.1486 北京科技大学学报 第35卷 提高乳化液的工艺润滑效果5-).国内外学者在溶 醚清洗3次，用电吹风吹干后待用.正交试验使用 液润湿性方面做了大量的研究工作，但主要集中表 的普碳钢Q235记为基板1，经TR200粗糙度仪 面活性剂对溶液润湿性影响的研究.使用表面活性 测量其Ra=0.458m,R2=1.134m(Ra和Rz为 剂可以降低溶液的表面张力，有利于提高溶液对金 表面粗糙度，Ra为中线平均值，Rz为十点平均高 属表面的润湿能力？-.然而，有关板带钢乳化液 度).分析不同阴离子和非离子乳化剂的复合比例对 对金属表面润湿性的研究却较少，因此研究影响板 乳化液润湿性的影响试验中，使用的普碳钢Q235 带钢乳化液润湿性的因素，对提高冷轧过程乳化液 记为基板2，经测量其Ra=0.664m,Rz=1.742m. 在摩擦副表面的润湿性，改进乳化液的润滑效果有 着理论意义和实际指导价值 2结果与讨论 为此，笔者首先利用正交试验分析乳化剂质量 2.1乳化液润湿性影响因素 分数、油性剂的种类和乳化液体积分数三个因素 采用正交试验分析影响乳化液润湿性的因素， 对乳化液表面张力，以及在板带钢表面接触角和铺 三因素为乳化剂质量分数、油性剂种类和乳化液体 展系数的影响.然后通过对乳化液在板带钢表面动 积分数.乳化剂质量分数分别为3%、6%和9%，油性 态接触角和液滴直径的研究，分析不同阴离子和非 剂分别为硬酯酸丁酯、三羟甲基丙烷油酸酯和季戊 离子乳化剂复合比例对乳化液润湿性的影响.本文 C8~C10酯，乳化液的体积分数分别为3%、5%和 考虑板带钢表面的粗糙度对乳化液接触角的影响， 7%.试验方案如表1. 运用Y-G-G经验方程计算板带钢的表面张力和乳 化液与板带钢间的界面张力，并研究乳化液与板带 表1正交试验方案 钢的界面张力对乳化液润湿性的影响. Table 1 Factor and level of orthogonal test 因素 1实验部分 水平 A,乳化剂 B,油性剂种类 C,乳化液 1.1乳化液的制备 质量分数/% 体积分数/% 3 硬脂酸丁酯 0 首先采用正交试验，分析乳化剂质量分数、油 6 三羟甲基丙烷油酸酯 S 性剂的种类和乳化液体积分数对乳化液润湿性的影 季戊C8~C10酯 7 响，正交试验选用矿物油N32和棕榈油为基础油， 烷基酚聚氧乙烯醚为非离子乳化剂，硬酯酸丁酯、 乳化液对金属表面的润湿是乳化液与金属基 三羟甲基丙烷油酸酯和季戊C8~C10酯为油性剂. 板表面接触后，在其表面上排除空气而铺展形成固 将基础油、油性剂（质量分数为15%）和其他添加剂 液界面的过程.在以接触角表示乳化液润湿性时， 混合加热至80℃，搅拌20min,待冷却至70℃，加 将0=90°定为润湿与否的标准，0<90°则为润 入乳化剂，搅拌20min即制备成乳化油，将制备好 湿，>90°为不润湿.0越小，乳化液润湿性越好. 的乳化油用水稀释成试验用乳化液.分析不同阴离 接触角示意图见图1. 子和非离子乳化剂的复合比例对乳化液润湿性的影 .7L/G 响试验中，阴离子乳化剂选用油酸三乙醇胺皂，非 离子乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚 1.2润湿性试验 Ys/L YsjG 使用JC2000C1接触角测试仪，采用最大泡 日一接触角：YL/c一乳化液的表面张力：s/a一基板的表面 压法测量乳化液的表面张力，液滴法测定乳化液 张力：sL一乳化液-基板间的界面张力 的接触角.试验温度1417℃，仪器测量角范围 图1接触角示意图 0°~180°，测量误差±0.5℃.试验时采用普碳钢 Fig.1 Schematic drawing of contact angle Q235作为基板，规格为20mm×10mm×1mm.将 一滴乳化液滴在普碳钢Q235表面，当乳化液与普碳 假设少量乳化液在基板上铺展前以小液滴存 钢Q235基板表面接触时，在表面张力的作用下，液 在的表面积与其铺展后的面积相比可忽略不计时， 滴会发生铺展.试验前先用石油醚清洗普碳钢Q235 则在一定温度和压力下，单位面积上乳化液铺展过 表面23次，除去基板表面油渍，然后用酒精清 程的吉布斯能变化△G为回： 洗，再用蒸馏水冲洗，烘干，每次试验后，用石油 △G=Ys/L+YL1a-s/a (1)· 1486 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 提高乳化液的工艺润滑效果 [5−6] . 国内外学者在溶 液润湿性方面做了大量的研究工作，但主要集中表 面活性剂对溶液润湿性影响的研究. 使用表面活性 剂可以降低溶液的表面张力，有利于提高溶液对金 属表面的润湿能力 [7−8] . 然而，有关板带钢乳化液 对金属表面润湿性的研究却较少，因此研究影响板 带钢乳化液润湿性的因素，对提高冷轧过程乳化液 在摩擦副表面的润湿性，改进乳化液的润滑效果有 着理论意义和实际指导价值. 为此，笔者首先利用正交试验分析乳化剂质量 分数、油性剂的种类和乳化液体积分数三个因素 对乳化液表面张力，以及在板带钢表面接触角和铺 展系数的影响. 然后通过对乳化液在板带钢表面动 态接触角和液滴直径的研究，分析不同阴离子和非 离子乳化剂复合比例对乳化液润湿性的影响. 本文 考虑板带钢表面的粗糙度对乳化液接触角的影响， 运用 Y-G-G 经验方程计算板带钢的表面张力和乳 化液与板带钢间的界面张力，并研究乳化液与板带 钢的界面张力对乳化液润湿性的影响. 1 实验部分 1.1 乳化液的制备 首先采用正交试验，分析乳化剂质量分数、油 性剂的种类和乳化液体积分数对乳化液润湿性的影 响，正交试验选用矿物油 N32 和棕榈油为基础油， 烷基酚聚氧乙烯醚为非离子乳化剂，硬酯酸丁酯、 三羟甲基丙烷油酸酯和季戊 C8 ∼C10 酯为油性剂. 将基础油、油性剂 (质量分数为 15%) 和其他添加剂 混合加热至 80 ℃，搅拌 20 min，待冷却至 70 ℃，加 入乳化剂，搅拌 20 min 即制备成乳化油，将制备好 的乳化油用水稀释成试验用乳化液. 分析不同阴离 子和非离子乳化剂的复合比例对乳化液润湿性的影 响试验中，阴离子乳化剂选用油酸三乙醇胺皂，非 离子乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚. 1.2 润湿性试验 使用 JC2000C1 接触角测试仪， 采用最大泡 压法测量乳化液的表面张力，液滴法测定乳化液 的接触角. 试验温度 14∼17 ℃，仪器测量角范围 0 ◦∼180◦，测量误差 ±0.5 ℃. 试验时采用普碳钢 Q235作为基板，规格为 20 mm×10 mm×1 mm. 将 一滴乳化液滴在普碳钢 Q235表面，当乳化液与普碳 钢 Q235 基板表面接触时，在表面张力的作用下，液 滴会发生铺展. 试验前先用石油醚清洗普碳钢 Q235 表面 2∼3 次，除去基板表面油渍，然后用酒精清 洗，再用蒸馏水冲洗，烘干，每次试验后，用石油 醚清洗 3 次，用电吹风吹干后待用. 正交试验使用 的普碳钢 Q235 记为基板 1，经 TR 200 粗糙度仪 测量其 Ra=0.458 µm，Rz=1.134 µm (Ra 和 Rz 为 表面粗糙度，Ra 为中线平均值，Rz 为十点平均高 度). 分析不同阴离子和非离子乳化剂的复合比例对 乳化液润湿性的影响试验中，使用的普碳钢 Q235 记为基板 2，经测量其 Ra=0.664 µm，Rz=1.742 µm. 2 结果与讨论 2.1 乳化液润湿性影响因素 采用正交试验分析影响乳化液润湿性的因素， 三因素为乳化剂质量分数、油性剂种类和乳化液体 积分数. 乳化剂质量分数分别为 3%、6%和 9%，油性 剂分别为硬酯酸丁酯、三羟甲基丙烷油酸酯和季戊 C8 ∼ C 10 酯，乳化液的体积分数分别为 3%、5%和 7%. 试验方案如表 1. 表 1 正交试验方案 Table 1 Factor and level of orthogonal test 水平 因素 A, 乳化剂 B, 油性剂种类 C, 乳化液 质量分数/% 体积分数/ % 1 3 硬脂酸丁酯 3 2 6 三羟甲基丙烷油酸酯 5 3 9 季戊 C8 ∼ C10 酯 7 乳化液对金属表面的润湿是乳化液与金属基 板表面接触后，在其表面上排除空气而铺展形成固 液界面的过程. 在以接触角表示乳化液润湿性时， 将 θ ＝ 90◦ 定为润湿与否的标准，θ<90◦ 则为润 湿，θ>90◦ 为不润湿. θ 越小，乳化液润湿性越好. 接触角示意图见图 1. θ — 接触角；γL/G— 乳化液的表面张力；γS/G— 基板的表面 张力；γS/L— 乳化液 – 基板间的界面张力 图 1 接触角示意图 Fig.1 Schematic drawing of contact angle 假设少量乳化液在基板上铺展前以小液滴存 在的表面积与其铺展后的面积相比可忽略不计时， 则在一定温度和压力下，单位面积上乳化液铺展过 程的吉布斯能变化 ∆G 为 [9]： ∆G = γS/L + γL/G − γS/G . (1)