油性剂对钢丝拉拔液性能影响的研究

2019-05-31闫思梦张少丹杨旺许永清赵雄燕

应用化工 2019年5期

闫思梦，张少丹，杨旺，许永清，赵雄燕，3

(1.河北科技大学材料科学与工程学院，河北石家庄 050018；2.河北纳泰化工有限公司，河北石家庄 052160；3.河北省航空轻质复合材料工程实验室，河北石家庄 050018)

众所周知，任何宏观上看起来十分光滑的金属表面，在微观条件下的外观都是凹凸不平的[1]。这就导致在钢帘线生产的过程需要有润滑介质来降低拉拔金属与拉丝模具孔壁之间所形成的剪切阻力[2]。目前，由于钢丝拉拔液在生产过程中具有润滑膜薄、金属表面光泽度好、冷却性能优异且能大幅度改善生产过程中的工作环境等特点，成为近年研究的热门方向[3-4]。拉拔液主要由基础油、表面活性剂、油性剂、极压剂和固体添加剂等组成[5]。在低压、低温时，油性剂表面的极性基团吸附在擦面上形成定向吸附膜，阻止金属互相间接触，降低磨损程度[6]。本实验较系统地研究了不同油性剂对钢丝拉拔液耐磨性能的影响，为制备耐磨性能优异的钢丝拉拔液提供一定的技术借鉴。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

硅油、三乙醇胺、苯并噻唑、乙二胺、三乙胺、乙二胺四乙酸二钠、甘油、十二醇、辛基十二醇、油酸、磺化蓖麻油、蓖麻油酸、硬脂酸、硬脂酸钠、含磷极压剂、聚氧乙烯醚均为工业品。

RW 20 D S25高速搅拌机；MR-S10(G)杠杆四球摩擦试验机。

1.2 实验方法

1.2.1 拉丝液的合成将各组分依次加入到三口瓶中，升温至70 ℃，以200 r/min，搅拌1～2 h，使体系变为均相，然后再以1 200 r/min搅拌1 h。

1.2.2 性能检测按国家标准GB/T 12583—98润滑剂极压性能测定法进行性能检测。实验条件为室温下分别以长磨时间10 s，载荷88 kg，转速1 450 r/min；长磨时间3 600 s，载荷21 kg，转速500 r/min；长磨时间7 200 s，载荷20.4 kg，转速400 r/min进行测试。磨斑直径为测量三个钢球表面磨斑直径的平均值。

2 结果与讨论

2.1 甘油/十二醇、甘油/辛基十二醇不同配比对拉丝液性能的影响

在拉丝液中，醇类物质是常使用的油性剂。这是由于羟基的存在，可使油性剂在摩擦面吸附成膜，减小摩擦阻力。甘油、十二醇与辛基十二醇都是带有端羟基的油性剂。

图1～图3分别给出了甘油/十二醇、甘油/辛基十二醇分别在10，3 600，7 200 s的磨斑直径。

图1 甘油/十二醇、甘油/辛基十二醇不同配比对10 s磨斑直径的影响

Fig.1 Effects of different ratios of glycerol/dodecanol and glycerol/octyldodecanol on the diameter of 10 s wear spot

图2 甘油/十二醇、甘油/辛基十二醇不同配比对3 600 s磨斑直径的影响

图3 甘油/十二醇、甘油/辛基十二醇不同配比对7 200 s磨斑直径的影响

由图1～图3可知，随着十二醇、辛基十二醇所占比例的增加，磨斑直径都呈现逐渐较小的趋势，这是由十二醇和辛基十二醇碳链长度都比甘油大，在成膜过程中碳链缠绕程度增加，能够形成更加稳定的润滑油膜。同时实验还发现，当甘油/长碳链醇的质量比到达一定程度后，十二醇的耐磨效果要优于辛基十二醇。这主要是由于当辛基十二醇含量过多时，拉丝液体系粘度过高，导致在生产过程中拉丝液各组分不能充分混合均匀，从而影响拉拔液的耐磨性能。

2.2 油酸/蓖麻油酸、油酸/磺化蓖麻油不同配比对拉丝液性能的影响

油酸、蓖麻油酸与磺化蓖麻油都是十八碳链的油性剂。由于这三种物质中都含有极性基团，并且碳链中含有不饱和双键，使得分子极性增加，从而成为性能较好的油性剂。

图4～图6给出了油酸/蓖麻油酸、油酸/磺化蓖麻油不同配比对拉丝液磨斑直径的影响。

由图4～图6可知，随着配比中蓖麻油酸和磺化蓖麻油含量的增加，磨斑直径在不断的减小。这主要是由于与油酸的1个极性基团相比，蓖麻油酸和磺化蓖麻油分别含有2和3个极性基团，因此所形成的润滑油膜会更加的稳定。同时，由实验结果还可知，随着测试时间的增加，由一开始蓖麻油酸耐磨性占优势转变为磺化蓖麻油占优势。这是因为蓖麻油酸只有一个极性基团在端基处，主要形成单层的边界润滑膜，形成的多层润滑膜并不稳定；而磺化蓖麻油酸的两端都有极性基团，可形成几个分子厚的边界润滑膜，使吸附膜向更外层延伸，这种润滑油膜更加不易破损，并且磺化蓖麻油酸还含有硫元素，在长时间摩擦时起到一定极压剂的作用，时间越久会体现得更加明显。