Brevet FR2011326A1 — publié le 19700227

La présente invention se rapporte à la lubrification de fils métalliques qui sont soumis à des opérations de tréfilage» On forme un fil métallique en tirant une "barre ou un fil métallique à travers une filière ou une série de filières en ma-5 tière résistante, on réduit ainsi le diamètre du fil tout en allongeant le fil et produisant quelquefois des modifications dans la qualité de métal du fil. Les forces de frottement engendrées durant le tréfilage sont considérables et il est recommandé de lubrifier le passage du 10 fil à travers la ou les filières afin de réduire les forces de frottement, afin d'éviter la production d'une chaleur excessive dans les filières, ce qui a un effet défavorable sur la ou les filières et sur les propriétés du fil, et afin d'améliorer le de gré d'attrition du fil et de la ou des filières» 15 Habituellement, la ou les filières et le fil sont plongés dans une cuve ou un bain de lubrifiant de manière que le lubrifiant soit disponible pour les régions critiques de. chaque filière et qu'ainsi la chaleur soit rapidement dissipée.Les fils formés entièrement ou principalement de cuivre ou de matières 20 ayant des caractéristiques similaires d'étirage sont habituellement étirés à travers les filières à des vitesses relativement grandes (par exemple, environ 15 m/s) : par conséquent, la nécessité de dissiper la chaleur de la filière est importante et on utilise des lubrifiants à base d'eau afin de profiter de la 25 chaleur spécifique élevée de l'eau. Les lubrifiants à base d'eau utilisés antérieurement comprenaient une émulsion d'une huile grasse comme l'huile de colza. Ces lubrifiants connus présentaient un certain nombre d'inconvénients et notamment une médiocre stabilité de 1'émulsion, en dé-30 pit de la présence d'émulsionnants, et la formation excessive de savons métalliques quiemprisonnent les fines particules métalliques enlevées au fil par abrasion, provoquant un encrassement ou une usure excessive de la filière, et entraînant une modification nuisible dans la composition de l'émulsion. De plus, les 35 savons métalliques et les fines particules métalliques souillent 1'émulsion lubrifiante, en formant une crasse qui dégrade les propriétés de 1'émulsion et se dépose sur les parois de la cuve, ce qui rend nécessaire un nettoyage fréquent de la cuve a-vec pour conséquence une perte de capacité de production.Cer-h - taix.es cmileions abuses connues antérieurement utilisées eom- Sll /ô9 BAD ORIGINAL 69 20618 2 2011326 se lubrifiants de tréfilage attaquent les organes en métaux ferreux de la machins de tréfilage, et en provoquent la corrosion. Selon la présente invention, un concentré pour la préparation d'un lubrifiant aqueux de tréfilage comprend de l'iruile de 5 colza sulfatée et de l'huile de spermaceti sulfatée. Par "huile sulfatée" on désigne le produit obtenu en traitant l'huile par un acide sulfurique relativement concentré pendant plusieurs heures à des températures de 0 à 40°C de façon qu'une sulfatation des huiles se produise aux doubles liaisons 10 pour former de véritables sulfates plutôt que des sulfonates. La teneur en SO^ de ces sulfates peut aller de 0,5 à 10% en poids suivant la concentration de l'acide sulfurique, la nature de l'huile et les conditions de traitement. Après la sulfatation, les huiles sont lavées à l'eau et en-15 suite traitées par une base par exemple une solution d'ammoniac ou de soude caustique jusqu'à ce que le pH soit compris entre 6,5 et 10,0 et de préférence entre 750 et 955« Les compositions d'huiles sulfatées utilisables (comme déterminé par les méthodes d'analyse prescrites dans "Standard Me-20 thods of Analysis", publié par la Sociéty of Leather Trade Che-mists, The National Leather Sellers College, 176 Tower Bridge Road, Londres, S.E.I.) sont données ci-après et exprimées en pourcentages en poids par rapport à un total de 100% en poids de matière grasse par extraction i 25 TABLEAU I Huile de spermaceti Huile de col-sulfatée za sulfatée Matière grasse totale par extraction 100 100 30 SO^ combiné 1,1-2,3 2,3-4,1 Huile neutre 7^-85 70-82 Acides gras libres, en acide oléique 1,1-6 1,1-6 Matière insaponifiable 30-33 1,2-2,3 35 Alcali total,exprimé en ÏTaOH 0,2-1,2 0,2-1,8 D'une façon générale, les huiles - suifatées comprennent une certaine quantité d'eau, et des plages typiques de compositions de chacune des huiles sulfatées, exprimées en pourcentages en ;:oids sur- une base de 100% en poids d'huile sulfatée sont les si;.iv-gnxës - 811/69 BAD ORIGINAL 69 20618 3 2011326 TABLEAU II Huile de spermaceti Huile de colza sulfatée sulfatée Matière grasse totale 85-90 84-88. 5 par extraction SOj combiné 1,0-2,0 2,0-3,5 Huile neutre 65-75 60-70 Acides gras libres, en acide oléique 1,0-5,0 1,0-5,0 10 Matière insa^onifiable 26,5-29,0 1,0-2,0 Alcali total, en EfaOH 0,2-1,0 0,2-1,5 Sels inorganiques 0,5-1,5 0,5-1,5 Eau 10,5-5,5 10,5-5,5 Le pH d'émulsions à 10% en volume dans l'eau des huiles sul-15 fatées est compris entre 7,5 et 9,5 dans chaque cas. Le concentré peut comprendre entre 25% en volume et 75% en volume d'huile de colza sulfatée, le complément étant constitué d'huile de spermaceti sulfatée. Des concentrés particulièrement préférés selon l'invention 20 comprennent environ 50% en volume d'huile de colza sulfatée, le complément étant constitué d'huile de spermaceti sulfatée. De préférence, la teneur en acides gras libres du concentré est inférieure à 3,0% en poids, exprimée en acide oléique, et les propriétés de tréfilage de 1'émulsion aqueuse du concentré 25 sont très satisfaisantes quand la teneur en acides gras libres du concentré est compriœ initialement entre 2,5 et 3,0% en poids, exprimée en acide oléique. La quantité d'acide gras libre dans le concentré est déterminable par le degré de sulfatation et de neutralisation durant la préparation. La teneur en acides gras li-30 bres peut changer durant l'opération de tréfilage, mais on a constaté que la teneur en acides gras du concentré avant l'addition à l'eau est importante pour qu'on obtienne les résultats les plus avantageux dans l'opération de tréfilage. On a découvert que les concentrés selon l'invention donnent 35 des lubrifiants aqueux de tréfilage ayant une extrêmement bonne stabilité d'ér.:ulsion et une longue durée de service sans formation excessive de savons de cuivre. La crasse et le dépôt de particules métalliques fines des lubrifiants connus antérieurement sont à peu près absents, ou réduits dans une mesure sans 40 précédent. Un autre avantage du lubrifiant de tréfilage préparé 811/69 BAD ORIGINAL 69 20618 4 2011326 à partir du concentré, du point de vue opératoire, est qu'il ne se produit à peu près pas d'odeur déplaisante, même dans des conditions sévères de travail. L'invention comprend aussi un lubrifiant aqueux de tréfilage 5 comprenant une proportion majeure d'eau et une proportionassez faible, de l'ordre de 1 à 20% en volume, du concentré décrit dans les paragraphes précédents. Habituellement, le lubrifiant comprend de 2 à 9% en volume du concentré, de préférence de 5 à 7% en volume. Il y a lieu de noter, toutefois, que durant l'u-10 tilisation du lubrifiant de tréfilage les concentrations des -huiles de colza et de spermaceti sulfatées changent et que des additions de concentré au lubrifiant pour rétablir les proportions préférées des compositions sont souhaitables. Le lubrifiant aqueux de tréfilage peut être préparé simple-15 ment par addition du concentré à de l'eau dans les proportions désirées et brassage ou agitation jusqu'à obtention d'une dispersion satisfaisante ; d'une façon générale, plus le degré de dispersion est élevé, plus grande est la stabilité de 1*émulsion, et la stabilité de 1'émulsion est un facteur important 20 pour assurer une lubrification satisfaisante. L'agitation du concentré dans l'eau peut être effectué ma-" nuellement à l'aide d'une palette ou mécanique-nent à l'aide d'un agitateur industriel de type quelconque. Dans le cas d'agitation manuelle, le degré de dispersion dépend dans une large me-25 sure de la conscience apportée par le personnel à son travail ; quand on ne peut pas se fier aux opérateurs pour donner au concentré un degré approprié de dispersion, il peut être plus intéressant dans une installation de tréfilage d'avoir recours à des moyens physico-chimiques de tréfilage plutôt que d'utiliser 30 un agitateur mécanique qui occupe de la place et, en raison de son utilisation intermittente, représenterait un capital utilisé de façon peu économique..A cet effet, un agent tensio-actif peut être incorporé dans le concentré. Un agent tensio-actif approprié est le produit huile de ricin sulfonée disponible dans le 35 commerce sous la désignation Turkey Red Oil (TRO ci-après). Le TR0 se mélange facilement avec les huiles sulfatées duconcentré, et le concentré de la présente invention peut comprendre de 3 à 7% en volume de TRO ou d'un autre agent tensio-actif approprié quelconque : des proportions préférées de l'agent tensio-actif 50 sont d'environ 5% en volume. 811/69 BAD ORIGINAL 69 20618 5 2011326 L'invention comprend aussi un procédé de tréfilage dans lequel un fil lubrifié à l'aide d'un lubrifiant aqueux de tréfilage formé à partir du concentré décrit ci-dessus est étiré à travers une ou plusieurs filières. 5 De plus, l'invention comprend le fil métallique étiré par le procédé du paragraphe précédent. L'invention est encore illustrée en référence à certains essais effectués par un certain nombre de lubrifiants aqueux de tréfilage. 10 On prépare des huiles de colza et de spermaceti sulfatées en traitant les huiles soit séparément, soit en combinaison par de l'acide sulfurique à 96% pendant plusieurs heures entre 0°C et 4-0°C dans des réservoirs agités.On laisse décanter les contenus des réservoirs en une couche huileuse supérieure et une couche 15 inférieure d'acide, et on fait écouler cette dernière. La couche huileuse est ensuite lavée à l'eau et on ajoute une solution de soude caustique jusqu'à ce que le pH d'une émulsion à 10% en volume dans l'eau soit compris entre 6,5 et 9,5- Les propriétés des huiles sulfatées sont approximativement 20 les suivantes : TABLEAU III Huile de spermaceti Huile de colza sulfatée sulfatée Matière grasse totale par 25 extraction, % en poids 87,5 86,0 Acides gras libres (% en poids en acide oléique) 2,0-3,0 2,0-3,0 Alcali total (en ÏTaOH),% 30 en poids 0,5 0,2 Eau,% en poids 8,0 8,3 SO^ combiné,% en poids 1,5 3,2 Matière insaponifiable, % en poids 27,7 - 35 Teneur en huile neutre, % en poids - 70,0 On effectue des essais dans lesquels un fil de cuivre d'une haute condactivité constitué de cuivre à peu près pur- est étiré à trs".'-3rs 15 filières successives pour réduire son diamètre de lq. £„54 î- C5-r — , le rite ï-se fin si'3 d'x fil êtznt de 15 n/s. Des 811/69 bad original 69 20618 6 2011326 lubrifiants de tréfilage différents (1135,5 litres par essai) sont utilisés dans chacun des essais -comme suit : Essai 1 , : Le lubrifiant est une émulsion à 6% en volume de l'huile de 5 spermaceti sulfatée spécifiée ci-dessus dans l'eau, similaire aux lubrifiants de tréfilage connus utilisés industriellement. Après une courte période de service, une crasse de particules fines de cuivre apparaît à la surface du lubrifiant et une accumulation de savons decuivre et de particules fines de cuivre 10 se produit sur les filières et les parois latérales du réservoir contenant le lubrifiant, rendant le lubrifiant impropre à une utilisation ultérieure.De plus, l'huile de spermaceti sulfatée commence à se désémulsionner, ce qui dégrade ses propriétés lubrifiantes résiduelles.• 15 Essai 2 Le fil est lubrifié à l'aide d'une émulsion à 6% en volume de l'huile de colza sulfatée dans 1'eau.L'émulsion conserve sa stabilité bien que durant l'essai la concentration de l'huile de colza tombe à 2% environ. 11 se produit moins de savons de 20 cuivre et de dépôts que dans l'essai 1, mais on observe une accumulation sur les filières et sur les parois du réservoir. Une o-deur désagréable apparaît durant l'opération de tréfilage. L'huile de colza sulfatée est quelque peu désavantageuse du point de vue du prix par rapport à l'huile de spermaceti sulfatée. 25 Essai 3 On effectue un tréfilage en utilisant un lubrifiant comprenant une émulsion à 6% en volume dans l'eau d'un concentré comprenant 75% en poids de l'huile de spermaceti sulfatée à 25% en. poids de l'huile de colza sulfatée et ayant une teneur en acides 30 libres compriseentre 2,5 et 3,0% en poids exprimée en acide oléique . L'émulsion est très stable même quand on laisse tomber sa concentration à 4-% en volume. La formation de savons de cuivre est notablement réduite par rapport au cas des lubrifiants uti-35 lisés dans les essais 1 et 2 et la quantité de particules fines de cuivre, de crasse et de dépôt est plus petite. Essai 4 Le fil est lubrifié à l'aide d'un lubrifiant comprenant une émulsion à 6% en volume 'dans l'eau d'un concsn.tré ccinprans.nt 40 50% en volume de l'huile de sre-r&acéti sulfatés bt- 50% en velu- 811/69 BAD ORIGINAL 69 20618 7 2011326 me de l'huile de colza sulfatée, la teneur en acides gras libres du concentré étant comprise entre 2,5 et 3,0% en poids, en acide oléique. Les particules fines de cuivre, la crasse et les dépôts sont 5 pratiquement absents et la surface du lubrifiant ne présente presque pas d'altération de couleur due à cette cause.L'émulsion conserve sa stabilité ("c'est-à-dire qu'il n'y a pas de signes notables de désémulsionnement) pendant 500 heures de service, a-vec très peu de formation de savons- de cuivre, et le fil de cui-10 vre quittant la dernière filière a une surface lisse et brillante. Il n y a pas d'odeur désagréable notable et le comportement général est considéré comme étant légèrement supérieur à celui du lubrifiant utilisé dans l'essai 3. De plus, le lubrifiant est meilleur marché que le lubrifiant de l'essai 3^ 15 Essai 5 On prépare une émulsion pour la lubrification de l'étirage d'un fil de cuivre d'une haute conductivité dans une machine à tréfiler pour grosses barres. Les particularités essentielles de la machine sont qu'elle comporte seulement neuf filières 20 pour effectuer une réduction dans le diamètre du fil de 7*24- mm à 2,24 mm, correspondant à une réduction de la surface de section du fil de 21% dans chaque filière. La vitesse du fil à la sortie de la dernière filière est de 12,7 m/s et la quantité de -lubrifiant utilisée dans la cuve de la machine est d'environ 25 3030 litres.Les conditions opératoires aux filières pour ce fil de cuivre assez épais sont plutôt plus sévères que celles rencontrées aux filières utilisées pour le fil de cuivre plus fin des essais 1 à 4.Par conséquent, la tendance à former des savons de cuivre et des particules fines de cuivre dans les filières et 30 dans la machine en général, et à provoquer en conséquence une rupture de l1émulsion, devrait être plus forte que dans les essais 1 à 4. L'émulsion consiste en 94$ en volume d'eau et 6% en volume du concentré de 50% en volume d'huile de spermaceti sulfatée et 35 50P/o en volume d'huile de colza sulfatée utiliséeà l'essai 4,1e concentré ayant été dispersé par agitation manuelle dans l'eau. Le fil de cuivre quittant la dernière filière est uniformément brillant et lisse et il n'y a pratiquement pas de crasse de particules fines de cuivre et on constate seulement la for-40 matxon de quantités insignifiantes de savons de cuivre aux fi811/69 69 20618 8 2011326 lières. Toutefois, une certaine rupture d'émulsion est observée après 2 mois d'utilisation, comprenant une durée totale de service de 250 heures, et les recherches montrent qu'on peut éviter la rupture d'émulsion en assurant un plus haut degré de disper-5 sion du concentré dans l'eau que celui pouvant être obtenu par agitation manuelle. Essai 6 Pour des raisons de commodité et d'économie, comme expliqué ci-dessus, il est préférable qu'on arrive à un haut degré de 10 dispersion du concentré en incorporant un agent tensio-actif dans le concentré plutôt qu'en utilisant un agitateur mécanique. L'agent tensio-actif choisi est le TKO et on prépare un concentré ayant la composition suivante : huile de spermaceti sulfatée 4-75 5% en volume 15 huile de colza sulfatée 47,5% en volume TEO (huile de ricin sulfonée) 5,0% en volumè acide gras libre (en acide oléique) 2,5-3,0% en poids. Le concentré est dispersé manuellement dans l'eau pour donner une émulsionà 6% en volume et on effectue le tréfilage en 20 utilisant la mène machine et les mêmes conditions opératoires que pour l'essai 5- Pendant une période de 4 mois, comprenant au total 500 heures de travail, on ri observe aucune crasse de particules fines de cuivre ou accumulation de savons de cuivre et il n'y a pas de rupture d'émulsion. La quantité de concentré 233qu'on ajoute dans la cuve pour maintenir la concentration de 6% en volume de 1'émulsion est de seulement 113,5 litres, quantité remarquablement petite pour une si longue période de service dans des conditions opératoires relativement sévères» On a constaté que le lubrifiant aqueux de la présente inven-'30 tion n'attaque pas les organes en métaux ferreux des machines à tréfiler même pendant de longues périodes d'utilisation, et ceci est confirmé par dLes essais de laboratoire dans lesquels on fait barboter de l'air humide à travers les émulsions de l'invention pendant 96 heures, tandis que les émulsions sont main-" 35 tenues à 60°C et en contact avec des clous en fer on n'observe pas d'oxydation des clous» D'après cé qui précède,on voit qu'un concentré d'huile de colza sulfatée et d'huile de spermaceti suifatée(éventuellement avec l'inclusion d'une proportion assez, faible d'un agent tensio 40 actif approprié,comme celui dit Turkeyred Oil)donne une émulsion lubrifiante de tréfilage qui est supérieure à l'une ou l'autre dss huiles sulfatées utilisée seule ou aux lubrifiants de tréfilage camus antérieurement 811/69 69 20618 9 2011326 BEVEKDIGATIOITS 1. Un concentré à utiliser" pour la formation d'un lubrifiant aqueux de tréfilage à base d'huiles naturelles éiaulsionnables, caractérisé en ce que le concentré comprend un mélange d'huile 5 de spermaceti sulfatée et d'huile de colza sulfatée. 2. Un concentré selon la revendication 1,caractérisé en ce que le mélange comprend de 25 à 75% en volume d'huile de sperma- t ceti sulfatée et de 75 à 25% en volume d'huile de colza sulfatée 3«Un concentré selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en 10 ce que les propriétés de l'huile de spermaceti sulfatée (supposée anhydre) sent a peu près les suivantes : Matière grasse totale par extraction 100% SO^ c ombiné 1,1-2,3% Huile neutre 74—85% o5 Acides gras libres, en acide oléique 1,1-6,0% Matière insaponifiable 30-33% Alcali total, en ÏTaOH 0,2-1,2% 4. Un concentré selon l'une quelconque des révendications 1 à 3, caractérisé en ce que les propriétés dè l'huile de colza 20 sulfaté^ supposée anhydre, sont à peu près les suivantes : Matière grasse totale par extraction 100% SO^ combiné 2,3-4,1% Huile neutre 70-82% Acides gras libres, en acide oléique 1,1-6% 25 Matière insaponifiable 1,2-2,3% Alcali total, en ÏTaOH 0,2-1,8% 5- Un concentré selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des proportions à peu près égales en volume des huiles sulfatées. 30 6. Un concentré selon l'une quelconque des revendications 1 5 caractérisé en ce que la teneur en acides gras libres, exprimée en acide oléique ne dépasse pas 3% en poids et est comprise entre 2,5 et 3%. 7-, Un concentré selon l'une quelconque des revendications 1 35 6 caractérisé en ce qu'il comprend une proportion assez faible d'un agent tensio-actif. 8. Un concentré selon la revendication 7j caractérisé en ce que 1 ' agentfcensio-actif est une huile de ricin sul'fonée» 9. Un concentré selon 1s revendication 7 ou'8 caractérisé 40 eîi ce 1\&1 comprend ds 3 à 7% .et C3 préférence environ 5% en vo811 BAD ORIGINAL 69 20618 10 2011326 lume de l'agent tensio-actif. 10. Un lubrifiant de tréfilage caractérisé en ce qu'il comprend une proportion majeure d'eau et une proportion assez faible d'un concentré selon l'une quelconque des revendications 1 à 9* 5 11- Un lubrifiant de tréfilage selon la revendication 10,ca ractérisé en ce que le concentré forme de 1 à 20% et de préférence de 2 à 3% en volume du lubrifiant. 12. Un lubrifiant de tréfilage selon la revendication 10 ou 11 caractérisé en ce que le concentré forme de 5 à 7% et de pré-10 férance environ 6% en volume de lubrifiant. 13- Un procédé de tréfilage, selon lequel une barre ou un fil métallique est étiré à travers des filières en présence d'un lubrifiant, caractérisé en ce que la lubrification est effectuée par un lubrifiant selon l'une quelconque des revendications 10 à 15 12. - 14.Un fil métallique caractérisé en ce. qu'il a été étiré selon le procédé de la revendication 15* .611/69 BAD origwal