油性劑對(duì)鋼絲拉拔液性能影響的研究

閆思?jí)?，張少丹，楊旺，許永清，趙雄燕，3

(1.河北科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050018；2.河北納泰化工有限公司，河北 石家莊 052160；3.河北省航空輕質(zhì)復(fù)合材料工程實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050018)

眾所周知，任何宏觀上看起來(lái)十分光滑的金屬表面，在微觀條件下的外觀都是凹凸不平的[1]。這就導(dǎo)致在鋼簾線生產(chǎn)的過程需要有潤(rùn)滑介質(zhì)來(lái)降低拉拔金屬與拉絲模具孔壁之間所形成的剪切阻力[2]。目前，由于鋼絲拉拔液在生產(chǎn)過程中具有潤(rùn)滑膜薄、金屬表面光澤度好、冷卻性能優(yōu)異且能大幅度改善生產(chǎn)過程中的工作環(huán)境等特點(diǎn)，成為近年研究的熱門方向[3-4]。拉拔液主要由基礎(chǔ)油、表面活性劑、油性劑、極壓劑和固體添加劑等組成[5]。在低壓、低溫時(shí)，油性劑表面的極性基團(tuán)吸附在擦面上形成定向吸附膜，阻止金屬互相間接觸，降低磨損程度[6]。本實(shí)驗(yàn)較系統(tǒng)地研究了不同油性劑對(duì)鋼絲拉拔液耐磨性能的影響，為制備耐磨性能優(yōu)異的鋼絲拉拔液提供一定的技術(shù)借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

硅油、三乙醇胺、苯并噻唑、乙二胺、三乙胺、乙二胺四乙酸二鈉、甘油、十二醇、辛基十二醇、油酸、磺化蓖麻油、蓖麻油酸、硬脂酸、硬脂酸鈉、含磷極壓劑、聚氧乙烯醚均為工業(yè)品。

RW 20 D S25高速攪拌機(jī)；MR-S10(G)杠桿四球摩擦試驗(yàn)機(jī)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 拉絲液的合成 將各組分依次加入到三口瓶中，升溫至70 ℃，以200 r/min，攪拌1～2 h，使體系變?yōu)榫?，然后再? 200 r/min攪拌1 h。

1.2.2 性能檢測(cè) 按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12583—98潤(rùn)滑劑極壓性能測(cè)定法進(jìn)行性能檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)條件為室溫下分別以長(zhǎng)磨時(shí)間10 s，載荷88 kg，轉(zhuǎn)速1 450 r/min；長(zhǎng)磨時(shí)間3 600 s，載荷21 kg，轉(zhuǎn)速500 r/min；長(zhǎng)磨時(shí)間7 200 s，載荷20.4 kg，轉(zhuǎn)速400 r/min進(jìn)行測(cè)試。磨斑直徑為測(cè)量三個(gè)鋼球表面磨斑直徑的平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 甘油/十二醇、甘油/辛基十二醇不同配比對(duì)拉絲液性能的影響

在拉絲液中，醇類物質(zhì)是常使用的油性劑。這是由于羥基的存在，可使油性劑在摩擦面吸附成膜，減小摩擦阻力。甘油、十二醇與辛基十二醇都是帶有端羥基的油性劑。

圖1～圖3分別給出了甘油/十二醇、甘油/辛基十二醇分別在10，3 600，7 200 s的磨斑直徑。

圖1 甘油/十二醇、甘油/辛基十二醇不同配比對(duì)10 s磨斑直徑的影響

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

圖2 甘油/十二醇、甘油/辛基十二醇不同配比對(duì)3 600 s磨斑直徑的影響

圖3 甘油/十二醇、甘油/辛基十二醇不同配比對(duì)7 200 s磨斑直徑的影響

由圖1～圖3可知，隨著十二醇、辛基十二醇所占比例的增加，磨斑直徑都呈現(xiàn)逐漸較小的趨勢(shì)，這是由十二醇和辛基十二醇碳鏈長(zhǎng)度都比甘油大，在成膜過程中碳鏈纏繞程度增加，能夠形成更加穩(wěn)定的潤(rùn)滑油膜。同時(shí)實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)甘油/長(zhǎng)碳鏈醇的質(zhì)量比到達(dá)一定程度后，十二醇的耐磨效果要優(yōu)于辛基十二醇。這主要是由于當(dāng)辛基十二醇含量過多時(shí)，拉絲液體系粘度過高，導(dǎo)致在生產(chǎn)過程中拉絲液各組分不能充分混合均勻，從而影響拉拔液的耐磨性能。

2.2 油酸/蓖麻油酸、油酸/磺化蓖麻油不同配比對(duì)拉絲液性能的影響

油酸、蓖麻油酸與磺化蓖麻油都是十八碳鏈的油性劑。由于這三種物質(zhì)中都含有極性基團(tuán)，并且碳鏈中含有不飽和雙鍵，使得分子極性增加，從而成為性能較好的油性劑。

圖4～圖6給出了油酸/蓖麻油酸、油酸/磺化蓖麻油不同配比對(duì)拉絲液磨斑直徑的影響。

由圖4～圖6可知，隨著配比中蓖麻油酸和磺化蓖麻油含量的增加，磨斑直徑在不斷的減小。這主要是由于與油酸的1個(gè)極性基團(tuán)相比，蓖麻油酸和磺化蓖麻油分別含有2和3個(gè)極性基團(tuán)，因此所形成的潤(rùn)滑油膜會(huì)更加的穩(wěn)定。同時(shí)，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可知，隨著測(cè)試時(shí)間的增加，由一開始蓖麻油酸耐磨性占優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)榛腔吐橛驼純?yōu)勢(shì)。這是因?yàn)楸吐橛退嶂挥幸粋€(gè)極性基團(tuán)在端基處，主要形成單層的邊界潤(rùn)滑膜，形成的多層潤(rùn)滑膜并不穩(wěn)定；而磺化蓖麻油酸的兩端都有極性基團(tuán)，可形成幾個(gè)分子厚的邊界潤(rùn)滑膜，使吸附膜向更外層延伸，這種潤(rùn)滑油膜更加不易破損，并且磺化蓖麻油酸還含有硫元素，在長(zhǎng)時(shí)間摩擦?xí)r起到一定極壓劑的作用，時(shí)間越久會(huì)體現(xiàn)得更加明顯。

圖4 油酸/蓖麻油酸、油酸/磺化蓖麻油不同配比對(duì)10 s磨斑直徑的影響

圖5 油酸/蓖麻油酸、油酸/磺化蓖麻油不同配比對(duì)3 600 s磨斑直徑的影響

圖6 油酸/蓖麻油酸、油酸/磺化蓖麻油不同配比對(duì)7 200 s磨斑直徑的影響

2.3 硬脂酸和硬脂酸鈉用量對(duì)拉絲液性能的影響

圖7～圖9給出了硬脂酸和硬脂酸鈉不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)拉絲液磨斑直徑的影響。

由圖7～圖9可知，隨著硬脂酸與硬脂酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，磨斑直徑均呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，并且硬脂酸鈉的效果比硬脂酸更好。這是由于硬脂酸鈉的軟化點(diǎn)較高，耐熱性良好，相較于硬脂酸來(lái)說(shuō)在摩擦過程中不易出現(xiàn)燒結(jié)現(xiàn)象。

圖8 硬脂酸和硬脂酸鈉的用量對(duì)3 600 s磨斑直徑的影響

圖9 硬脂酸和硬脂酸鈉的用量對(duì)7 200 s磨斑直徑的影響

3 結(jié)論

研究了不同油性劑對(duì)鋼絲拉拔液耐磨性能的影響，通過樣品性能測(cè)試和數(shù)據(jù)對(duì)比分析得到如下結(jié)論。

(1)在甘油/十二醇、甘油/辛基十二醇作為油性劑的拉拔液體系中，隨著十二醇和辛基十二醇所占比例的增加，磨斑直徑都呈現(xiàn)逐漸變小的趨勢(shì)，且當(dāng)甘油/長(zhǎng)碳鏈醇的質(zhì)量比到達(dá)一定程度后，十二醇的耐磨效果要優(yōu)于辛基十二醇。

(2)以油酸/蓖麻油酸和油酸/磺化蓖麻油作為油性劑時(shí)，隨著配比中蓖麻油酸和磺化蓖麻油含量的增加，磨斑直徑在不斷的減小，且與蓖麻油酸相比，磺化蓖麻油隨著長(zhǎng)磨時(shí)間的增加，其耐磨優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)更加明顯。

(3)隨著拉拔液中硬脂酸和硬脂酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，拉拔液磨斑直徑均呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，并且硬脂酸鈉的耐磨性能要優(yōu)于硬脂酸。