大型鋁型材擠壓機潤滑功能材料的開發

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　　1 課題提出的背景及意義

　　隨著科技的進步和國民經濟的發展，各種大型扁寬、薄壁、高精、復雜的實心和空心型材應運而生，成為許多重要領域，如航空航天、交通運輸、現代汽車、電子電器、艦船兵器等部門的首選材料，其中大、中斷面鋁型材用量占50%左右，故擠壓機向著大型化方向發展。未來幾十年，我國高速鐵路建設將進入全面收獲時期，以“四縱四橫”為骨架的快速客運網基本形成;長江三角洲、珠江三角洲、環渤海地區城際軌道交通，將覆蓋區域內主要城鎮;中國約有25個大中城市在進行地鐵與高架軌道路線建設;我國研制的首款大飛機C919也將與2014年首飛，2016年交付航線使用，20年內達到年產大客機150架、年產新支線飛機50架的目標;因此未來幾十年我國的大型鋁型材需求會越來越多，因此大型擠壓機的數量還會不斷增加。

　　大型擠壓機加工潤滑的方法現有多種：

　　(1)乙炔火焰噴射器，當需要潤滑擠壓墊片時，火焰噴射器可自動打火噴射，利用乙炔燃燒時的黑煙噴滿擠壓墊片與坯錠接觸的一面，使墊片在擠壓過程中不會與鋁錠粘接在一起。一般擠壓3-5次潤滑一次。太原重工股份有限公司研制的機器多采用該方法。該方法：需接乙炔氣管結構復雜，燃燒后對工作環境污染大，安全性差。

　　(2)采用氮化硼粉末對擠壓墊和模套進行潤滑，德國的西馬克擠壓機多采用該方法：機器手結構復雜，對機臺環境污染大。

　　(3)采用專用的固態潤滑劑對擠壓墊和模套進行潤滑，日本宇部興產研制的機器多采用該方法：機器手結構簡單，安全環保。

　　日本的大型擠壓機最具有特色，很值得我們研究與借鑒，其結構合理，生產能力得到充分發揮，在全球各國的大型擠壓機中單臺產量最高。它的潤滑分離技術更是值得我們借鑒和學習的。

　　山東南山鋁業引進的日本宇部興產制造的大型鋁型材擠壓機(如圖1-1)，該擠壓機占地面積大，結構緊湊，自動化程度高，人工無法對擠壓杠頂端涂抹潤滑分離劑，它采用機械手自動涂抹，使用的是專用的潤滑劑(如圖1-2)。國內目前還沒有同類產品，該分離潤滑劑依賴于日本進口的潤滑劑。

　　目前國擠壓機也大量使用固態潤滑劑[2]，該產品在室溫條件下呈固態，當它與所要潤滑的部位，例如擠壓墊，擠壓頂杠接觸而被加熱熔化呈液態是，粘附在所要潤滑的表面，一旦與高溫表面脫離接觸，潤滑劑自身又冷凝成固態，該潤滑劑少煙，基本不著火，涂抹一次可連續擠壓近10根鑄錠（詞條“鑄錠”由行業大百科提供），大大減輕了工人的勞動強度，改善了加壓機周圍得環境條件。但是目前國內在小型擠壓機上使用的固態潤滑劑，閃點和軟化點太低，性能、尺寸及結構不能滿足在大中型擠壓機機器人使用的要求。因此，研究和開發一種理想的擠壓分離潤滑劑來滿足國內目前日益增多的大型擠壓設備的需要已成為當務之急。

　　2 實驗分析

　　2-1 熱失重分析

　　采用美國TG公司生產的TQ500/Q50T熱重分析儀，對進口和國產樣品進行熱失重分析，實驗工藝要求：測試溫度由25°C——600°C，升溫速度為10°C/min，試驗氣氛：氮氣，流速：60mL/min。 實驗結果見圖2-1-1。

　　通過TGA曲線對比可以看出，進口潤滑劑和國產潤滑劑在200°C以前熱穩定性（詞條“熱穩定性”由行業大百科提供）能是一樣的;進口潤滑劑的該組份從200°C開始分解,到380°C完全降解（詞條“降解”由行業大百科提供）, 質量約占55%;第二主要組份是在從380°C開始分解,到475°C完全降解, 質量約占23%;不能降解的固體物質質量約占22%。

　　國產潤滑劑的主組份在200°C——300°C之間的衰退明顯，質量約占25%;第二組份在300°C——450°C之間，質量約占35%，該組份降解的速度與溫度成線性關系;不能降解的固體物質質量約占40%。

　　由于TGA曲線的差異，導致進口潤滑分離劑和國產潤滑分離劑抗熱分離效果的不同。

　　2-2紅外光譜分析

　　刮下少量進口和國產潤滑劑粉末，與 KBr 粉末研磨（詞條“研磨”由行業大百科提供），壓片，用透射法測試，得到其紅外光譜圖[4]。對比進口和國產潤滑劑的紅外光譜圖，發現進口潤滑劑有10個特征峰，國產潤滑劑有11個特征峰;特征峰的數量相當;而且在2918 cmP-1P 、2848 cmP-1P 、1637 cmP-1P、1470 cmP-1P 、1378 cmP-1P 和719 cmP-1P 6個波長位置都出現了特征峰，兩個潤滑劑存在大量相同的基團 。其中2918 cmP-1P可能是CHR2R反對稱伸展振動，2848 cmP-1P可能是CHR2R對稱伸展振動;1470 cmP-1P可能是CHR3R反對稱變形（詞條“變形”由行業大百科提供）振動，、1378 cmP-1P可能是CHR3R反對稱變形振動;719 cmP-1P可能是(CHR2R)Rn>4R平面搖擺振動特征峰。由此可以看出，進口潤滑劑和國產潤滑劑配方基本官能團組成相似度極高。

　　2-3分離潤滑功能材料的開發

　　根據熱失重分析的結果，為提高國產潤滑劑在300°C時的熱穩定性（詞條“穩定性”由行業大百科提供），查閱材料手冊初選出多種高分子材料對國產潤滑劑進行改性。

　　試驗結果為：6#樣在，200--350°C區間內抗熱性能有提高但改善不明顯，7#樣在200-350°C區間內抗熱性能較之前的5#樣有明顯提高，雖然較進口潤滑劑有一定差距，但在300°C時潤滑劑的有效成分在80%以上，所以7#樣的配方已經達到預期效果。

　　3 結論

　　(1)新開發的固態分離潤滑劑無煙、無味、無毒，潤滑劑表面光潔無粘性，使用起來更干凈。

　　(2)潤滑分離效果好，能使擠壓墊與壓余之間順利脫開，無任何粘連。

　　(3)熱穩定性更好，在600°C的高溫下扔有良好的潤滑分離效果。

　　(4)價格將進口潤滑劑便宜，性價比高。

　　(5)在試驗過程中，發現EVA對國產潤滑劑外觀性能、脫模性以及熱穩定性都由及大的幫助。

　　(6)新開發的分離潤滑劑，采用模具澆注（詞條“澆注”由行業大百科提供）成型，脫模方便。該成型工藝能滿足大型鋁型材擠壓潤滑劑小批量多型號的生產的需要。

　　(7) 深圳市鵬科科技有限公司可為企業提高各種安裝尺寸的固態潤滑劑。

　　參考文獻

　　[1] 胡智敏，王祝堂. 改革開放30年：中國成為工業鋁材大擠壓機最多的國家. 輕合金加工技術. 2010.3,1-3;

　　[2] 李積彬，伍小玲，黃強，古可. 鋁擠壓分離潤滑劑的開發. 輕合金加工技術，1993.1，29-31;

　　[3] Georg widmann. Thermal Analysis eNewsletter. METTLER TOLED（詞條“LED”由行業大百科提供）O;

　　[4] 胡皆漢，鄭學仿. 實用紅外光譜學. 北京科學出版社，2011。