная мука с размерами частиц от 150 до 800 мкм и аэросил.

Применяемая в заявляемой композиции гидрофобная основа обеспечивает водонепроницаемость композиции. При этом использование в составе гидрофобной основы полиизобутилена с молекулярной массой от 20000 до 85000, а также заявленные пределы содержания в композиции указанного полиизобутилена и индустриального масла являются важными с точки зрения достижения такой консистенции композиции и ее адгезии, которые обуславливают хорошую прокачиваемость композиции при достижении ее водонепроницаемости.

В качестве входящего в состав гидрофобной основы индустриального масла может быть использован широкий круг индустриальных масел, например индустриальные масла марок И-5А, И-8А, И-12А, И-20А, И-40А, И-50А ["Топливо, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение". Справочник под ред. В.М Школьникова, Москва, 1999 г., с.270].

Используемые в уплотнительной композиции мелкодисперсные наполнители (мел, древесная мука и аэросил) не растворимы в воде, хорошо диспергируются в выбранной гидрофобной основе и в сочетании с последней обуславливают водонепроницаемые свойства уплотнительной композиции. При введении указанных наполнителей в заявленных количественных пределах обеспечивается взаимная совместимость всех ингредиентов композиции, за счет чего достигается однородность и стабильность ее структуры, при этом указанные наполнители вносят вклад в формирование консистенции уплотнительной композиции, ее адгезионных свойств и позволяют сбалансировать их таким образом, чтобы наряду с водонепроницаемостью композиции обеспечивалась ее хорошая прокачиваемость.

Важной особенностью заявляемой композиции является использование в качестве одного из наполнителей древесной муки с размерами частиц от 150 до 800 мкм в заявленных пределах содержания. Частицы древесной муки не растворимы в воде, а также обладают способностью впитывать влагу и при этом набухать, в связи с чем введение указанного наполнителя в состав композиции приводит к некоторому увеличению ее объема в присутствии воды, что положительно сказывается на водонепроницаемых свойствах заявляемой композиции.

При этом, как показали проведенные авторами эксперименты, введение указанной древесной муки в состав уплотнительной композиции значительно улучшает ее прокачиваемость. По-видимому, это обусловлено волокнистой структурой частиц древесной муки и способностью древесных волокон ориентироваться вдоль направления движения потока и тем самым облегчить прохождение уплотнительной композиции по тракту подачи ее к месту эксплуатации. При этом существенным с точки зрения совместимости древесной муки с прочими ингредиентами уплотнительной композиции и обеспечения однородности и стабильности ее структуры является использование древесной муки с размерами частиц от 150 до 800 мкм.

Таким образом, качественный и количественный состав заявляемой композиции сбалансирован таким образом, что она обладает хорошей прокачиваемостью при обеспечении высокой водонепроницаемости.

Как показали экспериментальные исследования авторов, использование в заявляемой композиции древесной муки в виде смеси двух отличающихся по дисперсности ее сортов (древесной муки с размерами частиц от 150 до 250 мкм в количестве от 6 до 13 мас.% и древесной муки с размерами частиц от 500 до 800 мкм в количестве от 4 до 7 мас.%) является наиболее оптимальным с точки зрения достижения гомогенности композиции и обеспечения ее консистенции и адгезионных свойств, при которых достигаются наилучшие характеристики по прокачиваемости.

Дополнительное введение в состав уплотнительной композиции каолина в заявляемых пределах содержания повышает ее водонепроницаемость.

Повышению водонепроницаемости способствует также дополнительное введение в состав уплотнительной композиции сульфата бария в заявляемых пределах содержания.

Заявляемую уплотнительную композицию готовят следующим образом.

В смесителе с термостатирующей рубашкой и перемешивающим устройством при температуре 70-80°С готовят раствор полиизобутилена в индустриальном масле. Указанный раствор охлаждают до температуры 20-25°С, а затем при перемешивании последовательно вводят в него используемые в составе уплотнительной композиции наполнители. Полученную смесь перемешивают до получения однородной массы.

Возможность реализации изобретения показана в примерах конкретного выполнения.

Пример 1.

Готовили уплотнительную композицию следующего состава, мас.%:

Полученная уплотнительная композиция представляла собой гомогенную массу с вязкопластичной консистенцией.

Пример 2.

Готовили уплотнительную композицию следующего состава, мас.%:

Полученная уплотнительная композиция представляла собой однородную массу с вязкопластичной консистенцией.

Пример 3.

Готовили уплотнительную композицию следующего состава, мас.%:

Полученная уплотнительная композиция представляла собой гомогенную массу с вязкопластичной консистенцией.

Пример 4.

Готовили уплотнительную композицию следующего состава, мас.%:

Полученная уплотнительная композиция представляла собой гомогенную массу с вязкопластичной консистенцией.

Пример 5.

Готовили уплотнительную композицию следующего состава, мас.%:

Полученная уплотнительная композиция представляла собой однородную массу с вязкопластичной консистенцией.

Пример 6.

Готовили уплотнительную композицию следующего состава, мас.%:

Полученная уплотнительная композиция представляла собой однородную массу с вязкопластичной консистенцией.

Уплотнительные композиции по примерам 1-6 испытывали в условиях натурной эксплуатации в узлах уплотнения зазора между оболочкой хвостового щита тоннелепроходческого комплекса фирмы «LOVAT» и железобетонными кольцами тоннеля.

Результаты испытания показали высокую водонепроницаемость уплотнительных композиций, о чем свидетельствовало отсутствие проникновения воды через уплотненные соединения.

Испытуемые композиции продемонстрировали также хорошую прокачиваемость через насосную систему ее подачи, используемую в данном оборудовании, о чем говорил тот факт, что во время испытаний величина давления прокачки была на уровне, соответствующем величине давления прокачки традиционно используемых в данном виде оборудования уплотнительных композиций, например уплотнительной композиции марки CONDAT WR-89.

Достоинством заявленной композиции является также ее экономичность и экологичность, поскольку для ее изготовления используются доступные и относительно недорогие продукты, не оказывающие вредного воздействия на человека и окружающую среду.