玻璃制瓶专用水基剪刀润滑液的研制

张晓娜 赵寅峰 刘亚娟

2018年兰州市人才创新创业项目（项目编号：2018-RC-38）

作者简介：张晓娜（1981.11），女，汉族，陕西西安人，硕士研究生，工程师，主要从事有机化学合成和精细化工研究。

摘要：以浓缩水性油为基础液研制了一种玻璃制瓶专用的水基剪刀润滑液，该润滑剂由水性油、表面活性剂、润滑添加剂、防腐增效剂、缓蚀剂、消泡剂等组成，通过对产品的性能测试，表明研究的水基剪刀润滑液具有润滑性能好、抗硬水、防腐蝕、防锈、去污和良好的冷却性能，减少了刀具磨损，提高了成瓶率。

关键词：水基润滑液;水性油;剪刀润滑;玻璃制瓶

中图分类号：TG501.5

玻璃液成为瓶罐的第一步是形成料滴，因此料滴的好坏，对于制品的优劣具有重要意义。料滴在匀料筒、料碗、冲头、剪刀等部件作用下形成。剪刀机构将由冲头挤出的玻璃液剪断而成为一个料滴，这一环节中，剪刀形状适当，添加的剪刀润滑液符合剪刀机构的需求，可获得质量高的料滴。我国的玻璃制瓶行业所使用的行列机由四组机提升为八组机、十二组机，单滴料机提升为双滴料机。机速和出料量极大地提高，剪刀机构的剪切动作相应的加快，对剪刀润滑液的要求也更高。剪刀润滑液在剪刀的高温高速动作下不仅要起到冷却作用，更重要的是润滑作用，同时剪刀液还起到防止料滴接触剪刀使剪刀出现微裂纹的作用，延长刀具寿命，保证切割面平整，料滴质量高。为解决以上情况，本论述以合成的浓缩水性油为基础液，研制了一种水基金属切削液，专用于玻璃制瓶厂供料系统的剪刀润滑液。

1水基剪刀润滑液配方的设计

1.1浓缩水性油的合成

在装有电动搅拌器、温度计的500ml反应器中将豆油、顺丁烯二酸酐按比例加入，然后加入催化剂（如碘）促进反应，缓缓升温到200 ℃，保温4 h，取样测酸值、粘度合格，停止加热，冷却到70 ℃以下，加入按树脂质量计算的20%醇溶液，搅拌均匀后加碱中和，取样测树脂的水溶液达pH8.0～8.5，这时树脂可加水无限稀释成透明溶液。

1.2水基剪刀润滑液的配方

水基剪刀润滑液除具有润滑油的润滑、防锈性能外，其冷却和清洗性能十分优良，达到和超过了乳化液的标准要求，因此水基剪刀润滑液已成为国内外玻璃瓶加工中提高加工性能的发展方向。根据剪刀机构的工艺要求和切削特点，以浓缩水性油为基础液，配制成不同类型的产品 LJ-1、LJ-2，见表1所列。

表1为水基剪刀润滑液成分的不同配比的选择，其中添加剂 A2 具有润湿和渗透作用;添加剂 B2 具有润滑作用;增效剂 L2 是我们合成的一种多功能环保型添加剂，它兼有润滑、防锈和清洗多种功能。与浓缩水性油有很好的协同润滑效果。在低温下，效果不明显，但在高温下，具有一定的极压润滑作用。

由表1可见，只加添加剂（试样 1）的试样，溶液发污，放置24h分层，稳定性和润滑性能都不好。只加增效剂 L3（试样 2、3）的试样，达到合适的配比，试样的稳定性好，但润滑性能差。同时加入增效剂 L2 和增效剂 L3（试样 4、5、6、7）的试样，试样 5 和 7 的性能优于其他试样。综合考虑工艺要求、刀具成本和使用经济等，分别选用试样 5 和试样 7 作为玻璃制瓶剪刀专用润滑液 LJ-1 和 LJ-2 的配方。LJ-1 适用于传统剪切的润滑，LJ-2 适用于高速剪切的润滑。

2水基剪刀润滑液性能测试

2.1润滑性能测试

剪刀润滑液更重要的是润滑作用，目前国内还在使用水直接冷却，其只能起到最基本的冷却要求，而无法满足对刀片的润滑，刀具使用寿命短。刀液的润滑性能的测试仪器为济南试金机厂生产的MR-S10（G）四球试验机。按GB/T3142-82方法评价剪刀液的润滑性能，见表2所列。在四球试验机上进行模拟润滑性的测定，测量钢球的磨痕直径，磨痕直径越小表明润滑性能越好。

LJ-2 的浓缩液和稀释液 PB 比豆油和乳化油的都大，润滑优于豆油和乳化油。剪刀润滑液具有良好的润滑性能，浓缩液的润滑性能不如稀释液的性能。

浓缩水性油的亲水基部分具有一定的极性，对金属有较大的亲和力，因此很容易吸附在金属表面上，而疏水基部分为接近直链的脂肪烷烃结构，两者共同形成一层吸附润滑膜，具有良好的润滑作用。浓缩水性油与增效剂 L2 也有良好的协同抗磨作用。增效剂 L2 以浓缩水性油为载体，极压元素被吸附在金属摩擦表面，进行化学反应，生成一层润滑膜，使剪刀液在高速、高温和激烈摩擦作用下能防止或减小料滴、刀具两者之间的直接接触，达到减小摩擦及粘结的目的，起到极好的润滑作用。

此外，剪刀液的润滑性能不如稀释液的性能，是因为浓缩水性油的极性很强，极易在金属表面上发生吸附，粘度相比稀释液较大，因此受到的阻力液较大。将剪刀润滑液按一定比例稀释后，粘度较小，油性分子在金属表面移动受到的阻力变小。当将剪刀润滑液稀释到一定浓度后，油性剂在金属表面上达到吸附饱和，其润滑性能不会再根据稀释液的浓度二改变。

2.2抗硬水性

取少许剪刀润滑浓缩液样品，与水按一定比例稀释，放置一定时间后，不会出现分层、破乳现象，水溶液能够稳定存在。将浓度为2.0%、5.0%的在不同酸碱度和硬度的水中进行溶解，结果显示，剪刀润滑液不会发生水解，不会受到酸、盐等电解质的影响，能够稳定存在，这说明该产品不受电解质浓度的影响。

2.3防腐蚀性能和防锈能力

目前国内尚未建立玻璃制瓶厂专用剪刀润滑液的检测方法，性能指标参照水基切削液（GB/T6144-85）的检验方法。本制品由表面活性剂、阳离子表面活性剂、水溶性防锈剂、成膜剂和水组成，与水按一定比例稀释后，具有高效润滑、去垢、抑菌、无腐蚀等优点，本制品对人体无毒害作用，对环境无污染，可安全贮存、运输、使用，其理化性能指标见表3所列。

从表 3可以看出，剪刀润滑液 LJ-1 和 LJ-2 防腐防锈指标合格，增效剂 L3 是我们合成的具有防腐作用的添加剂，增效剂 L3 与加入的增效剂L2产生复合增效作用，在剪刀刀具表面形成钝化膜层，通过吸附在刀具表面阻止刀具表面与空气中氧气和水分子接触，从而阻滞了其对刀具的腐蚀过程，起到了很好的防腐防锈功能，提高了产品质量，延长了刀具寿命。

表4分别用水、2.0%、5.0%浓度的剪刀润滑液侵泡钢片、铸铁片、铜片和铝片24 h后，2.0%、5.0%浓度的剪刀润滑液中，钢片和铸铁片没有出现锈蚀现象，对刀具起到了防锈作用。由于剪刀润滑液的水溶液呈弱碱性，铝片表面出现了变暗的现象，说明剪刀润滑液对铝金属防锈效果不好，需进行其他的实验改进。

2.4清洗性能

将剪刀润滑液与水按 2.0%、5%浓度稀释，以涂有人造油污的试片为样品，计算净洗力，见表5所列。

表 5 表明，添加剂 A2 和增效剂 L3 二者协调作用，可以降低润滑液的表面张力，提升润滑液的渗透性和流动性，增强了其清洗性能。

2.5冷却性能

润滑液的冷却作用取决于它的导热系数、比热、汽化热及汽化速度等。水基剪刀润滑液以水作为溶剂，水的冷却性能比油优越很多。剪刀润滑液可与水任意比例稀释，冷却性能突出。

2.6 pH值的测定

用精密试纸测得，LJ-1的 pH 值为 8.0，LJ-2 pH 值为7.5。

2.7高低温稳定

高温试验：取水基剪刀润滑液100 mL，倒入锥形瓶并盖上瓶塞，在（50±2）℃ 恒温水浴中放置8小时候后取出，水面应高于刻度20 mm，待水基剪刀润滑液放置至室温后观察其外观。

低温试验： 将经高温试验无变化试样（如有变化另外新取） 放入冰箱里，于（-5±2）℃下保持24 h。取出待其自然恢复至室温， 观察外观，结果见表6所列。

3结论

以浓缩水性油为基础液复配制成的剪刀润滑液 LJ-1、LJ-2，用于玻璃制瓶厂供料系统剪刀专用润滑，产品润滑效果好，与水任意比例互溶成透明溶液。该剪刀润滑液保证了料滴的稳定性，减少了刀具磨损，提高了刀具使用寿命，延长了更换周期，同时起到了防止料滴接触剪刀造成剪刀出现微裂纹的作用，使得切割面平整，料滴质量提高，成瓶率也相应的提高。

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