玻璃制瓶專用水基剪刀潤滑液的研制

張曉娜 趙寅峰 劉亞娟

2018年蘭州市人才創新創業項目（項目編號：2018-RC-38）

作者簡介：張曉娜（1981.11），女，漢族，陜西西安人，碩士研究生，工程師，主要從事有機化學合成和精細化工研究。

摘要：以濃縮水性油為基礎液研制了一種玻璃制瓶專用的水基剪刀潤滑液，該潤滑劑由水性油、表面活性劑、潤滑添加劑、防腐增效劑、緩蝕劑、消泡劑等組成，通過對產品的性能測試，表明研究的水基剪刀潤滑液具有潤滑性能好、抗硬水、防腐蝕、防銹、去污和良好的冷卻性能，減少了刀具磨損，提高了成瓶率。

關鍵詞：水基潤滑液;水性油;剪刀潤滑;玻璃制瓶

中圖分類號：TG501.5

玻璃液成為瓶罐的第一步是形成料滴，因此料滴的好壞，對于制品的優劣具有重要意義。料滴在勻料筒、料碗、沖頭、剪刀等部件作用下形成。剪刀機構將由沖頭擠出的玻璃液剪斷而成為一個料滴，這一環節中，剪刀形狀適當，添加的剪刀潤滑液符合剪刀機構的需求，可獲得質量高的料滴。我國的玻璃制瓶行業所使用的行列機由四組機提升為八組機、十二組機，單滴料機提升為雙滴料機。機速和出料量極大地提高，剪刀機構的剪切動作相應的加快，對剪刀潤滑液的要求也更高。剪刀潤滑液在剪刀的高溫高速動作下不僅要起到冷卻作用，更重要的是潤滑作用，同時剪刀液還起到防止料滴接觸剪刀使剪刀出現微裂紋的作用，延長刀具壽命，保證切割面平整，料滴質量高。為解決以上情況，本論述以合成的濃縮水性油為基礎液，研制了一種水基金屬切削液，專用于玻璃制瓶廠供料系統的剪刀潤滑液。

1水基剪刀潤滑液配方的設計

1.1濃縮水性油的合成

在裝有電動攪拌器、溫度計的500ml反應器中將豆油、順丁烯二酸酐按比例加入，然后加入催化劑（如碘）促進反應，緩緩升溫到200 ℃，保溫4 h，取樣測酸值、粘度合格，停止加熱，冷卻到70 ℃以下，加入按樹脂質量計算的20%醇溶液，攪拌均勻后加堿中和，取樣測樹脂的水溶液達pH8.0～8.5，這時樹脂可加水無限稀釋成透明溶液。

1.2水基剪刀潤滑液的配方

水基剪刀潤滑液除具有潤滑油的潤滑、防銹性能外，其冷卻和清洗性能十分優良，達到和超過了乳化液的標準要求，因此水基剪刀潤滑液已成為國內外玻璃瓶加工中提高加工性能的發展方向。根據剪刀機構的工藝要求和切削特點，以濃縮水性油為基礎液，配制成不同類型的產品 LJ-1、LJ-2，見表1所列。

表1為水基剪刀潤滑液成分的不同配比的選擇，其中添加劑 A2 具有潤濕和滲透作用;添加劑 B2 具有潤滑作用;增效劑 L2 是我們合成的一種多功能環保型添加劑，它兼有潤滑、防銹和清洗多種功能。與濃縮水性油有很好的協同潤滑效果。在低溫下，效果不明顯，但在高溫下，具有一定的極壓潤滑作用。

由表1可見，只加添加劑（試樣 1）的試樣，溶液發污，放置24h分層，穩定性和潤滑性能都不好。只加增效劑 L3（試樣 2、3）的試樣，達到合適的配比，試樣的穩定性好，但潤滑性能差。同時加入增效劑 L2 和增效劑 L3（試樣 4、5、6、7）的試樣，試樣 5 和 7 的性能優于其他試樣。綜合考慮工藝要求、刀具成本和使用經濟等，分別選用試樣 5 和試樣 7 作為玻璃制瓶剪刀專用潤滑液 LJ-1 和 LJ-2 的配方。LJ-1 適用于傳統剪切的潤滑，LJ-2 適用于高速剪切的潤滑。

2水基剪刀潤滑液性能測試

2.1潤滑性能測試

剪刀潤滑液更重要的是潤滑作用，目前國內還在使用水直接冷卻，其只能起到最基本的冷卻要求，而無法滿足對刀片的潤滑，刀具使用壽命短。刀液的潤滑性能的測試儀器為濟南試金機廠生產的MR-S10（G）四球試驗機。按GB/T3142-82方法評價剪刀液的潤滑性能，見表2所列。在四球試驗機上進行模擬潤滑性的測定，測量鋼球的磨痕直徑，磨痕直徑越小表明潤滑性能越好。

LJ-2 的濃縮液和稀釋液 PB 比豆油和乳化油的都大，潤滑優于豆油和乳化油。剪刀潤滑液具有良好的潤滑性能，濃縮液的潤滑性能不如稀釋液的性能。

濃縮水性油的親水基部分具有一定的極性，對金屬有較大的親和力，因此很容易吸附在金屬表面上，而疏水基部分為接近直鏈的脂肪烷烴結構，兩者共同形成一層吸附潤滑膜，具有良好的潤滑作用。濃縮水性油與增效劑 L2 也有良好的協同抗磨作用。增效劑 L2 以濃縮水性油為載體，極壓元素被吸附在金屬摩擦表面，進行化學反應，生成一層潤滑膜，使剪刀液在高速、高溫和激烈摩擦作用下能防止或減小料滴、刀具兩者之間的直接接觸，達到減小摩擦及粘結的目的，起到極好的潤滑作用。

此外，剪刀液的潤滑性能不如稀釋液的性能，是因為濃縮水性油的極性很強，極易在金屬表面上發生吸附，粘度相比稀釋液較大，因此受到的阻力液較大。將剪刀潤滑液按一定比例稀釋后，粘度較小，油性分子在金屬表面移動受到的阻力變小。當將剪刀潤滑液稀釋到一定濃度后，油性劑在金屬表面上達到吸附飽和，其潤滑性能不會再根據稀釋液的濃度二改變。

2.2抗硬水性

取少許剪刀潤滑濃縮液樣品，與水按一定比例稀釋，放置一定時間后，不會出現分層、破乳現象，水溶液能夠穩定存在。將濃度為2.0%、5.0%的在不同酸堿度和硬度的水中進行溶解，結果顯示，剪刀潤滑液不會發生水解，不會受到酸、鹽等電解質的影響，能夠穩定存在，這說明該產品不受電解質濃度的影響。

2.3防腐蝕性能和防銹能力

目前國內尚未建立玻璃制瓶廠專用剪刀潤滑液的檢測方法，性能指標參照水基切削液（GB/T6144-85）的檢驗方法。本制品由表面活性劑、陽離子表面活性劑、水溶性防銹劑、成膜劑和水組成，與水按一定比例稀釋后，具有高效潤滑、去垢、抑菌、無腐蝕等優點，本制品對人體無毒害作用，對環境無污染，可安全貯存、運輸、使用，其理化性能指標見表3所列。

從表 3可以看出，剪刀潤滑液 LJ-1 和 LJ-2 防腐防銹指標合格，增效劑 L3 是我們合成的具有防腐作用的添加劑，增效劑 L3 與加入的增效劑L2產生復合增效作用，在剪刀刀具表面形成鈍化膜層，通過吸附在刀具表面阻止刀具表面與空氣中氧氣和水分子接觸，從而阻滯了其對刀具的腐蝕過程，起到了很好的防腐防銹功能，提高了產品質量，延長了刀具壽命。

表4分別用水、2.0%、5.0%濃度的剪刀潤滑液侵泡鋼片、鑄鐵片、銅片和鋁片24?h后，2.0%、5.0%濃度的剪刀潤滑液中，鋼片和鑄鐵片沒有出現銹蝕現象，對刀具起到了防銹作用。由于剪刀潤滑液的水溶液呈弱堿性，鋁片表面出現了變暗的現象，說明剪刀潤滑液對鋁金屬防銹效果不好，需進行其他的實驗改進。

2.4清洗性能

將剪刀潤滑液與水按 2.0%、5%濃度稀釋，以涂有人造油污的試片為樣品，計算凈洗力，見表5所列。

表 5?表明，添加劑 A2 和增效劑 L3?二者協調作用，可以降低潤滑液的表面張力，提升潤滑液的滲透性和流動性，增強了其清洗性能。

2.5冷卻性能

潤滑液的冷卻作用取決于它的導熱系數、比熱、汽化熱及汽化速度等。水基剪刀潤滑液以水作為溶劑，水的冷卻性能比油優越很多。剪刀潤滑液可與水任意比例稀釋，冷卻性能突出。

2.6 pH值的測定

用精密試紙測得，LJ-1的 pH 值為 8.0，LJ-2 pH 值為7.5。

2.7高低溫穩定

高溫試驗：取水基剪刀潤滑液100 mL，倒入錐形瓶并蓋上瓶塞，在（50±2）℃ 恒溫水浴中放置8小時候后取出，水面應高于刻度20 mm，待水基剪刀潤滑液放置至室溫后觀察其外觀。

低溫試驗： 將經高溫試驗無變化試樣（如有變化另外新取） 放入冰箱里，于（-5±2）℃下保持24 h。取出待其自然恢復至室溫， 觀察外觀，結果見表6所列。

3結論

以濃縮水性油為基礎液復配制成的剪刀潤滑液 LJ-1、LJ-2，用于玻璃制瓶廠供料系統剪刀專用潤滑，產品潤滑效果好，與水任意比例互溶成透明溶液。該剪刀潤滑液保證了料滴的穩定性，減少了刀具磨損，提高了刀具使用壽命，延長了更換周期，同時起到了防止料滴接觸剪刀造成剪刀出現微裂紋的作用，使得切割面平整，料滴質量提高，成瓶率也相應的提高。

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