增黏剂-水-乙二醇体系流变性能的研究

石化技术,2013,20(1):6研究·开发PETROCHEMICAL INDUSTRY TECHNOLOGY增黏剂-水-乙二醇体系流变性能的研究鱼鲲(中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院,北京市100083)摘要:增黏剂-水-乙二醇体系是水基润滑液基础液的主要组成,考察其流变性能对研制水基润滑液产品是很重要的。本实验采用KE-1为增黏剂,考察增黏剂-水-乙二醇体系组成与体系黏度的关系及该体系的黏温特性和低温流动性,同时采用SO计算式计算该体系的压黏系数,从而预测压力对体系黏度的影响,通过预测值判断,在温度为20,40℃时压力对体系黏度的影响并不大,因此KE-1-水-乙二醇体系适宜作为水基液压液的基础液关键词:水-乙二醇增黏剂黏温特性压黏特性低温流动性水所固有的广泛性、清洁性和阻燃性能够满分支,国内外研究发现聚醚具有极性和较低的黏足现代社会对工程技术的安全性、环境友好性的压系数,在大多数润滑状态下能形成非常稳定的要求,随着人们对生态环境、安全健康的日益关具有大吸附力和承载能力的润滑膜,具有较好的注,水基润滑产品在冶金、机器制造、釆矿、铸造等减摩性能和较强的抗剪切能力。聚醚能把水溶液行业得到了广泛的应用。中的极压添加剂聚集到金属表面,从而起到协同水具有较大的表面张力、较好的黏着性和冷润滑作用。却性,但与润滑油相比,水的润滑性较差。水作为聚醚依其结构可分为均聚醚和共聚醚。均聚低黏度介质,还存在熔点高、沸点较低、成膜能力醚有聚乙二醇、聚环氧乙烷(PEO)、聚环氧丙烷差等缺点,使其无法单独作为润滑介质。因此,必(PPO)和聚四氢呋喃醚(PTMO);共聚醚包括无规须加入其他介质和添加剂对水进行改性,而乙二共聚醚(主要是环氧乙烷与环氧丙烷无规共聚醚)醇具有低冰点、高沸点的特点,经常和水一起用于和嵌段共聚醚,如PEO-PPO-PEO,PEO-PTMO调制水基润滑液的基础液。PEO,PPO-PTMO-PPO等多种形式。本工作选取水和乙二醇都是低黏度介质,在实际的使用了几种不同类型的聚醚加入水-乙二醇溶液中,考中须要添加合适的增黏剂以调节产品黏度。诸如察它们对水-乙二醇的体系黏度及相关性能的影水基液压液是液压传动装置中传递压力的介质,响,实验结果见表1。在工作时会受到较强的剪切力,同时对与之接触从表1可以看出,聚乙二醇10000和聚乙二的进行相对运动的金属部件进行润滑,以减少摩醇6000在水-乙二醇溶液中的溶解性很差,而擦,因此不同工况条件下也需要选择适宜黏度的KE-1和UCON75-H却有着很好的溶解性。这是产品。通常会选用水溶性的聚醚作为基础增黏剂,因为不同的聚醚单元具有不同的性能,PEO具有也是一些水基润滑液的基本组成。良好的亲水性。因此水基润滑液的增黏剂的选取使用水基润滑液产品时首先要考虑它的流变首先需要考虑PFO型聚醚或者是封端为PEO的性能,因此研究增黏剂-水-乙二醇体系的流变性能对水基润滑产品的研发具有实际意义收稿日期:2012-10-11修改稿收到日期:2012-11-29。作者简介:鱼,女,工程师,2006年毕业于华东理工大1增黏剂-水-乙二醇体系组成与体系黏度的关系学化学工艺专业,现主要从事齿轮油与液压油的研制工1.1增黏剂种类对体系黏度的影响作。联系电话:010-82368448:E- mail: yukun ripp@ sinopec聚醚是水溶性聚合物基础添加剂的一个重要鱼鲲.增黏剂-水-乙二醇体系流变性能的研究7表1增黏剂种类对水-乙二醇体系影响共聚醚。增黏剂结构类型加入量,%现象1.2增黏剂与体系黏度的关系聚乙二醇10000均聚醚10放置1天后混浊KE-1是最常用的水溶性增黏剂,本实验选用聚乙二醇600均聚醚10放置1天后混浊KE-1作为增黏剂来考察增黏剂-水-乙二醇体系无规共聚醚10透明的组成与体系黏度的关系。UCON75-H嵌段共聚醚10透明为了考察KE-1加入量(以100质量份的水注:①KE-1,UCON75-H均为增黏剂的产品牌号。2增黏剂的加入量为以水-乙二醇体系为基准的质量和乙二醇为基准的质量分数)对体系黏度影响的分数显著性,设计了单因子实验。实验方案及实验结果③UCON75-H为PEO-PPO-PEO嵌段共聚醚。见表2。表2KE-1、水、乙二醇单因子实验的实验方案及结果体系组成,%v(40℃组号实验号KE-I①②③④⑤⑥⑦⑧35水000000024.281.385000001.753160902.20738.531.978243.302.386注:v为体系黏度,以下同。为了便于分析数据,对体系黏度数据进行对的质量比为1:1),调制3种不同黏度的基础液,并数处理。KE-1的加入量与lgv的关系见图1。分别测定不同温度下的体系黏度。3种基础液的温度-体系黏度关系曲线见图2。2·KE-1加入量20%KE-1加入量KE-1加人量8%KE加入量%图1KE-1对水-乙二醇体系黏度的影响温度/℃图2温度-体系黏度的关系由表2可以看出,KE-1的增稠能力非常明显,当KE-1加入量超过30%时,水-乙二醇的体从图2看出,水-乙二醇的体系黏度随着KE系黏度大幅度增加。同时,由图1可以看出,两组1加入量的增加而明显增加,与此同时也随着温数据中KE-1加入量与駟gν的趋势线斜率相当,可度的升高而明显地下降。而且KE-1加入量越大,以说明对不同组成的水-乙二醇体系KE-1的增温度变化时的差值也越大。稠能力是相当的。3增黏剂-水-乙二醇体系的低温流动性2水-乙二醇体系黏温特性和润滑油一样,在寒冷地区,对水基润滑液也水基润滑液与润滑油一样,在使用时希望产有低温流动性能的要求。水的低温性能比较差,而品的黏度随温度的变化越小越好,即具有良好的乙二醇是优良的防冻剂,加入乙二醇可以明显地黏温特性。将KE-1分别以质量分数为8%,15%,改善水的低温性能。20%的加入量加入水-乙二醇溶液中(水与乙二醇从表3可以看出,水-乙二醇体系中乙二醇所石化技术2013年第20卷第1期占比例越大,水-乙二醇溶液的低温流动性能也就损耗机械效率热的产生、油膜厚度、承载能力以越好。及磨损等。润滑介质在工作状态下所承受的平均表3水-乙二醇体系组成与凝点的关系%压力一般都很高。在这种高压下,润滑介质的黏度也相应发生了巨大变化,据文献[]报道,有些体系组成(质量分数)凝点C液体从常压增加到3000MPa时,其黏度增加了水乙二醇百万倍以上。油品黏度随着压力的变化关系可70用式(1)表达00000T2=7中式中:7为在p下的黏度(p为压力),mm3s;7为在常压下的黏度,mm3s;a为压黏系数,mN。70压黏系数是反映润滑介质压黏特性的指标,本实验还考察了KE-1对水-乙二醇体系低在相同的压力条件下,压黏系数越大则黏度也越温流动性能的影响。实验结果见表4。大。同时通过压黏系数可以预测油膜厚度。增黏表4KE-1加入量对水一乙二醇体系剂-水-乙二醇体系的压黏系数可以通过由美国的低温流动性的影响% BYCSo和 EEKlaus提出的SO计算式来预测。体系组成(质量分数)前人已经做了很多工作验证了S0计算式的准确凝点性2,见式(2)。乙二醇KE-1水000ax=1.216+4.43×(gvb)+2848×107m390lgo)mb3.999(gvar.l0式中:为在常压下实验温度时的体系黏度,mm3<-50s;m为常压下基于378℃和989℃时体系黏度由表4可看出,当水含量不变,用部分KE-1的黏温参数;p为在常压下实验温度时的密度,替代乙二醇后,体系的凝点依然可以降低到-50g/cm3。m0可通过 Walter公式[见式(3计算。℃以下,说明KE-1也具有明显的改善体系低温lglg(v+A)=B- molar流动性的能力。式中:T为绝对温度,K;A,B,mo均为常数根据3种不同黏度基础液的温度-体系黏度4压黏特性关系(即图2中的数据),计算得到的3种不同黏在机械零件中,润滑介质的黏度决定着摩擦度基础液的A,B,mo,α数据见表5。表5不同增黏剂加入量的基础液压黏系数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加入量为以基础液为基准的质量分数。根据表5计算的压黏系数代入式(1)可预测在压力增大情况下,KE-1-水-乙二醇体系黏度的变·KE-1加人量20%化情况,见图3和图4。KE-1加入量15%KE-1加入量8%从表5看出,随着KE-1加入量的增加,基础液的压黏系数也相应的增大,说明压力对高黏度的基础液的影响较低黏度基础液的影响显著。温度较低时压力对基础液体系黏度的影响要大于温度较高时体系黏度。由图3和图4可以看出,对于KE-1-水-乙二醇体系来说,在温度分别为20,40图320℃时基础液的黏度随压力的变化预测℃时,压力的增加对体系黏度的影响并不大,并不会由于压力的增加导致黏度的过大增长,从而影鱼鯤.增黏剂-水-乙二醇体系流变性能的研究稠能力相当。KE-1加入量20%3KE-1-水-乙二醇的体系黏度随着温度的KE-1加入量15%KE-1加入量8%升高而明显下降。同时KE-1加入量越大,温度变化时的差值也越大。4)水-乙二醇体系的低温流动性能主要取决于乙二醇的含量,但KE-1的加入也有助于提高压力MPa水一乙二醇溶液的低温流动性。5)根据计算可以预测,KE-1-水-乙二醇的体图440℃时基础液的黏度随压力的变化预测系黏度在温度为20,40℃时受压力的影响并不响使用。通常水基液压液设备的工况压力条件在大,不会因为压力过大而导致黏度的过快增加。这10~12MPa,最大不超过16MPa,由此看来,KE-说明KE-1-水-乙二醇体系适宜作为水基液压液1-水-乙二醇体系是完全适应水基液压液设备要的基础液。求的。参考文献5结论中国石油公司.石油商品学M]北京:石油工业出版社1)由于PEO具有亲水性,因此PEO聚醚和封1984:261-266端为PEO的共聚醚在水-乙二醇溶液中有着良好[2|张文法,应自能一种从润滑油常压参数计算压粘系数的的溶解性,适宜作为水-乙二醇体系的增黏剂。方法]机楲设计,19886:39-432)增黏剂KE-1对水-乙二醇的体系黏度影响很大,对于不同组成的水-乙二醇体系,KE-1的增(编辑:刘敏)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广告索引彩色广告中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司橡胶二厂封中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司炼油一厂封三北京燕山和成橡塑新材料有限公司封四北京华昌机电技术研究开发中心——专业分离、过滤、净化前插北京华昌机电技术研究开发中心一一风送及粒料净化技术前插二