增黏劑-水-乙二醇體系流變性能的研究

石化技術(shù),2013,20(1):6研究·開(kāi)發(fā)PETROCHEMICAL INDUSTRY TECHNOLOGY增黏劑-水-乙二醇體系流變性能的研究魚(yú)鯤(中國石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院,北京市100083)摘要:增黏劑-水-乙二醇體系是水基潤滑液基礎液的主要組成,考察其流變性能對研制水基潤滑液產(chǎn)品是很重要的。本實(shí)驗采用KE-1為增黏劑,考察增黏劑-水-乙二醇體系組成與體系黏度的關(guān)系及該體系的黏溫特性和低溫流動(dòng)性,同時(shí)采用SO計算式計算該體系的壓黏系數,從而預測壓力對體系黏度的影響,通過(guò)預測值判斷,在溫度為20,40℃時(shí)壓力對體系黏度的影響并不大,因此KE-1-水-乙二醇體系適宜作為水基液壓液的基礎液關(guān)鍵詞:水-乙二醇增黏劑黏溫特性壓黏特性低溫流動(dòng)性水所固有的廣泛性、清潔性和阻燃性能夠滿(mǎn)分支,國內外研究發(fā)現聚醚具有極性和較低的黏足現代社會(huì )對工程技術(shù)的安全性、環(huán)境友好性的壓系數,在大多數潤滑狀態(tài)下能形成非常穩定的要求,隨著(zhù)人們對生態(tài)環(huán)境、安全健康的日益關(guān)具有大吸附力和承載能力的潤滑膜,具有較好的注,水基潤滑產(chǎn)品在冶金、機器制造、釆礦、鑄造等減摩性能和較強的抗剪切能力。聚醚能把水溶液行業(yè)得到了廣泛的應用。中的極壓添加劑聚集到金屬表面,從而起到協(xié)同水具有較大的表面張力、較好的黏著(zhù)性和冷潤滑作用。卻性,但與潤滑油相比,水的潤滑性較差。水作為聚醚依其結構可分為均聚醚和共聚醚。均聚低黏度介質(zhì),還存在熔點(diǎn)高、沸點(diǎn)較低、成膜能力醚有聚乙二醇、聚環(huán)氧乙烷(PEO)、聚環(huán)氧丙烷差等缺點(diǎn),使其無(wú)法單獨作為潤滑介質(zhì)。因此,必(PPO)和聚四氫呋喃醚(PTMO);共聚醚包括無(wú)規須加入其他介質(zhì)和添加劑對水進(jìn)行改性,而乙二共聚醚(主要是環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷無(wú)規共聚醚)醇具有低冰點(diǎn)、高沸點(diǎn)的特點(diǎn),經(jīng)常和水一起用于和嵌段共聚醚,如PEO-PPO-PEO,PEO-PTMO調制水基潤滑液的基礎液。PEO,PPO-PTMO-PPO等多種形式。本工作選取水和乙二醇都是低黏度介質(zhì),在實(shí)際的使用了幾種不同類(lèi)型的聚醚加入水-乙二醇溶液中,考中須要添加合適的增黏劑以調節產(chǎn)品黏度。諸如察它們對水-乙二醇的體系黏度及相關(guān)性能的影水基液壓液是液壓傳動(dòng)裝置中傳遞壓力的介質(zhì),響,實(shí)驗結果見(jiàn)表1。在工作時(shí)會(huì )受到較強的剪切力,同時(shí)對與之接觸從表1可以看出,聚乙二醇10000和聚乙二的進(jìn)行相對運動(dòng)的金屬部件進(jìn)行潤滑,以減少摩醇6000在水-乙二醇溶液中的溶解性很差,而擦,因此不同工況條件下也需要選擇適宜黏度的KE-1和UCON75-H卻有著(zhù)很好的溶解性。這是產(chǎn)品。通常會(huì )選用水溶性的聚醚作為基礎增黏劑,因為不同的聚醚單元具有不同的性能,PEO具有也是一些水基潤滑液的基本組成。良好的親水性。因此水基潤滑液的增黏劑的選取使用水基潤滑液產(chǎn)品時(shí)首先要考慮它的流變首先需要考慮PFO型聚醚或者是封端為PEO的性能,因此研究增黏劑-水-乙二醇體系的流變性能對水基潤滑產(chǎn)品的研發(fā)具有實(shí)際意義收稿日期:2012-10-11修改稿收到日期:2012-11-29。作者簡(jiǎn)介:魚(yú),女,工程師,2006年畢業(yè)于華東理工大1增黏劑-水-乙二醇體系組成與體系黏度的關(guān)系學(xué)化學(xué)工藝專(zhuān)業(yè),現主要從事齒輪油與液壓油的研制工1.1增黏劑種類(lèi)對體系黏度的影響作。聯(lián)系電話(huà):010-82368448:E- mail: yukun ripp@ sinopec聚醚是水溶性聚合物基礎添加劑的一個(gè)重要魚(yú)鯤.增黏劑-水-乙二醇體系流變性能的研究7表1增黏劑種類(lèi)對水-乙二醇體系影響共聚醚。增黏劑結構類(lèi)型加入量,%現象1.2增黏劑與體系黏度的關(guān)系聚乙二醇10000均聚醚10放置1天后混濁KE-1是最常用的水溶性增黏劑,本實(shí)驗選用聚乙二醇600均聚醚10放置1天后混濁KE-1作為增黏劑來(lái)考察增黏劑-水-乙二醇體系無(wú)規共聚醚10透明的組成與體系黏度的關(guān)系。UCON75-H嵌段共聚醚10透明為了考察KE-1加入量(以100質(zhì)量份的水注:①KE-1,UCON75-H均為增黏劑的產(chǎn)品牌號。2增黏劑的加入量為以水-乙二醇體系為基準的質(zhì)量和乙二醇為基準的質(zhì)量分數)對體系黏度影響的分數顯著(zhù)性,設計了單因子實(shí)驗。實(shí)驗方案及實(shí)驗結果③UCON75-H為PEO-PPO-PEO嵌段共聚醚。見(jiàn)表2。表2KE-1、水、乙二醇單因子實(shí)驗的實(shí)驗方案及結果體系組成,%v(40℃組號實(shí)驗號KE-I①②③④⑤⑥⑦⑧35水000000024.281.385000001.753160902.20738.531.978243.302.386注:v為體系黏度,以下同。為了便于分析數據,對體系黏度數據進(jìn)行對的質(zhì)量比為1:1),調制3種不同黏度的基礎液,并數處理。KE-1的加入量與lgv的關(guān)系見(jiàn)圖1。分別測定不同溫度下的體系黏度。3種基礎液的溫度-體系黏度關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。2·KE-1加入量20%KE-1加入量KE-1加人量8%KE加入量%圖1KE-1對水-乙二醇體系黏度的影響溫度/℃圖2溫度-體系黏度的關(guān)系由表2可以看出,KE-1的增稠能力非常明顯,當KE-1加入量超過(guò)30%時(shí),水-乙二醇的體從圖2看出,水-乙二醇的體系黏度隨著(zhù)KE系黏度大幅度增加。同時(shí),由圖1可以看出,兩組1加入量的增加而明顯增加,與此同時(shí)也隨著(zhù)溫數據中KE-1加入量與駟gν的趨勢線(xiàn)斜率相當,可度的升高而明顯地下降。而且KE-1加入量越大,以說(shuō)明對不同組成的水-乙二醇體系KE-1的增溫度變化時(shí)的差值也越大。稠能力是相當的。3增黏劑-水-乙二醇體系的低溫流動(dòng)性2水-乙二醇體系黏溫特性和潤滑油一樣,在寒冷地區,對水基潤滑液也水基潤滑液與潤滑油一樣,在使用時(shí)希望產(chǎn)有低溫流動(dòng)性能的要求。水的低溫性能比較差,而品的黏度隨溫度的變化越小越好,即具有良好的乙二醇是優(yōu)良的防凍劑,加入乙二醇可以明顯地黏溫特性。將KE-1分別以質(zhì)量分數為8%,15%,改善水的低溫性能。20%的加入量加入水-乙二醇溶液中(水與乙二醇從表3可以看出,水-乙二醇體系中乙二醇所石化技術(shù)2013年第20卷第1期占比例越大,水-乙二醇溶液的低溫流動(dòng)性能也就損耗機械效率熱的產(chǎn)生、油膜厚度、承載能力以越好。及磨損等。潤滑介質(zhì)在工作狀態(tài)下所承受的平均表3水-乙二醇體系組成與凝點(diǎn)的關(guān)系%壓力一般都很高。在這種高壓下,潤滑介質(zhì)的黏度也相應發(fā)生了巨大變化,據文獻[]報道,有些體系組成(質(zhì)量分數)凝點(diǎn)C液體從常壓增加到3000MPa時(shí),其黏度增加了水乙二醇百萬(wàn)倍以上。油品黏度隨著(zhù)壓力的變化關(guān)系可70用式(1)表達00000T2=7中式中:7為在p下的黏度(p為壓力),mm3s;7為在常壓下的黏度,mm3s;a為壓黏系數,mN。70壓黏系數是反映潤滑介質(zhì)壓黏特性的指標,本實(shí)驗還考察了KE-1對水-乙二醇體系低在相同的壓力條件下,壓黏系數越大則黏度也越溫流動(dòng)性能的影響。實(shí)驗結果見(jiàn)表4。大。同時(shí)通過(guò)壓黏系數可以預測油膜厚度。增黏表4KE-1加入量對水一乙二醇體系劑-水-乙二醇體系的壓黏系數可以通過(guò)由美國的低溫流動(dòng)性的影響% BYCSo和 EEKlaus提出的SO計算式來(lái)預測。體系組成(質(zhì)量分數)前人已經(jīng)做了很多工作驗證了S0計算式的準確凝點(diǎn)性2,見(jiàn)式(2)。乙二醇KE-1水000ax=1.216+4.43×(gvb)+2848×107m390lgo)mb3.999(gvar.l0式中:為在常壓下實(shí)驗溫度時(shí)的體系黏度,mm3<-50s;m為常壓下基于378℃和989℃時(shí)體系黏度由表4可看出,當水含量不變,用部分KE-1的黏溫參數;p為在常壓下實(shí)驗溫度時(shí)的密度,替代乙二醇后,體系的凝點(diǎn)依然可以降低到-50g/cm3。m0可通過(guò) Walter公式[見(jiàn)式(3計算?！嬉韵?說(shuō)明KE-1也具有明顯的改善體系低溫lglg(v+A)=B- molar流動(dòng)性的能力。式中:T為絕對溫度,K;A,B,mo均為常數根據3種不同黏度基礎液的溫度-體系黏度4壓黏特性關(guān)系(即圖2中的數據),計算得到的3種不同黏在機械零件中,潤滑介質(zhì)的黏度決定著(zhù)摩擦度基礎液的A,B,mo,α數據見(jiàn)表5。表5不同增黏劑加入量的基礎液壓黏系數KE-1加入量,%密度(20℃)(g·cm3)moa×10(40℃)(m2·N)ax10(25℃)(m2,N029610.704.2610210093.972.171074.378.993.512.41注:KE-1加入量為以基礎液為基準的質(zhì)量分數。根據表5計算的壓黏系數代入式(1)可預測在壓力增大情況下,KE-1-水-乙二醇體系黏度的變·KE-1加人量20%化情況,見(jiàn)圖3和圖4。KE-1加入量15%KE-1加入量8%從表5看出,隨著(zhù)KE-1加入量的增加,基礎液的壓黏系數也相應的增大,說(shuō)明壓力對高黏度的基礎液的影響較低黏度基礎液的影響顯著(zhù)。溫度較低時(shí)壓力對基礎液體系黏度的影響要大于溫度較高時(shí)體系黏度。由圖3和圖4可以看出,對于KE-1-水-乙二醇體系來(lái)說(shuō),在溫度分別為20,40圖320℃時(shí)基礎液的黏度隨壓力的變化預測℃時(shí),壓力的增加對體系黏度的影響并不大,并不會(huì )由于壓力的增加導致黏度的過(guò)大增長(cháng),從而影魚(yú)鯤.增黏劑-水-乙二醇體系流變性能的研究稠能力相當。KE-1加入量20%3KE-1-水-乙二醇的體系黏度隨著(zhù)溫度的KE-1加入量15%KE-1加入量8%升高而明顯下降。同時(shí)KE-1加入量越大,溫度變化時(shí)的差值也越大。4)水-乙二醇體系的低溫流動(dòng)性能主要取決于乙二醇的含量,但KE-1的加入也有助于提高壓力MPa水一乙二醇溶液的低溫流動(dòng)性。5)根據計算可以預測,KE-1-水-乙二醇的體圖440℃時(shí)基礎液的黏度隨壓力的變化預測系黏度在溫度為20,40℃時(shí)受壓力的影響并不響使用。通常水基液壓液設備的工況壓力條件在大,不會(huì )因為壓力過(guò)大而導致黏度的過(guò)快增加。這10~12MPa,最大不超過(guò)16MPa,由此看來(lái),KE-說(shuō)明KE-1-水-乙二醇體系適宜作為水基液壓液1-水-乙二醇體系是完全適應水基液壓液設備要的基礎液。求的。參考文獻5結論中國石油公司.石油商品學(xué)M]北京:石油工業(yè)出版社1)由于PEO具有親水性,因此PEO聚醚和封1984:261-266端為PEO的共聚醚在水-乙二醇溶液中有著(zhù)良好[2|張文法,應自能一種從潤滑油常壓參數計算壓粘系數的的溶解性,適宜作為水-乙二醇體系的增黏劑。方法]機楲設計,19886:39-432)增黏劑KE-1對水-乙二醇的體系黏度影響很大,對于不同組成的水-乙二醇體系,KE-1的增(編輯:劉敏)Study on Rheology in System of Viscosifier-water-glycol(Research Institute of Petroleum Processing, SINOPEC, Beijing 100083, China)Abstract: The system of viscosifier-water-glycol is a primary component in base fluids of water-basedlubricant. It is important that the rheological properties are investigated for development of water-basedlubricant products. In the experiments KE-1 as viscosifier, it is observed that relationship between compositionin the system of viscosifier-water-glycol and viscosity, the viscosity-temperature characteristics and lowtemperature fluidity. Pressure-viscosity coefficient of the system is calculated by SO calculation methodinfluence of pressure on viscosity of the system predicted with results of the calculation. The predictive resultsshow that the pressure has hardly influence on viscosity at from 20C to 40C. Therefore the system of KE-1water-glycol is suitable for the base fluid of water based hydraulic fluidKey words: water-glycol; viscosifier: viscosity-temperature characteristics; pressure-viscosity characteristics; low temperature fluidity廣告索引彩色廣告中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司橡膠二廠(chǎng)封中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司煉油一廠(chǎng)封三北京燕山和成橡塑新材料有限公司封四北京華昌機電技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心——專(zhuān)業(yè)分離、過(guò)濾、凈化前插北京華昌機電技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心一一風(fēng)送及粒料凈化技術(shù)前插二