CN111411009B - 一种金属拉拔润滑剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及拉丝润滑技术领域，尤其是一种金属拉拔润滑剂及其制备方法，经过在蓖麻油酸酯类与醇类有机物反应过程中加入钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂的混合物，改善了由蓖麻油酸酯类与醇类有机物反应制备金属拉拔用的润滑剂在金属线材表面的附着力，提高了润滑剂的阻燃性能，防止了在金属线材拉拔过程产生高温导致润滑剂燃烧的现象产生，提高了金属拉拔过程钢丝表面光滑性，降低了金属拉拔过程钢丝表面与模具之间的摩擦系数，降低了拉拔能耗，保证了拉拔钢丝产品的品质。

Description

一种金属拉拔润滑剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及拉丝润滑技术领域，尤其是一种金属拉拔润滑剂及其制备方法。
背景技术
金属拉拔是通过模具孔减少加工材料的截面积，获得高精度、高光泽度的线材或管材的塑性加工工艺，属于形迹加工工艺，广泛应用于碳钢、不锈钢、合金钢、铜、铝以及合金等各种金属材料，能够生产直径大至数十毫米的棒材或管材，直径小至微米的导线、丝线等数千种不同规格、用途的产品。金属拉拔过程中需要消耗大量的能量，这些能量的消耗都是在模具与拉拔材料的摩擦上，在拉拔过程中，造成拉拔界面温度升高，产生大量的热量，致使金属拉拔产品的成品率、合格率均较低，因此，在金属拉拔过程中，需要在拉拔界面涂敷润滑剂，用以保证拉拔金属与模具之间的摩擦系数降低，减小金属拉拔过程中产生的热量，有助于延长模具的使用寿命，提高拉拔速度，改善生产效率，改善拉拔材料的表面质量和机械性能，尤其能够确保拉拔过程中不断线，提高拉拔产品的成品率和合格率。
可是，随着金属拉拔技术的不断发展，拉拔效率的不断提高，致使对润滑剂的品质要求也越来越高，导致既要润滑剂具有良好的润滑性能和冷却性能，而且还不能影响下道工序的处理，同时还需要润滑剂具有耐高温耐磨损性能，避免金属拉拔过程导致润滑剂膜层发生破裂、甚至烧结的现象，保证金属拉拔的顺利进行。目前，金属拉拔过程中，采用的润滑剂以全油性或者合成型为主，都是以植物油、工业成品油为主要原料制备而成，随着石油价格的不断上涨，致使该类润滑剂的成本逐渐攀升；全油性的润滑剂的冷却效果较差，在金属拉拔时，产生的热量致使油料蒸发，产生难闻的气味，影响了生产车间的环境，威胁着工人的健康；而且现有技术中的润滑剂的耐高温性能不佳，致使拉拔过程中金属材料与模具之间的摩擦时产生的热量将润滑剂膜层损坏、甚至烧结，致使拉拔摩擦产生出火花，存在着严重的安全隐患。
鉴于此，本研究者经过检索，发现现有技术中针对该技术问题作出了大量研究。
例如为了改善润滑剂散热速度，产生油雾，产生火花，专利号为ZL200810026982.6公开了金属拉丝润滑剂，采用水基润滑剂、植物发酵料、植物油脂、氮化物和水；氮化物为酰胺类和/或铵盐类，植物发酵料为木质素碳酸盐和/或木质素磺酸盐。
再例如：为了能够降低摩擦系数，实现对摩擦表面的修复，降低金属线断头率，防止难闻气体产生，专利申请号为201611135240.8公开了金属拉丝润滑剂的制备方法，以蓖麻油酸甲酯为原料，制得润滑油基础油，再通过超声辅助玻璃二硫化钼晶体，制得类石墨烯结构的二硫化钼与碳纳米管分散液复合，得到分散液，再将润滑油基础油、聚乙烯醇、去离子水搅拌后加入分散液混合，得到金属拉丝润滑剂。
可是，在金属拉拔过程中，不仅需要润滑剂具有环保、弱化安全风险、降低成本、改善散热效果、保证拉拔速度等性能，而且，还需要保证附着力强，避免金属拉拔过程中掉落，降低金属拉拔车间粉尘产生率。然而，现有技术中，对于金属拉拔采用的润滑剂研究中，并未针对润滑剂附着能力进行研究，导致所得的润滑剂产品在金属拉拔过程所起作用较低，致使金属拉拔车间产生大量粉尘，而且金属线断头率较高，产品合格率较低。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种金属拉拔润滑剂及其制备方法。
具体是通过以下技术方案得以实现的：
金属拉拔润滑剂制备方法，将蓖麻油酸酯类与醇类有机物在催化剂催化作用下反应，在反应过程中，以钛酸酯偶联剂质量计，加入有占蓖麻油酸酯类质量1％的钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂混合物；经过蓖麻油酸酯类与醇类有机物进行催化反应制备金属拉拔润滑剂，利用了蓖麻油酸酯类原料丰富，降低了成本，并且在反应过程中加入钛酸酯偶联剂与硅烷偶联剂混合的混合物，使得该混合物参与蓖麻油酸酯类和醇类有机物的反应中，改善了润滑剂在金属拉拔过程的金属表面的附着力，提高了散热效率，提高了金属拉拔速度，减少了金属拉拔车间粉尘产生率。
其中：采用的蓖麻油酸酯类为蓖麻油酸甲酯和/或蓖麻油酸聚氧丙烯酯，优选将蓖麻油酸甲酯和蓖麻油酸聚氧丙烯酯按照体积比为1:1混合时，其润滑效果较佳，被润滑剂附着的金属表面的摩擦系数得到了降低，提高了金属拉拔速度；采用醇类有机物为异辛醇和/或异丁醇，优选将异辛醇和异丁醇按照体积比为1:0.8混合；采用催化剂为固体强酸催化剂和/或D001树脂催化剂，优选将固体强酸催化剂和D001树脂催化剂按照1:0.1-0.3质量比混合，改善了蓖麻油酸酯类与醇类有机物反应效果，增强了润滑剂在金属表面的附着力，改善了金属拉拔速度，提高了拉拔产品生产效率；反应过程的条件是：将蓖麻油酸酯类与醇类有机物混合加入到反应釜中，加入占混合液质量0.2-0.8％的催化剂，以150-200r/min搅拌处理8-12min，加热至92-95℃，边加热边搅拌，并在搅拌过程中加入钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂混合物，恒温反应1-2h，即得。
优选，所述的固体强酸催化剂为SO4 2-/WO3和/或SO4 2-/TiO2。
优选，所述的蓖麻油酸酯类与醇类有机物混合体积比为1:3-4。
优选，所述的蓖麻油酸酯类与醇类有机物混合体积比为1:3.5。
优选，所述的钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂混合物的混合质量比为1:0.2-0.5。
优选，所述的钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂混合物的混合质量比为1:0.3-0.4。
优选，所述的钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂混合物的混合质量比为1:0.35。
与现有技术相比，本发明创造的技术效果体现在：
经过在蓖麻油酸酯类与醇类有机物反应过程中加入钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂的混合物，改善了由蓖麻油酸酯类与醇类有机物反应制备金属拉拔用的润滑剂在金属线材表面的附着力，提高了润滑剂的阻燃性能，防止了在金属线材拉拔过程产生高温导致润滑剂燃烧的现象产生，提高了金属拉拔过程钢丝表面光滑性，降低了金属拉拔过程钢丝表面与模具之间的摩擦系数，降低了拉拔能耗，保证了拉拔钢丝产品的品质。
本发明创造适用于铜、铁、碳钢、铝合金等金属材质拉拔成对应丝材时作润滑剂，散热效率高；在研究过程中，经过对催化剂组成以及偶联剂混合物混合比进行控制，使得润滑剂在钢丝拉拔使用时的性能得到了大幅度的改善，降低了拉拔时的温度，而且避免了在拉拔过程中发生烧结成焦炭的现象，保证了拉拔钢丝的表面光滑度，保证了拉拔产品的品质。经过试验得知：在润滑剂浓度为2％时，其在金属线材表面形成的膜强度能够达到71kg以上，钢丝拉拔过程中，未发现有燃烧的烟气、烟雾产生，可见充分利用了偶联剂加入之后的吸附强度和阻燃性能，最大程度改善了润滑剂的综合性能，提高了润滑剂的品质，保证了金属拉拔产品的品质。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例1
量取蓖麻油酸甲酯50mL，量取异辛醇150mL，混合，装入到反应釜中，向反应釜中加入0.342gD001树脂催化剂，以150-200r/min搅拌处理8-12min，加热至92-95℃，边加热边搅拌，恒温反应1-2h，即得。
实施例2
量取蓖麻油酸聚氧丙烯酯100mL，量取异丁醇400mL，混合，装入到反应釜中，向反应釜中加入3.432g SO4 2-/WO3，以150-200r/min搅拌处理8-12min，加热至92-95℃，边加热边搅拌，恒温反应1-2h，即得。
实施例3
量取蓖麻油酸甲酯75mL，量取异丁醇225mL，混合，装入到反应釜中，向反应釜中加入1.51g SO4 2-/TiO2，以150-200r/min搅拌处理8-12min，加热至92-95℃，边加热边搅拌，恒温反应1-2h，即得。
实施例4
分别量取蓖麻油酸甲酯35mL，蓖麻油酸聚氧丙烯酯35mL，将蓖麻油酸甲酯与蓖麻油酸聚氧丙烯酯混合，得到混合油酸酯；量取异辛醇150mL，异丁醇95mL，将异辛醇与异丁醇混合，得到混合醇；将混合醇与混合油酸酯混合，装入到反应釜中，向反应釜中加入1.3538gD催化剂，该催化剂是由SO4 2-/WO3催化剂与D001树脂催化剂按照质量比为1:0.1混合而成的；加入催化剂后，以150-200r/min搅拌处理8-12min，加热至92-95℃，边加热边搅拌，恒温反应1-2h，即得。
实施例5-8
在实施例1-4的基础上，其他均同实施例1-4，在制备过程中，在蓖麻油酸酯类与醇类有机物发生反应过程中，向其中加入有钛酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂与硅烷偶联剂的混合物、硅烷偶联剂，具体加入量如下表1所示：
表1
Figure BDA0002316644870000061
实施例9
在实施例4的基础上，其他均同实施例4，在制备过程中，在蓖麻油酸酯类与醇类有机物发生反应过程中，向其中加入有钛酸酯偶联剂201与硅烷偶联剂A151的混合物，在加入过程中，钛酸酯偶联剂201与硅烷偶联剂A151按照质量比为1:0.35混合；在反应过程中加入的催化剂为SO4 2-/TiO2与D001树脂催化剂按照质量比为1:0.3混合而成的。
膜强度试验：
膜强度是指润滑剂吸附在金属表面后，在受压状态下加工，吸附膜所能够承受的压力大小，即就是表现了润滑剂在金属表面的吸附能力。该试验是采用国产的MQ-800型四球磨损试验机，按照SY-2665-77标准中介绍的测试方法，测定本发明创造的润滑剂在金属表面形成的膜强度，测试结果如表2所示。
表2
Figure BDA0002316644870000071
由表2的数据显示可见，本发明创造的技术方案经过加入钛酸酯偶联剂与硅烷偶联剂的混合物在蓖麻油酸酯类与醇类有机物反应过程参与反应，改善了所得产物作为润滑剂应用在金属拉拔过程中时，附着在金属线材表面的能力，而且在使用过程中，尤其以配制成质量浓度为2％时，其在金属线材表面形成的膜强度较高，相比不加入钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂的混合或者单纯加入钛酸酯偶联剂或单纯加入硅烷偶联剂时，其膜强度得到了大幅度的改善，可见，经过添加钛酸酯偶联剂与硅烷偶联剂的混合物反应，改善了润滑剂的附着力。
拉拔性能测试试验：
试验采用钢材为φ5.89mm的中碳钢丝，钢丝抗拉强度为85.3kg/mm2。采用链式拉拔机，在同等条件下，利用实施例1-9制备得到的润滑剂进行处理钢丝之后进行拉拔，拉拔性能测试结果如下表3所示。
表3
Figure BDA0002316644870000081
经过表3的数据显示可见，本发明创造经过钛酸酯偶联剂与硅烷偶联剂的混合物参与蓖麻油酸酯类与醇类有机物反应过程，改善了所得润滑剂的黏度性能，降低了摩擦系数，使得在金属线材拉拔过程中，金属线材与模具之间的摩擦力较低，进而降低了拉拔过程中所消耗的电能，降低了能耗；同时具有较优的降温效果，提高了润滑剂的散热冷却效率，降低了拉拔时在金属表面产生的温度，保证了拉拔的品质。
除此之外，本研究者还对上述拉拔性能测试过程中的断头情况以及拉拔产品的色泽和表面光滑度进行了测试和显微观察，其结果如下：
采用实施例1-4制备的润滑剂进行拉拔处理，均出现了断头现象，而且拉拔所得的钢丝表面呈暗黑色，还存在拉痕；实施例5-8的添加1组和2组中，出现了断头现象，拉拔所得的钢丝表面呈浅黑色，表面存在拉痕；实施例5-8的添加3组和实施例9中，未出现断头现象，拉拔所得的钢丝表面呈油黑亮色，表面无拉痕。同时，对拉拔过程中产生烟雾情况进行统计，发现：在实施例1-4中均存在有烟雾产生，拉拔所得钢丝表面存在烧焦的炭黑色物质；实施例5-8的添加组1、2中存在轻微的烟气产生，未发现在拉拔钢丝表面残留有烧焦的炭黑色物质；实施例5-8的添加组3和实施例9中，未发现有烟气产生，无烧焦的炭黑色物质；可见，本发明创造的润滑剂能够改善钢丝拉拔过程中金属线材与模具之间的摩擦系数，能够降低拉拔划痕的产生，保证钢丝的品质，而且在拉拔过程中，不易被烧焦产生危害人体的气体，提高了生产工人的健康安全系数。拉拔所得的钢丝在自然环境下存放半年，未见有任何锈蚀情况产生。
本发明创造未尽事宜参照本领域技术人员的公知常识、常规技术手段以及现有技术中所公开的技术内容进行操作。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种金属拉拔润滑剂制备方法，将蓖麻油酸酯类与醇类有机物在催化剂催化作用下反应，其特征在于，在反应过程中加入有钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂混合物；其中：蓖麻油酸酯类为蓖麻油酸甲酯和/或蓖麻油酸聚氧丙烯酯；醇类有机物为异辛醇和/或异丁醇；催化剂为固体强酸催化剂和/或D001树脂催化剂；反应过程的条件是：将蓖麻油酸酯类与醇类有机物混合加入到反应釜中，加入占混合液质量0.2-0.8％的催化剂，以150-200r/min搅拌处理8-12min，加热至92-95℃，边加热边搅拌，并在搅拌过程中加入钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂混合物，恒温反应1-2h，即得。
2.如权利要求1所述的金属拉拔润滑剂制备方法，其特征在于，所述的固体强酸催化剂为SO4 2-/WO3和/或SO4 2-/TiO2。
3.如权利要求1所述的金属拉拔润滑剂制备方法，其特征在于，所述的蓖麻油酸酯类与醇类有机物混合体积比为1:3-4。
4.如权利要求1或3所述的金属拉拔润滑剂制备方法，其特征在于，所述的蓖麻油酸酯类与醇类有机物混合体积比为1:3.5。
5.如权利要求1所述的金属拉拔润滑剂制备方法，其特征在于，所述的钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂混合物的混合质量比为1:0.2-0.5。
6.如权利要求1或5所述的金属拉拔润滑剂制备方法，其特征在于，所述的钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂混合物的混合质量比为1:0.3-0.4。
7.如权利要求1或5所述的金属拉拔润滑剂制备方法，其特征在于，所述的钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂混合物的混合质量比为1:0.35。
8.如权利要求1所述的金属拉拔润滑剂制备方法，其特征在于，所述的钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂混合物加入到反应釜中的量，以钛酸酯偶联剂质量计，占蓖麻油酸酯类质量的1％。
9.如权利要求1-8任一项所述的方法制备的金属拉拔润滑剂，其特征在于，用于拉拔钢丝生产中。
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