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        新型鋁質(zhì)電線電纜拉拔潤(rùn)滑劑的研究

        2018-04-02 06:56:18吳郡
        天津化工 2018年1期
        關(guān)鍵詞:鋁線基礎(chǔ)油潤(rùn)滑劑

        吳郡

        (天津歐陸寶新材料科技有限公司,天津300000)

        近年來(lái),中國(guó)發(fā)電企業(yè)在國(guó)家和政府的大力支持下,不斷推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步,為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)民生活提供可靠的保障。發(fā)電及供電事業(yè)的發(fā)展推動(dòng)了新型線纜行業(yè)的不斷興起和進(jìn)步,既然“電”在傳輸?shù)倪^(guò)程中,線纜起著“承載”“搭橋”的關(guān)鍵作用,那么線纜的質(zhì)量就尤為重要和關(guān)鍵,其中影響線纜質(zhì)量的關(guān)鍵因素——拉拔工藝及拉拔潤(rùn)滑劑的革新與進(jìn)步成為一項(xiàng)重要的課題。

        1 新型鋁質(zhì)線纜拉拔工藝

        金屬拉拔工藝是將圓柱形毛坯在潤(rùn)滑劑存在情況下拉過(guò)錐形??自诶巫饔孟率蛊浣孛娣e縮小和長(zhǎng)度增加形成線材和管材的加工方法。拉拔通常是一種冷加工過(guò)程,是一種連續(xù)和穩(wěn)定的工藝,獲得高精度、高表面光潔度線材和管材的一種塑性加工工藝?,F(xiàn)代拉拔設(shè)備,諸如合肥神馬科技、四川德陽(yáng)東佳港機(jī)電、柳工集團(tuán)上海鴻得利、西北機(jī)器、廣意永雄等拉拔設(shè)備,不但速度高,而且變形大,這就對(duì)拉拔潤(rùn)滑劑提出了很高的要求。

        2 拉拔工藝的潤(rùn)滑特點(diǎn)

        對(duì)于鋁拉絲的機(jī)理問(wèn)題,參照線材的滑動(dòng)拉拔過(guò)程,明確鋁桿塑性變形一般是通過(guò)位錯(cuò)在滑移面上的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,多晶體變形時(shí)還要通過(guò)各晶粒的協(xié)調(diào)來(lái)進(jìn)行。由于材質(zhì)的復(fù)雜性和不均勻性,塑性變形在金屬內(nèi)部也不會(huì)絕對(duì)均勻,這種變形的不均勻性對(duì)鋁桿的后續(xù)變形產(chǎn)生影響。

        通常拉拔加工所消耗的能量,一大部分消耗在模具和拉拔材料的摩擦上,造成界面溫度升高,容易發(fā)生潤(rùn)滑油膜破裂甚至燒結(jié)。在此加工過(guò)程中,良好的潤(rùn)滑狀態(tài)能減少拉拔時(shí)摩擦所產(chǎn)生的熱量,從而減少拉拔材料和模具界面的溫升,有助于延長(zhǎng)模具壽命,提高拉拔速度,改善拉拔材料表面質(zhì)量和機(jī)械性能。欲維持或確保良好的潤(rùn)滑狀態(tài),當(dāng)然要涉及模具形狀、材質(zhì)以及潤(rùn)滑劑供給方式,但主要還是取決于潤(rùn)滑劑本身的性能。鋁合金線纜所具有的輕量化的特點(diǎn)是今后發(fā)展的趨勢(shì),同時(shí),對(duì)拉拔潤(rùn)滑劑提出了更高的要求[1,2]。

        3 金屬鋁及其合金拉拔的潤(rùn)滑過(guò)程

        鋁屬于兩性金屬,表面有一層易破壞的氧化膜,拉拔過(guò)程使用的潤(rùn)滑劑也有其特殊之處。

        3.1 潤(rùn)滑作用

        拉拔設(shè)備的??讓儆谌嗽煦@石或鎢鋼,鋁導(dǎo)輪屬于合金鋼,在變形金屬和??字g,屬于流體潤(rùn)滑,潤(rùn)滑劑保持一層潤(rùn)滑油膜;在鋁導(dǎo)輪和鋁線之間,存在著多種潤(rùn)滑方式,潤(rùn)滑劑具備油性和極壓特性,避免模具與鋁桿(鋁線)直接接觸及黏結(jié),減少摩擦,使鋁桿(鋁線)沿受力方向均勻變形,并可增加鋁桿的變形程度,減少能量消耗和加工道數(shù),延長(zhǎng)模具的使用壽命。

        3.2 冷卻作用

        鋁拉拔潤(rùn)滑劑可以迅速帶走拉拔變形產(chǎn)生的熱量,保證連續(xù)退火過(guò)程,降低鋁線與??椎臏囟?,防止鋁線溫度過(guò)高氧化變色,降低鋁線與??住X線與鋁導(dǎo)輪之間的摩擦系數(shù),提高拉拔速度和消除黏結(jié)現(xiàn)象。過(guò)多的熱量導(dǎo)致潤(rùn)滑劑的長(zhǎng)時(shí)間高溫氧化變質(zhì),性能衰減。

        3.3 清洗作用

        拉拔過(guò)程中會(huì)不斷產(chǎn)生細(xì)微的鋁粒子,拉拔潤(rùn)滑劑具有不斷沖洗???,清除鋁粒子的作用。

        3.4 防銹作用

        潤(rùn)滑劑需對(duì)拉拔過(guò)程中的鋁桿和鋁線起到保護(hù)作用,保護(hù)鋁線新舊表面不受氧化和銹蝕;潤(rùn)滑劑在鋁線上的殘留不應(yīng)對(duì)后續(xù)加工和操作造成不良影響,不應(yīng)使鋁線發(fā)生化學(xué)的或冶金學(xué)的變化。

        3.5 安全環(huán)保

        安全無(wú)毒,儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng),不刺激皮膚,不致癌,不易燃,根據(jù)原料選擇可部分生物降解。

        4 鋁及其合金拉拔潤(rùn)滑劑的研制[3~5]

        4.1 載體原料(基礎(chǔ)油)的選擇

        考慮到基礎(chǔ)油和添加劑的配伍問(wèn)題(相容性)的情況下,適宜選擇高粘度組分的石蠟基基礎(chǔ)油,其中以光亮油為主要組成部分,保證拉拔潤(rùn)滑劑有足夠的油膜厚度。從環(huán)保和生物降解的角度出發(fā),可選擇一些可生物降解的酯類基礎(chǔ)油和植物油或改性植物油(降解率達(dá)90%以上)[4,6]?;A(chǔ)油高、中、低粘度搭配,來(lái)滿足處于不同氣候條件、不同區(qū)域設(shè)備的要求。

        4.2 基礎(chǔ)油是基礎(chǔ)、添加劑才是關(guān)鍵

        作為一個(gè)特種工藝用油,配方師對(duì)添加劑的篩選應(yīng)該準(zhǔn)確和敏銳。同時(shí),利用不同類型添加劑復(fù)配以取得增效性能,滿足特定工況的性能要求。從環(huán)境友好的角度出發(fā),選擇環(huán)境友好添加劑。

        4.2.1 摩擦改進(jìn)劑(FM)和油性劑的選擇

        摩擦改進(jìn)劑都含有極性基,含有極性基團(tuán)的物質(zhì)對(duì)金屬表面有很強(qiáng)的親和力,極性基團(tuán)強(qiáng)有力的吸附在金屬表面,形成一種類似緩沖墊的保護(hù)膜把金屬分開(kāi),從而減少摩擦及磨損。

        FM的效果受吸附力的強(qiáng)度與吸附力分子間的附著能的大小支配。希望FM具有-COOH、-NH2等。吸附力大的極性基,F(xiàn)M的碳鏈為直鏈的好。對(duì)相同系列的FM,隨碳鏈的增長(zhǎng),摩擦系數(shù)減小。從FM吸附熱與磨損性能的關(guān)系可以看出,吸附能高的,磨損量少(見(jiàn)表1、表2)。FM的減摩效果與極性基在烷基上的位置有關(guān),極性基最適合的位置是在長(zhǎng)鏈的最末端,這樣長(zhǎng)鏈狀的FM分子的極性基端就會(huì)垂直地吸附在金屬表面,碳?xì)洳糠止P直地直立于油中,類似于風(fēng)景畫(huà)中的樹(shù)。如果極性基向內(nèi)側(cè)移動(dòng),F(xiàn)M分子就不是垂直地吸附,極端的場(chǎng)合下就平行吸附于金屬表面,阻礙了密集吸附。

        表1 FM的吸附熱與磨損性能的關(guān)系

        表2 現(xiàn)代摩擦改進(jìn)劑技術(shù)

        4.2.2 極壓(EP)和惰性極壓(PEP)抗磨添加劑的選擇

        大部分油性劑一般只能在載荷和沖擊振動(dòng)不是非常大、溫度不是很高的條件下有效果,而當(dāng)摩擦部位的溫度達(dá)到150℃、載荷接近25MPa時(shí)脫附而失去油性作用(表3、表4),有特定工況要求的,這時(shí)就要采用EP添加劑或PEP添加劑來(lái)解決問(wèn)題。

        表3 常用摩擦改進(jìn)劑

        表4 不同F(xiàn)M的脫附溫度

        在鋁的拉拔潤(rùn)滑劑中,考慮到鋁本身的特性,應(yīng)該選擇一些非活性的極壓抗磨添加劑和PEP添加劑,這樣既滿足了特定的工況要求,又不會(huì)對(duì)鋁造成化學(xué)腐蝕,同時(shí)也不會(huì)在拉拔潤(rùn)滑劑溫度升高時(shí)產(chǎn)生刺激性氣味。

        總而言之,選擇適當(dāng)?shù)挠托蕴砑觿﹣?lái)調(diào)配鋁拉拔潤(rùn)滑劑,潤(rùn)滑劑中的極性分子會(huì)牢固地吸附于鋁桿、鋁線及鋁導(dǎo)輪表面形成潤(rùn)滑良好的油膜,就可以承受很大的壓力,而不會(huì)從摩擦界面的間隙中擠出。此外,極性分子能沿著被加工鋁桿和鋁線內(nèi)的微觀裂縫由表及里地滲入到某一深度,使塑性變形時(shí)鋁桿和鋁線內(nèi)的滑動(dòng)容易進(jìn)行。正是由于極性分子不斷滲入到鋁桿和鋁線的微觀裂縫,從而減少了加工道數(shù),提高了拉拔效率。

        4.2.3 防銹組分的選擇

        針對(duì)鋁線在拉拔過(guò)程中會(huì)因?yàn)楦邷匮趸瘜?dǎo)致的變色及氧化膜脫落問(wèn)題,選擇鋁的防銹劑時(shí),應(yīng)結(jié)合鋁的化學(xué)特性,作出經(jīng)濟(jì)科學(xué)合理的判斷和選擇使用。油性的鋁緩蝕劑價(jià)格都比較昂貴,選擇主要以磷酸酯為主。

        4.2.4 抗氧添加劑的選擇

        拉拔潤(rùn)滑劑在使用過(guò)程中會(huì)逐漸的氧化變質(zhì),使用壽命縮減,進(jìn)而影響拉線質(zhì)量,增大設(shè)備部件磨損,增加生產(chǎn)成本。因此選擇抗氧劑的加入來(lái)抑制油品的氧化變質(zhì),延長(zhǎng)油品的使用壽命??寡鮿┑倪x擇應(yīng)該結(jié)合基礎(chǔ)油的情況,進(jìn)行高低溫型抗氧劑搭配使用。

        除了以上各組分,還應(yīng)添加一些性能穩(wěn)定的表面活性劑,此類添加劑不僅能起到良好的潤(rùn)濕、成膜、潤(rùn)滑作用,還具備一定的清洗冷卻作用,同時(shí)也可降低拉拔潤(rùn)滑劑的表面張力,有助于泡沫的消除。

        4.3 鋁及其合金拉拔潤(rùn)滑劑(TL-KT-3986)的性能和技術(shù)參數(shù)

        本產(chǎn)品采用上述基礎(chǔ)油和各功能添加組分,經(jīng)過(guò)特殊加工工藝調(diào)制而成,產(chǎn)品在潤(rùn)滑性方面具有新型獨(dú)特的潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)。潤(rùn)滑機(jī)理通過(guò)化學(xué)吸附膜、特種元素滲透層、共晶滾動(dòng)潤(rùn)滑層的多元潤(rùn)滑模式,成倍提高極壓抗磨減摩性能,極大降低摩擦系數(shù),明顯抑制潤(rùn)滑劑溫度升高,具有長(zhǎng)期持續(xù)的潤(rùn)滑功效和突出的高溫抗氧化功能??缮锝到饨M分的加入,可在一定程度上突出良好的環(huán)境友好表現(xiàn)。本品具備良好的潤(rùn)滑性能,拉制線材時(shí)能大幅降低鋼與鋁及鋁合金之間的摩擦系數(shù),降低設(shè)備能耗,有效延長(zhǎng)模具的使用壽命,顯著加快拉拔速度;卓越的抗磨性能,可提高鋁線表面光潔度,拉出的線材無(wú)白斑痕跡,減少磨具磨損,延長(zhǎng)模具使用壽命;良好的抗氧化安定性和熱穩(wěn)定性,使油品耐老化能力強(qiáng),在熱的壓力沖擊下不易分解,換油周期長(zhǎng)。其優(yōu)異的冷卻能力和潤(rùn)濕能力,使油品在極高的拉絲速度下顯示出極佳的工作特性,降本增效,增加拉絲數(shù)量;環(huán)保型配方,安全衛(wèi)生,無(wú)刺激性氣味,對(duì)皮膚無(wú)刺激作用,正常使用對(duì)人體無(wú)不良影響。(表5)

        表5TL-KT-3986高速鋁拉絲油

        4.4 產(chǎn)品應(yīng)用

        本產(chǎn)品適用于電線、電纜行業(yè)拉拔鋁的潤(rùn)滑劑和冷卻劑,適用于集中供液或單機(jī)供液的各種過(guò)濾系統(tǒng)。適用于鋁、鋁合金及鋁鎂合金高速大拉拉伸拉拔工藝。適用于電線、電纜及漆包線行業(yè)的高速拉拔??刂茲?rùn)滑油的工作溫度在40~60℃之間,以保證拉絲油的最佳使用效果。在使用過(guò)程中應(yīng)定期清除沉積的鋁粉和雜物。使用周期:使用時(shí)間10~12個(gè)月。拉拔產(chǎn)量:6~8kt線材。

        4.5 產(chǎn)品儲(chǔ)存與使用事項(xiàng)

        于室溫下密封貯存,不允許露天存放,以免影響產(chǎn)品的使用性能和質(zhì)量。更換舊油時(shí),可保留約5%的舊油與新油混合使用,拉絲效果更好。請(qǐng)勿與其他廠家產(chǎn)品混用。

        參考資料:

        [1]龐玉華編著.金屬塑性加工學(xué)[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2005.

        [2]趙振鐸編著.金屬塑性成形中的摩擦與潤(rùn)滑[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

        [3]T.曼格,W.德雷澤爾編著.潤(rùn)滑劑與潤(rùn)滑技術(shù).趙旭濤,王建明譯[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

        [4]顏志光主編.新型潤(rùn)滑材料與潤(rùn)滑技術(shù)實(shí)用手冊(cè)[M].北京:國(guó)防工業(yè) 出版社,1999.

        [5]黃文軒編著.潤(rùn)滑劑添加劑性質(zhì)及應(yīng)用[M].北京:中國(guó)石化出版社,2012.

        [6]方建華.改性植物油作為可生物降解潤(rùn)滑添加劑的研究:[學(xué)位論文].后勤工程學(xué)院,2001:7-8.

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