CN111909771B - 镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂及其制备方法 - Google Patents

镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂，按重量百分比计其组成为：脂肪酸多元醇酯8.0~15.0%，油酸胺皂6.0~8.0%，多烯多胺1.5~3.0%，磷酸2.0~3.0%，乳化剂3.0~7.0%，耦合剂2.0~5.0%，防锈剂1.0~5.0%，防霉剂1.0~3.0%，消泡剂0.1~0.3%，余量的水。该水基润滑剂的主要特点是：在水箱拉拔过程中，钢丝表面磨损下来的氧化锌或锌能在钢丝变形产生的高温下与润滑液中的脂肪酸根、多烯多胺、磷酸根反应生产一种具有极压抗磨性能的含P、Zn、RCOO基团的络合物，该络合物的结构式为[Zn(EDA)n(RCOO)x]y(PO4)z，其中0＜n≤0.5，0＜x≤0.5，2＜y≤3，1＜z≤2，是一种白色细微粉末，随着生产的进行，磨损下来的锌屑、锌粉越来越多，络合物生成量越来越多，模具消耗越来越少，锌层损失小，使用寿命长。

Description

镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂及其制 备方法
技术领域
本发明涉及金属压力加工用水基润滑剂，具体涉及一种镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂及其制备方法。
背景技术
锌是钢铁最优秀的保护层，它不仅价廉、易得，而且在大气中的腐蚀率仅为钢铁的1/15。镀锌钢丝绳在桥梁、航空、输送胶带、通讯等领域有很广泛的应用。钢丝绳所用的钢丝生产工艺大都是先镀后拉拔。镀层工艺有电镀和热镀，为了获得较厚的镀层，热镀工艺越来越多，镀层厚度达1.68～4.2μm，强度都很高(2700～3300N/mm2)。较细规格的半成品钢丝
Figure BDA0002645958300000011
大都是在水箱中拉拔的，为了保证钢丝的顺利拉拔，必须使用起润滑、冷却、清洗作用的水基钢丝拉拔润滑剂。
锌是一类软金属，硬度低，熔点低(419℃)。特别是热镀锌镀层厚而均匀性差，其润滑剂研制的难点在于如何防止模具的磨损和锌层的脱落，且表面残留少，不影响钢丝与橡胶的粘合。目前，常用的镀锌钢丝拉拔润滑剂大部分是以水溶性脂肪酸皂(钠皂或钾皂)或脂肪酸皂加脂肪酸油脂为主，在使用过程中脂肪酸皂易于与磨损的锌粉铁粉生成不溶于水的锌皂、铁皂而被消耗，润滑效果逐渐降低，且由于水溶性脂肪酸皂同时也是乳化剂，浓度降低也破坏了加脂肪酸油脂配方乳化液的稳定性，使用寿命短。专利CN103740455是采用脂肪酸多烯多胺缩合物代替水溶性脂肪酸皂为油性剂，该油性剂不与磨损下来的锌屑、锌粉反应生成不溶于水的锌皂，就避免了消耗快寿命短，污染钢丝的缺点，但它必须与含磷极压剂配合使用。本发明是从另一个角度解决锌皂问题，是通过添加多烯多胺、磷酸，在水溶性脂肪酸胺皂的配合下使它可以与磨损下来的锌屑、锌粉反应，生成具有极压抗磨性能的含P、Zn、RCOO基团的络合物，随着拉拔过程的进行，生成的络合物越多，极压抗磨性能越好，这样既延长了润滑剂的使用寿命，又提高了润滑性。当总锌浓度达到1000PPM以上时，模耗可以减少15％～30％，锌层损失可减少10～20％。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂及其制备方法。该水基润滑剂的润滑性能优良，模具消耗少，锌层损失小，钢丝表面质量好，使用寿命长，能满足电镀、热镀锌钢丝的高速拉拔。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂，按重量百分比计其组成为：脂肪酸多元醇酯8.0～15.0％，油酸胺皂6.0～8.0％，多烯多胺1.5～3.0％，磷酸2.0～3.0％，防锈剂1.0～5.0％，防霉剂1.0～3.0％，消泡剂0.1～0.3％，乳化剂3.0～7.0％，耦合剂2.0～5.0％，余量的水。
按上述方案，所述脂肪酸多元醇酯由脂肪酸与多元醇合成得来；其中，脂肪酸选自月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚麻油酸等中的一种或多种，多元醇选自季戊四醇、三羟甲基丙烷、新戊二醇等中的一种或多种。
按上述方案，所述的脂肪酸多元醇酯选自季戊四醇酯、三羟基丙烷酯、新戊二醇酯等中的一种或多种。这一类脂肪酸多元醇酯润滑性好，同时由于没有β-叔氢原子，其稳定性也好。
进一步地，所述的脂肪酸多元醇酯的重量百分比优选8.0～15.0％。
按上述方案，所述的油酸胺皂是油酸和一种有机胺皂化而成；其中，有机胺为一乙醇胺，二乙醇胺，三乙醇胺，三异丙醇胺等中的一种或多种。
按上述方案，所述的多烯多胺为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺等中的一种或多种。
按上述方案，所述的磷酸一般采用工业磷酸，浓度为85％。
按上述方案，所述的乳化剂为TX-10(烷基酚聚氧乙烯醚)、MOA-9(脂肪醇聚氧乙烯醚)、AN(脂肪胺聚氧乙烯醚)、净洗剂6501等中的一种或多种的混合物；耦合剂为乙醇、乙二醇、丙三醇、二缩三乙二醇、三缩二乙二醇、乙二醇单丁基醚等中的一种或多种的混合物。
按上述方案，所述的防锈剂为5-甲基苯并三氮唑，苯并三氮唑，硼酸乙醇胺酯、钼酸钠或钼酸钾等中的一种或多种的混合物。所述的防锈剂的重量百分比优选1.0～3.0％。
按上述方案，所述的防霉剂为六氢化-1,3,5三(2-羟乙基)均三嗪、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、(2-吡啶巯醇-1-氧化物)钠等中的一种或两种的混合物。
进一步地，所述的防霉剂的重量百分比优选1.0～2.0％。
按上述方案，所述的消泡剂为有机硅消泡剂。
进一步地，所述的消泡剂的重量百分比优选0.1～0.2％。
本发明所述的镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂的制备方法，按照组成的重量百分比，将脂肪酸多元醇酯与脂肪酸胺皂、乳化剂等助剂升温至110～120℃，在不断搅拌下加入95～100℃的水，然后冷却到40℃以下，按顺序加入多烯多胺、防锈剂、磷酸、防霉剂、耦合剂、消泡剂等，搅拌均匀即得镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂产品。
本发明所述的镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂含有脂肪酸胺皂、多烯多胺、磷酸，在镀锌钢丝的拉拔过程中，钢丝表面磨损下来的氧化锌或锌粉能在钢丝变形产生的高温下与润滑液中的脂肪酸根、多烯多胺、磷酸根反应生产一种具有极压抗磨性能的含P、Zn、RCOO基团的络合物。该络合物的结构式为[Zn(EDA)n(RCOO)x]y(PO4)z，是一种白色细微粉末，随着镀锌钢丝拉拔过程的进行，磨损下来的锌屑、锌粉越来越多，络合物生成越来越多，使润滑剂的润滑性越拉越好，减少模具消耗和锌层损失，增加钢丝表面质量，延长润滑剂使用寿命，完全适用于(热)镀锌钢丝的高速拉拔。其中，涉及到的反应方程式为：Zn(ZnO)+C2H2N2+RCOO-+PO4 3+-----[Zn(EDA)n(RCOO)x]y(PO4)z。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的水基润滑剂润滑性能好，用于镀锌钢丝的拉拔加工，模具损耗小，锌层损失小，钢丝表面质量好，使用寿命长，制备方法工艺简便。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
下述实施例中，所述的磷酸是85％的一级工业磷酸。
实施例1
一种镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂，其组成及重量比如表1所示，制备方法为：按表1中的各组分含量，将油酸季戊四醇酯、油酸三乙醇胺皂、TX-10混合，升温至110～120℃，在不断搅拌下加入计量的95～100℃的水，搅拌乳化30min，然后强制冷却到40℃以下，再按顺序加入计量的乙二胺、硼酸一乙醇胺酯、苯并三氮唑、磷酸、六氢化-1,3,5三(2-羟乙基)均三嗪和三缩二乙二醇、有机硅消泡剂，搅拌3小时即得镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂产品。
表1
组分 含量(重量百分数％)
油酸季戊四醇酯 8.0
油酸三乙醇胺皂 7.0
乙二胺 1.6
磷酸 2.0
乳化剂TX-10 5.0
硼酸一乙醇胺酯 2.5
三缩二乙二醇 2.0
苯并三氮唑 0.20
有机硅消泡剂 0.10
六氢化-1,3,5三(2-羟乙基)均三嗪 1.5
水 余量
本实施例所制得的水基润滑剂产品，用于输送带用钢丝的高速拉拔，其应用结果如下：
拉拔线材：82A镀锌钢丝；
拉丝机型：TB4水箱；
进线直径：1.70mm；
成品丝直径：0.43±0.01mm；
模芯材质：碳化钨合金；
水基润滑剂的使用浓度(wt％)：5.0-8.0；
拉拔速度(m/s)：8-12；
模耗：比原产品下降15％
锌层损失率：7.6％
钢丝与橡胶粘合力老化损失率：8.0％。
实施例2
一种镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂，其组成及重量比如表1所示，制备方法为：按表2中的各组分含量，将油酸三羟甲基丙烷酯、油酸三乙醇胺皂、TX-10混合，升温至110～120℃，在不断搅拌下加入计量的95～100℃的水，搅拌乳化30min，然后强制冷却到40℃以下，再按顺序加入计量的二乙烯三胺、硼酸一乙醇胺酯、5-甲基苯并三氮唑、磷酸、六氢化-1,3,5三(2-羟乙基)均三嗪和二缩三乙二醇、有机硅消泡剂，搅拌3小时即得镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂产品。
表2
组分 含量(重量百分数％)
油酸三羟甲基丙烷酯 10.0
油酸三乙醇胺皂 7.0
二乙烯三胺 2.5
磷酸 3.0
乳化剂TX-10 5.0
二缩三乙二醇 3.0
硼酸一乙醇胺酯 2.5
5-甲基苯并三氮唑 0.20
有机硅消泡剂 0.10
六氢化-1,3,5三(2-羟乙基)均三嗪 1.5
水 余量
本实施例所制得的水基润滑剂产品，用于输送带用钢丝的高速拉拔，其应用结果如下：
拉拔线材：82A热镀锌钢丝；
拉丝机型：380水箱；
进线直径：2.10mm；
成品丝直径：0.56±0.01mm；
模芯材质：碳化钨合金；
水基润滑剂的使用浓度(wt％)：8.0-12.0；
拉拔速度(m/s)：8-10；
模耗：比原产品下降15％
锌层损失率：8.3％
钢丝与橡胶粘合力老化损失率：9.2％。
实施例3
一种镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂，其组成及重量比如表1所示，制备方法为：按表3中的各组分含量，将油酸三羟甲基丙烷酯、油酸三乙醇胺皂、TX-10混合，升温至110～120℃，在不断搅拌下加入计量的95～100℃的水，搅拌乳化30min，然后强制冷却到40℃以下，再按顺序加入计量的乙二胺、5-甲基苯并三氮唑、硼酸二乙醇胺酯、磷酸、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮和丙三醇、有机硅消泡剂，搅拌3小时即得镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂产品。
表3
组分 含量(重量百分数％)
油酸三羟甲基丙烷酯 10.0
油酸三乙醇胺皂 7.5
乙二胺 2.0
磷酸 2.5
乳化剂TX-10 5.0
丙三醇 2.0
硼酸二乙醇胺酯 2.5
5-甲基苯并三氮唑 0.20
硅消泡剂 0.10
1,2-苯并异噻唑啉-3-酮 1.5
水 余量
本实施例所制得的水基润滑剂产品，用于输送带用钢丝的高速拉拔，其应用结果如下：
拉拔线材：72A、82A电镀、热镀锌钢丝；
拉丝机型：TB4水箱、380水箱；
水基润滑剂的使用浓度(wt％)：5.0-12.0；
水基润滑剂体积：100m3；
拉拔速度(m/s)：8-12；
平均模耗减少17.5％，平均锌层损失率：8.7％
钢丝与橡胶粘合力老化损失率平均：7.9％。
使用12个月后才全部更换。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂，其特征在于按重量百分比计其组成为：脂肪酸多元醇酯8.0~15.0%，油酸胺皂6.0~8.0%，多烯多胺 1.5~3.0%，磷酸2.0~3.0%，乳化剂3.0~7.0%，耦合剂2.0~5.0%，防锈剂1.0~5.0%，防霉剂1.0~3.0%，消泡剂0.1~0.3%，余量的水；
所述脂肪酸多元醇酯由脂肪酸与多元醇合成得来；其中，脂肪酸选自月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚麻油酸中的一种或多种，多元醇选自季戊四醇、三羟甲基丙烷、新戊二醇中的一种或多种；
所述的油酸胺皂是油酸和一种有机胺皂化而成；其中有机胺为一乙醇胺，二乙醇胺，三乙醇胺，三异丙醇胺中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂，其特征在于所述的脂肪酸多元醇酯选自三羟基丙烷酯、季戊四醇酯、新戊二醇酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂，其特征在于所述的多烯多胺为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂，其特征在于所述的磷酸为工业磷酸，质量浓度为45~85%。
5.根据权利要求1所述的一种镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂，其特征在于所述乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚、脂肪酸二乙醇酰胺中的一种或多种的混合物；耦合剂为乙醇、乙二醇、丙三醇、二缩三乙二醇、三缩二乙二醇、乙二醇单丁基醚中的一种或多种的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂，其特征在于所述的防锈剂为5-甲基苯并三氮唑，苯并三氮唑，硼酸一乙醇胺酯、硼酸二乙醇胺酯、硼酸三乙醇胺酯中的一种或多种的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂，其特征在于所述的防霉剂为六氢化-1,3,5三（羟乙基）-均三嗪、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、2-吡啶巯醇-1-氧化物钠中的一种或两种的混合物。
8.权利要求1所述的镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂的制备方法，其特征在于按照组成的重量百分比，将脂肪酸多元醇酯与油酸胺皂、乳化剂升温至110~120℃，在不断搅拌下加入95~100℃的水，然后冷却到40℃以下，加入多烯多胺、防锈剂，接着加入磷酸、防霉剂，再加入耦合剂、消泡剂，搅拌均匀即得镀锌钢丝拉拔过程中自生成极压抗磨剂的水基润滑剂产品。
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