液壓支架用不同液壓液的混合性能研究

白飛飛，葉 雷，李碩林

（1.煤炭科學技術研究院有限公司 礦用材料分院，北京 100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京 100013）

1 概 況

因液壓支架在出廠、安裝、使用和維修過程中面臨不同的主體，導致液壓支架中的高含水液壓液來源于不同的乳化油[1]或濃縮液[2]廠家，不同廠家的乳化液（液壓液）相互接觸可能發生反應，產生析油、析皂或沉淀等現象堵塞液壓支架過濾器[3-4]，尤其是采用電液控技術的液壓支架，對乳化液使用過程中的管理提出了更高的要求[5]。若日常維護中發現乳化液混濁不清，應立即采取有針對性的措施[6]，否則液壓支架動作的靈活性[7]直接下降，嚴重時會造成支架的癱瘓，影響到煤礦的安全、高效和高產。目前煤礦和支架維修廠采取置換的辦法避免不同廠家的乳化液發生接觸，即先將液壓支架系統中的原有高含水液壓液排空，再用清水進行沖洗[8-9]，隨后再注入新廠家的高含水液壓液。高含水液壓液的置換工作相對繁瑣且需要一定的時間，同時造成了資源的浪費。為降低不同廠家的高含水液壓液接觸反應造成的危害，保障液壓支架動作的精準性，提高生產和維修效率，本文采用自行制備的高含水液壓液分別與其它3 個典型的高含水液壓液進行不同比例的混合，考察混合前后的室溫穩定性、70 ℃下的穩定性（熱穩定性）、電導率、Zeta 電位、表面張力和濁度，分析相關指標變化，對混合液的穩定性進行預測，以期為生產和維修過程中高含水液壓液的使用提供指導。

2 實驗部分

2.1 實驗器材

馬爾文帕納科顆粒粒度和Zeta 電位分析儀（Zetasizer Lab Blue Label），Zeta 電位采用相位分析光散射(M3-PALS)模式，要求樣品電導率≤260 mS/cm。JYW-200 全自動界面張力儀，測量范圍為0～180.00 mN/m。WZT-2AS 型濁度儀，采用90°散射光測定濁度，測量范圍為0～100.00 NTU。

選用各項性能指標均符合MT/T 76-2011《液壓支架用乳化油、濃縮液及其高含水液壓液》技術要求的A、B、C 和T 四個配方，各配方含油量從高到底依次為C＞B＞A＞T，除T 配方為自行配制外，其它配方均為市售產品，其關鍵技術數據如表1 所示。

表1 不同配方的關鍵性數據Table 1 Key data of different formulations

2.2 實驗步驟

（1）用500 mg·L-1的人工硬水，將A、B、C和T 四個配方按質量比5%各配稀釋液，標記為A1、B1、C1 和T1，將A1、B1 和C1 分別與T1 混合，依次得到T1＋A1、T1＋B1、T1＋C1 三類混合液；T1 在三類混合液中的占比均存在0，20%，40%，50%，60%，80%，100%七個濃度梯度。

（2）考察各比例混合液的室溫穩定性、70 ℃穩定性，168 h 后觀察混溶后的樣品狀態。當溶液無絮狀物、無沉淀物、無分層、液面析出物體積含量≤0.1%時，檢驗結果判斷為合格，記錄為“√”；若有異常情況，直接填寫異常狀態。

（3）對A1、B1、C1 和T1 混合前后的電導率、zeta 電位、表面張力和濁度分別進行測定，混合之后24 h 內完成項目測試。

3 結果與討論

3.1 液體混合前后的穩定性

混合液放置在室溫和70 ℃的環境中168 h 后，樣品的狀態見表2，當T1 的質量分數為0 和100%時，A1、B1、C1 和T1 四個稀釋液，在室溫和70℃下的穩定性均符合MT/T 76 的技術要求，說明各配方體系單獨存在時，自身穩定性相對較好；當T1 的質量分數為20%～80%時，即稀釋液T1 分別與A1、B1 和C1 共存時，發現T1＋A1 混合液，在T1 的質量分數為40%～80%時，70 ℃條件下，混合液均出現絮狀物，說明溫度較高時，不利于T1＋A1 混合液的穩定。A1、B1 和C1 分別與T1在其它混合比例下，室溫和70 ℃的條件下，穩定無異常情況出現，說明T1 對B1 和C1 具有一定的兼容性。

表2 混合液的室溫和70 ℃穩定性Table 2 Stability of the room temperature and 70 ℃mixture

3.2 液體混合前后的電導率

混合液的電導率隨著T1 質量分數變化對應的結果如圖1 所示，當T1 的質量分數為0 和100%時，即各配方稀釋液單獨存在時，電導率從高到低的順序為A1＞B1＞C1＞T1，電導率越高，說明體系含有導電的游離離子含量越高，當對液體施加一定的電壓時，更易受到電場的影響。

圖1 不同混合比例下混合液的電導率變化Fig.1 Electrical conductivity changes of the mixture at different mixing ratios

T1＋A1、T1＋B1、T1＋C1 三類混合液的電導率主要在單獨配方稀釋液的電導率之間波動，當T1 的質量分數在50%左右時，T1＋B1 和T1＋C1混合液的電導率略增加，原因是混合液中表面活性劑相互作用，導致被絡合金屬離子釋放，游離離子含量增加。

3.3 液體混合前后的Zeta 電位

混合液的Zeta 電位隨著T1 質量分數變化對應的結果如圖2 所示，當T1 的質量分數為0 和100%時，即各配方稀釋液單獨存在時，Zeta 電位從高到低的順序為C1＞B1＞T1＞A1，綜合圖1 電導率的變化可知，電導率較大的A1 其Zeta 電位較小，說明其更容易受到外界的影響，不利于產品的整體穩定性；T1＋A1、T1＋B1、T1＋C1 三類混合液的zeta 電位主要在單獨配方稀釋液的zeta 電位之間波動，當T1 的質量分數為40%～60%時，三類混合液的Zeta 電位波動相對較大，與各配方中的添加劑相互接觸頻率增大，相互作用強度較大有關，此比例范圍內T1＋A1 混合液Zeta 電位整體低于T1＋B1 和T1＋C1 混合液的Zeta 電位，綜合表2 實驗結果，說明Zeta 電位和70 ℃下混合液的穩定性具有一定的關聯性。

圖2 不同混合比例下混合液的Zet a 電位變化Fig.2 Zeta potential changes of the mixture at different mixing ratios

3.4 液體混合前后的表面張力

混合液的表面張力隨著T1 質量分數變化對應的結果如圖3 所示，當T1 的質量分數為0 和100%時，即各配方稀釋液單獨存在時，表面張力從高到低的順序為C1＞A1＞T1＞B1；T1＋A1 混合液的表面張力均介于對應單獨配方稀釋液的表面張力之間；T1＋B1 和T1＋C1 混合液的表面張力均出現低于單獨配方稀釋液表面張力下限的情況，當T1 的質量分數為40%至50%時，T1＋B1 和T1＋C1 混合液的表面張力波動相對較大，該現象與混合液中添加劑的相互作用和布朗運動的強度有關。

圖3 不同混合比例下混合液的表面張力變化Fig.3 Surface tension changes of the mixture at different mixing ratios

3.5 液體混合前后的濁度

對不同混合比例和不同混合體系的液體進行濁度測定，T1 在三類混合液中，隨著T1 質量分數變化對應混合液的濁度如圖4 所示。

圖4 不同混合比例下混合液的濁度變化Fig.4 Turbidity changes of the mixture at different mixing ratios

混合液的濁度隨著T1 質量分數變化對應的結果，當T1 的質量分數為0 和100%時，即各配方稀釋液單獨存在時，濁度從高到低的順序為B1＞C1＞A1＞T1，該現象是各配方中油和乳化劑的類型及含量綜合作用的結果，濁度是指水中懸浮物或膠態物對光線透過時所發生的阻礙程度，通常濁度越高，溶液越渾濁，這類懸浮物或膠態物影響到產品使用過程中的過濾性。T1＋A1、T1＋B1、T1＋C1 三類混合液的濁度主要在單獨配方稀釋液的濁度之間波動，其中T1＋B1 混合液呈現降低趨于平穩再快速下降的趨勢；T1＋C1 和T1＋A1 混合液，在T1 的質量分數為50%時，濁度出現了反彈現象，該現象與混合液的膠束變化和布朗運動強度有關。

4 結 論

（1）不同液壓液接觸時，在混合比例為1∶1附近，出現異常情況的幾率較大，混合液的電導率、Zeta 電位、表面張力和濁度，以介于對應單獨配方稀釋液的數值之間為主，部分數值出現波動，與混合液中表面活性劑相互作用導致被絡合金屬離子釋放，游離離子含量增加有關。

（2）不同液壓液在同一比例混合下，當混合液的電導率高且Zeta 電位低時，混合液的熱穩定性相對較差。

（3）表面張力和濁度與混合液熱穩定性的關聯性相對較弱，與表面張力和濁度受混合液中添加劑的相互作用和布朗運動的強度有關。