一種鋁合金壓鑄蠟乳液脫模劑的研制

吳國江，曹桂芝，江 敏

（1. 中國石油撫順石化公司研究院，遼寧 撫順 113004； 2. 中國石油撫順石化公司乙烯化工廠，遼寧 撫順 113004）

一種鋁合金壓鑄蠟乳液脫模劑的研制

吳國江1，曹桂芝2，江 敏2

（1. 中國石油撫順石化公司研究院，遼寧 撫順 113004； 2. 中國石油撫順石化公司乙烯化工廠，遼寧 撫順 113004）

研究了用氧化聚乙烯蠟、58#全煉蠟制備鋁合金壓鑄蠟乳液脫模劑的方法?？疾榱巳榛瘎╊愋?、乳化劑用量、乳化工藝對乳液穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)復(fù)合乳化劑用量為復(fù)合蠟的30%，乳化溫度為95℃，攪拌速度為500～700 r/min時，乳化時間為40～45 min，可以制取一種穩(wěn)定的用于鋁合金壓鑄蠟乳液脫模劑。

氧化聚乙烯蠟；石蠟；乳液；脫模劑

鋁合金是我國應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬材料，它密度小，強(qiáng)度大，塑性好，通過鑄造方法它被加工成各種型材，廣泛被應(yīng)用于軍事工業(yè)、民用工業(yè)、建筑工業(yè)等諸多領(lǐng)域，用量僅次于鋼。

鋁合金材料加溫熔化，在液態(tài)下經(jīng)高壓注入模具型腔，幵在短時間內(nèi)開模頂件出模，為保證制品的順利出模，必須在注射前在模具型腔表面噴涂脫模劑[1]。目前主要有油性脫模劑、水基脫模劑和粉體脫模劑。油性脫模劑在使用過程冒黑煙、污染生產(chǎn)環(huán)境，而且還由于油性強(qiáng)容易污染鋁合金表面。粉體脫模劑在國內(nèi)使用中存在有效成分分布不均勻，鋁合金表面不美觀的不足，再有成本較高，應(yīng)用較少，國外主要把它用在真空壓鑄［2］。

水基脫模劑具有冷卻效果好、不產(chǎn)生堆積、鑄件表面質(zhì)量好、有助于減少內(nèi)部氣孔率以及使用安全、情節(jié)、無污染等優(yōu)點(diǎn)［3］，受到鋁合金制品生產(chǎn)企業(yè)歡迎。本世紀(jì)初我國中南地區(qū)一家鋁合金壓鑄件廠在使用自行調(diào)制一種水基脫模劑中出現(xiàn)了粘?，F(xiàn)象，希望我們對產(chǎn)品問題給予分析和幫助改迚。

1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

1#氧化改性聚乙烯蠟（板狀）:國產(chǎn)；2#氧化改性（粒狀）:迚口；58#全煉蠟：工業(yè)級；各種乳化劑、助劑：均為工業(yè)級。

微量熔點(diǎn)測定儀：日本YANACO制造所；S7401型電動攪拌器：山東省郢城永興儀器廠；SKM數(shù)顯恒溫電熱套：山東省郢城永興儀器廠；搪瓷缸250～500 mL若干。

2 實(shí)驗(yàn)過程

按比例稱取選定的氧化改性聚乙烯蠟、石蠟，幵切成1 cm左右的小塊，放入搪瓷缸內(nèi)。之后，再按比例加入復(fù)合乳化劑，邊攪拌邊慢慢升溫，物料完全熔化后幵達(dá)到120 ℃溫度時，將含有一定比例助劑且溫度達(dá)到95 ℃的pH值為7.5～8.5的軟化水緩慢加入搪瓷缸內(nèi)，幵在10 min左右內(nèi)加完。之后繼續(xù)恒溫?cái)嚢?0 min，冷卻到60 ℃左右出料。

3 結(jié)果與討論

3.1 成膜物料的選擇

潤濕溫度是鋁合金壓鑄生產(chǎn)工藝中一項(xiàng)重要參數(shù)，只有使模具溫度低于潤濕溫度，才能使脫模劑達(dá)到有效噴涂。因此，它也是衡量脫模劑性能的評價參數(shù)。所謂潤濕溫度是指脫模劑能正常在型腔表

面擴(kuò)散，載體蒸發(fā)，形成薄膜起到潤滑、脫模作用的最高模具溫度[4]。潤濕溫度主要與噴涂條件、脫模劑成分及稀釋比例等因素有關(guān)。脫模劑成分中含有高粘性物質(zhì)，則可提高潤濕溫度[3]。

油脂類、皂類、蠟類以及高分子化合物等物質(zhì)都可以作為成膜物料。氧化改性聚乙烯蠟在這些物質(zhì)中熔點(diǎn)較高，有較高的粘性和成膜性，而且含有易于乳化的-OH基，-COOH基，-O-鍵等極性基團(tuán)，選擇這種物質(zhì)作為成膜物料是適宜的。表1是對用戶所選用幵提供的兩種氧化聚乙烯蠟的性能測定結(jié)果?？紤]酸值越高，乳化越容易特性，選擇了1#氧化改性高分子化合物作為主體原料。

表1 兩種氧化改性高分子聚合物性能測定結(jié)果Table 1 Property of two oxidized polyethylene waxes

高分子聚合物的乳液成膜過程可分為充填、熔合和擴(kuò)散三個階段[5]。石蠟熔點(diǎn)低，與高分子聚合物具有良好的相溶性，可以改善它們的流動性[6]，有助于成膜三個階段的完成，形成連續(xù)均勻的薄膜，但石蠟容易會向模具沉積幵可能堵塞噴頭[7]，從壓鑄工藝角度選它作為脫模劑主體材料不是理想的。本產(chǎn)品將它作為一種性能改迚輔料，與氧化聚乙烯蠟組成一個復(fù)合成膜物料。石蠟為58#全煉蠟。

經(jīng)過用戶實(shí)際測評，認(rèn)為氧化改性聚乙烯蠟與石蠟的復(fù)配比例為12∶1制取的乳液符合鋁合金壓鑄工藝要求。

3.2 乳化劑的確定

3.2.1 乳化劑的選擇

表2 乳化劑的考察Table 2 Choice of emulsifiers

氧化改性聚乙烯蠟、石蠟都不溶于水，需要借助乳化劑幵在外力攪拌下才能分散到水中。選擇適宜的乳化劑是制取穩(wěn)定蠟乳液的關(guān)鍵條件。乳化劑是一種表面活性劑，其分子是由親水基極性基團(tuán)和親油基非極性基團(tuán)組成。它的HLB值（親水親油平衡值）是選擇乳化劑的基礎(chǔ)。本產(chǎn)品是水包油型（O/W）乳液，應(yīng)選擇HLB值在8～18的乳化劑。表2是所選擇的乳化劑制取的乳液20 d觀測結(jié)果。從表中不難看出單一乳化劑制取的乳液不穩(wěn)定，復(fù)配的乳化劑乳化效果好，其中復(fù)配3乳化效果最好。

3.2.2 乳化劑用量

乳化劑用量影響乳液質(zhì)量。乳化劑用量過少，乳液不穩(wěn)定，易分層。乳化劑用量過多，穩(wěn)定性得到了保證，但容易產(chǎn)生太多的氣泡而影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且也增加了產(chǎn)品成本，所以，只有合適的乳化劑用量才能達(dá)到最佳乳化效果。表3是采用復(fù)配3乳化劑對復(fù)合物料乳化的20天考察結(jié)果。當(dāng)m（乳化劑）∶m（復(fù)合物料）為0.3時就可以制得穩(wěn)定的乳液。

表3 乳化劑用量對乳化結(jié)果的影響Table 3 Effect of emulsifier amount on emulsion

3.3 乳化工藝的考察

乳化溫度、乳化時間、攪拌速度是影響乳液質(zhì)量的三大因素。在相同復(fù)合物料用量20%、相同復(fù)合乳化劑加入量前提下，保持三個因素中兩個因素不變，對另外一個因素迚行考察。

3.3.1 乳化溫度

表4 乳化溫度的影響Table 4 Effect of emulsifying temperature on emulsion

氧化聚乙烯蠟、石蠟都是內(nèi)聚能很強(qiáng)的物質(zhì)。只有足夠的熱量才能使它們?nèi)刍瘞越档退鼈兊膬?nèi)聚能，所以，考察乳化溫度對制得一個穩(wěn)定的乳液是重要的，由于復(fù)合物料熔點(diǎn)較高，考察實(shí)驗(yàn)中選擇起始乳化溫度是80 ℃。表4是乳化溫度考察的結(jié)果。

從表中可以看出，低于90 ℃時，乳液質(zhì)量差，表現(xiàn)出結(jié)塊、浮蠟、乳液顆粒較粗等現(xiàn)象，高于98℃時，乳液中有大量泡沫產(chǎn)生，這是因?yàn)槿榛瘻囟雀?，乳化劑分子熱運(yùn)動加劇，削弱了乳化劑在蠟水界面的定向吸附作用，乳液變得不穩(wěn)定。只有在90～95 ℃時，乳液狀態(tài)良好，特別是在95 ℃時，乳液接近半透明狀態(tài)，即微乳液狀態(tài)，這對降低潤滑膜的摩擦系數(shù)，提高脫模效率和鑄件表面光潔度是有利的，因此，選擇95 ℃作為乳化溫度是適宜的。

3.3.2 乳化時間

乳化時間是制取仸何乳液的考察因素，因?yàn)樗粌H是制取高穩(wěn)定乳液的保證，也是節(jié)能降耗有效措施。乳化時間不足，復(fù)合物料得不到充分乳化，時間過長，乳液穩(wěn)定性得到保障，但也增加了生產(chǎn)成本。表5對乳化時間考察的結(jié)果。根據(jù)考察結(jié)果以及本著提高生產(chǎn)效率，節(jié)約能源目的，乳化時間應(yīng)控制在45～50 min之間。

表5 乳化時間的影響Table 5 Effect of emulsifying time on emulsion

3.3.3 攪拌速度

攪拌速度也影響蠟乳液穩(wěn)定性。攪拌速度過低，乳液顆粒不均勻，直接影響油相分散性；攪拌速度過高，加強(qiáng)了乳液的穩(wěn)定性，但也容易產(chǎn)生大量泡沫，給生產(chǎn)和使用帶來不便。從表6可見，攪拌速度控制在 500～600 r/min之間就可獲得令人滿意的乳化效果。

表6 攪拌速度的影響Table 6 Effect of stirring speed on emulsion

4 結(jié) 論

用氧化聚乙烯蠟、58#全煉蠟為原料，在復(fù)合乳化劑用量為復(fù)合物料的30%，乳化溫度為95 ℃，攪拌速度為 500～700 r/min時，乳化時間為 40～45 min，可以制取一種穩(wěn)定的用于鋁合金壓鑄蠟乳液脫模劑。

［1］鋁壓鑄脫模劑的應(yīng)用技術(shù)[J]. 鑄造縱橫，2007（12）：42.

［2］TURTON R, BHATIA A, HAKIM H, et al. Research in particle coating and agglomeration at West Virginia [J]. Powder Technology,2001,117:139-148。

［3］范琦，徐永博，盧宏進(jìn). 關(guān)于壓鑄水基脫模劑的幾個問題[J]. 特種鑄造及有色合金，1995(6)：30-32．

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Preparation of Wax-Emulsion Releasing Agent for Aluminium Alloy Die Casting

WU Guo-jiang1，CAO Gui-zhi2，JIANG Min2
（1. PetroChina Fushun Petrochemical Company Research Institute, Liaoning Fushun113004, China;
2. PetroChina Fushun Petrochemical Company Ethylene Chemical Plant, Liaoning Fushun113004, China）

A preparation method of wax-emulsion releasing agent for aluminium alloy die casting from oxidized polyethylene wax and 58#fully refined paraffin wax was studied. Effects of emulsifier type, emulsifier dosage and emulsifying process on the emulsion stability were studied. The results show that, when the compounded emulsifier dosage is 30% of the mixed wax mass, the emulsifying-temperature is 95℃, the stirring speed is between 500~700 r/min, the emulsifying time is between 40~45min, stable wax-emulsion releasing agent for aluminium alloy die casting can be prepared.

Oxidized polyethylene wax; Paraffin wax; Emulsion; Releasing agent

TE 624

A

1671-0460（2014）09-1695-03

2014-08-11

吳國江（1965-），男，遼寧撫順人，高級工程師，畢業(yè)于撫順石油學(xué)院化工機(jī)械與設(shè)備專業(yè),長期從事特種蠟和石蠟工藝研究，在國家和省部級專業(yè)刊物公開發(fā)表論文20余篇。E-mail:wuguojiang_wax@sina.cn。