1 課題提出的背景及意義

隨著科技的進步和國民經(jīng)濟的發(fā)展，各種大型扁寬、薄壁、高精、復雜的實心和空心型材應(yīng)運而生，成為許多重要領(lǐng)域，如航空航天、交通運輸、現(xiàn)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(fā)展。未來幾十年，我國高速鐵路建設(shè)將進入全面收獲時期，以“四縱四橫”為骨架的快速客運網(wǎng)基本形成；長江三角洲、珠江三角洲、環(huán)渤海地區(qū)城際軌道交通，將覆蓋區(qū)域內(nèi)主要城鎮(zhèn)；中國約有25個大中城市在進行地鐵與高架軌道路線建設(shè)；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(nèi)達到年產(chǎn)大客機150架、年產(chǎn)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(shù)量還會不斷增加。

大型擠壓機加工潤滑的方法現(xiàn)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(jié)構(gòu)復雜，燃燒后對工作環(huán)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(jié)構(gòu)復雜，對機臺環(huán)境污染大。

（3）采用專用的固態(tài)潤滑劑對擠壓墊和模套進行潤滑，日本宇部興產(chǎn)研制的機器多采用該方法：機器手結(jié)構(gòu)簡單，安全環(huán)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(jié)構(gòu)合理，生產(chǎn)能力得到充分發(fā)揮，在全球各國的大型擠壓機中單臺產(chǎn)量最高。它的潤滑分離技術(shù)更是值得我們借鑒和學習的。

圖為：國外大型鋁型材擠壓機及所用潤滑材料

山東南山鋁業(yè)引進的日本宇部興產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(nèi)目前還沒有同類產(chǎn)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(tài)潤滑劑[2]，該產(chǎn)品在室溫條件下呈固態(tài)，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(tài)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(tài)，該潤滑劑少煙，基本不著火，涂抹一次可連續(xù)擠壓近10根鑄錠，大大減輕了工人的勞動強度，改善了加壓機周圍得環(huán)境條件。但是目前國內(nèi)在小型擠壓機上使用的固態(tài)潤滑劑，閃點和軟化點太低，性能、尺寸及結(jié)構(gòu)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(fā)一種理想的擠壓分離潤滑劑來滿足國內(nèi)目前日益增多的大型擠壓設(shè)備的需要已成為當務(wù)之急。

2 實驗分析

2-1 熱失重分析

采用美國TG公司生產(chǎn)的TQ500/Q50T熱重分析儀，對進口和國產(chǎn)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(jié)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(chǎn)潤滑劑在200°C以前熱穩(wěn)定性能是一樣的；進口潤滑劑的該組份從200°C開始分解,到380°C完全降解, 質(zhì)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(zhì)量約占23%;不能降解的固體物質(zhì)質(zhì)量約占22%。

圖為：進口與國產(chǎn)鋁型材擠壓機潤滑劑TGA曲線圖對比

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

由于TGA曲線的差異，導致進口潤滑分離劑和國產(chǎn)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(chǎn)潤滑劑粉末，與 KBr 粉末研磨，壓片，用透射法測試，得到其紅外光譜圖[4]。對比進口和國產(chǎn)潤滑劑的紅外光譜圖，發(fā)現(xiàn)進口潤滑劑有10個特征峰，國產(chǎn)潤滑劑有11個特征峰；特征峰的數(shù)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(xiàn)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(chǎn)潤滑劑配方基本官能團組成相似度極高。

圖為：進口鋁型材擠壓機潤滑劑紅外光譜圖

圖為：國產(chǎn)型材擠壓機潤滑劑紅外光譜圖檢索解析

2-3分離潤滑功能材料的開發(fā)

根據(jù)熱失重分析的結(jié)果，為提高國產(chǎn)潤滑劑在300°C時的熱穩(wěn)定性，查閱材料手冊初選出多種高分子材料對國產(chǎn)潤滑劑進行改性。

圖為：分離潤滑功能材料的開發(fā)試樣TGA曲線

試驗結(jié)果為：6#樣在，200--350°C區(qū)間內(nèi)抗熱性能有提高但改善不明顯，7#樣在200-350°C區(qū)間內(nèi)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(jīng)達到預期效果。

3 結(jié)論
我國引進了大量的大型擠壓技術(shù)及其設(shè)備。但就目前絕大多數(shù)大型鋁型材擠壓機的分離潤滑技術(shù)與潤滑功能材料依賴于進口的潤滑劑。目前國內(nèi)在小型擠壓機上使用的固態(tài)潤滑劑，閃點和軟化點太低，性能、尺寸及結(jié)構(gòu)不能滿足在大中型擠壓機機器人使用的要求。本文對進口的潤滑分離劑和國產(chǎn)的潤滑分離劑進行熱失重分析找出兩者在使用過程的抗熱性能差異，通過紅外光譜分析辨別兩者組織成份的差異。開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的潤滑技術(shù)、裝備及潤滑劑產(chǎn)品。 

（1）新開發(fā)的固態(tài)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(wěn)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(fā)現(xiàn)EVA對國產(chǎn)潤滑劑外觀性能、脫模性以及熱穩(wěn)定性都由及大的幫助。

（6）新開發(fā)的分離潤滑劑，采用模具澆注成型，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(chǎn)的需要。

(7) 深圳市鵬科科技有限公司可為企業(yè)提高各種安裝尺寸的固態(tài)潤滑劑。